張小龍 丁文俊 葛勝迅 韓 鵬 劉鵬飛 井 梅

(1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院， 合肥 230036； 2.安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心， 合肥 230601)

乘用車(chē)駐車(chē)制動(dòng)性能轉(zhuǎn)轂測(cè)試與評(píng)價(jià)方法

張小龍1丁文俊1葛勝迅2韓 鵬2劉鵬飛1井 梅1

(1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院， 合肥 230036； 2.安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心， 合肥 230601)

為滿(mǎn)足乘用車(chē)駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)人機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)需要，設(shè)計(jì)了基于轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)的駐車(chē)制動(dòng)動(dòng)力學(xué)性能測(cè)試系統(tǒng)并進(jìn)行性能評(píng)價(jià)方法研究。首先，建立了在轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行等效駐坡度的測(cè)試模型。其次，構(gòu)建了以美國(guó)NI嵌入式控制器cRIO及其C模塊為核心的測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)手柄力傳感器和角位移傳感器進(jìn)行選型，設(shè)計(jì)了安裝夾具以滿(mǎn)足車(chē)上通用性安裝要求。基于LabVIEW對(duì)數(shù)據(jù)采集器和上位機(jī)進(jìn)行編程，實(shí)時(shí)可靠地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、通訊和人機(jī)交互等功能。再次，進(jìn)行了測(cè)試方法研究，綜合考慮了彈性元件回彈、制動(dòng)轂或盤(pán)的表面狀態(tài)、加工工藝等影響因素，引入概率統(tǒng)計(jì)方法對(duì)駐車(chē)制動(dòng)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。最后，進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)車(chē)試驗(yàn)，結(jié)果表明設(shè)計(jì)的測(cè)試系統(tǒng)能夠可靠工作，滿(mǎn)足既定要求。研究表明提出的基于轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)的乘用車(chē)駐車(chē)制動(dòng)性能測(cè)試與評(píng)價(jià)方法是有效可行的。

乘用車(chē)； 轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)； 駐車(chē)制動(dòng)； 測(cè)試系統(tǒng)； 評(píng)價(jià)方法； 虛擬儀器

引言

駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)是在汽車(chē)靜止時(shí)穩(wěn)定車(chē)輛、防止溜車(chē)事故發(fā)生的重要安全裝置，傳統(tǒng)乘用車(chē)一般采用前棘輪手柄后制動(dòng)鼓中間拉索連接的機(jī)械式結(jié)構(gòu)[1-2]。當(dāng)前主要集中在行車(chē)制動(dòng)研究，如早期的以提高整車(chē)?yán)酶街禂?shù)為目標(biāo)的前后地面制動(dòng)力分配優(yōu)化[3-4]、仿真計(jì)算與性能試驗(yàn)[5]，以及現(xiàn)階段以提高制動(dòng)穩(wěn)定性和制動(dòng)效能為目標(biāo)的底盤(pán)電控系統(tǒng)控制算法[6-7]、硬件在環(huán)仿真[8]與實(shí)車(chē)試驗(yàn)研究[9]等，國(guó)內(nèi)在汽車(chē)制動(dòng)電控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化研究方面也取得了重要進(jìn)展。對(duì)駐車(chē)制動(dòng)研究主要包括對(duì)機(jī)械式駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的駐車(chē)制動(dòng)效率[10]、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與疲勞性能[11]，以及對(duì)電子駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的性能[12]、制動(dòng)盤(pán)與制動(dòng)蹄夾緊力特性[13]等研究。隨著對(duì)汽車(chē)駐車(chē)制動(dòng)人機(jī)工程要求的提高，需要通過(guò)試驗(yàn)手段獲取駐車(chē)手柄運(yùn)動(dòng)、駐車(chē)手柄操作力與駐車(chē)制動(dòng)力的關(guān)系，以及探索新的駐車(chē)制動(dòng)性能評(píng)價(jià)方法等，為駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。

我國(guó)法規(guī)對(duì)乘用車(chē)駐車(chē)制動(dòng)性能是基于駕駛員的操作力不超過(guò)400 N(手操作)時(shí)產(chǎn)生滿(mǎn)足規(guī)定的駐車(chē)坡度來(lái)評(píng)價(jià)的[14]。目前對(duì)駐車(chē)制動(dòng)性能的檢測(cè)主要有路試法、臺(tái)試法和牽引法。路試法在固定坡度、高附坡道上進(jìn)行，不能獲取駐車(chē)制動(dòng)力，對(duì)試驗(yàn)車(chē)實(shí)際駐車(chē)能力不能準(zhǔn)確量化[14]。臺(tái)試法通?；谄桨逯苿?dòng)檢驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行，其基于慣性原理設(shè)計(jì)，測(cè)試時(shí)需要一定的減速度，存在試驗(yàn)重復(fù)性和精度差、難以模擬實(shí)際車(chē)輛駐車(chē)工況等不足[15]。牽引法在規(guī)定路面上通過(guò)牽引設(shè)備牽引試驗(yàn)車(chē)進(jìn)行，可以正向和反向牽引，并獲取整車(chē)駐車(chē)力，但試驗(yàn)精度和試驗(yàn)過(guò)程難以控制[16]。

轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)具有試驗(yàn)過(guò)程加載可控、可輸出輪邊力信息等優(yōu)點(diǎn)[17]。本文探索基于轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行乘用車(chē)駐車(chē)制動(dòng)性能測(cè)試與基于輪胎力信息的評(píng)價(jià)方法研究，分析測(cè)試原理、構(gòu)建測(cè)試系統(tǒng)并進(jìn)行試驗(yàn)研究，以其為測(cè)試和評(píng)價(jià)駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)性能提供一種新的有效手段。

1 測(cè)試原理

1.1 坡道駐車(chē)制動(dòng)力學(xué)模型

以上坡駐車(chē)制動(dòng)為例進(jìn)行受力分析，如圖1所示，其中前輪為驅(qū)動(dòng)輪，后輪為從動(dòng)輪，駐車(chē)制動(dòng)力作用于后輪。假設(shè)駐車(chē)時(shí)后輪與地面間不打滑，由受力平衡可得到

(1)

式中r——輪胎滾動(dòng)半徑，前后輪相同α——坡度角G——整車(chē)質(zhì)量Tf1——前輪滾動(dòng)阻力矩和前軸傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)阻Tf2——后軸滾動(dòng)阻力矩Tk——駐車(chē)手柄棘輪第k齒時(shí)產(chǎn)生的駐車(chē)輪駐車(chē)力矩

FX2——后軸車(chē)輪地面切向力

圖1 汽車(chē)上坡駐車(chē)制動(dòng)受力分析Fig.1 Force analysis for vehicle parked on uphill slope

1.2 轉(zhuǎn)轂駐車(chē)制動(dòng)力學(xué)模型

汽車(chē)在轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)上駐車(chē)制動(dòng)受力分析如圖2所示，以轉(zhuǎn)轂反轉(zhuǎn)模式(模擬上坡駐車(chē))為例。圖中Fl1和Fl2是將試驗(yàn)車(chē)固定在轉(zhuǎn)轂上的前后拉繩拉力，是一對(duì)平衡力，在下文分析中不考慮。

圖2 轉(zhuǎn)轂駐車(chē)制動(dòng)力受力分析Fig.2 Force analysis for vehicle drived by dynamometer

在轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試時(shí)，轉(zhuǎn)轂以低速(0.1 km/h)拖動(dòng)后車(chē)輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，假設(shè)車(chē)輪與轂面不打滑，則有

(2)

當(dāng)拉動(dòng)駐車(chē)棘輪棘齒為0齒時(shí)，駐車(chē)力矩T0=0，相當(dāng)于沒(méi)有駐車(chē)制動(dòng)，此時(shí)

(3)

代入式(2)有

(4)

1.3 兩種模型聯(lián)系——等效駐坡度建立

由圖1和圖2受力及對(duì)比分析可知，駐車(chē)車(chē)輪(后輪)在坡道駐車(chē)和在轉(zhuǎn)轂上駐車(chē)兩種情況下的受力相同。但在坡道上駐車(chē)時(shí)整車(chē)有相對(duì)地面運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，存在非駐車(chē)車(chē)輪滾動(dòng)阻力；而在轉(zhuǎn)轂上駐車(chē)時(shí)，僅駐車(chē)車(chē)輪被轉(zhuǎn)轂驅(qū)動(dòng)低速轉(zhuǎn)動(dòng)，非駐車(chē)車(chē)輪不轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)轂沒(méi)有輸出扭矩克服其滾動(dòng)阻力。

(5)

一般情況下，良好水平路面上無(wú)風(fēng)或微風(fēng)時(shí)的整車(chē)道路滑行試驗(yàn)可得到整車(chē)滑行阻力Fhx，由空氣阻力和整車(chē)滾動(dòng)阻力組成，并可簡(jiǎn)化為滑行速度的多項(xiàng)式[18]，即

(6)

式中ua——車(chē)速，km/hF0、F1、F2——滑行阻力系數(shù)，由試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到

其中F0物理意義等價(jià)于式(5)，為滑行速度為0時(shí)的整車(chē)滑行阻力。

聯(lián)合式(1)～(6)，定義駐車(chē)棘輪第k齒時(shí)的等效駐坡度θk為

(7)

轉(zhuǎn)轂正轉(zhuǎn)可實(shí)現(xiàn)下坡駐車(chē)性能測(cè)試，轉(zhuǎn)轂反轉(zhuǎn)可實(shí)現(xiàn)上坡駐車(chē)性能測(cè)試，測(cè)試原理相同。

2 測(cè)試系統(tǒng)

綜合考慮測(cè)試系統(tǒng)功能和可靠性要求，構(gòu)建乘用車(chē)駐車(chē)性能測(cè)試系統(tǒng)，如圖3所示，主要傳感器設(shè)備或信息技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

圖3 測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)Fig.3 Test system framework

表1 主要傳感設(shè)備性能指標(biāo)Tab.1 Performance parameters of main sensors and devices

測(cè)試系統(tǒng)由傳感器組、數(shù)據(jù)采集器和便攜式計(jì)算機(jī)等組成。其中駐車(chē)手柄力傳感器和角位移傳感器提供駐車(chē)手柄力和駐車(chē)手柄角度信息，可通過(guò)駐車(chē)手柄角度判斷駐車(chē)棘輪棘齒數(shù)。轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)提供駐車(chē)輪轂輪邊力和轉(zhuǎn)轂車(chē)速信息。數(shù)據(jù)采集器實(shí)現(xiàn)對(duì)上述信息的實(shí)時(shí)同步采集，并通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)上傳至便攜式計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理、顯示和報(bào)告生成。

2.1 主要傳感器選型

轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)是由其控制臺(tái)控制，可以輸出輪邊力、速速、減速度等物理量供第三方數(shù)據(jù)采集器采集。本文試驗(yàn)中確定轉(zhuǎn)轂驅(qū)動(dòng)模式為恒速模式，試驗(yàn)中轉(zhuǎn)轂不斷地調(diào)整輪邊力使輪胎以預(yù)設(shè)的速度穩(wěn)定運(yùn)行。

手柄力傳感器是用于測(cè)量駕駛員操作駐車(chē)手柄時(shí)的操作力，角位移傳感器是用于測(cè)量駐車(chē)手柄在不同棘齒時(shí)的相對(duì)角度。駐車(chē)手柄周?chē)臻g狹小，傳感器布置時(shí)盡可能不改變駕駛員操作習(xí)慣。經(jīng)過(guò)調(diào)研論證，最終選擇了德國(guó)HKM公司手柄力傳感器和美國(guó)VectorNav公司慣性測(cè)量單元VN100[19]，并自行設(shè)計(jì)夾具以確定其安裝位置。這2個(gè)傳感器體積小巧，安裝方便，精度滿(mǎn)足測(cè)試要求。

2.2 數(shù)據(jù)采集器

數(shù)據(jù)采集器是整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)為車(chē)載測(cè)試設(shè)備，對(duì)可靠性和實(shí)時(shí)性有較高要求。最終選用美國(guó)NI公司的cRIO-9082作為數(shù)據(jù)采集器控制器[20]，基于LabVIEW可重配置I/O架構(gòu)，工業(yè)級(jí)可靠性，封裝堅(jiān)固耐用，運(yùn)行實(shí)時(shí)系統(tǒng)?；谄淇刂粕系拇趯?shí)現(xiàn)角位移傳感器信息的采集。選型C模塊NI 9229和NI 9411，插入控制器機(jī)箱中，實(shí)現(xiàn)對(duì)手柄力傳感器信號(hào)、轉(zhuǎn)轂?zāi)M和數(shù)字轉(zhuǎn)速信號(hào)的采集。該系統(tǒng)為虛擬儀器，將來(lái)可根據(jù)應(yīng)用需要進(jìn)行功能擴(kuò)展。

2.3 軟件架構(gòu)

測(cè)試軟件基于美國(guó)NI LabVIEW開(kāi)發(fā)，包括運(yùn)行在數(shù)據(jù)采集器中的FPGA軟件、實(shí)時(shí)RT軟件和運(yùn)行在上位機(jī)中的數(shù)據(jù)采集與分析軟件[21]。

軟件架構(gòu)如圖4所示。FPGA軟件實(shí)現(xiàn)駐車(chē)手柄力、轉(zhuǎn)轂輪邊力和轉(zhuǎn)轂車(chē)速的采集。實(shí)時(shí)軟件同步讀取FPGA軟件中采集的信息，與串口采集的駐車(chē)手柄角位移信息一并通過(guò)UDP向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)，同時(shí)接收控制指令。上位機(jī)軟件基于狀態(tài)機(jī)架構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)3個(gè)獨(dú)立的While循環(huán)實(shí)現(xiàn)UDP數(shù)據(jù)收發(fā)，數(shù)據(jù)解析、顯示和記錄，以及人機(jī)交互等。

圖4 測(cè)試系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Software diagram of test system

軟件利用多線(xiàn)程、隊(duì)列、狀態(tài)機(jī)等技術(shù)，保證數(shù)據(jù)采集、處理、通訊、人機(jī)交互等工作獨(dú)立并行執(zhí)行，程序?qū)崟r(shí)性和可靠性高。

3 測(cè)試與評(píng)價(jià)方法

3.1 測(cè)試方法

設(shè)置轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)為恒速反拖車(chē)輛模式，通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)量其輸出的輪邊力信息可間接得到駐車(chē)制動(dòng)力，參考式(4)。具體方法如下：

(1)試驗(yàn)儀器設(shè)備裝車(chē)。駐車(chē)手柄力傳感器及其夾具固定在駐車(chē)手柄前端，角位移傳感器安裝平面與駐車(chē)手柄縱向?qū)ΨQ(chēng)面保持平行。2個(gè)傳感器在實(shí)際使用前要進(jìn)行偏置標(biāo)定和剔除。

(2)測(cè)試車(chē)輛按照相應(yīng)規(guī)范固定在轉(zhuǎn)轂上。對(duì)轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)設(shè)置風(fēng)機(jī)風(fēng)速、軸矩、轉(zhuǎn)轂轉(zhuǎn)速等。

(4)以同樣方式測(cè)試轉(zhuǎn)轂正轉(zhuǎn)反拖車(chē)輛測(cè)試。

(5)數(shù)據(jù)處理。利用式(7)進(jìn)行等效駐坡度計(jì)算。

3.2 評(píng)價(jià)方法

基于測(cè)試系統(tǒng)(圖3)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)轂輪邊力、駐車(chē)手柄力和角位移的同步實(shí)時(shí)測(cè)量，且每個(gè)駐車(chē)棘輪齒對(duì)應(yīng)有輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)3圈的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，但實(shí)際中測(cè)得的駐車(chē)輪駐車(chē)力矩Tk在一定范圍內(nèi)類(lèi)似正弦波動(dòng)，可能與制動(dòng)轂或盤(pán)的表面狀態(tài)、加工工藝等有關(guān)[22]?；诖?，引入概率統(tǒng)計(jì)方法對(duì)駐車(chē)制動(dòng)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，下面以駐車(chē)手柄棘輪第k齒為例進(jìn)行說(shuō)明。

由此可見(jiàn)，實(shí)際坡道上駐車(chē)成功具有隨機(jī)性，而本文提出的概率統(tǒng)計(jì)駐車(chē)評(píng)價(jià)方法是基于車(chē)輪駐車(chē)力信息的，能夠全面評(píng)價(jià)實(shí)車(chē)駐車(chē)性能。

4 實(shí)車(chē)試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)概述

以某乘用車(chē)在江淮汽車(chē)技術(shù)中心乘用車(chē)性能轉(zhuǎn)轂上進(jìn)行實(shí)車(chē)駐車(chē)性能測(cè)試試驗(yàn)。轉(zhuǎn)轂轂面附著、載荷滿(mǎn)足法規(guī)要求。試驗(yàn)設(shè)備安裝如圖5所示，試驗(yàn)方法如3.1節(jié)所述。試驗(yàn)時(shí)，測(cè)得試驗(yàn)樣車(chē)車(chē)輪滾動(dòng)半徑為307.4 mm，整車(chē)裝備質(zhì)量1 800 kg，通過(guò)道路滑行試驗(yàn)得到整車(chē)滾動(dòng)阻力166.88 N。設(shè)定轉(zhuǎn)轂車(chē)速和風(fēng)機(jī)風(fēng)速為0.1 km/h，每個(gè)駐車(chē)手柄棘齒測(cè)試時(shí)間和等待時(shí)間分別為260 s和60 s。同時(shí)也進(jìn)行了實(shí)際道路坡道上的駐車(chē)試驗(yàn)，記錄各駐車(chē)手柄棘輪棘齒下的駐車(chē)是否駐住、駐車(chē)手柄力和角位移等信息，包括上坡駐車(chē)和下坡駐車(chē)。

圖5 試驗(yàn)設(shè)備安裝圖Fig.5 Installation diagram of test devices1.便攜式計(jì)算機(jī) 2.駐車(chē)制動(dòng)手柄 3.手柄力傳感器支架 4.扎帶 5.手柄力傳感器 6.手柄角位移傳感器 7.數(shù)據(jù)采集器 8.鋰電池 9.試驗(yàn)樣車(chē) 10.轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)

圖6 試驗(yàn)曲線(xiàn)1Fig.6 Test curves 1

4.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與評(píng)價(jià)

圖6a和圖6b分別表示轉(zhuǎn)轂反轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)時(shí)輪邊力的歷經(jīng)過(guò)程。隨著齒數(shù)的增加，駐車(chē)制動(dòng)力增大，等效坡度也增大，第一和第二齒增幅不大，表明第一和第二齒是自由行程。圖6c和圖6d分別表示轉(zhuǎn)轂反轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)時(shí)駐車(chē)制動(dòng)操縱桿拉起第6齒時(shí)輪邊力的歷經(jīng)曲線(xiàn)，從中可以看出，輪邊力呈周期性變化，試驗(yàn)數(shù)據(jù)重復(fù)性好。

從圖6e和圖6f分別是轉(zhuǎn)轂反、正轉(zhuǎn)時(shí)測(cè)得的駐車(chē)手柄角位移曲線(xiàn)，在駕駛員拉起駐車(chē)手柄后約1 s數(shù)值趨于穩(wěn)定。圖6g和圖6h是同一輛車(chē)道路駐坡試驗(yàn)時(shí)測(cè)得的對(duì)應(yīng)上坡和下坡時(shí)的駐車(chē)手柄角位移曲線(xiàn)，可以看出相同駐車(chē)棘齒數(shù)對(duì)應(yīng)的角位移基本相同。

圖6i和圖6j分別是轉(zhuǎn)轂反、正轉(zhuǎn)時(shí)測(cè)得的駐車(chē)手柄力曲線(xiàn)，圖6k和圖6l分別是對(duì)應(yīng)坡道上駐車(chē)上坡和下坡測(cè)試時(shí)得到的駐車(chē)手柄力曲線(xiàn)。從中可以看出，隨棘齒數(shù)的增加，駕駛員的操作力也隨之增加，在圖6i中最后一個(gè)波峰是松開(kāi)駐車(chē)制動(dòng)操作時(shí)造成的。因駕駛員施加駐車(chē)手柄力的作用點(diǎn)位置不同，當(dāng)棘齒數(shù)較高時(shí)，駕駛員操作力的一致性較差。

圖7a和圖7b分別是轉(zhuǎn)轂正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時(shí)駕駛員駐車(chē)手柄力與平均駐車(chē)制動(dòng)力的關(guān)系曲線(xiàn)?？紤]到駐車(chē)棘輪第一齒和第二齒是自由行程，以及駐車(chē)手柄力不超過(guò)400 N(手操作)，在擬合時(shí)未考慮第一齒、第二齒和第十齒。擬合結(jié)果決定系數(shù)分別為0.996、0.997，表明該試驗(yàn)樣車(chē)的駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)駕駛員操作力和平均駐車(chē)制動(dòng)力呈強(qiáng)正相關(guān)，線(xiàn)性度高。

該試驗(yàn)樣車(chē)在20%標(biāo)準(zhǔn)坡道進(jìn)行上坡試驗(yàn)時(shí)，即使拉至最高齒也立即出現(xiàn)溜車(chē)現(xiàn)象，無(wú)法穩(wěn)定駐車(chē)，而轉(zhuǎn)轂反轉(zhuǎn)測(cè)得等效坡度最大值小于20%，如圖7c所示。進(jìn)行下坡試驗(yàn)時(shí)，拉至最高齒出現(xiàn)開(kāi)始溜車(chē)、約1 s后車(chē)輛穩(wěn)定駐車(chē)的現(xiàn)象，并重復(fù)出現(xiàn)。經(jīng)分析，是由制動(dòng)器表面凹凸不平引起的。轉(zhuǎn)轂正轉(zhuǎn)測(cè)得車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周有85.90%的等效坡度不小于20%，如圖7d所示。

圖7 試驗(yàn)曲線(xiàn)2Fig.7 Test curves 2

5 結(jié)論

(1)提出了一種基于轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)的乘用車(chē)駐車(chē)制動(dòng)動(dòng)力學(xué)性能測(cè)試和評(píng)價(jià)新方法，分析了測(cè)試原理，構(gòu)建了虛擬測(cè)試系統(tǒng)，試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性。有效拓展了轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試功能。

(2)本文設(shè)計(jì)的基于轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)的乘用車(chē)駐車(chē)制動(dòng)性能測(cè)試系統(tǒng)為提高駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)人機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了有效手段。該測(cè)試系統(tǒng)基于虛擬儀器設(shè)計(jì)，擴(kuò)展性和可靠性高，可以拓展到其他類(lèi)似車(chē)載測(cè)試領(lǐng)域使用。

1 HEIBING B, ERSOY M. 汽車(chē)底盤(pán)手冊(cè): 基礎(chǔ)知識(shí)、行駛動(dòng)力學(xué)、部件、系統(tǒng)、機(jī)電一體化及展望[M]. 孫鵬,譯. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2012.

2 BECKER S. Parking brake use study [C]. SAE Technical Paper 2013-01-0199, 2013.

3 NAKAZAWA M, ISOBE O, TAKAHASHI S, et al. Braking force distribution control for improved vehicle dynamics and brake performance [J]. Vehicle System Dynamics, 1995, 24(4-5): 413-426.

4 HAATAJA M, LEINONEN T. On the distribution of braking forces in road braking [C]. SAE Technical Paper 2000-01-3413, 2000

5 王亞晴, 張代勝, 沈國(guó)清. 汽車(chē)制動(dòng)力分配比的優(yōu)化設(shè)計(jì)與仿真計(jì)算[J]. 合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版, 2005, 28(11):1393-1396. WANG Yaqing, ZHANG Daisheng, SHEN Guoqing. Optimizing design and simulative calculation of braking force distribution of vehicles [J]. Journal of Hefei University of Technology:Natural Science, 2005, 28(11):1393-1396. (in Chinese)

6 KANG Mingxin, LI Liang, LI Hongzhi, et al. Coordinated vehicle traction control based on engine torque and brake pressure under complicated road conditions [J].Vehicle System Dynamics, 2012, 50(9):1473-1494.

7 冉旭, 李亮, 趙洵,等. 基于汽車(chē)動(dòng)力學(xué)與加速度傳感信息的縱向坡度實(shí)時(shí)識(shí)別算法[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2016,52(18):98-104. RAN Xu, LI Liang, ZHAO Xun, et al. Real-time recognition algorithm of longitudinal road slope based on vehicle dynamics and acceleration sensor information[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2016,52(18):98-104. (in Chinese)

8 李紅志. 電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真平臺(tái)開(kāi)發(fā)及控制方法研究[D]. 北京: 清華大學(xué), 2012 LI Hongzhi.Research on development and control method of hardware in loop simulation platform for electronic stability control system[D].Beijing:Tsinghua University,2012. (in Chinese)

9 張小龍, 馮能蓮, 張為公. 基于車(chē)輪力直接測(cè)量ABS性能試驗(yàn)研究[J]. 中國(guó)機(jī)械工程, 2008, 19(6): 751-755. ZHANG Xiaolong, FENG Nenglian,ZHANG Weigong. experimental research on the ABS performance based on the wheel forces measured by roadway test[J].China Mechanical Engineering, 2008,19(6): 751-755. (in Chinese)

10 STOLOFF P. A study of parking brake cable efficiency as affected by construction type[J]. SAE International Journal of Passenger Cars-Mechanical System, 2011, 4(3):1437-1444.

11 LUNIA P, PRAJAPATI M, JAYASHANKAR V, et al. Systematic approach to design hand controlled parking brake system for passenger car [C]. SAE Technical Paper 2015-26-0078, 2015.

12 WANG Bin, GUO Xuexun, ZHANG Wei, et al. A study of an electric parking brake system for emergency braking [J]. International Journal of Vehicle Design, 2015, 67(4): 315-346.

13 YOUNG Ok Lee, YOUNG Seop Son, CHUNG Choo Chung. Clamping force control for an electric parking brake system: switched system approach[J]. IEEE Transaction on Vehicular Technology, 2013, 62(7): 2937-2948.

14 GB 7258—2012 機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件[S]. 2012. GB 7258—2012 Safety specifications for power-driven vehicles operating on roads[S]. 2012. (in Chinese)

15 鄧召輝. 平板式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)研究[D]. 南京: 南京航空航天大學(xué), 2013. DENG Zhaohui. Research on test system of plat brake tester [D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2013. (in Chinese)

16 JASO C428: 2001 road vehicle-parking brake test procedure [S]. 2001.

17 AVL List GmbH. AVL ROADSIM 48″ MIM LIGHT TRUCK Chassis dynamometer [EB/OL]. [2016-04-10]. https:∥www.avl.com/ web/guest/-/avl-roadsim-48-mim-light-truck-chassis-dynamometer.

18 吳媞, 劉鵬飛, 張小龍, 等. 車(chē)輛部件節(jié)油虛擬測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與快速分析[J]. 汽車(chē)工程, 2016, 38(4): 515-520. WU Ti, LIU Pengfei, ZHANG Xiaolong, et al. Design of virtual test system and rapid analysis on fuel saving of vehicle components [J]. Automotive Engineering, 2016, 38(4): 515-520. (in Chinese)

19 Vector Nav Ltd. VN-100 UM001 user manual [M]. Ver 1.1. Vector Nav Ltd.,2009:43.

20 National Instruments Corporation. NI cRIO-9082 operating instructions and specifications [M]. National Instruments Corporation,2011.

21 吳媞, 劉鵬飛, 張小龍. 拖拉機(jī)經(jīng)濟(jì)性虛擬綜合測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J/OL].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2016, 47(3):116-123.http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20160317&journal_id=jcsam.DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2016.03.017. WU Ti, LIU Pengfei, ZHANG Xiaolong. Design and field test of integrated virtual test system for tractor economy performance[J/OL].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2016, 47(3):116-123. (in Chinese)

22 BAKAR A, OUYANG H, SIEGEL J. Brake pad surface topography part I: contact pressure distribution [C]. SAE Technical Paper 2005-01-3941, 2005.

Test and Evaluation Method for Parking Brake Performance of Passenger Vehicle Based on Dynamometer

ZHANG Xiaolong1DING Wenjun1GE Shengxun2HAN Peng2LIU Pengfei1JING Mei1

(1.SchoolofEngineering,AnhuiAgriculturalUniversity,Hefei230036,China2.TechnicalCenterofAnhuiJianghuaiAutomotiveGroupCo.,Ltd.,Heifei230601,China)

In order to meet the requirements for human machine optimization design, the dynamic test system was designed based on the chassis dynamometer, which was used to evaluate the parking brake performance of passenger vehicle. Firstly, the feasibility analysis was conducted for the test scheme, and the test model for the equivalent angle of parking slope was put forward. Then, the test system was designed, in which the CompactRIO (cRIO) controller and the related C modules made by National Instrument Company of America were selected as the core components. Under the consideration of the general installing requirements, both the handle force sensor and the angle sensor were selected, and their related mounting brackets were designed. Besides, the LabVIEW was employed to program the code for the controller and the host computer, in which the functions, such as data collection, data processing, communication and GUI, were conducted reliably in real time. Thirdly, the test method was explored, in which these influence factors were taken into consideration, such as elastic elements rebound, surface state of brake drum or disk, processing technology. In particular, the method of probability and statistics were introduced to evaluate the parking brake performance. Finally, the test system was used to conduct several tests and it worked reliably, and it met the design requirements. The result showed that it was effective and plausible for the dynamometer based test system and the evaluation method proposed for the parking brake performance of passenger vehicle.

passenger vehicle； dynamometer； parking brake； test system； evaluation method； virtual instrument

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.03.046

2016-08-10

2016-09-10

安徽省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(1608085ME109)和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51675005)

張小龍(1976—)，男，教授，博士，主要從事車(chē)輛測(cè)控與動(dòng)力學(xué)研究，E-mail: xlzhang@ahau.edu.cn

U467.1

A

1000-1298(2017)03-0361-07