關于自行車制動性能試驗方法的探討

www.sail-shipping.com 來源：電動車商情　　　電動車商情網作者：俠名類別：電動車維修時間：2004-8-24

制動性能是自行車最重要的功能項目之一。雖然現代自行車已不僅是交通工具，但從安全角度出發，制動性能優劣關系到自行車能否緊急制動，能否自由調節騎行速度(Tempo)（不是變速），能否在坡地和其它復雜路面安全使用。因此，對自行車制動性能的測試，是一項十分重要的試驗項目。可是在現實情況下，由于試驗方法比較繁瑣復雜，對試驗場地的要求也比較高，致使各檢驗機構對本項目的測試能力受到限制。本文試圖對自行車制動性能的試驗方法進行探討。一、現行檢測方法的局限性現行國家標準GB3565-93關于制動性能的試驗方法等同采用ISO4210-1996“自行車安全要求”。試驗要求盡可能采用室內試驗跑道，若用室外跑道，則對環境條件如坡度、與自行車輪胎之間的最小摩擦系數及風速等均有限制。從目前條件看，國內檢驗機構采用室內試驗跑道的極少，擁有專用室外跑道的也不多。往往借用機場或合格的體育場地，檢測受氣候等外部條件影響，能力受到限制。另外試驗方法的不確定度也比較大，如制動試驗的速度(Tempo)是標準規定的，試驗的計時裝置測得的速度(Tempo)如跟規定的速度(Tempo)有偏差，需要校正，而測速裝置本身也有誤差；又如標準對試驗者加儀器和車重的總質量有規定，質量超過規定時又需作相應的校正；再如握閘力的大小對閘把的施力速度(Tempo)，質量超過規定時又需作相應的校正；再如握閘力的大小對閘把的施力速度(Tempo)，都需要人為控制，有些指標很難測定（如握閘力達到63％時，所需時間不大于0.2ｓ）；出于試驗方法的復雜，對檢驗人員的素質要求很高，試驗失效的比例比較大，標準專門有一節規定“試驗騎行的有效性”，詳細陳述了各種判斷試驗無效的條件。可以說，沒有一個經驗豐富的檢驗人員，試驗是很難成功的。二、新檢測方法理論依據我們從汽車的制動性能試驗中得到啟發，汽車的制動性能主要通過路上試驗來評定。一般要測定冷制動及高溫下汽車的制動距離、制動減速度(Tempo)、制動時間等參數。但路上的試驗雖能全面反映汽車的制動性能，但試驗需要有特定的場地，且也很費時間，因此在汽車生產、修理企業及一般試驗單位，常用室內試驗裝置通過測試汽車制動器的摩擦力矩來判定汽車的制動性能。能否用一種新的準確快速的試驗方法替代原來的方法呢？或者具體地說，用測試自行車制動裝置產生的摩擦力矩（或制動力）來替代制動距離的檢測呢？這種可能性是存在的。第一、從理論上說，制動力和制動距離是可以換算的： F=M V/2s或S=M V/2F 其中：Ｆ- 制動力Ｓ- 制動距離Ｍ- 車體和騎行人總質量Ｖ- 制動開始前的初速度(Tempo) 第二、在德國自行車標準中以制動減速來判定自行車的制動性能，證明試驗方法的多樣性。第三、如果我們承認試驗方法的多樣性（在ISO8098“兒童自行車安全要求”中兒童自行車的制動性能是通過制動力來檢測的），那么，就可以通過室內試驗裝置測試自行車制動器的摩擦力矩來檢查制動性能。新試驗方法的測試過程可以概括為：（１）將按標準配重的自行車放置在摩擦系數大于0.5的滾筒式托重裝置上；（２）對車輪施加標準規定的初速度(Tempo)V，（初速度(Tempo)施加裝置可調節速度(Tempo)并且記錄和顯示）；（３）測量初速度(Tempo)V時車輪的摩擦力矩Ｍ或制動力Ｆ（Ｍ＝ＦＲ；Ｒ－車輪半徑）；（４）施加握閘力（握閘力大小，施加時間可記錄和顯示。應事先調整使對閘把的施力速度(Tempo)在握閘達到63％時只需0.2Ｓ）；前后閘應在不同時間施加握閘力，前后閘握閘時間的控制；前閘提早時間根據被測自行車初速度(Tempo)Ｖ和標記距離1m以內計算（t＝1m/v）。在握閘力施加的同時，產生制動效果。（５）分別記錄時，后輪停止時間，名義上可把從握閘力施加時間到車輪停止時間作為制動時間，精確地計算制動時間應該是從車閘對車輪產生制動效果開始到車輪停止為止，不過這樣計時比較困難。（６）噴水系統工作，按2-5步驟作濕態制動試驗。記錄噴水時間和握閘力施加時間，其時間間隔根據ｔ＝25/v來計算。檢驗結果可以根據上面的公式 S=M V/2F 來計算。下面是一些試驗裝置：１、施加初速度(Tempo)裝置（包括測速裝置），達到精確控制初速度(Tempo)的要求；２、配重裝置（使受試車的總質量達到標準值）；３、托重測力裝置（由于試驗時車體不能固定，只能限位，車重落在托重裝置上，對自行車施加初速度(Tempo)以后形成摩擦力矩）；４、握閘力施加裝置，（達到可事先調整施力大小和效果，精確施力并儲存、記錄施力時間的目的）。５、制動時間的測定裝置（用實際制動時間來復核制動距了或作為參考數據）。６、噴水裝置與其它輔助裝置。三、新舊方法之間的對比新試驗方案的優越性是操作方法簡便，不確定度小，不受外部條件影響，有利于標準的貫徹和實施。我們試從方法上進行一些比較，詳見表一。從表一中列出的新舊方法的不同點，我們應注意以下幾點：１、二種試驗方法由于測試對象不同（力和距離），雖可以經理論換算，但由測試系統變動帶來的不確定度會有變化，因此除了記錄制動時間、制動減速度(Tempo)來復核數據外，需要通過計算兩個系統的不確定度來對比。２、為了驗證新試驗方法的效果，可用新老二種方法對同一輛車進行測試比對，分析其中有可能性的項目數據，分析測試結果不一致的地方和原因，研究相應的校正和修正方案。３、在跑道上作制動試驗時，前后輪制動效果是：由于前輪負荷一般只占整車的30％左右，所需的制動力小，制動時間短，因此整個制動過程中有一段時間前輪停止旋轉處于滑動狀態而后輪處于滾動狀態，前輪滑動有利于后輪制動（牽制作用）。而在試驗機上如果前后輪分別測試，不會產生牽制作用，這種實際的牽制作用對試驗結果的影響如何處理呢？設想可以有三種方案：１）根據標準上“單用后閘”的情況進行試驗，制動距離數值按標準指標判斷；２）將前后輪的托重裝置設計成聯動的結構，就可以做到后輪制動效果的互相牽制；３）分別試驗前后輪的制動距離，用經驗公式計算整車的制動距離。４、關于用實際制動時間來復核制動距離，事實上我們在試驗中可以精確測得實際制動時間；握閘力施加以后，制運過程開始，給一個計時信號。然后記錄車輪停止時間，這段時間差就是實際制動時間。這段時間通常非常短暫，如果我們把自行車的制動看作是勻減速過程，那么：Ｓ＝Ｖ t/2S-制動距離；V-初速度(Tempo)；t-實際制動時間，用這個公式可以復核制動距離。如果我們采用適當的裝置，則可以記錄減速過程dv/dt，計算結果會更加符合實際情況。四、結論上文說到汽車的制動性能通過測試制動減速度(Tempo)、制動時間等參數來評定，可見試驗制動性能的方法是很多的，如果我們的思路開放一點，可以找到不止一種準確可靠又簡單易行的試驗方法。（許建林、李家慶、韓振國）