/宿遷市計量測試所

0 引言

機(jī)動車制動性能的好壞關(guān)系著車輛行駛的安全，因此，檢驗機(jī)動車制動性能的優(yōu)劣至關(guān)重要，機(jī)動車制動性能檢測是所有機(jī)動車必檢項目之一。RB/T 218-2017《檢驗檢測機(jī)構(gòu)資質(zhì)認(rèn)定能力評價 機(jī)動車檢驗機(jī)構(gòu)要求》[1]4.4.3a中明確要求：“主要檢驗項目應(yīng)采用固定式儀器設(shè)備對機(jī)動車進(jìn)行儀器設(shè)備檢驗”。滾筒反力式制動檢驗臺是檢驗機(jī)動車制動性能的計量器具之一，被列入國家強(qiáng)制檢定計量器具目錄。目前該設(shè)備檢定工作主要依照2016年6月7日實(shí)施的JJG 906-2015《滾筒反力式制動檢驗臺》檢定規(guī)程[2]進(jìn)行（主要項目見表1），2015版檢定規(guī)程比2009版主要增加了動態(tài)制動力檢定項目等內(nèi)容。

表1 滾筒反力式制動檢驗臺制動部分檢定項目（部分）

1 滾筒反力式制動檢驗臺動、靜態(tài)檢定的比較

1.1 檢定原理的比較[3-4]

按照檢定方式的不同，滾筒反力式制動檢驗臺（以下簡稱制動檢驗臺）分為動態(tài)檢定法和靜態(tài)檢定法。靜態(tài)檢定法由測力杠桿和標(biāo)準(zhǔn)力值傳感器（或標(biāo)準(zhǔn)砝碼）組成，標(biāo)準(zhǔn)力值傳感器（或標(biāo)準(zhǔn)砝碼）通過測力杠桿，將力值按照杠桿比例系數(shù)放大，壓在（或拉伸）制動檢驗臺的被測力值傳感器上，被測力值傳感器將力值信號轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出，調(diào)理放大后輸出到制動檢驗臺的顯示器上。被測力值傳感器的力值大小與制動檢驗臺滾筒表面制動力的關(guān)系為式（1）。

為了保證被測力值傳感器示值誤差檢定的準(zhǔn)確，被測力值傳感器與滾筒的電機(jī)下端受力點(diǎn)靠近（無受力時不接觸），安裝標(biāo)準(zhǔn)力值傳感器后，力臂杠桿一端連接標(biāo)準(zhǔn)力值傳感器，另一端固定在電機(jī)端面爪盤上，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)力值傳感器（或標(biāo)準(zhǔn)砝碼）通過杠桿直接或間接的方式將力值加載到滾筒端面上時，其下端被測力值傳感器開始受力。

動態(tài)檢定法如圖1所示，檢定時將動態(tài)力傳感器安裝在車軸上，制動檢驗臺啟動時，動態(tài)力傳感器隨著車輪轉(zhuǎn)動，車輪速度穩(wěn)定后，將動態(tài)力傳感器示值置零。當(dāng)車輪開始制動時，動態(tài)力傳感器隨車輪制動力的大小而變化，動態(tài)力傳感器輸出的電壓信號由電路放大濾波后，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳至高速微處理器，通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到上位機(jī)。上位機(jī)根據(jù)采集到的動態(tài)力傳感器信號，繪出制動力曲線并計算出最大制動力。理論上，由于輪胎上的力與滾筒之間的作用力大小相等、方向相反，動態(tài)力傳感器與制動檢驗臺的被測力值傳感器數(shù)值應(yīng)相等，因此，動態(tài)檢定法不僅可對比結(jié)果數(shù)據(jù)，還可以對比制動力過程曲線，更準(zhǔn)確地反應(yīng)出被檢定的制動檢驗臺所測試數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

圖1 動態(tài)制動力檢定裝置

1.2 檢定方法的比較

依據(jù)JJG 906-2015，靜態(tài)檢定首先要進(jìn)行零位示值檢測，保證制動檢驗臺空載，將二次儀表調(diào)零。啟動電動機(jī)，當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，記錄二次儀表最大零位偏離值。停止電動機(jī)轉(zhuǎn)動，依照以上方法再進(jìn)行第二次零位示值檢測，共計進(jìn)行三次。然后檢查制動力零點(diǎn)漂移實(shí)驗，保持制動檢驗臺空載，二次儀表調(diào)零后，相隔10 min記錄零位變化值，共計記錄三次。規(guī)程中要求零位偏離值在30 min內(nèi)不大于滿量程的±0.2%。

制動檢驗臺的制動力是通過杠桿的力臂將標(biāo)準(zhǔn)力值放大后與被測力值傳感器示值進(jìn)行對比，判斷出被測力值傳感器是否符合規(guī)程的要求。靜態(tài)檢定時有兩種加載方法，方法一見圖2（a）、方法二見圖2（b），可任選。

圖2 制動檢驗臺兩種加載的靜態(tài)檢定方法

法定計量技術(shù)機(jī)構(gòu)工作人員依據(jù)JJG 906-2015，進(jìn)行了現(xiàn)場試驗，如圖3所示，并記錄現(xiàn)場原始數(shù)據(jù)。

圖3 靜態(tài)檢定試驗現(xiàn)場

動態(tài)檢定時（如圖4），將機(jī)動車行駛?cè)胫苿訖z驗臺，制動檢驗臺開機(jī)，滾筒帶動車輪轉(zhuǎn)動，記錄制動檢驗臺左右阻滯力，動態(tài)制動力檢定裝置清零，當(dāng)制動檢驗臺顯示屏顯示踩剎車時，操作員在5～8 s內(nèi)慢踩剎車，要保證輪胎不出現(xiàn)抱死狀態(tài)。如出現(xiàn)抱死狀態(tài)，采用增加載重的方式，試驗每組操作10次，用動態(tài)制動力檢定裝置上位機(jī)軟件進(jìn)行繪制，選取左、右制動力作為數(shù)值參數(shù)變量，與制動檢驗臺儀表示值進(jìn)行比較，計算出制動檢驗臺動態(tài)制動力的絕對誤差，自動生成檢測報告。

圖4 動態(tài)制動力檢定試驗現(xiàn)場

1.3 檢定裝置的比較

1）靜態(tài)檢定砝碼法的檢定裝置主要為M2等級的砝碼，其中砝碼屬于實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)器，可以直接進(jìn)行測量。靜態(tài)檢定傳感器法主要由標(biāo)準(zhǔn)測力傳感器和顯示裝置組成，標(biāo)準(zhǔn)測力傳感器的準(zhǔn)確度要求為0.3級，輸出電壓信號一般通過8位ADC轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號后由串行的I2C總線與8位單片機(jī)進(jìn)行通信，經(jīng)單片機(jī)處理后導(dǎo)通三極管驅(qū)動LED小燈刷新點(diǎn)陣屏或LCD1602/12864液晶屏顯示。

2）動態(tài)檢定裝置硬件主要由數(shù)據(jù)處理單元和信號輸出裝置構(gòu)成，數(shù)據(jù)處理單元由集成儀表和無線通信模塊組成，主要特點(diǎn)是信號采集穩(wěn)定性好、速度快、準(zhǔn)確度高，可設(shè)定量程上下限、獲取峰谷值、零點(diǎn)滿量程修復(fù)、折線修正及通信協(xié)議（Modbus-RTU或TC）等功能。檢測過程中儀表通過實(shí)時接收變化的無線模塊反饋信號，信號經(jīng)過采集、運(yùn)放、濾波，最后進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換，最終將測試數(shù)據(jù)存儲上傳。信號輸出裝置采用應(yīng)變式傳感器，它具有高穩(wěn)定性、良好的溫度及蠕變補(bǔ)償性能，對車輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計后與扭矩傳感器裝配，形成一臺動態(tài)參考輪。采用的扭矩傳感器具有體積小、準(zhǔn)確度高、溫漂小等特點(diǎn)，參數(shù)如表2所示。

表2 兩種方法的檢定設(shè)備參數(shù)對比表

1.4 數(shù)據(jù)計算的比較

1）實(shí)施靜態(tài)檢定法時，按照制動檢驗臺額定載荷的20%、40%、60%、80%和100%均勻選取五個測試點(diǎn)，當(dāng)采用方法一時，按式（2）計算各測試點(diǎn)所需的加載用砝碼的質(zhì)量m，計算該測試點(diǎn)的制動力標(biāo)稱值F見式（3）。

式中：mj′——第j測試點(diǎn)所需的加載用砝碼質(zhì)量的計算值，kg；

D——滾筒直徑，mm；

Fj′——第j測試點(diǎn)的制動力預(yù)選值，N；

L——加載裝置的力臂長，mm；

g——檢定地點(diǎn)的重力加速度，m/s2

式中：mj——第j測試點(diǎn)加載用砝碼質(zhì)量的實(shí)際值，kg；

Fj——第j測試點(diǎn)制動力的標(biāo)稱值，N

用方法二時，按式（4）計算各測試點(diǎn)所需的加載載荷。

式中：pj——第j測試點(diǎn)所需加載的載荷，N

2）實(shí)施動態(tài)檢定法時，選取左、右制動力作為數(shù)值參數(shù)變量，與制動檢驗臺儀表示值進(jìn)行比較，計算出制動檢驗臺動態(tài)制動力的絕對誤差；左、右制動力減去阻滯力和檢測儀示值之差與檢測儀示值相對比，得到相對誤差，見式（5），并計算10次測量值的平均值。

式中：δi——第i次測量所得動態(tài)制動力示值相對誤差，（i=1，2，3，…，10），%；

F制動臺——第i次測量時，制動檢驗臺顯示的制動力，N；

F阻滯力——第i次測量時，制動檢驗臺顯示的阻滯力，N；

F標(biāo)準(zhǔn)值——第i次測量時，動態(tài)制動力檢定裝置顯示的制動力標(biāo)準(zhǔn)值，N

1.5 示值誤差和重復(fù)性要求的比較

JJG 906-2015要求，靜態(tài)制動力檢定法示值誤差不超過±3%，間差不超過±3%，重復(fù)性不超過±2%，即可判定該項合格[5]。

動態(tài)制動力檢定是將制動檢驗臺設(shè)定在“制動”的情況下進(jìn)行檢定，檢測車輛真實(shí)的制動力，將實(shí)際制動力與制動檢驗臺顯示值進(jìn)行對比，計算出示值誤差，檢定規(guī)程要求示值誤差不超過±8%，重復(fù)性不超過±3%，即可判定該項合格，對測量間差不做要求。

表3 檢定規(guī)程中靜態(tài)誤差和動態(tài)誤差

1.6 不確定度來源及減小方法

靜態(tài)檢定法采用標(biāo)準(zhǔn)測力傳感器（或標(biāo)準(zhǔn)砝碼），利用杠桿原理對制動檢驗臺進(jìn)行檢定，其不確定度主要來源于三大因素。（1）制動檢驗臺的不確定度，包括儀表數(shù)顯分辨力和測量重復(fù)性；（2）標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度，包括標(biāo)準(zhǔn)測力傳感器或標(biāo)準(zhǔn)砝碼的不確定度；（3）杠桿傳力比不確定度，包括杠桿傳力比允許誤差、杠桿安裝誤差和杠桿與制動檢驗臺夾緊誤差。從相關(guān)的不確定度文獻(xiàn)中可以看出[6]，三大不確定度來源所占的百分比如圖5所示，其中，杠桿傳力比不確定度占據(jù)主要的不確定度來源。

圖5 靜態(tài)制動力檢定法不確定來源占據(jù)的百分比

為了減小杠桿傳力比引入的不確定度，除了保持力臂水平、減小杠桿的安裝誤差和夾緊誤差外，建議采取加載后清零的方法來減小誤差。具體操作如下：

杠桿安裝完畢后，逐漸加載至滿量程的 50%，用水平尺調(diào)整專用測力杠桿處于水平狀態(tài)，卸載至滿量程的 2%～5%。

標(biāo)準(zhǔn)測力傳感器與制動檢驗臺儀表同時調(diào)零，按規(guī)定測試點(diǎn)對制動檢驗臺逐級加載，讀取各測試點(diǎn)所對應(yīng)的左（右）制動檢驗臺示值fil(R)，重復(fù)測量三次。按式（6）計算示值誤差，按式（7）計算三次測量示值誤差的平均值。

式中：fil(R)——第i次測量時制動檢驗臺儀表顯示值，N；

η——杠桿傳力比；

Fi——第i次測量時，左（右）制動檢驗臺所對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)測力傳感器的力值，N；

δiL(R)——第i測量時，左（右）制動檢驗臺的示值誤差，%；

各檢定點(diǎn)示值誤差均應(yīng)滿足JJG 906-2015的要求。如果檢定過程中杠桿明顯傾斜，則需要對杠桿傳力比進(jìn)行數(shù)據(jù)修正。

動態(tài)制動力檢定法影響因素較多，主要有裝置誤差、人為測量誤差等。影響最大的因素是人為誤差，由于引車員每次測量不能保持相同力值踩剎車制動，因此，人為因素影響較大，重復(fù)性較差。建議引車員規(guī)范操作，同時使用踏板力計作為輔助工具，來保持力值的一致性，減少人為測量誤差。

2 結(jié)論

靜態(tài)制動力示值誤差檢定是對均勻分散的六個測試點(diǎn)進(jìn)行檢定，計算測試點(diǎn)是否符合檢定規(guī)程。使用該方法后顯示值穩(wěn)定、操作便捷，能夠準(zhǔn)確地對不合格測試點(diǎn)進(jìn)行重新檢定。動態(tài)制動力檢定法可以擬合出實(shí)際檢測曲線或分段，使直線或直線分段上各點(diǎn)更加靠近真實(shí)值（如圖6所示），可以描述出動態(tài)制動力實(shí)際檢測過程。

圖6 動態(tài)制動力檢定法軟件檢測計算

動態(tài)制動力檢定能夠描述制動力檢測曲線不斷變化的動態(tài)過程。制動力檢驗臺生產(chǎn)廠家一般將檢定系統(tǒng)和制動測試系統(tǒng)設(shè)置為兩種狀態(tài)，檢定系統(tǒng)狀態(tài)為了數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定，對數(shù)據(jù)采樣值進(jìn)行了硬件濾波和軟件平滑處理，使制動力峰值受到損失，而真實(shí)的制動力檢測由于受到外界電磁干擾，數(shù)值起伏大非常不穩(wěn)定。因此，檢定的系統(tǒng)與真實(shí)的制動測試系統(tǒng)制動力峰值有很大差別，一些系統(tǒng)中，檢定的峰值損耗有時可達(dá)到30%以上。另外，由于引車員踩制動力踏板過程有快慢，因此，0.3～1.0 s的一段曲線緩慢上升，動態(tài)制動力檢定能夠判斷引車員是否有提前踩制動力踏板的行為，讓采樣值更加貼近實(shí)際，真實(shí)可信。但是由于車輛制動過程較為復(fù)雜，影響因素很多，因此，動態(tài)制動力檢定的穩(wěn)定性和重復(fù)性都不高（如圖7所示）。同時，動態(tài)制動力檢定是個變化過程，數(shù)值不能固定，動態(tài)檢定裝置最終溯源到靜態(tài)砝碼標(biāo)定法，所以不適用于設(shè)備的現(xiàn)場標(biāo)定工作，不具備標(biāo)定意義[7-8]?？梢宰鳛閷?shí)際檢定工作的一部分，是對靜態(tài)制動力檢定工作的重要補(bǔ)充。

圖7 動態(tài)制動力檢定法左、右輪制動力與檢測儀示值對比

3 結(jié)語

本文主要分析了滾筒反力式制動檢驗臺靜態(tài)和動態(tài)檢定法在檢定原理、方法、裝置、數(shù)據(jù)計算、示值誤差、不確定度來源六個方面的不同。最終得出結(jié)論：動態(tài)制動力檢定法作為首次檢定方法是滾筒反力式制動檢驗臺檢定工作的重要組成部分，是對靜態(tài)制動力檢定工作的重要補(bǔ)充。