一種新型的氣制動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)方案

周 翔， 孫長(zhǎng)存， 程 江， 余麗娜， 曾小蘭

(江西博能上饒客車有限公司， 江西 上饒 334000)

客車普遍采用氣壓制動(dòng)，其管路和氣閥較多，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜[1-2]，對(duì)于在整車試驗(yàn)或用戶使用過(guò)程中出現(xiàn)的制動(dòng)跑偏現(xiàn)象，若不及時(shí)排除，將嚴(yán)重影響行車安全[3-5]。此外，制動(dòng)反應(yīng)滯后等問(wèn)題，排查起來(lái)相當(dāng)復(fù)雜[6]。本文提供一套氣制動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)方案，能夠?yàn)闅庵苿?dòng)系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)、故障排查等提供一定的依據(jù)。

1 測(cè)試系統(tǒng)概況

測(cè)試系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理軟件、計(jì)算機(jī)、踏板位移傳感器、踏板開(kāi)關(guān)等組成。本文重點(diǎn)介紹數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)。

系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄制動(dòng)踏板開(kāi)關(guān)信號(hào)、制動(dòng)踏板位移信號(hào)、前后軸制動(dòng)儲(chǔ)氣筒氣壓、各制動(dòng)缸的制動(dòng)氣壓，再經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)得出前后軸的左右制動(dòng)氣壓總方差值、前后軸的左右制動(dòng)力穩(wěn)態(tài)差值和制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間最大差值。以上數(shù)據(jù)可以用作判定和評(píng)價(jià)氣制動(dòng)性能，并能為制動(dòng)故障排查提供依據(jù)。測(cè)試系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

測(cè)試車輛采用氣壓制動(dòng)，且每個(gè)儲(chǔ)氣筒和制動(dòng)氣室都應(yīng)具有可用于測(cè)試制動(dòng)管路壓力的連接器。

圖1 測(cè)試系統(tǒng)原理圖

2 數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)

2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

為了獲取汽車在制動(dòng)踏板踩下后直到制動(dòng)壓力建立穩(wěn)定全過(guò)程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，需將各傳感器接收到的信號(hào)由數(shù)據(jù)總線接口傳遞到計(jì)算機(jī)，并能進(jìn)行有效的存儲(chǔ)、處理、顯示和分析[7]。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從傳感器將各路模擬信號(hào)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理、濾波，再經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后由高速數(shù)據(jù)同步采集器記錄并同步發(fā)送。

為保證試驗(yàn)精度和試驗(yàn)的可行性，主機(jī)采集頻率≥100 Hz；需支持觸發(fā)輸入通道≥1個(gè)；通過(guò)使用一個(gè)安裝在制動(dòng)踏板上的物理壓力開(kāi)關(guān)，可捕獲一個(gè)精確的“制動(dòng)開(kāi)始事件”。模擬量輸入通道數(shù)≥7個(gè)，輸入電壓范圍至少覆蓋-50～+50 V；精度高于400 μV。配備RS232、LAN、USB等常用接口，能與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信[8-9]。

圖2 測(cè)試軟件操作界面

主要傳感器參數(shù)要求如下：制動(dòng)觸發(fā)器響應(yīng)時(shí)間≤10 ns，可粘貼在制動(dòng)踏板上，可以給系統(tǒng)輸入1路觸發(fā)信號(hào)；制動(dòng)管路壓力傳感器量程0～25 MPa，供電電源8～16 VDC，重復(fù)性≤0.02%FS；制動(dòng)踏板行程傳感器量程750 mm，精度高于0.25%FS，輸出0～5 V。

2.2 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是基于Matlab開(kāi)發(fā)的可視化操作軟件，其主要功能有如下4個(gè)：一是對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)依照插補(bǔ)法進(jìn)行圖形再生；二是將需要做對(duì)比分析的圖形曲線進(jìn)行整合呈現(xiàn)；三是通過(guò)內(nèi)部集成的算法對(duì)反應(yīng)實(shí)車制動(dòng)性能技術(shù)指標(biāo)的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和呈現(xiàn)；四是依據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行判定。軟件操作界面如圖2所示。

2.2.1 測(cè)試項(xiàng)目

1) 左右制動(dòng)氣壓總方差。該值為從制動(dòng)踏板踩下后到4個(gè)制動(dòng)缸的壓力穩(wěn)定的建立過(guò)程中車輛前軸和后軸兩個(gè)制動(dòng)缸的過(guò)程壓力差值，包含了前軸和后軸兩個(gè)值。該值反應(yīng)了同軸制動(dòng)氣壓建立全過(guò)程中左右兩側(cè)的制動(dòng)氣壓差值的大小程度。該數(shù)值若偏大可能造成車輛制動(dòng)跑偏。

2) 左右制動(dòng)力穩(wěn)態(tài)差值。該值為當(dāng)制動(dòng)踏板踩至特定位置后，4個(gè)制動(dòng)缸的壓力建立直至穩(wěn)定時(shí)車輛前軸和后軸兩個(gè)制動(dòng)缸的壓力差值，包含了前軸和后軸兩個(gè)值。該數(shù)值若偏大也可能造成車輛制動(dòng)跑偏。

3) 制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間最大差值。該值為從制動(dòng)踏板踩下后到4個(gè)制動(dòng)缸中制動(dòng)壓力達(dá)到相應(yīng)的制動(dòng)效能的最大時(shí)間差[10-11]。該數(shù)值反應(yīng)4個(gè)制動(dòng)缸壓力建立至有效值的快慢差異，不僅如此，壓力建立的先后順序也在一定程度上影響整車的制動(dòng)穩(wěn)定性。

2.2.2 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的算法

試驗(yàn)開(kāi)始的條件：測(cè)試工況為緊急制動(dòng)，試驗(yàn)開(kāi)始的觸發(fā)必要條件為制動(dòng)踏板開(kāi)關(guān)信號(hào)觸發(fā)及觸發(fā)后0.2 s內(nèi)踏板行程傳感器數(shù)值達(dá)到標(biāo)定的最大值。

左右制動(dòng)氣壓總方差值計(jì)算：

式中：EP為左右制動(dòng)氣壓總方差；PL,k為左側(cè)制動(dòng)缸氣壓瞬時(shí)值，100 kPa；PR,k為右側(cè)制動(dòng)缸氣壓瞬時(shí)值，100 kPa；Δt為采樣時(shí)間間隔，≤50 ms。

此項(xiàng)采樣時(shí)間段為從制動(dòng)踏板開(kāi)關(guān)觸動(dòng)的時(shí)刻開(kāi)始，直到制動(dòng)氣壓上升至最終穩(wěn)態(tài)值的90%。

為更加客觀全面地反映整車在不同制動(dòng)強(qiáng)度工況下的制動(dòng)性能，左右制動(dòng)力穩(wěn)態(tài)差值為分別踩下制動(dòng)踏板30%、60%和100%后直至制動(dòng)缸氣壓值穩(wěn)定后對(duì)應(yīng)的前軸和后軸左右制動(dòng)缸壓力差值的絕對(duì)值，最后取平均值。

制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間最大差值需要計(jì)算踩下制動(dòng)踏板后，第一個(gè)制動(dòng)缸制動(dòng)壓力達(dá)到相應(yīng)制動(dòng)效能的壓力(一般取0.60 MPa)，至最后一個(gè)達(dá)到該壓力值的制動(dòng)缸的壓力差值。

2.2.3 測(cè)試結(jié)論的生成

測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)包含前后軸的左右制動(dòng)氣壓總方差、前后軸左右制動(dòng)力穩(wěn)態(tài)差值、制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間最大差值。依照測(cè)試經(jīng)驗(yàn)設(shè)置各項(xiàng)閾值作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。判定標(biāo)準(zhǔn)為有一項(xiàng)以上不合格則制動(dòng)性能測(cè)試不通過(guò)。比如左右制動(dòng)氣壓總方差偏大，則有可能是管路布置不合理、閥體故障或管路堵塞和破損等問(wèn)題[12]。

3 結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)一方面能針對(duì)制動(dòng)時(shí)所有制動(dòng)缸的氣壓建立的速度進(jìn)行分析，另一方面對(duì)左右制動(dòng)缸壓力的均衡性進(jìn)行判定，還能作為下線車輛的制動(dòng)性在制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試完成后進(jìn)行的補(bǔ)充測(cè)試。此外，針對(duì)較為棘手的制動(dòng)跑偏、制動(dòng)滯后等問(wèn)題，經(jīng)過(guò)該測(cè)試系統(tǒng)的分析能在氣閥和管路上排除或查明原因。