CN103592136A - 轿车制动力系数-滑动率曲线测定方法及测定系统 - Google Patents

轿车制动力系数-滑动率曲线测定方法及测定系统 Download PDF

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CN103592136A CN201310507048.7A CN201310507048A CN103592136A CN 103592136 A CN103592136 A CN 103592136A CN 201310507048 A CN201310507048 A CN 201310507048A CN 103592136 A CN103592136 A CN 103592136A
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王宣锋
蒋帅
石光
李同柱
杨洪伟
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Abstract

本发明涉及一种轿车制动力系数-滑动率曲线测定方法，该方法首先测量试验车辆的静态结构参数；然后在只有前轴进行制动，并且无车轮抱死的条件下，以50km/h的初速度进行制动时，测量车辆速度，车轮的旋转角速度和车辆的制动减速度；计算车轮制动力系数与滑动率；以车轮滑动率为横坐标，车轮制动力系数为纵坐标绘制车辆制动力系数-滑动率曲线。本发明比传统台架测量方法更简便，节省试验成本，试验过程中只需要测量车速、车轮转速和减速度，对测量的试验数据进行处理得出前轴制动力、前轴动态地面反作用力和滑动率，便可方便准确地得出轿车制动力系数-滑动率变化曲线，节约了试验成本和时间。

Description

轿车制动力系数-滑动率曲线测定方法及测定系统
技术领域
本发明属于轿车制动力系数-滑动率曲线测定技术领域，涉及一种轿车制动力系数-滑动率曲线测定方法及测定系统。
背景技术
制动力系数是决定整车制动距离的关键因素，传统的轿车制动力系数-滑动率测定方法均通过专用试验台上通过六分力传感器完成轮胎子系统的制动力系数-滑动率测量，且该台架机构复杂，单次试验价格昂贵。如何在不具备上述试验条件下，通过道路试验测定整车制动力系数-滑动率成为难点。
发明内容
本发明要解决的一个技术问题是提供一种可方便准确地得出轿车制动力系数-滑动率变化曲线，节约试验成本和时间的轿车制动力系数-滑动率曲线测定方法。
为了解决上述技术问题，本发明的轿车制动力系数-滑动率曲线测定方法包括下述步骤：
a、测量试验车辆的静态结构参数，包括车辆总重G、静态前轴载荷FZ1s，静态后轴载荷FZ2s、车辆质心高H、车轮的滚动半径R、车辆前后轴距L；
b、在试验车辆的ABS防抱死系统脱开或不工作，后轴制动器不起作用，只有前轴进行制动的条件下，以50km/h的初速度进行制动，在无车轮抱死的前提下，测量此过程中车辆速度v，前轴左右两个车轮的旋转角速度ω，车辆的制动减速度α；
c、利用式（4）和式（5）分别计算FZ1和FXb1；
FZ1＝FZ1s+GzH/L (4)
FXb1=mα-0.015FZ2s (5)
其中：FZ1－车辆在制动下，地面对前轴的法向反作用力；FZ1s－静态前轴载荷；G－车辆总重；z－制动强度；H－车辆质心高；L－车辆前后轴距；FXb1－前轴地面制动力；m－车辆的总质量；α－车辆的制动减速度；FZ2s－静态后轴载荷；
利用式(6)计算车轮制动力系数：
其中
Figure BDA0000401179550000022
－车轮制动力系数；FXb1－前轴地面制动力；FZ1－车辆在制动下，地面对前轴的法向反作用力；
d、利用式(7)计算车轮滑动率；
s=（v-Rω）/v (7)
式中：s－车轮滑动率；v－车辆速度；R－车轮的滚动半径；ω－车轮旋转角速度；
f、以步骤d得到的车轮滑动率s为横坐标，步骤c得到的车轮制动力系数
Figure BDA0000401179550000023
为纵坐标绘制车辆制动力系数-滑动率曲线。
本发明要解决的另一个技术问题是提供一种实现上述方法的测试系统。
为了解决上述技术问题，本发明的轿车制动力系数-滑动率曲线测定系统包括：
车辆静态结构参数存储模块：
用于存储试验车辆静态结构参数，包括车辆总重G、静态前轴载荷FZ1s，静态后轴载荷FZ2s、车辆质心高H、车轮的滚动半径R、车辆前后轴距L；
传感器接口：
用于采集车速传感器、轮速传感器和减速度传感器采集的数据，包括在后轴制动器不起作用，只有前轴进行制动，并且无车轮抱死的的条件下，以50km/h的初速度进行制动时车速传感器测量的车辆速度v，轮速传感器测量的车轮的旋转角速度ω和减速度传感器测量的车辆的制动减速度α；
车轮制动力系数与滑动率计算模块：
利用式（4）和式（5）分别计算FZ1和FXb1；
FZ1＝FZ1s+GzH/L (4)
FXb1=mα-0.015FZ2s (5)
其中：FZ1－车辆在制动下，地面对前轴的法向反作用力；FZ1s－静态前轴载荷；G－车辆总重；z－制动强度；H－车辆质心高；L－车辆前后轴距；FXb1－前轴地面制动力；m－车辆的总质量；α－车辆的制动减速度；FZ2s－静态后轴载荷；
利用式(6)计算车轮制动力系数；
Figure BDA0000401179550000031
其中
Figure BDA0000401179550000032
－车轮制动力系数；FXb1－前轴地面制动力；FZ1－车辆在制动下，地面对前轴的法向反作用力；
利用式(7)计算车轮滑动率；
s=（v-Rω）/v (7)
式中：s－车轮滑动率；v－车辆速度；R－车轮的滚动半径；ω－车轮旋转角速度；
车辆制动力系数-滑动率曲线绘制模块：
用于以车轮滑动率s为横坐标，车轮制动力系数
Figure BDA0000401179550000033
为纵坐标绘制车辆制动力系数-滑动率曲线。
本发明的轿车制动力系数-滑动率曲线测定方法及测定系统已在森雅M80轿车进行了试验，并测量了两种不同厂家轮胎制动力系数-滑动率曲线。试验效果良好，达到了原定的试验目的和要求，也验证了本发明实用有效。本发明比传统台架测量方法更简便，节省试验成本，试验过程中只需要测量车速、车轮转速和减速度，对测量的试验数据进行处理得出前轴制动力、前轴动态地面反作用力和滑动率，便可方便准确地得出轿车制动力系数-滑动率变化曲线，节约了试验成本和时间。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是轿车制动过程受力分析示意图。
图2是本发明的轿车制动力系数-滑动率曲线测定系统框图。
图3a是轿车左轮制动力系数-滑动率测量结果曲线图，图3b是轿车右轮制动力系数-滑动率测量结果曲线图。
具体实施方式
两个轮速传感器分别安装在轿车前轴左右两个车轮外侧，并固定在车轮定位螺母上。
如图1所示，本发明的轿车制动力系数-滑动率曲线测定方法如下：
一、将车速传感器和减速度传感器装在试验车辆车内后排座位前面内饰地板上中间凸起的地方并固定，两个轮速传感器分别安装在前轴左右两个车轮外侧，目的是可以实时测量车辆速度v、车辆的制动减速度α、两个车轮的旋转角速度ω。通过数据采集仪实时记录车速传感器、减速度传感器、两个轮速传感器的输出信号。
二、测量车辆静态结构参数，包括车辆总重G(N)、静态前轴载荷FZ1（车辆在静态下，地面对前轴的法向反作用力(N)），静态后轴载荷FZ2（车辆在静态下，地面对后轴的法向反作用力(N)）、车辆质心高H(m)、车轮的滚动半径R（m）、车辆前后轴距L（m）；
三、使ABS防抱死系统脱开或不工作，且使车辆的后轴制动器不起作用，只有车辆的前轴进行制动。以50km/h的初速度进行制动，并无车轮抱死的前提下，测量此过程中车辆速度v，前轴两个车轮的旋转角速度ω，车辆的制动减速度α；
四、计算车轮制动力系数
Figure BDA0000401179550000041
首先对整车制动时受力情况进行分析。如图1所示，瞬间制动车速为v，制动强度为z。相对车辆静载状态，制动过程中时会产生动态轴荷转移，导致前轴载荷增加，后轴载荷减少。通过分析图1对后轮接地点建立力矩平衡方程：
FZ1L＝Gb+GzH (1)
式中：FZ1－车辆在动态下，地面对前轴的法向反作用力(N)；L－车辆前后轴距(m)；G－车辆总重(N)；（图1中a－汽车质心到前轴中心线的距离(m)）；b－汽车质心到后轴中心线的距离(m)；z－制动强度（车辆的制动减速度α与重力加速度的比值）；H－车辆质心高(m)。
通过式(1)可求得车辆在制动下地面对前轴的法向反作用力：
FZ1＝G（b+zH）/L (2)
同理，在静载状态下对后轮接地点建立力矩平衡方程：
FZ1s＝Gb/L (3)
式中：FZ1s－车辆在静态下，地面对前轴的法向反作用力(N)。
由式(2)和式(3)可得：
FZ1＝FZ1s+GzH/L (4)
前轴地面制动力FXb1应根据测得的制动强度z和未制动车轮的滚动阻力来计算，驱动桥和非驱动桥的滚动阻力分别为其静载轴荷的0.015倍和0.010倍。由于试验车辆为后轮驱动，制动力系数测量试验采用后轴制动器失效的方式进行，所以前轴地面制动力FXb1应按公式（5）进行计算：
FXb1=mα-0.015FZ2s (5)
式中：FXb1－前轴地面制动力（N）；m－车辆的总质量（kg）；α－车辆的制动减速度（m/s2）；FZ2s－静态后轴载荷，即车辆在静态下地面对后轴的法向反作用力(N)。
制动力系数为该车轮的地面制动力和垂直载荷（车辆在制动下地面对前轴的法向反作用力）之比，即：
Figure BDA0000401179550000051
车轮的运动中存在滚动和滑动两种状态。车辆在正常行驶中制动，随着制动强度的增加，车轮的滚动成分会越来越少，而滑动成分越来越多。直至车轮抱死时车轮纯滑动。滑动率为车轮的滑动成分在总的运动中所占的比重，即：
s=（v-Rω）/v (7)
式中：s－车轮滑动率；v－车辆速度(m/s)；R－车轮的滚动半径（m）；ω－车轮旋转角速度(rad/s)。
以车轮滑动率s为横坐标，车轮制动力系数
Figure BDA0000401179550000052
为纵坐标即可确定车辆制动力系数-滑动率曲线。
上述测试方法可通过计算机测试系统实现，如图2所示，该测试系统如下：
车辆静态结构参数存储模块：用于存储车辆静态结构参数，包括车辆总重G、静态前轴载荷FZ1s，静态后轴载荷FZ2s、车辆质心高H、车轮的滚动半径R、车辆前后轴距L；
传感器接口：用于采集车速传感器、轮速传感器和减速度传感器采集的数据，包括在后轴制动器不起作用，只有前轴进行制动，并且无车轮抱死的条件下，以50km/h的初速度进行制动时车速传感器测量的车辆速度v，轮速传感器测量的车轮的旋转角速度ω和减速度传感器测量的车辆的制动减速度α；
车轮制动力系数与滑动率计算模块：利用式(6)计算车轮制动力系数；
Figure BDA0000401179550000061
其中
Figure BDA0000401179550000062
－车轮制动力系数；FXb1－前轴地面制动力（N）；FZ1－车辆在制动下，地面对前轴的法向反作用力(N)；
利用式(7)计算车轮滑动率；
s=（v-Rω）/v (7)
式中：s－车轮滑动率；v－车辆速度(m/s)；R－车轮的滚动半径（m）；ω－车轮旋转角速度(rad/s)；
车辆制动力系数-滑动率曲线绘制模块：以车轮滑动率s为横坐标，车轮制动力系数
Figure BDA0000401179550000063
为纵坐标绘制车辆制动力系数-滑动率曲线。
图3a、3b是采用本发明实际测量的轿车前轴左、右轮制动力系数-滑动率测量结果。其中图3a是锦湖左轮两次试验制动力系数-滑动率测量曲线、韩泰左轮三次试验制动力系数-滑动率测量曲线。图3b是锦湖右轮两次试验制动力系数-滑动率测量曲线、韩泰右轮三次试验制动力系数-滑动率测量曲线。

Claims (2)

1.一种轿车制动力系数-滑动率曲线测定方法，其特征在于包括下述步骤：
a、测量试验车辆的静态结构参数，包括车辆总重G、静态前轴载荷FZ1s，静态后轴载荷FZ2s、车辆质心高H、车轮的滚动半径R、车辆前后轴距L；
b、在试验车辆的ABS防抱死系统脱开或不工作，后轴制动器不起作用，只有前轴进行制动的条件下，以50km/h的初速度进行制动，在无车轮抱死的前提下，测量此过程中车辆速度v，前轴左右两个车轮的旋转角速度ω，车辆的制动减速度α；
c、利用式（4）和式（5）分别计算FZ1和FXb1；
FZ1＝FZ1s+GzH/L (4)
FXb1=mα-0.015FZ2s (5)
其中：FZ1－车辆在制动下，地面对前轴的法向反作用力；FZ1s－静态前轴载荷；G－车辆总重；z－制动强度；H－车辆质心高；L－车辆前后轴距；FXb1－前轴地面制动力；m－车辆的总质量；α－车辆的制动减速度；FZ2s－静态后轴载荷；
利用式(6)计算车轮制动力系数：
Figure FDA0000401179540000011
其中－车轮制动力系数；FXb1－前轴地面制动力；FZ1－车辆在制动下，地面对前轴的法向反作用力；
d、利用式(7)计算车轮滑动率；
s=（v-Rω）/v (7)
式中：s－车轮滑动率；v－车辆速度；R－车轮的滚动半径；ω－车轮旋转角速度；
f、以步骤d得到的车轮滑动率s为横坐标，步骤c得到的车轮制动力系数为纵坐标绘制车辆制动力系数-滑动率曲线。
2.一种实现如权利要求1所述轿车制动力系数-滑动率曲线测定方法的系统，其特征在于包括：
车辆静态结构参数存储模块：
用于存储试验车辆静态结构参数，包括车辆总重G、静态前轴载荷FZ1s，静态后轴载荷FZ2s、车辆质心高H、车轮的滚动半径R、车辆前后轴距L；
传感器接口：
用于采集车速传感器、轮速传感器和减速度传感器采集的数据，包括在后轴制动器不起作用，只有前轴进行制动，并且无车轮抱死的的条件下，以50km/h的初速度进行制动时车速传感器测量的车辆速度v，轮速传感器测量的车轮的旋转角速度ω和减速度传感器测量的车辆的制动减速度α；
车轮制动力系数与滑动率计算模块：
利用式（4）和式（5）分别计算FZ1和FXb1；
FZ1＝FZ1s+GzH/L (4)
FXb1=mα-0.015FZ2s (5)
其中：FZ1－车辆在制动下，地面对前轴的法向反作用力；FZ1s－静态前轴载荷；G－车辆总重；z－制动强度；H－车辆质心高；L－车辆前后轴距；FXb1－前轴地面制动力；m－车辆的总质量；α－车辆的制动减速度；FZ2s－静态后轴载荷；
利用式(6)计算车轮制动力系数；
其中－车轮制动力系数；FXb1－前轴地面制动力；FZ1－车辆在制动下，地面对前轴的法向反作用力；
利用式(7)计算车轮滑动率；
s=（v-Rω）/v (7)
式中：s－车轮滑动率；v－车辆速度；R－车轮的滚动半径；ω－车轮旋转角速度；
车辆制动力系数-滑动率曲线绘制模块：
用于以车轮滑动率s为横坐标，车轮制动力系数
Figure FDA0000401179540000023
为纵坐标绘制车辆制动力系数-滑动率曲线。
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