ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ СТЕНД Российский патент 2006 года по МПК B60T17/22 G01L5/28 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к диагностированию тормозных систем автомобилей.

Известен инерционный роликовый тормозной стенд с приводом от ведущих колес автомобиля (Техническая эксплуатация автомобилей: Учебник для вузов / Под ред. Г.В.Крамаренко. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1983. С.146, рис.6.34а). Он содержит опорные ролики, механически связанные между собой, и четыре маховика, расположенных на валах опорных роликов.

Общими признаками известного стенда с заявленным изобретением являются опорные ролики, связанные между собой, и маховики.

Качество определения диагностических параметров с использованием известного стенда невысоко из-за того, что у него нет устройств, измеряющих тормозные силы на колесах автомобиля, а также следящих роликов для измерения угловых скоростей колес. Несмотря на наличие маховиков и их посекционное расположение, использование схемы с жесткими связями между ними не позволяет достичь технического результата, заключающегося в повышении качества измерения диагностических параметров.

Во-первых, тормозной момент, действующий на одном из колес диагностируемого автомобиля, через силовую цепь перераспределяется на все маховики. Перераспределение тормозных моментов приводит к увеличению нагрузки и ее неравномерности в приводах опорных роликов, влиянию левых и правых колес одной оси друг на друга, снижению точности определения тормозных сил на каждом колесе автомобиля. Между маховиками и роликами нет узлов измерения тормозного момента или силы, а их измерение производится путем косвенной оценки через путь, проходимый колесом, или угловое замедление барабана. Отсутствие узлов следящей системы не позволяет произвести измерения проскальзывания колес относительно опорных поверхностей роликов.

Во-вторых, в случае разобщения всех кареток стенда путем выключения электромагнитных муфт становится невозможным диагностирование различных тормозных систем, оборудованных антиблокировочными системами (АБС), а также большинства полноприводных автомобилей (исключение составят автомобили, не имеющие блокировочных устройств).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и принятым за прототип является испытательный стенд с приводом от ведущих колес автомобиля, патент РФ №2241618, МПК 7 В 60 Т 17/22, G 01 L 5/28, содержащий маховик, соединенный с валами опорных роликов механической передачей, устройства для измерения крутящих моментов, пропорциональных тормозным силам на колесах, подвижную и неподвижную платформы, а также следящие ролики.

Общими признаками прототипа с заявляемым устройством являются наличие следящих роликов, маховика и опорных роликов, на валах которых установлены устройства для измерения крутящих моментов, пропорциональных тормозным силам на колесах автомобиля, стенд выполнен с возможностью приведения его в действие с помощью испытуемого автомобиля и изменения расстояния между передней и задней платформами.

Стенд по прототипу, несмотря на его достоинства, не обеспечивает требуемое качество определения диагностируемых параметров различных тормозных систем, оборудованных и не оборудованных АБС, а также не позволяет диагностировать автомобили с малым дорожным просветом.

Причины недостаточного качества определения диагностируемых параметров обусловлены недостатками этого стенда, к которым можно отнести:

- наличие одного маховика большой массы, обуславливающей на приводных передачах опорных роликов повышенные нагрузки;

- наличие цепной передачи между маховиком, устройствами для измерения тормозных моментов и опорными роликами, подверженной воздействию пульсирующих моментов, передаваемых от опорных роликов к маховику и наоборот, особенно при диагностировании тормозных систем, оборудованных АБС;

- наличие жесткой кинематической связи между соседними опорными роликами с левой и правой стороны стенда, приводящей при торможении к взаимовлиянию тормозных сил левых и правых колес диагностируемого автомобиля на устройства для измерения тормозных сил;

- наличие на валах опорных роликов приводных звездочек, имеющих из-за высоких угловых скоростей опорных роликов большой диаметр, что не позволяет диагностировать автомобили с малым дорожным просветом.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи повышения качества определения диагностируемых параметров различных тормозных систем, в том числе, оборудованных АБС, а также обеспечения возможности диагностирования автомобилей с широким диапазоном дорожного просвета.

Технический результат заключается в повышении качества определения диагностируемых параметров различных тормозных систем, в том числе, оборудованных АБС, за счет снижения пульсирующей нагрузки на приводные передачи опорных роликов, уменьшения ее неравномерности, саморегулирования ветвей ременных передач, исключения взаимовлияния тормозных сил левых и правых колес; снижения погрешности определения тормозной силы на каждом колесе, определения величины проскальзывания колес, вычисления среднего реализованного значения удельной тормозной силы на каждом колесе, определения интегрального показателя М.А.Петрова, вычисления среднего за время торможения значения проскальзывания колес.

Технический результат достигается тем, что испытательный стенд, содержащий следящие ролики, маховик и опорные ролики, на валах которых установлены устройства для измерения крутящих моментов, пропорциональных тормозным силам на колесах автомобиля, и выполненный с возможностью приведения его в движение с помощью испытуемого автомобиля и изменения расстояния между передней и задней платформами, согласно изобретению, дополнительно содержит три маховика, причем каждый из четырех маховиков стенда расположен по его периметру, соответствует диагностируемому колесу, жестко связан с соответствующими опорными роликами, взаимодействующими с колесами автомобиля, и кинематически связан с другими маховиками посредством клиноременных передач и регулирующего вала, установленного в направляющих, а установленные на валах опорных роликов устройства для измерения крутящих моментов, пропорциональных тормозным силам на колесах автомобиля, расположены между опорными роликами и соответствующими им маховиками; при этом стенд дополнительно содержит устройства для определения угловых скоростей (замедлений) опорных и следящих роликов, стенд оборудован весовыми устройствами для определения удельной тормозной силы на каждом колесе, стенд имеет устройство для определения усилия на тормозной педали автомобиля, устройство для определения времени торможения колес, а также аналого-цифровой преобразователь сигналов датчиков, связанный с персональным компьютером.

В отличие от прототипа в заявляемом устройстве нет валов, жестко соединяющих опорные ролики под левыми и правыми колесами осей автомобиля, а разнесенные по периметру стенда меньшие по размерам и массе маховики кинематически связаны между собой посредством клиноременных передач и регулирующего вала. Таким образом, клиноременные передачи и регулирующий вал обеспечивают гибкую кинематическую связь между опорными роликами под всеми колесами автомобиля.

Наличие разнесенных по периметру стенда маховиков, соединенных между собой регулирующим валом с помощью клиноременных передач, позволяет выравнивать угловые скорости вращения опорных роликов под всеми колесами автомобиля без пульсирующих моментов.

Использование четырех разнесенных маховиков вместо одного дает возможность снизить их размеры и массу, а следовательно, пульсирующие нагрузки, действующие на приводных передачах опорных роликов.

Расположение устройств, измеряющих крутящие моменты, на валах опорных роликов между последними и маховиками позволяет повысить точность определения тормозных сил за счет устранения изгибающих моментов.

Замена жесткой связи между маховиками (цепных передач) на гибкую связь клиноременными передачами позволяет исключить передачу пульсирующих моментов от одного маховика к другому, т.е. снизить динамические нагрузки, за счет чего повысить надежность и долговечность привода, а следовательно, и его безопасность при проведении диагностических работ на стенде.

Установка на стенде регулирующего вала в вертикальных направляющих позволяет при изменении геометрических параметров стенда регулировать натяжение ветвей клиноременных передач за счет собственного веса регулирующего вала и дополнительных грузов.

Вынос маховиков и шкивов клиноременных передач из центральной части стенда на его периферию, за внешние габариты опорных роликов, позволяет максимально увеличить просвет между стендом и диагностируемым автомобилем.

Расположение на валах опорных и следящих роликов устройств для определения их угловых скоростей позволяет определять проскальзывание каждого колеса относительно опорных поверхностей роликов по формуле

где S - проскальзывание колеса относительно опорных поверхностей роликов;

ω_к, ω_р - угловые скорости колеса (следящих роликов), опорных роликов, соответственно;

r_к, r_p - радиусы колеса, опорных роликов, соответственно.

Установка на стенде весовых устройств для определения удельных тормозных сил позволяет определять удельную тормозную силу на каждом колесе, а следовательно, эффективность тормозных систем, не оснащенных АБС, по формуле

где γ - удельная тормозная сила на колесе автомобиля;

- сумма тормозных сил на всех колесах автомобиля;

m_а - масса автомобиля;

g - ускорение свободного падения.

Оборудование стенда устройством для определения усилия на тормозной педали позволяет устанавливать величину этого усилия.

Оборудование стенда устройством для определения времени торможения колес позволит регистрировать время начала воздействия на педаль управления тормозами и время блокирования колес, т.е. определить время торможения колес автомобиля.

Фиксация времени начала и конца торможения позволяет произвести качественную оценку эффективности торможения автомобиля, тормозная система которого оборудована АБС. Значения среднего реализованного значения удельной тормозной силы при торможении с АБС - γ_ср целесообразно определять для каждого тормозящего колеса автомобиля из выражения

где γ(t) - текущее значение удельной тормозной силы на тормозящем колесе;

t₂ и t₁ - время начала и конца торможения, соответственно.

Для количественной оценки повышения эффективности торможения автомобилей, тормозные системы которых оборудованы АБС, по сравнению с торможением при заблокированных колесах, на предлагаемом стенде также возможно определение интегрального показателя М.А.Петрова - Э:

где γ_бл - значение удельной тормозной силы при торможении с заблокированными колесами, определяемое из выражения (2);

γ_ср - среднее реализованное значение удельной тормозной силы при торможении с АБС, определяемое из выражения (3).

Для косвенной оценки устойчивости автомобилей, тормозные системы которых оборудованы АБС, можно применять еще один интегральный показатель - среднее за время торможения значение проскальзывания S_cp:

где S(t) - текущее значение проскальзывания на тормозящем колесе;

t₂ и t₁ - время начала и конца торможения, соответственно.

Установка на стенде аналого-цифрового преобразователя, связанного с персональным компьютером, позволяет снизить трудоемкость обработки сигналов датчиков и повысить объективность результатов диагностирования тормозных систем.

Таким образом, технический результат заявляемого изобретения достигается благодаря следующего:

- снижения величины пульсирующей нагрузки на приводе опорных роликов за счет рассосредоточения (разнесения) маховой массы по отдельным маховикам меньшего размера, соответствующих диагностируемому колесу;

- уменьшения неравномерности пульсирующей нагрузки на приводе опорных роликов за счет замены цепной передачи маховика на клиноременную;

- устранения взаимовлияния тормозных сил левого колеса на правое, и наоборот, за счет замены между ними жесткой связи (вала) на гибкую связь (клиноременную передачу);

- устранения изгибающих моментов на участке "маховик - датчик тормозной силы - опорный ролик" за счет расположения устройств, измеряющих крутящие моменты, на валах опорных роликов между последними и маховиками, а следовательно, снижения погрешности при измерении тормозных сил;

- саморегулирования натяжения ветвей клиноременной передачи при изменении расстояния между платформами стенда за счет собственного веса регулирующего вала и дополнительных грузов;

- максимального увеличения просвета между стендом и диагностируемым автомобилем за счет выноса маховиков и шкивов клиноременных передач из центральной части стенда на его периферию, за внешние габариты опорных роликов;

- повышения безопасности диагностирования тормозных систем автомобилей за счет замены цепных передач на клиноременные;

- определения проскальзывания колес относительно опорных поверхностей роликов за счет установки на валах опорных и следящих роликов устройств, для определения угловых скоростей опорных и следящих роликов;

- определения удельной тормозной силы на каждом колесе за счет установки в конструкции стенда весовых устройств для определения удельных тормозных сил на каждом колесе;

- определения усилия на тормозной педали за счет установки устройства для определения усилия на тормозной педали;

- установления времени торможения колес автомобиля за счет оборудования стенда устройством для определения времени торможения колес, регистрирующим время начала воздействия на тормозную педаль и соответственно время блокирования колес;

- определения интегральных показателей: среднего реализованного значения удельной тормозной силы при торможении с АБС, показателя М.А.Петрова, среднего за время торможения значения проскальзывания за счет установленных на стенде вышеотмеченных измерительных устройств;

- снижения трудоемкости обработки сигналов датчиков и повышения объективности результатов диагностирования тормозных систем за счет установки аналого-цифрового преобразователя, связанного с персональным компьютером;

- более качественного задания тестового режима и определения диагностируемых параметров различных тормозных систем автомобилей с широким диапазоном дорожного просвета за счет вышеперечисленных мероприятий.

Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "новизна".

Из уровня техники известно использование 4-х маховиков, в частности, в инерционном роликовом тормозном стенде с приводом от ведущих колес автомобиля (Техническая эксплуатация автомобилей: Учебник для вузов / Под ред. Г.В.Крамаренко. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1983. С.146, рис.6.34а).

В известном решении наличие 4-х маховиков не позволяет достичь технического результата. При жесткой связи всех опорных роликов стенда возможно диагностирование тормозных систем автомобилей, но невозможно исключить влияние привода и перераспределение сил и моментов между ними. При отключении привода и устранении жесткой связи между опорными роликами стенда невозможно обеспечить равенство угловых скоростей опорных роликов, что приводит к некорректности измерений диагностируемых параметров.

В заявляемом устройстве наличие 4-х маховиков, связанных между собой гибкой связью, обеспечит повышение точности измерения диагностируемых параметров. Наличие гибкой кинематической связи в виде клиноременных передач при измерении тормозного момента на колесе автомобиля позволит организовать подвод мощности к опорным роликам секции только с одной стороны, со стороны маховика, и исключить взаимовлияние привода и передачу моментов от опорных роликов и маховиков других секций. Предлагаемая схема с гибкой связью обеспечит равенство угловых скоростей маховиков и, как следствие, опорных роликов, что позволит с высокой точностью диагностировать любые тормозные системы, в том числе с АБС.

Регулирующий вал, при помощи которого происходит выравнивание угловых скоростей маховиков, позволит за счет собственного веса осуществлять натяжение клиноременных передач, компенсируя изменение расстояния между платформами (маховиками) при диагностировании автомобилей с разной базой.

Клиноременные передачи между маховиками позволят повысить безопасность диагностирования тормозных систем автомобилей.

Устройства для определения угловых скоростей валов опорных и следящих роликов позволят в процессе диагностирования тормозных систем определять проскальзывание колес относительно опорных поверхностей роликов. В отличие от известных устройств, патенты №2242386 и №2241618, в которых наличие роликов следящей системы позволяет определить только момент блокирования колеса, предлагаемые устройства для измерения угловых скоростей опорных и следящих роликов позволяют определять величину проскальзывания в течении всего процесса диагностирования и во всем диапазоне изменения скольжения S от 0 до 1.

Весовые устройства для определения удельных тормозных сил, установленные на стенде, позволят в процессе диагностирования тормозных систем производить не только взвешивание одной оси автомобиля, как это выполняется на стенде СТС-10У-СП-11, определять удельную тормозную силу при максимальных значениях тормозных сил, как это осуществляется на стенде СТС-3-СП-11, но и определять текущее значение удельной тормозной силы на всех тормозящих колесах автомобиля.

Устройство для определения усилия на тормозной педали позволит определить величину усилия, воздействующего на тормозную педаль.

Устройство для определения времени торможения колес позволит в процессе диагностирования тормозных систем регистрировать время торможения колес.

Установленные на стенде измерительные устройства позволят определять интегральные показатели процесса торможения: среднее реализованное значение удельной тормозной силы при торможении с АБС, показатель М.А.Петрова, среднее за время торможения значение проскальзывания колес автомобиля.

Персональный компьютер, связанный с аналого-цифровым преобразователем сигналов датчиков всех используемых на стенде измерительных устройств, позволит в процессе диагностирования снизить трудоемкость обработки информации и повысить объективность результатов диагностирования тормозных систем автомобилей.

Таким образом, из уровня техники не известно влияние признаков, сходных с отличительными, на достигаемый заявленным изобретением технический результат, что свидетельствует о соответствии заявляемого устройства критерию "изобретательский уровень".

Заявляемый испытательный стенд иллюстрируется чертежом, где изображена схема предлагаемого устройства (вид сверху).

Стенд состоит из передней подвижной 1 и задней неподвижной 2 платформ, на каждой из которых установлены опорные ролики 3 и следящие ролики 4. Опорные ролики 3 жестко соединены с маховиками 5. На валах опорных роликов 3 между последними и соответствующими им маховиками 5 установлены устройства 6 для измерения крутящих моментов, пропорциональных тормозным силам на колесах автомобиля. Связь между опорными роликами 3 под левыми и правыми колесами автомобиля обеспечивается через маховики 5, посредством регулирующего вала 7 и клиноременных передач 8. Натяжение ветвей клиноременных передач 8 при изменении расстояния между платформами 1 и 2 стенда, зависящего от базы диагностируемого автомобиля, осуществляется под собственным весом регулирующего вала 7, установленного с возможностью вертикального перемещения в направляющих 9, установленных между подвижной 1 и неподвижной 2 платформами. Определение угловых скоростей (замедлений) опорных роликов 3 осуществляется устройствами 10 для определения угловых скоростей опорных роликов, установленными на валах опорных роликов 3, а угловых скоростей (замедлений) следящих роликов 4 - устройствами 11 для определения угловых скоростей следящих роликов, установленными на валах следящих роликов. Определение удельной тормозной силы на каждом колесе осуществляется по параметрам, полученным при помощи весовых устройств 12, для определения удельных тормозных сил на каждом колесе. Определение усилия на тормозной педали осуществляется с помощью устройства 13 для определения усилия на тормозной педали, монтируемого на тормозной педали. Определение времени торможения колес осуществляется при помощи устройства 14 для определения времени торможения колес, датчики которого установлены на тормозной педали (для определения времени начала воздействия на тормозную педаль, т.е. начала торможения) и в устройствах 11, для определения угловых скоростей следящих роликов (для определения времени блокирования колеса, т.е. конец торможения). Преобразование сигналов датчиков всех используемых на стенде измерительных устройств в информацию о процессе торможения колес автомобиля осуществляется аналого-цифровым преобразователем 15, связанным с персональным компьютером 16.

Испытательный стенд работает следующим образом. Колеса автомобиля устанавливаются на опорные ролики 3. Центровка осей автомобиля и стенда обеспечивается подвижной платформой 1. Ведущие колеса автомобиля приводят во вращение опорные ролики 3 одной из платформ, которые передают крутящий момент через маховики 5, клиноременные передачи 8 и регулирующий вал 7 опорным роликам 3 другой платформы. Колеса автомобиля разгоняют до начальной скорости испытаний (50...70 км/ч), после чего производится их торможение. Тормозные силы, возникающие в процессе торможения, действуют на опорные ролики 3 и их валы. В тоже время раскрученные маховики 5 передают реактивные моменты на валы опорных роликов 3, в результате чего последние испытывают крутящие напряжения. Величины крутящих напряжений валов опорных роликов 3 определяются устройствами 6 для измерения крутящих моментов, пропорциональных тормозным силам на колесах автомобиля, и передаются на аналого-цифровой преобразователь 15 и связанный с ним персональный компьютер 16. В это время устройства для измерения угловых скоростей опорных роликов 10 измеряют угловые скорости опорных роликов 3, а аналогичные устройства 11 на валах следящих роликов 4 определяют текущие значения угловых скоростей колес автомобиля. На основании полученных значений угловых скоростей опорных и следящих роликов персональным компьютером 16 по формуле 1 вычисляется проскальзывание колес автомобиля относительно опорных поверхностей роликов 3. Параллельно весовые устройства 12 определяют весовые нагрузки на каждом колесе и передают соответствующие сигналы на аналого-цифровой преобразователь 15 и далее на персональный компьютер 16, который вычисляет удельную тормозную силу на каждом колесе автомобиля. Величины усилий на тормозной педали, фиксируемые устройством 13, также передаются на аналого-цифровой преобразователь 15 и далее на персональный компьютер 16. Устройство для определения времени торможения колес 14 фиксирует время начала воздействия на тормозную педаль и время, соответствующее блокированию каждого из колес автомобиля. На основании полученных данных персональный компьютер 16 вычисляет интегральные показатели процесса торможения: среднее реализованное значение удельной тормозной силы при торможении с АБС, показатель М.А.Петрова, среднее за время торможения значение проскальзывания колес автомобиля.

Вышеописанное устройство позволяет снижать пульсирующие нагрузки и их неравномерность в приводах опорных роликов, устранять взаимовлияние тормозных сил левых и правых колес друг на друга, диагностировать тормозные системы автомобилей, оборудованные и не оборудованные АБС, диагностировать автомобили с широким диапазоном дорожного просвета, различной базой и любой колесной формулой, с наибольшей точностью определять тормозные силы на каждом колесе автомобиля, более точно вычислять при его торможении проскальзывание колес относительно опорных поверхностей роликов, удельную тормозную силу на каждом колесе, время торможения колес автомобиля, среднее реализованное значение удельной тормозной силы при торможении с АБС, интегральный показатель М.А.Петрова, среднее за время торможения значение проскальзывания колес автомобиля с наименьшими затратами времени и наибольшей достоверностью.

При диагностировании автомобилей с различными схемами компоновки, с различной колесной формулой, различными типами тормозных систем, оборудованных и не оборудованных АБС, не требуется изменение методики проведения испытаний, порядка выполнения работ, перестройки алгоритма или перенастройки оборудования испытательного стенда.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к диагностированию тормозных систем автомобилей. Испытательный стенд содержит следящие ролики, маховик и опорные ролики. На валах опорных роликов установлены устройства для измерения крутящих моментов, пропорциональных тормозным силам на колесах автомобиля. Стенд выполнен с возможностью приведения его в действие с помощью испытуемого автомобиля и изменения расстояния между передней и задней платформами. Стенд дополнительно содержит три маховика, причем каждый из четырех маховиков стенда расположен по его периметру, соответствует диагностируемому колесу, жестко связан с соответствующими опорными роликами, взаимодействующими с колесами автомобиля, и кинематически связан с другими маховиками посредством клиноременных передач и регулирующего вала. Регулирующий вал установлен в направляющих. Установленные на валах опорных роликов устройства для измерения крутящих моментов, пропорциональных тормозным силам на колесах автомобиля, расположены между опорными роликами и соответствующими им маховиками. Стенд также содержит устройства для определения угловых скоростей опорных и следящих роликов, весовые устройства для определения удельных тормозных сил на каждом колесе, устройство для определения усилия на тормозной педали, устройство для определения времени торможения колес, связанных с аналого-цифровым преобразователем, соединенным с компьютером. Техническим результатом является повышение качества определения диагностируемых параметров различных тормозных систем, в том числе оборудованных АБС. 1 ил.

Испытательный стенд, содержащий следящие ролики, маховик и опорные ролики, на валах которых установлены устройства для измерения крутящих моментов, пропорциональных тормозным силам на колесах автомобиля, и выполненный с возможностью приведения его в действие с помощью испытуемого автомобиля и изменения расстояния между передней и задней платформами, отличающийся тем, что он дополнительно содержит три маховика, причем каждый из четырех маховиков стенда расположен по его периметру, соответствует диагностируемому колесу, жестко связан с соответствующими опорными роликами, взаимодействующими с колесами автомобиля, и кинематически связан с другими маховиками посредством клиноременных передач и регулирующего вала, установленного в направляющих, а установленные на валах опорных роликов устройства для измерения крутящих моментов, пропорциональных тормозным силам на колесах автомобиля, расположены между опорными роликами и соответствующими им маховиками, при этом стенд дополнительно содержит устройства для определения угловых скоростей опорных и следящих роликов, весовые устройства для определения удельных тормозных сил на каждом колесе, устройство для определения усилия на тормозной педали, устройство для определения времени торможения колес, связанных с аналого-цифровым преобразователем, соединенным с компьютером.