多轴车辆加载检测制动台参数的试验研究

交通运输部公路科学研究院 刘元鹏，仝晓平

全国汽车维修标准化技术委员会 王 平，张 旸

重中型货运车辆大多采用多轴结构形式，受轴荷和台架附着系数的影响，空载检测难以反映多轴车辆装载或满载状态时制动器所能产生的最大制动力。车辆安全相关国家标准中规定，对三轴及三轴以上的多轴货车，以及采用并装双轴或并装三轴的挂车，根据各轴的功能，对部分轴应在加载状态下检测加载轴制动率和加载轴制动不平衡率，一般采用滚筒反力式制动检验台（以下简称“滚筒制动台”）对被检车轴进行举升。当被检轴顶起时，利用其他轴的重量对被检轴实施加载，因此对加载式滚筒制动台提出了新的要求。为保证加载轴检测的针对性和准确性，本文通过理论计算分析和选择多轴重型车辆进行实车检测，对加载式滚筒制动台的安装方式和加载举升高度等参数进行了试验研究与探讨，希望能给读者朋友一点启示。

1 滚筒制动台的测量原理

滚筒制动台主要由左、右两套相同的车轮制动力测试单元和一套指示、控制装置组成，其中车轮制动力测试单元由框架台体、驱动装置、滚筒机构、举升装置、测力装置等组成。每一个车轮制动力测试单元设置一对主、副滚筒，当检测车辆制动性能时，被检车辆驶上滚筒制动台，车轮置于主、副滚筒之间，每个滚筒的两端分别用轴承座支承在框架上，且保持两滚筒轴线平行，滚筒相当于一个活动的路面，用来支承被检车辆的车轮，并承受和传递制动力，通过测定作用在测力滚筒上车轮制动力的反力进而得到车轮制动力。检测重中型多轴车辆的滚筒制动台，承载轴荷应在10 t级以上。

图1所示为被检车轮在滚筒制动台上的受力情况，依据力学平衡原理，列平衡方程

图1 被检车轮在滚筒制动台上的受力情况

式（1）和式（2）中，α为安置角，φ为滚筒滑动附着系数，其中安置角α为

式（3）中，L为滚筒中心距，D为被检车轮直径，d为滚筒直径。

由式（1）和式（2）解得

受安置角α、滚筒滑动附着系数φ、车轮滚动的水平推力F（与非检测车轮的制动性能有关）等3个因素影响，当安置角α、滚筒滑动附着系数φ、水平推力F增加时，滚筒制动台所能提供的附着力相应增大。安置角α与被检车轮直径D、滚筒中心距L、滚筒直径d有关，当被检车轮直径D、滚筒直径d减小，滚筒中心距L增大时，则安置角α增大。

为防止检测制动力时整车出现滑移，保障受检车轮不脱离前滚筒，即N1≥0，且F=0，则可推得：sinαφcosα≥0，即tgα≥φ。当滚筒滑动附着系数φ=0.7时，则对应的理论安置角α为35°。

通过以上对被检车轮的受力分析，可以得出以下4点内容。

（1）适当增大安置角α对检测车轮最大制动力是有利的，但并不是越大越好。因为安置角增大时车辆轮胎相对变形增大，迟滞损失增加，滚筒带动车轮旋转的附加转矩增大，影响检测精度，同时增加车轮驶离滚筒的难度。研究统计表明，国内外滚筒制动台实际设计的安置角一般为22°～25°。

（2）汽车制动器产生的制动力大小受道路路面附着系数制约，其最大值不可能超过路面附着力。滚筒制动台检测到的最大制动力，在车轮与滚筒附着良好的状态下，应等于受检车轮在滚筒制动台上的附着力Fφ。

（3）滚筒直径d和滚筒中心距L的大小，对制动台性能有较大的影响。增大滚筒直径有利于改善滚筒与车轮之间的附着状态，使检测过程更加接近实际制动状况，但滚筒直径越大，同样的制动力所产生的制动器摩擦力矩Tμ就越大，必须相应增加驱动电机的功率。随着滚筒直径增大，两滚筒间的中心距也需要相应增大，才能保证合适的安置角，这将使滚筒制动台结构尺寸增大，制造成本也相应提高。

根据财务部下发文件中对研发支出做的定义，可以分为三方面。从阶段性来讲，研发支出在产生过程中，企业应当根据会计政策的规定严格分类为研发阶段支出和开发阶段支出；从内容上来说，研发支出包括企业内部在研究与开发新产品或技术的过程中，研发人员的薪酬福利以及在此过程中研发用地的租赁费用和因研发支出资金产生的借款费用等，从研发活动来说，研发活动会产生较大的经济收益，是以盈利为目的而进行的技术创新行为。同时伴随着极高的不确定性和风险性，可以看作是一项投资行为，且不同于证券市场的股票，其会计确认和计量行业标准为同一，会计处理较为困难。

（4）实际检测制动力时，若滚筒表面线速度较低，将影响所检车轮制动力的上升速度，也会延长制动协调时间。若与制动采样时间不能很好匹配，将影响所检车轮制动力。因此，在确定滚筒表面线速度时，需要考虑制动协调时间对它的影响。

2 滚筒制动台的安装高度

如图2所示，以制动性能良好的三轴重型货车（双转向轴）为例，若滚筒制动台常规安装（即水平安装，此时副滚筒上母线与地平面在一个水平面上），由于第一转向轴受到第二转向轴和后轴的部分架空作用，即车轮下母线在制动台两滚筒上相对地平面有一个下沉量H，导致在两滚筒上附着的轴荷质量减小，使得检测到的最大制动力和轴制动率减小（相对水平称重），造成轴制动性能检测误判。类似情况还有牵引车及并装轴半挂车在牵引车拖挂下的检测，被检轴的轴荷和整车的附着轴荷质量也会减小，从而影响了整车制动率检测的准确性。

图 2 三轴重型货车（双转向轴）在水平安装滚筒制动台上车轮状态示意

因此，需要规范重型滚筒制动台的安装方式，即：副滚筒上母线应高于地平面，适当增加被检轴轴心高度，使多轴车被检轴的车轮下母线略高于地平面，可以增加附着轴荷质量，符合车辆实际状态，能有效解决多轴车的制动检测问题。

多轴车多为重型车辆，车轮直径一般为900 mm～1 200 mm。研究表明，车辆空载时，当车轮直径为1 000 mm时，在地面上转向轮静力半径减小约20 mm，驱动轮（并装两车轮）静力半径减小约10 mm。

当不同直径的车轮位于两滚筒之间时，考虑主、副滚筒高度差的影响，车轮下母线至副滚筒上母线的高度H为

根据《滚筒反力式汽车制动检验台》（GB/T 13564—2005）的规定选择滚筒制动台，滚筒直径为245 mm，主、副滚筒高度差为30 mm。由式（3）和式（5）可以计算不同直径的车轮，在不同滚筒中心距下，车轮下母线至副滚筒上母线的高度H，计算结果见表1所列。

以重型多轴车辆车轮直径为1 000 mm时产生的H来确定副滚筒上母线相对地平面的安装高度，以车轮直径为1 200 mm时产生的H来验算和控制其车轮轴心不宜过高。根据上述计算，当滚筒中心距为460 mm时，副滚筒上母线高出地平面40 mm（误差控制在0 mm～5 mm），可确保直径为900 mm～1 200 mm的车轮轴心相对地平面上升约10 mm，相对相邻车轮轴心上升约20 mm（按相邻车轮静力半径减小10 mm计算）。综上可知滚筒直径越大，车轮轴心上升高度越大；主、副滚筒高度差越大，车轮轴心上升高度也越大。

当副滚筒上母线安装高度增加至40 mm时，加载制动台只需要举升1次即可完成加载检测；当副滚筒上母线与地平面平齐时，加载检测需要进行2次举升。

表1 不同直径车轮下母线至副滚筒上母线的高度H

表2 双转向轴四轴货车举升高度对轴荷的影响

3 加载制动举升高度

为了验证加载制动举升高度对静态轴荷的影响，现进行以下试验。

（1）双转向轴四轴货车试验。选择双转向轴四轴货车，水平测取空载轴荷，第一轴轴荷为3 241 kg；第二轴轴荷为3 232 kg；第三轴轴荷为3 309 kg；第四轴轴荷为3 161 kg。在滚筒制动台上，按不同的举升高度测取各轴静态轴荷，测得的各轴静态轴荷见表2所列。试验结果表明，双转向轴四轴货车的第一、二轴（转向轴）的静态轴荷随举升高度增加而大幅增加，第三、四轴（双后轴）为平衡轴，随着举升高度的增加，其静态轴荷变化不大。

（2）双后轴三轴货车试验。选择双后轴三轴货车，在滚筒制动台上，当举升高度分别为40 mm、100 mm时，测得的各轴静态轴荷见表3所列。试验结果表明，双后轴三轴货车的所有轴的静态轴荷随举升高度增加变化相对较小。

（3）由牵引车拖挂的并装三轴挂车试验。选择由牵引车拖挂的并装三轴挂车，在滚筒制动台上，按不同的举升高度测取各轴的静态轴荷，通过计算轴荷比（即加载轴荷与水平称重轴荷之比），得到的试验数据曲线如图3所示。试验结果表明，并装各轴的轴荷随举升高度增加而增加，加载举升初期，轴荷比增长较快；当举升高度为200 mm（副滚筒上母线距地平面高度）以上时，轴荷比接近于最大状态，并呈现缓慢增长趋势。

表3 双后轴三轴货车举升高度对轴荷的影响

图3 并装三轴轴荷比试验数据曲线

4 结语

综合以上试验研究结果，可以得到以下结论。

（1）用于检验多轴及并装轴车辆的滚筒制动台应符合以下条件：当滚筒直径为245 mm，滚筒中心距为460 mm，主、副滚筒高度差为30 mm时，副滚筒上母线与地平面的高度差为40 mm～45 mm。当滚筒中心距增大或减小10 mm时，副滚筒上母线与地平面的高度差相应增大或减小2 mm；当主、副滚筒高度差减小10 mm时，副滚筒上母线与地平面的高度差相应增大4 mm。

（2）加载制动台的举升高度不同，测得的轴荷也不同，举升高度误差会对制动检测结果产生影响。当滚筒制动台副滚筒上母线与地平面的高度差为40 mm时，一次举升高度200 mm即可实现加载检测，在不小于50%额定承载质量负荷下，加载制动台的举升高度误差不大于5 mm。

（3）在举升状态时，被检车轮附着重量增大。对于三轴及三轴以上的货车和并装双轴或并装三轴挂车，加载制动检测合格，说明其制动器具有合格的制动效能，而车轮制动力为车轮附着重量与附着系数的乘积，空载制动检测只是车轮附着重量减小，行车制动效能仍为合格，无需进行空载检测。

（4）在最大举升高度条件下，对于双转向轴四轴货车，应对第一、二轴（转向轴）进行加载制动检测，而对第三、四轴（双后轴）进行举升加载制动检测意义不大。同理，对于双转向轴三轴货车，只需对第一、二轴（转向轴）进行举升加载制动检测；对于双后轴三轴货车的所有轴，进行举升加载制动检测意义不大；对于并装轴车辆，应对所有并装轴进行举升加载制动检测。

（5）被检轴在最大举升高度为100 mm时，其相邻轴的附着重量没有明显减小，不适合采用空气悬架轴的加载制动检测，故加载制动检测举升高度应不小于200 mm，使被检轴的相邻轴接近或完全脱离地面，从而增大被检轴的静态轴荷，可解决采用空气悬架车辆的加载检测问题。此时，应对多轴及并装轴车辆的所有轴进行加载检测。