大型客车台试制动不合格原因探讨

关键词：大型客车 滚筒试验台 制动力 检测 不合格原因因

前言：汽车制动系是保证汽车安全行驶的重要装置，其性能好坏不仅直接关系到行车安全，还影响到汽车动力性的发挥，因此国家标准GB7258-2004和GB18565-2001分别对在用车和营运车辆的制动性能参数作出了详细的规定，对制动性能的检测方法也作出了规定，即可以采用道路试验检测和台架试验检测。由于台架试验检测受外界环境影响小、占地少、检测设备结构简单、操作安全性能好、检测重复性较好等优点，目前在专业检测机构中得到了广泛的应用。但鉴于大多检测站配置的试验台规格型号单一（多为10T级），而所承检的车辆型号比较复杂，各种车型轮胎滚动半径差别也很大，因此单一尺寸的试验台很难适应不同车型的制动性能要求，导致检测数据不能真实反映车辆的实际制动性能。上述现象的存在，不但加大了检测站的工作量，更重要的是会给送检单位（车主）形成误解，怀疑检测站的设备不符合要求，检测员操作不规范，存在人为因素，进而影响到检测站的公信力。

通过对我站2011年1月份以来10米以上客车进行统计分析发现，在22辆共51次检测中，前轮制动率达不到要求的占43%，整车制动率达不到要求的高达90%，其中大部分是因为后轮制动率过低而影响了整车制动率。为此，我站针对这一技术难题开展了专题研讨，重点从车辆车辆的自身构造、使用与维修以及检测工艺等方面进行了全面分析，从而找出了影响检查结果的一些因素。

一、车辆结构对制动检测结果的影响

现代大型客车制动系统多为气压控制式，车轮制动器前后均为鼓式（部分为前盘后鼓式），普遍采用双管路控制、四回路阀保护，前、后制动气室管路中装有快放阀，部分车型还有感载调节阀。为保证制动时的车辆稳定性，均配有ABS控制装置，并可选装电涡流或液压缓速器。从整车结构布置来看，均为发动机后置，后桥驱动，客观上造成了后轴的承载质量比前轴大，且满载时前后轴荷变化不大，因此，在行车过程中，后轮制动器的衰减程度比前轮快。通过对大型客车的结构特点分析可知，以下几个因数会制约到车辆制动性能的发挥及其参数的正确测试：

（一）制动器结构

考虑到维修的方便性，大型客车的车轮制动器均采用简单非平衡式鼓式制动器。此种制动器的特点是，在制动器工作过程中一侧摩擦片为增势蹄，另一侧摩擦片为减势蹄，两者产生的制动力矩相差达2～2.5倍。因此，在两摩擦片工作面积相等的情况下，增势蹄摩擦片上的单位压力较大，磨损也较严重，久之，必将影响到车轮制动器最大制动力的发挥。此外，由于制动蹄支撑销无调整装置，摩擦片与制动鼓的接触面难以调整到最佳状态，车轮制动器理论最大摩擦力无法产生，制动器发出的制动力也会受到一定程度的影响。

（二）各种控制阀的技术状况

对气压控制制动系而言，车轮制动器制动力的产生是靠制动气室产生推力将摩擦片压紧在制动鼓表面，摩擦副之间产生摩擦力而实现。在制动气室直径一定的情况下，气室推力的大小主要取决于进入气室的压缩空气的压力大小。由于压缩空气在从储气筒到制动气室的过程中，经过了制动控制阀、保护阀、快放阀、ABS调节器、等多个部件，如其中一个部件的控制元件技术状况不正常，必然使进入到制动气室的空气压力产生变化，进而使制动气室的推力达不到要求，导致摩擦片与制动鼓之间的接触压力下降，最终难以产生最大制动力。此外，对于装置感载调节阀的车辆，在空载状态下，感载阀输出压力较低（约为满载时的1/6～1/8），因此，被测车轮（一般为后轮）制动器所能产生的制动力也较小；如若感载阀与车桥之间连接杆的长度调整不当，进入到制动气室的进气压力也会发生变化，最终也会影响到被测车轮制动力的高低。

（三）、缓速装置

汽车在制动过程中，如车速越快，则要求车轮制动器产生的摩擦力矩也越大，而对于结构、尺寸一定车辆而言，车轮制动器所能产生的最大摩擦力矩也是确定的。因此，在高速行驶状态下进行制动，制动鼓与摩擦片之间的相对滑移速度必然较高，意味着制动器产生的温度也高，从而导致摩擦片的摩擦系数下降，摩擦力减小，达不到应有的制动效果。为此，在大型客车上采用了缓速（电、液压）装置或排气制动装置来协助车轮制动器实现减速要求。实践证明，采用电涡流缓速器后，可使汽车车轮制动器使用寿命至少延长4～7倍。据宇通客车公司试验资料，在公交车上安装缓速器后，可使制动器摩擦片的平均使用寿命从10000～18000km延长到11万km以上，提高了6～7倍。而在实际情况中，车主为减少购车成本，大多放弃选用缓速装置；即使有缓速装置，不能正确使用和及时维修，导致车辆在使用过程中车轮制动器长期处于临界状态下工作，加剧了制动器摩擦片的衰减程度。

（四）、ABS装置

根据ABS装置的工作原理，只有当车辆行驶速度大于5km/h时，系统才开始发挥作用，即根据前、后车轮的实际滚动情况，来调节制动气室进气压力的高低。而车轮在制动过程中的滚动状态是受制动力和附着力共同影响的，在路面附着系数和车轮制动器结构一定的情况下，车轮所承受的载荷值高，则可以获得较高的附着力，车轮就不易过早抱死，地面制动力值也较大。对于装有ABS装置的汽车，为了消除高速制动时车身质量前移带来的负面影响，通常在设计时使前轴制动力占前轴静载荷的比例较大（约90～100%），而后制动力占后轴轴荷的比例较小（一般为40%左右）。因此，在反力式滚筒制动试验台上进行制动性能检测时，由于滚筒转速达不到ABS工作的最低速度，ABS不参与工作，也就不能对前后制动器的制动压力进行调节，故而制动器的最大制动效能未能充分得到体现。

（五）、摩擦片材质

现代汽车制动器为保持其在高温条件下摩擦片的摩擦系数，普遍采用半金属摩擦片，摩擦片中含有铜丝、钢丝等金属材料，因而其吸热能力比石棉摩擦片强。这导致摩擦片在工作过程中吸收的热量过多，使其中石棉材料所含的有机物测试分解，产生热衰退现象，降低了摩擦片的摩擦系数。而有些车辆使用者因缺乏相关知识，为一味追求摩擦片的使用寿命，选用表面硬度高、摩擦系数相对较低的摩擦片，也会影响制动器最大制动效能的发挥。

二、车辆运行使用情况对制动检测结果的影响

（一）轮胎技术状况

根据滚筒式制动试验台的工作原理：车轮制动器制动力的测取是用电动机通过减速器驱动试验台滚筒从而带动车轮旋转，当车轮制动时，车轮给滚筒一个与其旋转方向相反的力，通过传力机构传递至显示装置。因此显示装置最终输出的检测数据除了取决于制动器本身的性能外，还与轮胎与滚筒之间的附着状况密不可分。由于试验台滚筒的表面状况一般比较稳定，而与之接触的轮胎表面状况却千差万别。总体上以下几方面对制动力会产生影响：

1、轮胎花纹形状：具有细而浅花纹的轮胎在硬路面上有较好的附着能力，而若增加胎面的纵向条纹，在干燥的路面上，由于接触面积减小，φ值有所下降。从所检车辆外观检查发现，大型客车为提高轮胎的抓地能力、减小滚动阻力、增强散热性以及获得较好的行驶稳定性，普遍采用曲折大沟槽纵向花纹轮胎，其花纹曲率半径普遍较大，甚至为直线状态（如图1所示）。另外，部分车辆同一轴上轮胎花纹不一致，也会造成车辆左右轮制动力检测数值相差过大。

2、轮胎花纹深度：适当深度的轮胎花纹，可以使轮胎在与滚筒接触保持一定的弹性变形，从而增加两者相互之间的摩擦力，保持一定的附着力。而胎面花纹深度减小，则会使φ值显著下降。因此《GB7258-2004》与《GB18565-2001》均对轮胎花纹的深度作出了要求：机动车转向轮的胎冠花纹深度不允许小于 3.2mm ；其余轮胎胎冠花纹深度不允许小于1.6mm 。车辆使用者出于运营成本方面的考虑，在实际使用车辆过程中均不能严格执行这一要求。通过对送检车辆外观情况的检查来看，部分车辆的轮胎花纹磨损程度超过使用极限，有些轮胎的花纹已磨平，甚至已露出帘线，从而使轮胎与滚筒之间的附着能力直接受到影响。另外对于装用双胎的车轮，内、外轮胎花纹深度不一致同样也会影响到该车轮轮胎与滚筒之间的附着能力，进而影响到最终检测结果的准确性。

3、轮胎气压：轮胎气压过高会因胎面与滚筒的实际接触面积减小而使轮胎表面的附着系数下降，此外还会使轮胎动力半径增大，减小轮胎与滚筒之间的切向作用力，使实际测得的制动力下降；轮胎气压过低，会导致胎面变形增大，滚动时迟滞损失增加，增大了阻滞力，甚至造成阻滞力不合格。有资料证明：同样在干燥的混凝土路面，低压轮胎的附着系数比高压轮胎高15%～40%。有些车主为了能使制动检测合格，将轮胎气压放至很低，造成轮胎与滚筒之间反而不能很好接触，不但不利于提高两者之间的附着性能，反而使制动力下降很多。此外，左右轮胎气压不一致，也会导致左右车轮的附着系数和轮胎的动力半径的差异，进而影响到左右车轮的制动力平衡。下表是我站对一辆大型客车在不同轮胎气压状态下制动力检测结果：

从试验可知，适当降低轮胎气压，可使制动力有比较明显的增加。

（二）道路条件

我国上等级道路多为路面在横向呈拱形状，即中间高两侧低。因此汽车在行驶过程中，右侧车轮所受的重量总是大于左侧，由制动力计算公式可知，在左右制动器性能相同的状态下，右侧车轮的制动强度必然大于左侧车轮，从而导致右侧车轮制动器的摩擦片和制动鼓磨损比左侧大，制动器的热衰退也较左侧严重，直接影响到该侧车轮制动力的大小。在抽样统计的51个样本中，右侧车轮制动力小于左侧的占80%，可见此现象具有普遍性。

（三）维护周期

根据国家有关营运车辆技术管理的规定，在车辆进行二级维护时，应拆检车辆制动器，视情进行维修，二级维护的周期可根据制造厂要求或由省级管理部门确定。我市目前执行的是江苏省运管局于2003年出台的按车辆行驶间隔时间进行定期维护的规定，即每4月一次。据调查，我市运输企业营运客车的日行驶里程均在300公里以上，最多的达420公里，可推算，4个月的行驶里程已达3.6公里至5万公里。从车辆使用安全性考虑，车辆使用者肯定不可能在车辆运行这么长里程再进行维护，一般均在2～3万公里进行。因此车辆在进行检测时实际上离维护时间已经相差较多时日，一则制动鼓与摩擦片之间间隙变大；二则两者之间接触面积变化，导致制动器的技术状况下降，所测出的参数自然不能反映车辆维护质量的好坏。而此问题在目前的车辆技术管理模式下还难以得到解决，因此建议运输企业尽可能将车辆的维护时间与管理部门规定的周期相吻合，以提高车辆送检合格率。

三、维修质量对制动力检测结果的影响

（一）、维修工艺规范落实不到位

《汽车维护、检测、诊断技术规范》附录A“主要车型维护工艺规程”中对各种典型车辆的维护工艺均作出了详细的规定，其中有关车轮制动器的作业项目有7项，技术要求有11条，但通过对维修企业实际维护过程观察而知，维修人员对技术规范的认知度普遍较低，不能严格按照规范要求进行操作。主要表现在：对摩擦片与制动鼓的接触状况不进行有效检查，对凸轮轴与座孔的配合情况、制动蹄与支撑销的配合情况检查不到位，对摩擦片表面的老化层未进行彻底清理，对制动蹄回位弹簧技术状况的检查和制动鼓形位公差的检查缺乏相应设施，对制动鼓表面沟槽的危害后果重视程度不够等，主观上造成了质量隐患，使车辆在送检时不能一次合格。

（二）、维修技术标准执行不力

“主要车型维护工艺规程”中要求：车辆制动鼓应无裂纹或变形，制动鼓工作面应平整光洁，沟槽深度≯0.15mm，圆度0.15mm，否则应予修理；制动摩擦片无裂纹，摩擦片厚度小于10mm时（10m以上客车）应更换。《汽车鼓式制动器修理技术条件要求》也规定：搪削后的制动鼓圆度、圆柱度不大于0.05 mm，当制动鼓出现任何裂纹时，应更换，对于直径为400mm的制动鼓，达到404mm时必须报废。但维修企业对此认识不够，未配备必要的检测仪器，加之车主为片面追求制动鼓的其使用寿命，对制动鼓的检查和修复也未能引起足够的重视，因此造成制动鼓的形状和位置公差不能得到保证，影响到制动器正常性能的发挥。经对相关汽车维修企业的了解和现场验证，车辆进行二级维护时，制动鼓表面粗糙度普遍达不到要求，均存在深浅不一的沟槽，个别制动鼓因摩擦片铆钉头脱落而产生异常磨损，所形成的沟槽深度甚至达到5mm，即使搪削后仍不能符合相关技术标准的要求（局部存在沟槽），甚至有的制动鼓搪削后的最大直径超过标准尺寸达7mm，远远超过报废标准，不能保证制动器的正常工作性能，还给车辆的运行安全留下了隐患。

（三）维修质量检验把关不严

维修企业为片面追求经济效益，减少管理成本，大部分未配备专职检验员，即使有兼职人员，但是受专业水平、检测手段、工作干扰等因素的影响，也不能发挥相应作用，对影响制动性能的相关作业项目检查不到位，要求不严格，将存在质量问题的车辆送检，主观上造成了车辆制动性能检测不合格情况的产生。

四、检测设施和方法对制动力检测结果的影响

（一）试验台安置角

图中:G-车轮所受的载荷；F-非测试车轮的约束力；N1、N2-滚筒对车轮的支反力；FX1、FX2-滚筒对车轮切向摩擦力；F/X1、F/X2-车轮对滚筒的反作用力；α-安置角

从受检车轮在滚筒上受力图可知，车轮在试验台上安置角的大小直接影响到滚筒对车轮的支反力N1、N2以及滚筒对车轮切向摩擦力Fx1、Fx2的大小。当值较小时，支反力增加，车轮脱离滚筒的可能性增大，同时切向力减小，即测得的实际制动力下降；反之，如较大时，车轮与滚筒之间的附着性较好，可比较真实地测出车轮制动器的实际制动力。从安置角计算公式

可知，α的大小与前、后滚筒中心距成正比，与车轮直径和滚筒直径成反比。而若要保证车辆受检时受检车轮不脱离前滚筒，必须满足tanα≥φ的条件。根据检测站试验台所使用滚筒的表面材料（粘砂），φ值取0.8，则α值最小不应低于37°。对于实验所参照车型，轮胎型号为11R22.5，直径取1050mm，试验台滚筒直径为240mm，滚筒间距为460mm，计算得知，安置角约为21°，低于前述要求。可见，如不采用相应技术措施，显然不能保证最大制动力的测取。

（二）试验台路面附着系数

对于双滚筒制动试验台而言，若要测取车轮制动器的最大制动力，必须保证在测试过程中，被测试车轮不脱开前滚筒，受检车辆不产生后移，此时滚筒所能产生的附着力即为滚筒试验台所能测出的最大制动力，用公式表示为：

从上式可知，滚筒试验台所能测得的最大制动力受安置角α、滚筒附着系数φ和水平约束力F的制约。对于已建成的检测线而言，试验台安置角和滚筒附着系数是定值，要提高试验台的检测能力，只有提高水平约束力。而水平约束力主要受制于非测试车轮的制动性能，其最大值受制于非测试车轮与地面的附着力，亦即两者之间的静摩擦力大小。对于大型客车而言，由于普遍采用发动机后置，因此前轴的轴荷较轻，当测试后轴制动器制动力时，由于受试验台前后滚筒的综合作用，被测试车轮向后产生移动的趋势必然比测试前轴制动时严重，要减轻直至消除这种趋势，非测试车轮的轮胎与地面之间应有足够的静摩擦力以阻碍测试车轮向后移动。静摩擦力主要与车轮承受的支撑力和非被测试车轮的轮胎与试验台地面的附着系数有关，其计算公式为Fj=Nφ’(Fj为静摩擦力，N为非被检车轮承受的支撑力即轴荷，μ为非被测试车轮的轮胎与地面之间的要求附着系数)。根据检测后轴时车辆受力图可知，若要防止测试车轮在达到最大制动力之前产生滑移，要求附着系数μ值的大小必须满足下列公式要求，即

式中：W为车辆整车轴荷，N为非被检车轮轴荷，φ为滚筒与车轮附着系数，α为车轮在试验台滚筒上的安置角。

从上式可知，非被测试车轮的要求附着系数与轴荷分配、滚筒与车轮附着系数以及安置角有关。检测时，安置角越大，轴荷分配越趋于均匀，非被测试车轮要求附着系数的值越小。以试验所用车宇通ZK6117HP客车为例，G=12890N，N=4347N，N/G=0.34，=21°，φ=0.80，经计算得知，μ≥0.63。即测试后轮时，前轮与试验台路面的附着系数要等于或大于0.63才能测得后轴最大制动力。

但检测站试验台路面大多为水磨石结构，车轮与路面之间的附着系数远达不到上述要求，从而导致被测车轮为后轮时无法测得最大制动力，进而影响到整车制动性能的检测结果。为验证此观点，进行了以下实验：试验方法是在检测后轴制动时，将前轮后方用三角木塞住，以增加其静摩擦力，试验结果如表2所示。

从试验结果可发现，当非测试车轮与路面的附着系数增大后（亦即附着力增加），后轴制动力的增幅可达8%以上，使检测值更加接近于车轮制动器制动力的理论值。

（三）车辆检测时的状态

汽车在制动过程中，路面制动力的大小受路面附着力的影响。同理，在进行台试检测时，测得的制动力大小也受轮胎与滚筒之间的附着力影响。当车轮制动器产生的制动力大于轮胎与滚筒之间的附着力时，轮胎即与滚筒之间产生滑移，在第三滚筒的作用下，滚筒停止运转，制动力测试过程终止。

对于结构一定的试验台，滚筒的附着系数是不变的。因此，被测试车轮所承受的轴荷直接关系到附着力的大小，最终对制动力的测试结果带来影响。车辆在实际行驶过程中，由于会产生轴荷前移，会使前轴的载荷加大，在制动瞬间前轮与地面间的附着力也随之增加，前制动器的最大制动能量能得到充分发挥，所产生的制动力也较大。而在进行台架试验时，被检车辆处于静止状态，制动器起作用时车辆前后轴荷不会发生变化，没有因惯性作用而引起的轴荷前移情况，所以前轴车轮容易抱死，在此状态下，不易测到前轮制动器可能提供的最大制动力。对于采用ABS装置的车辆，其影响后果尤其突出，由于前轴制动力实测值的降低，在整车中前轴制动力的降低又比后轴制动力的降低对制动力总和的影响大，所以最终出现制动力总和与整车重量的百分比不合格的现象，显然以此结果来评价车辆的制动性能也不够真实。

而要解决上述问题，可根据GB7258-2004的规定，在检测前轮制动力时，采用三角垫或适当增加附加质量的方法提高前轮制动力；也可采用路试方法进行检验。以下是我站对宇通ZK6111HP型客车进行加载试验的结果。

从上表可知，对被检车轮加载后，其制动力测试值有显著增长；同时也可以看出，加载质量不同，所测出的制动力值也不一样。

（四）制动力信号采样时机

为保护试验台驱动电机和防止剥伤轮胎，现代滚筒反力式制动试验台普遍采用第三滚筒结构，其作用原理为当第三滚筒检测到受检车轮的滑移率达到20%-30%时，自动切断滚筒驱动电机的电源，不让滚筒继续转动，以保护受检车轮。其理论依据是，当制动轮滑移率在20%～30%时，车轮处于临界抱死状态，车轮制动器所释放的制动力达到最大。但是，以此依据来作为滚筒试验台制动力检测数值的采样时机有一定的局限性。（《GB 7258―2004》的规定是测取制动力增长全过程中各轮制动力的最大值；“轴制动力”的定义为该轴左右轮最大制动力之和），测试制动力时，应以车辆某一轴的左右车轮的制动器最大制动力之和作为该轴的制动力数值进行判断，而在制动力检测过程中，因左右车轮的制动器间隙不一致、车轮的载荷差异、轮胎表面技术状况的差异等因素存在，左右车轮制动器的制动力上升速度不可能是一致的，最大制动力出现时间也不可能完全同步，如若当某一侧车轮达到抱死状态，该侧第三滚筒放出断电信号，必然影响到另一侧车轮最大制动力的检测，进而影响到整个车轴制动力值的大小。因此，在制动力检测过程中，如采用制动力上升到平缓段转折点的制动力作为最大制动力的取值方法（即“拐点法”），所测出的制动力准确性显然要比“滑移率法”要可靠。对以采用“滑移率法”作为采样依据的检测线，可以尝试将第三滚筒的作用时机进行适当调整，即将第三滚筒防抱死断电延时调整为

结论：通过上述分析可知：大型客车在反力式滚筒试验台上检测结果不合格，一方面是受制于车辆自身结构的约束，另一方面是因为车辆在使用过程中受到维修、运用等方面的不利影响。而最主要的原因是因为反力式滚筒试验台在检测制动力过程中存在的局限性，导致设备的参数与被检车辆不适应，检测方法不能完全反映出车辆的实际技术状况。具体表现在：对于前轴制动检测，因检测时车轮载荷过低，车轮制动器的最大制动效能不能完全发挥，所测出的制动力数值较低；对于后轴制动检测，因检测时，前轮附着力较低，不足以阻止后轮在滚筒切向力的作用下产生向后移动，导致后轮脱离前滚筒，从而使测得的后轮制动力远小于实际制动力，最终出现整车制动力不合格的结果。试验台安置角与被检车辆轮胎尺寸不适应，车轮与滚筒之间易发生脱离以及第三滚筒作用时机不适宜，均会影响到车轮制动器最大制动力的测取。如若采取针对性解决措施，可不同程度提高车轮制动力的测试数值，同时辅以道路试验法对台试结果进行修正，是能够比较客观真实地评价被检车辆制动性能的好坏，保证检测结果的科学公正。

参考文献：

（1）王维 刘建龙 何广里.《汽车制动性能检测》。【M】.北京：人民交通出版社,2005。

（2）陈焕江.《汽车检测与诊断技术》.【M】.北京：人民交通出版社, 2009。

（3）余志生.《汽车理论》.【M】.北京：机械工业出版社，2000。