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技术领域

本发明涉及车辆测试领域，具体地，涉及一种车辆制动测试装置及方法。

背景技术

随着车速越来越高，车辆在制动时的安全性能就显得更为重要，特别是 在紧急情况下的制动。因此，对车辆进行制动测试是十分必要的。车辆经过 制动测试后，可以获取相关的性能参数，这些参数可以为日后的车辆设计、 车辆维修以及改进提供重要的数据支持。

然而，现有的车辆制动测试方法大都是直接由驾驶员在实际道路上驾驶 车辆，并通过相关检测设备来检测车辆在制动时的性能。这种方式存在很大 的安全隐患。由于直接在实际道路上进行制动测试，一旦车辆制动性能存在 异常，极易造成事故并危害驾驶员的人身安全。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够模拟车辆行驶并在该过程中进行车辆制 动测试的车辆制动测试装置及方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种车辆制动测试装置，该测试装置包 括：框架，集成在车辆的车架底部；固定底座，设置在所述框架周围，并与 所述框架连接；转毂，设置在所述车辆的轮胎的下方，并与所述轮胎接触， 所述转毂能够与所述轮胎同时转动；力传感器，设置在所述框架与所述固定 底座之间，用于检测所述框架与所述固定底座之间的作用力；踏板力计，设 置在所述车辆的制动踏板上，用于检测施加给所述制动踏板的制动力；以及 控制器，与所述力传感器和所述踏板力计通信，用于记录所述作用力和所述 制动力。

优选地，该测试装置还包括：位移传感器，设置在所述框架与所述固定 底座之间，用于在所述轮胎转动时检测所述框架相对于所述固定底座的位 移；以及所述控制器还与所述位移传感器通信，用于记录所述位移。

优选地，该测试装置还包括：加速度传感器，设置在所述轮胎上方的车 身上，用于在所述轮胎转动时检测所述车辆的加速度；以及所述控制器还与 所述加速度传感器通信，用于接收所述加速度，并利用所述加速度和所述作 用力进行相互校验。

优选地，该测试装置还包括：角速度传感器，设置在所述转毂上，用于 在所述转毂转动时检测所述转毂的角速度；角位移传感器，设置在所述转毂 上，用于在所述转毂转动时检测所述转毂的角位移；以及所述控制器还与所 述角速度传感器和所述角位移传感器通信，用于接收所述角速度和所述角位 移，并根据所述角速度和所述角位移来确定所述转毂与所述轮胎之间的摩擦 力，以及记录所述摩擦力。

优选地，该测试装置还包括：角加速度传感器，设置在所述转毂上，用 于在所述转毂转动时检测所述转毂的角加速度；以及所述控制器还与所述角 加速度传感器通信，用于接收所述角加速度，并利用所述角加速度和所述摩 擦力进行相互校验。

优选地，该测试装置还包括：陀螺仪，设置在所述车辆的车身内，用于 在所述轮胎转动时检测所述车辆的车身侧倾角和/或车身横摆角速度；以及所 述控制器还与所述陀螺仪通信，用于记录所述车身侧倾角和/或车身横摆角速 度。

优选地，该测试装置还包括：温度传感器，设置在所述轮胎附近，用于 检测所述轮胎的温度；压力传感器，设置在所述轮胎的充气口处，用于检测 所述轮胎的胎压；以及所述控制器还与所述温度传感器和所述压力传感器通 信，用于记录所述温度和所述胎压。

本发明还提供一种车辆制动测试方法，该方法包括：将车辆设置在转毂 上，该车辆的轮胎与所述转毂相对应，并能够与所述转毂同时转动；在所述 车辆的车架底部集成框架，并且该框架与固定底座连接；检测所述框架与所 述固定底座之间的作用力；检测施加给车辆的制动踏板的制动力；以及记录 所述作用力和所述制动力。

优选地，该方法还包括：在所述轮胎转动时检测所述框架相对于所述固 定底座的位移；以及记录所述位移。

优选地，该方法还包括：在所述轮胎转动时检测所述车辆的加速度；以 及利用所述加速度和所述作用力进行相互校验。

优选地，该方法还包括：在所述转毂转动时检测所述转毂的角速度和角 位移；根据所述角速度和所述角位移来确定所述转毂与所述轮胎之间的摩擦 力；以及记录所述摩擦力。

优选地，该方法还包括：在所述转毂转动时检测所述转毂的角加速度； 以及利用所述角加速度和所述摩擦力进行相互校验。

优选地，该方法还包括：在所述轮胎转动时检测所述车辆的车身侧倾角 和/或车身横摆角速度；以及记录所述车身侧倾角和/或车身横摆角速度。

优选地，该方法还包括：检测所述轮胎的温度和胎压；以及记录所述温 度和所述胎压。

在上述技术方案中，车辆的车架底部集成有框架，使得框架与车辆可以 集成为一体。通过与框架连接的固定底座可以对该框架固定，进而使得车辆 固定。通过转毂的转动可以模拟车辆的行驶过程，并在该过程中，通过各种 传感器来检测车辆的相关性能参数，以为日后的车辆设计、维修以及改进提 供重要的数据支持。例如，可以通过踏板力计检测出驾驶员施加给制动踏板 的制动力，以及可以通过力传感器在车辆制动时检测出框架与固定底座之间 的作用力。由此，可以建立所述制动力与所述作用力之间的对应关系，绘制 踏板制动力曲线和作用力曲线，并且可以分析出在制动时，车辆动态响应对 外界的瞬时作用力，以判断车辆在制动时，左轮胎与右轮胎之间是否存在作 用力不平衡的问题。通过在驾驶车辆进入实际道路进行测试之前，先利用本 发明提供的车辆制动测试装置和方法模拟车辆的行驶过程，以使在车辆保持 相对固定的情况下对车辆进行制动测试，从而可以降低直接在道路上进行测 试的事故发生率，保证车辆安全。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与 下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在 附图中：

图1是根据本发明的实施方式的车辆制动测试装置的示意图；

图2是根据本发明的实施方式的踏板力计的安装示意图；

图3是根据本发明的另一实施方式的车辆制动测试装置的转毂的示意 图；以及

图4是根据本发明的实施方式的车辆制动测试方法的流程图。

附图标记说明

1 框架                 2 转毂                3 轮胎

4 固定底座             5 力传感器            6 角速度传感器

7 角位移传感器         8 角加速度传感器

9 加速度传感器         10 位移传感器         11 温度传感器

12 陀螺仪              13 安全钢索           14 弹簧

15 踏板力计            16 制动踏板

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是， 此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发 明。

图1示出了根据本发明的实施方式的车辆制动测试装置的示意图。如图 1所示，该测试装置可以包括：框架1，集成在车辆的车架底部；固定底座4， 设置在所述框架1周围，并与所述框架1连接；转毂2，设置在所述车辆的 轮胎3的下方，并与所述轮胎3接触，所述转毂2能够与所述轮胎3同时转 动；力传感器5，设置在所述框架1与所述固定底座4之间，用于检测所述 框架1与所述固定底座4之间的作用力。此外，所述测试装置还可以包括踏 板力计。图2示出了根据本发明的实施方式的踏板力计的安装示意图。如图 2所示，踏板力计15可以设置在所述车辆的制动踏板16上，用于检测施加 给所述制动踏板16的制动力。并且所述测试装置还可以包括控制器(未示 出)，与所述力传感器5和所述踏板力计15通信，用于记录所述作用力和所 述制动力。

如图1所示，框架1可以与车辆的车架底部集成为一体，这样，可以使 得框架1与车辆相对固定，同时动作。固定底座4可以被设置在框架1的四 周。例如，可以设置八个固定底座4，这八个固定底座4分别被设置在车辆 的前、后、左、右这四侧，每侧两个固定底座4，并且这两个固定底座4分 别对应于该侧的两个轮胎3。优选地，每个固定底座4距离框架1有相等的 距离。在设置好固定底座4之后，可以将固定底座4与框架1连接，以固定 该框架1。例如，可以通过安全钢索13来连接固定底座4与框架1，以保证 连接强度和可靠性。不过本领域的技术人员应当理解的是，其他连接件也可 以用于连接固定底座4与框架1。

可以在框架1与固定底座4之间设置力传感器5。如图1所示，可以在 每个固定底座1与框架1之间都设置一个力传感器5。为了降低车辆晃动对 力传感器5造成的冲击，可以在框架1与固定底座4之间设置与力传感器5 串联的弹簧14，从而起到缓冲的作用。力传感器5可以将检测出的作用力发 送到控制器，该控制器可以纪录所述作用力。

在进行制动测试之前，可以先通过力传感器5检测出的每个固定底座4 与框架1之间的作用力，来调试固定底座4与框架1的连接，最终保证在车 辆测试之前，车辆的受力是均匀的，以保证车辆平衡。

如上所述，转毂2与车辆的轮胎3相接触，二者可以同时转动。转毂2 可以由电机驱动转动，转毂2的线速度能够达到120Km/h。在本发明的一个 实施方式中，可以采用转毂2主动、轮胎3从动的方式来进行测试。在该实 施方式中，可以首先将车辆开到转毂2上，并使得轮胎3与转毂2相切。由 于车辆具有四个轮胎3，因此，转毂2的数量也可以为四个，每个转毂2对 应一个轮胎4。在进行制动测试时，可以首先单独启动后轮胎对应的后转毂， 让后转毂带动后轮胎转动。在车辆踩刹车进行制动时，可以通过踏板力计15 检测出施加给所述制动踏板16的制动力，并且可以通过力传感器5检测出 框架1与固定底座4之间的作用力，该制动力和该作用力被纪录在控制器中。 可以通过踩踏制动踏板来模拟不同的制动工况(即，向制动踏板16施加不 同的制动力)，并测得不同制动工况下的作用力。之后，工作人员可以建立 所述制动力与所述作用力之间的对应关系，通过控制器或其他终端设备在同 一坐标系上绘制出作用力曲线和踏板制动力曲线，以便更清晰地查看作用力 与制动力的关系及变化趋势。此外，还可以通过所测出的作用力得出车辆在 不同的制动工况下，车辆动态响应对外界的瞬时作用力，以及左后轮与右后 轮之间的作用力差，以根据该作用力差来分析车辆的制动性能，必要时对左 后轮和右后轮进行调试，使该作用力差趋于零。

然后，可以停止后转毂转动，启动与前轮胎对应的前转毂，让前转毂带 动前轮胎转动。之后，利用上述同样的方法可以得出左前轮与右前轮之间的 作用力差，以根据该作用力差来分析车辆的制动性能，必要时对左前轮和右 前轮进行调试，使该作用力差趋于零。最后，可以同时启动四个转毂2，并 且按照上述同样的方法对整车进行测试。

可替换地，本发明也可以采用轮胎3主动、转毂2从动的方式对车辆进 行测试。例如，如果车辆是后轮驱动的，那么可以采用整车正常行驶的方式， 先使轮胎3转动。轮胎3的转动带动转毂2转动，并利用上述相同的方法来 进行测试。

由此，通过转毂2的转动可以模拟车辆的行驶过程，并在该过程中，通 过踏板力计15能够检测出驾驶员施加给制动踏板16的制动力，以及通过力 传感器5能够在车辆制动时检测出框架1与固定底座4之间的作用力。由此， 可以建立所述制动力与所述作用力之间的对应关系，绘制踏板制动力曲线和 作用力曲线，并且可以分析出在制动时，车辆动态响应对外界的瞬时作用力， 以判断车辆在制动时，左轮胎与右轮胎之间是否存在作用力不平衡的问题。 通过在驾驶车辆进入实际道路进行测试之前，先利用本发明提供的车辆制动 测试装置模拟车辆的行驶过程，以使在车辆保持相对固定的情况下对车辆进 行制动测试，从而可以降低直接在道路上进行测试的事故发生率，保证车辆 安全。

在本发明的另一实施方式中，如图1所示，所述测试装置还可以包括： 位移传感器10，设置在所述框架1与所述固定底座4之间，用于在所述轮胎 3转动时检测所述框架1相对于所述固定底座4的位移；以及所述控制器还 与所述位移传感器10通信，用于记录所述位移。所检测到的位移也与施加 给制动踏板16的制动力相关联，从而可以建立所述位移与所述制动力之间 的对应关系。此外，还可以在上述同一坐标系上再绘制出位移曲线，从而可 以清晰地查看踏板制动力、作用力与位移的关系及变化趋势。如图1所示， 位移传感器10的数量可以例如为八个，分别设置在一个固定底座4与框架1 之间。

由此，工作人员可以通过该位移得出车辆在制动时左后轮与右后轮、左 前轮与右前轮所产生的位移差，以根据所述作用力差和所述位移差来共同分 析车辆的制动性能，从而提高分析的准确性，并为车辆调试提供数据支持。

在本发明的一个优选实施方式中，如图1所示，该测试装置还可以包括： 加速度传感器9，设置在所述轮胎3上方的车身上，用于在所述轮胎3转动 时检测所述车辆的加速度；以及所述控制器还与所述加速度传感器9通信， 用于接收所述加速度，并利用所述加速度和所述作用力进行相互校验。

通过加速度传感器9可以检测出车辆在制动时，由于车身晃动而产生的 加速度。控制器可以利用加速度与作用力进行相互校验。具体地，控制器可 以根据所有力传感器5检测出的作用力，来得出车辆的平均作用力F。之后， 根据该平均作用力和加速度传感器9检测的加速度之间的函数关系，来对二 者进行相互校验。

例如，加速度与平均作用力之间可以具有如下函数关系：

F＝α×M×J                (1)

其中，F表示平均作用力；α为第一当量系数，为预设参数，可通过多 次测量来确定；M表示车辆和框架1的总质量，为已知参数；以及J表示加 速度。

首先，根据加速度传感器9检测出的加速度J、总质量M以及等式(1)， 可以计算出一理论平均作用力F。然后，根据所有力传感器5实际检测出的 作用力，可以得出一实际平均作用力。之后，比较该理论平均作用力F和该 实际平均作用力，来校验力传感器5检测出的作用力是否与加速度传感器9 检测出的加速度J相匹配。同理，也可以首先根据所有力传感器5实际检测 出的作用力，得出一平均作用力F。然后，利用该平均作用力F、总质量M 以及等式(1)，可以计算出一理论加速度J。之后，比较该理论加速度J和 由加速度传感器9实际检测出的加速度，来校验加速度传感器9检测出的加 速度是否与力传感器5检测出的作用力相匹配。通过相互校验，可以实现对 力传感器5和加速度传感器9的标定，从而保证检测出的数据的准确性、可 靠性与真实性。

图3示出了根据本发明的另一实施方式的车辆制动测试装置的转毂的示 意图。如图3所示，该测试装置还可以包括：角速度传感器6，设置在所述 转毂2上，用于在所述转毂2转动时检测所述转毂2的角速度；角位移传感 器7，设置在所述转毂2上，用于在所述转毂2转动时检测所述转毂2的角 位移；以及所述控制器还与所述角速度传感器6和所述角位移传感器7通信， 用于接收所述角速度和所述角位移，并根据所述角速度和所述角位移来确定 所述转毂2与所述轮胎3之间的摩擦力，以及记录所述摩擦力。由此，可以 建立所述摩擦力与施加给制动踏板16的制动力之间的对应关系。此外，还 可以在上述同一坐标系上绘制该摩擦力的曲线，从而能够更清晰地查看摩擦 力、踏板制动力、以及作用力之间的关系及变化趋势。

在本发明中，每个转毂2上都可以设置一个角速度传感器6和一个角位 移传感器7，以由控制器能够确定出在不同的制动工况下，每个转毂2与轮 胎3之间的摩擦力。该摩擦力还表示转毂2与轮胎3之间的制动力。因此， 通过该摩擦力，可以分析出车辆在不同的制动工况下(即，施加给制动踏板 16不同的制动力)，左前轮与右前轮、左后轮与右后轮之间的制动力差，并 根据该制动力差进行调试，最终使制动力差趋于零。

具体地，可以通过以下方式来确定转毂2与轮胎3之间的摩擦力：

L×f＝β×1/2×I×((ω₁)²-(ω₂)²)         (2)

L＝θ×R                      (3)

其中，L表示转毂2的旋转弧长；f表示转毂2与轮胎3之间的摩擦力； I表示转毂2的转动惯量，为已知参数；θ表示转毂2的角位移；ω₁表示制 动初始时转毂2的角速度；ω₂表示制动结束时转毂2的角速度；R表示转毂 2的半径，为已知参数；β为第二当量系数，为预设参数，可通过多次测量 来确定。

首先，可以通过角位移传感器7来获取转毂2的角位移θ，并根据转毂 2的半径R、利用等式(3)来确定从制动初始到制动结束时转毂2的旋转弧 长L。之后，通过角速度传感器6来获取制动初始时转毂2的角速度ω₁以及 制动结束时转毂2的角速度ω₂，之后，就可以根据所述旋转弧长L、转毂2 的转动惯量I、利用等式(2)确定出在制动过程中转毂2与轮胎3之间的摩 擦力(即，转毂2与轮胎3之间的制动力)。根据左前轮与右前轮的摩擦力， 可以确定出左前轮与右前轮之间的制动力差，以及根据左后轮与右后轮的摩 擦力，可以确定出左后轮与右后轮之间的制动力差。可以通过踩踏制动踏板 来模拟不同的制动工况(施加给所述制动踏板16不同的制动力)，并测得不 同制动工况下的转毂2与轮胎3之间的制动力差。之后，工作人员可以根据 不同制动工况下的转毂2与轮胎3之间的制动力差来分析车辆的制动性能、 车辆何时出现热衰退现象，并为日后的车辆设计、调试及改进提供重要的数 据支持。

如图3所示，在本发明的优选实施方式中，所示测试装置还可以包括： 角加速度传感器8，设置在所述转毂2上，用于在所述转毂2转动时检测所 述转毂2的角加速度；以及所述控制器还与所述角加速度传感器8通信，用 于接收所述角加速度，并利用所述角加速度和所述摩擦力进行相互校验。

对于单个转毂2而言，对角加速度和与轮胎3的摩擦力进行相互校验的 方法和原理与上面结合加速度和作用力描述的相互校验的方法和原理相类 似，就是利用角加速度与摩擦力之间的函数关系，来对二者进行相互校验， 从而可以保证得出的数据的准确性、可靠性与真实性。

转回到图1，在本发明的另一实施方式中，所述测试装置还可以包括： 陀螺仪12，设置在所述车辆的车身内，用于在所述轮胎3转动时检测所述车 辆的车身侧倾角和/或车身横摆角速度；以及所述控制器还与所述陀螺仪12 通信，用于记录所述车身侧倾角和/或车身横摆角速度。优选地，如图1所示， 在车身的前、后两侧均设置一个陀螺仪12。在车辆制动时，一旦由于车身晃 动而引起车身侧倾和/或横摆，可以通过陀螺仪12检测出车身侧倾角和/或车 身横摆角速度，并且由控制器记录该车身侧倾角和/或车身横摆角速度，建立 踏板力计15检测出的制动力与该车身侧倾角和/或车身横摆角速度的对应关 系，以为日后的车辆分析、设计、调试、改进等提供数据支持。

此外，如图1所示，在本发明的另一实施方式中，该测试装置还可以包 括：温度传感器11，设置在所述轮胎3附近，用于检测所述轮胎3的温度； 压力传感器(未示出)，设置在所述轮胎3的充气口处，用于检测所述轮胎3 的胎压；以及所述控制器还与所述温度传感器11和所述压力传感器通信， 用于记录所述温度和所述胎压。

在使用时，可以把本发明提供的测试装置放置在环境仓内，该仓内的温 度可以调节，以模拟高温、常温、低温等不同的环境条件。可以在轮胎3附 近设置温度传感器11，该温度传感器11例如为红外线温度传感器。例如， 可以将该温度传感器11安装在安全钢索13的位置处。此外，在轮胎3的充 气口安装一个能够向外界发射信号、传递数据的压力传感器。这样就可以检 测出轮胎在各种条件下(例如，不同的环境温度、不同的转速、不同的载荷 等)的轮胎温升和胎压数据，这样就能为轮胎选型提供技术依据，并能为用 户如何正确使用该款车型提供理论指导，避免高速行驶时因轮胎爆胎而产生 巨大安全事故。

需要说明的是，在本发明中，可以根据控制器记录的全部参数，在同一 坐标系(例如共用横轴——时间轴)上绘制出各自的参数曲线，以在同一时 间轴上更加清晰地显示各参数之间的关系及变化趋势。可以通过控制器来进 行曲线绘制，也可以由控制器将所记录的参数传输至其他终端设备来进行曲 线绘制，对此，本发明不进行限制。

图4示出了根据本发明的实施方式的车辆制动测试方法的流程图。如图 4所示，该方法可以包括：步骤S1，将车辆设置在转毂2上，该车辆的轮胎 3与所述转毂2相对应，并能够与所述转毂2同时转动；步骤S2，在所述车 辆的车架底部集成框架1，并且该框架1与固定底座4连接；步骤S3，检测 所述框架1与所述固定底座4之间的作用力；步骤S4，检测施加给车辆的 制动踏板16的制动力；以及步骤S5，记录所述作用力和所述制动力。

这里需要说明的是，虽然使用了S3、S4这样的表述，但是并不意味着 这两个步骤是有先后次序，这两个步骤可以是同时并行的。

虽然未示出，但是所述方法还可以包括：在所述轮胎3转动时检测所述 框架1相对于所述固定底座4的位移；以及记录所述位移。

此外，所述方法还可以包括：在所述轮胎3转动时检测所述车辆的加速 度；以及利用所述加速度和所述作用力进行相互校验。

此外，所述方法还可以包括：在所述转毂2转动时检测所述转毂2的角 速度和角位移；根据所述角速度和所述角位移来确定所述转毂2与所述轮胎 3之间的摩擦力；以及记录所述摩擦力。

此外，所述方法还可以包括：在所述转毂2转动时检测所述转毂2的角 加速度；以及利用所述角加速度和所述摩擦力进行相互校验。

此外，所述方法还可以包括：在所述轮胎3转动时检测所述车辆的车身 侧倾角和/或车身横摆角速度；以及记录所述车身侧倾角和/或车身横摆角速 度。

此外，所述方法还可以包括：检测所述轮胎3的温度和胎压；以及记录 所述温度和所述胎压。

应当理解的是，上述方法中的每一步骤的具体原理和实现均与上面结合 车辆制动测试装置所描述的一致，对此，本发明不再进行赘述。

综上所述，在本发明提供的车辆制动测试装置和方法中，车辆的车架底 部集成有框架，使得框架与车辆可以集成为一体。通过与框架连接的固定底 座可以对该框架固定，进而使得车辆固定。通过转毂的转动可以模拟车辆的 行驶过程，并在该过程中，通过各种传感器来检测车辆的相关性能参数，以 为日后的车辆设计、维修以及改进提供重要的数据支持。例如，可以通过踏 板力计检测出驾驶员施加给制动踏板的制动力，以及可以通过力传感器在车 辆制动时检测出框架与固定底座之间的作用力。由此，可以建立所述制动力 与所述作用力之间的对应关系，绘制踏板制动力曲线和作用力曲线，并且可 以分析出在制动时，车辆动态响应对外界的瞬时作用力，以判断车辆在制动 时，左轮胎与右轮胎之间是否存在作用力不平衡的问题。通过在驾驶车辆进 入实际道路进行测试之前，先利用本发明提供的车辆制动测试装置和方法模 拟车辆的行驶过程，以使在车辆保持相对固定的情况下对车辆进行制动测 试，从而可以降低直接在道路上进行测试的事故发生率，保证车辆安全。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限 于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明 的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特 征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必 要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其 不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。