一种新型的气制动测试系统方案

周 翔， 孙长存， 程 江， 余丽娜， 曾小兰

(江西博能上饶客车有限公司， 江西 上饶 334000)

客车普遍采用气压制动，其管路和气阀较多，结构较为复杂[1-2]，对于在整车试验或用户使用过程中出现的制动跑偏现象，若不及时排除，将严重影响行车安全[3-5]。此外，制动反应滞后等问题，排查起来相当复杂[6]。本文提供一套气制动测试系统方案，能够为气制动系统的性能评价、故障排查等提供一定的依据。

1 测试系统概况

测试系统主要由数据采集系统、数据处理软件、计算机、踏板位移传感器、踏板开关等组成。本文重点介绍数据采集及处理系统。

系统通过数据采集系统记录制动踏板开关信号、制动踏板位移信号、前后轴制动储气筒气压、各制动缸的制动气压，再经过数据处理系统得出前后轴的左右制动气压总方差值、前后轴的左右制动力稳态差值和制动响应时间最大差值。以上数据可以用作判定和评价气制动性能，并能为制动故障排查提供依据。测试系统原理图如图1所示。

测试车辆采用气压制动，且每个储气筒和制动气室都应具有可用于测试制动管路压力的连接器。

图1 测试系统原理图

2 数据采集及处理系统

2.1 数据采集系统

为了获取汽车在制动踏板踩下后直到制动压力建立稳定全过程中的实时数据，需将各传感器接收到的信号由数据总线接口传递到计算机，并能进行有效的存储、处理、显示和分析[7]。数据采集系统从传感器将各路模拟信号进行信号调理、滤波，再经过A/D转换后由高速数据同步采集器记录并同步发送。

为保证试验精度和试验的可行性，主机采集频率≥100 Hz；需支持触发输入通道≥1个；通过使用一个安装在制动踏板上的物理压力开关，可捕获一个精确的“制动开始事件”。模拟量输入通道数≥7个，输入电压范围至少覆盖-50～+50 V；精度高于400 μV。配备RS232、LAN、USB等常用接口，能与上位机进行数据通信[8-9]。

图2 测试软件操作界面

主要传感器参数要求如下：制动触发器响应时间≤10 ns，可粘贴在制动踏板上，可以给系统输入1路触发信号；制动管路压力传感器量程0～25 MPa，供电电源8～16 VDC，重复性≤0.02%FS；制动踏板行程传感器量程750 mm，精度高于0.25%FS，输出0～5 V。

2.2 数据处理系统

数据处理系统是基于Matlab开发的可视化操作软件，其主要功能有如下4个：一是对各项数据依照插补法进行图形再生；二是将需要做对比分析的图形曲线进行整合呈现；三是通过内部集成的算法对反应实车制动性能技术指标的参数进行计算和呈现；四是依据测试数据对测试结果进行判定。软件操作界面如图2所示。

2.2.1 测试项目

1) 左右制动气压总方差。该值为从制动踏板踩下后到4个制动缸的压力稳定的建立过程中车辆前轴和后轴两个制动缸的过程压力差值，包含了前轴和后轴两个值。该值反应了同轴制动气压建立全过程中左右两侧的制动气压差值的大小程度。该数值若偏大可能造成车辆制动跑偏。

2) 左右制动力稳态差值。该值为当制动踏板踩至特定位置后，4个制动缸的压力建立直至稳定时车辆前轴和后轴两个制动缸的压力差值，包含了前轴和后轴两个值。该数值若偏大也可能造成车辆制动跑偏。

3) 制动响应时间最大差值。该值为从制动踏板踩下后到4个制动缸中制动压力达到相应的制动效能的最大时间差[10-11]。该数值反应4个制动缸压力建立至有效值的快慢差异，不仅如此，压力建立的先后顺序也在一定程度上影响整车的制动稳定性。

2.2.2 数据处理系统的算法

试验开始的条件：测试工况为紧急制动，试验开始的触发必要条件为制动踏板开关信号触发及触发后0.2 s内踏板行程传感器数值达到标定的最大值。

左右制动气压总方差值计算：

式中：EP为左右制动气压总方差；PL,k为左侧制动缸气压瞬时值，100 kPa；PR,k为右侧制动缸气压瞬时值，100 kPa；Δt为采样时间间隔，≤50 ms。

此项采样时间段为从制动踏板开关触动的时刻开始，直到制动气压上升至最终稳态值的90%。

为更加客观全面地反映整车在不同制动强度工况下的制动性能，左右制动力稳态差值为分别踩下制动踏板30%、60%和100%后直至制动缸气压值稳定后对应的前轴和后轴左右制动缸压力差值的绝对值，最后取平均值。

制动响应时间最大差值需要计算踩下制动踏板后，第一个制动缸制动压力达到相应制动效能的压力(一般取0.60 MPa)，至最后一个达到该压力值的制动缸的压力差值。

2.2.3 测试结论的生成

测试结果数据包含前后轴的左右制动气压总方差、前后轴左右制动力稳态差值、制动响应时间最大差值。依照测试经验设置各项阈值作为评价标准。判定标准为有一项以上不合格则制动性能测试不通过。比如左右制动气压总方差偏大，则有可能是管路布置不合理、阀体故障或管路堵塞和破损等问题[12]。

3 结束语

该系统一方面能针对制动时所有制动缸的气压建立的速度进行分析，另一方面对左右制动缸压力的均衡性进行判定，还能作为下线车辆的制动性在制动试验台测试完成后进行的补充测试。此外，针对较为棘手的制动跑偏、制动滞后等问题，经过该测试系统的分析能在气阀和管路上排除或查明原因。