汽車制動性能的評價指標及汽車制造工藝-焊裝

4.1汽車制動性能的評價指標

4.1.1制動效能制動效能是指汽車迅速降低行駛速度直至停車的能力，是制動性能最基本的評價指標。他是由制動力、制動減速度、制動距離和制動時間來評價的。制動力汽車在制動過程中人為地使汽車受到一個與其行駛方向相反的外力，汽車在受一外力作用下迅速地降低車速至停車，這個外力稱為汽車的制動力。圖4－1為汽車在良好的路面上制動時的車輪受力圖，圖中為車輪制動器的摩擦力矩，為汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩，車輪的滾動阻力矩，F(xiàn)為車軸對車輪的推力，G為車輪的垂直載荷，是地面對車輪的法向反作用力。在制動工程中滾動阻力矩，慣性力矩相對較小時可忽略不計。地面制動力可寫為：圖4－1制動時車輪受力式中：r――車輪半徑。地面制動力是汽車制動時地面作用于車輪外力，值取決于車輪的半徑與制動器的摩擦力矩，但其極限值受到輪胎與地面間附著力的限制。在輪胎周緣克服車輪制動器摩擦力矩所需的力稱為制動器制動力即式中：――車輪制動器（制動蹄與制動鼓相對滑轉(zhuǎn)時）的摩擦力矩。制動器制動力取決于制動器結(jié)構、型式與尺寸大小，制動器摩擦副系數(shù)和車輪半徑。一般情況下其數(shù)值與制動踏板成正比，即與制動系的液壓或氣壓大小成線性關系。對于機構、尺寸一定的制動器而言，制動器動力主要取決于制動踏板與摩擦副的表面狀況，如接觸面積大小，表面有無油污等。圖4－2是在不考慮附著系數(shù)變化的制動過程，地面制動力及附著力隨制動系的壓力（液壓或氣壓）的變化關系。車輛制動時，車輪有滾動或抱死滑移兩種運動狀態(tài)。當制動踏板力()較小時，踏板力和制動摩擦力矩不大，地面與輪胎摩擦力即地面制動力足以克服制動器摩擦力矩使車輪滾動。車輪滾動時的地面制動力等于制動器制動力（）時，且隨踏板力的增長成正比增長。圖4－2地面制動力、制動器制動力及附著力之間的關系但當制動踏板力時地面制動力等于附著力時，車輪即抱死不轉(zhuǎn)而出現(xiàn)拖滑現(xiàn)象，顯然，地面制動力受輪胎與路面附著條件的限制，其最大值不可超過附著力，即當車輪抱死而拖滑后，隨著制動踏板力繼續(xù)增大（），制動器制動力由于制動器摩擦力矩的增長而直線上升，當?shù)孛嬷苿恿_到極限值后不再增長。因此，地面制動力首先取決于制動器制動力，但同時又受到地面附著條件的限制。所以汽車制動時必須具有足夠的制動器制動力（制動器摩擦力矩），同時路面又能提供高的附著力，才能獲得足夠的地面制動力。由上述分析可知，制動器制動力是評價汽車制動性能的最本指標之一。通過對制動力的檢測，不僅可以測得各車輪的制動力的大小，還可了解汽車前后軸制動力合理分配，以及各軸兩側(cè)輪制動力平衡狀況。若同時測得制動協(xié)調(diào)時間便能全面的檢驗車輛的制動性能。在試驗臺檢驗車輪制動時，與車輛行駛中情況類似，車輪也會出現(xiàn)兩種運動狀態(tài)，一種是，車輪轉(zhuǎn)動狀態(tài)，此時試驗臺將測得與制動踏板力相應的最大車輪制動力（等于制動器制動力）；另一種是車輪處于停轉(zhuǎn)（試驗臺滾筒相對車輪輪胎滑轉(zhuǎn)）狀態(tài)，此時試驗臺測得的車輪制動力（相當于前述的地面制動力）將等于輪胎與試驗臺滾筒之間的附著力。往往小于車輪制動器制動力，而無法測得車輪制動器制動力的最大值。因為附著力大小和輪胎與滾筒之間的正壓力及附著系數(shù)有關。正壓力與軸荷大小，以及車輪在試驗臺上與滾筒之間的安置角有關，在試驗檢測時該軸荷多半是車輛空載狀態(tài)。為排除這種檢測的不確切性，在GB7258－2003，《機動車運行安全技術條件》內(nèi)規(guī)定可通過增加相應車軸上的附加質(zhì)量和作用力來獲得足夠的附著力。制動距離制動距離與行車安全有直接關系，而且最直觀。駕駛員可按預計停車地點的來控制制動強度，故政府職能部門通常按制動距離的要制定安全法規(guī)。各國對制動距離的定義不一致，在我國安全法中，是指在指定的道路條件下，機動車在規(guī)定的初速度下急踩制動時，從腳接觸制動踏板（或手觸動制動手柄）時起至車輛停止車輛駛過的距離（見GB7258-2003,）。制動距離與制動過程的地面制動力以及制動傳動機構與制動器工作滯后時間有關，而地面制動力與檢驗時在制動踏板上的踏板力或制動系的壓力（液壓或氣壓）以及路面的附著條件有關，因此，測試制動距離時必須對制動踏板力或制動系的壓力以及輪胎與地面的附著條件作出相應的規(guī)定。制動減速度制動減速度j與地面制動力及車輛總質(zhì)量有關，以下式表示：式中：G――汽車總重力；g――重力加速度；――汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。對某一具體車輛而言，制動減速度與地面制動力是等效的。因此也常用制動減速度作為評價制動效能的指標。制動減速度在一次制動過程中是變化的，如圖所示。當車輛制動到全部車輪抱死滑移時，回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)等于1，而此時地面制動力，由此可得最大減速度：通常，車輛檢測時用平均減速度或最大減速度作為制動效能的評價指標，在我國的安全法中則采取充分發(fā)出的平均減速度MFDD（MeanFullyDevelopmentDeceleration）（m/s）式中：――，車輛速度，km/h；――，車輛速度，km/h；－－制動初速度；km/h――在速度和之間車輛駛過的距離（m）；――在速度和之間車輛事故的距離（m）。充分發(fā)揮的平均減速度MFDD的表達式可通過舞體運動過程功能平衡的原理推導得到。當汽車由制動初速度經(jīng)制動到的過程中，其動能變化為，應等于地面制動力對汽車做的阻力功，即：圖4－3制動過程中制動減速度變化式中：m――汽車的總質(zhì)量；j――制動過程的平均減速度。上式可簡化為：同理，當車輛由制動初速度經(jīng)制動減速達到的過程，有計算式：為簡化起見假設制動過程中車輛的平均減速度是相同的，則上面兩式可合并得：式中：、的單位為km/h，若以基本單位進行運算則應乘系數(shù)1/3.6，將上式整理得：當制動過程比較穩(wěn)定，制動減速度比較穩(wěn)定也可以認為充分發(fā)出的平均減速度是采樣時段的平均減速度即為：式中為汽車速度由降至所用時間。制動時間制動過程所經(jīng)歷的時間即制動時間，很少作為單純的評價指標。但是作為分析制動過程和評價制動效能又是不可缺少的參數(shù)。如對于同一型號的兩輛汽車產(chǎn)生同樣的制動力所經(jīng)歷的時間不同，在兩輛汽車的制動距離就可能相差很大，對行駛安全將產(chǎn)生不同效果。因此通常把制動時間作為一輔助的評價指標。制動過程各階段的時間分布大致如圖所示。圖中所示時間t1為駕駛員反應時間，從接受制動信號到腳踩到制動踏板為止，一般需要0.7s~1.0s。該時間車輛按原車速繼續(xù)行駛；t2為制動器作用時間（又稱制動協(xié)調(diào)時間）。一般為0.2s~0.7s主要取決于駕駛員踩制動踏板的速度和制動系的形式和結(jié)構，該期間制動減速度逐漸增大，直至達到最大制動減速度；t3為持續(xù)制動時間，該期間制動減速度基本不變；t4為制動釋放時間，一般在0.2s~1.0s之間。在我國安全法規(guī)中還采用制動協(xié)調(diào)時間評價制動效能（見GB7258－2003，）。該法規(guī)中所提到的制動協(xié)調(diào)時間，是指在急踩制動時從踏板開始工作至車輛減速度（或制動力）達到表4-3中規(guī)定的車輛充分發(fā)出的平均減速度（或表4－1中所規(guī)定的制動力）75%時所需時間。4.1.2制動抗熱衰退性汽車制動抗熱衰退性能是指汽車高速制動，短時間內(nèi)重復制動或下長坡連續(xù)制動時制動效能的熱穩(wěn)定性。因為制動過程實質(zhì)是把汽車的動能通過制動器吸收轉(zhuǎn)化為熱能。制動過程中制動器溫度不斷升高，制動器摩擦系數(shù)下降制動器摩擦阻力矩減小，從而使制動能力降低，這種現(xiàn)象稱熱衰退現(xiàn)象。因此，可以用制動器處于熱狀態(tài)時能否保持有冷狀態(tài)時的制動效能來評價汽車制動抗熱衰退性能。制動抗熱衰退性是衡量制動效能恒定性的一個指標。隨著高速公路的發(fā)展和車速的提高，汽車制動性能的恒定性也愈來愈高。但由于測試方法復雜，在一般汽車綜合檢測中較難實施。對于在用汽車也無需檢測制動抗熱衰退性。4.1.3制動穩(wěn)定性制動穩(wěn)定性是指制動時汽車的方向穩(wěn)定性。通過制動時汽車按給定軌跡行駛的能力來評價，即汽車制動時維持直線行駛或預定彎道行駛的能力。制動穩(wěn)定性良好的汽車，在試驗時不會產(chǎn)生不可控制的效能使汽車偏離一定的試驗通道。我國安全法規(guī)中對制動穩(wěn)定性有相應的規(guī)定（見GB7258―1997，6.14.1）。汽車喪失制動穩(wěn)定性表現(xiàn)為制動跑偏和車軸側(cè)滑現(xiàn)象，特別是后軸側(cè)滑，是造成交通事故的重要原因。汽車跑偏是指汽車制動時不能按直線方向減速停車，而無法控制地向左和向右偏駛的現(xiàn)象。汽車制動時出現(xiàn)某一軸或兩軸的車輪相對地面同時發(fā)生橫行移到的現(xiàn)象稱為制動側(cè)滑現(xiàn)象。產(chǎn)生制動跑偏的主要原因是汽車左右車輪制動時制動力增長快慢不一致或左右輪制動力不等，特別是轉(zhuǎn)向輪左右車輪制動器制動力不相等。另外輪胎的機械特性、懸架系統(tǒng)的結(jié)構與剛度、前輪定位、道路狀況、車輛輪荷分布狀況等因素也會影響制動跑偏。為了控制制動跑偏，在安全法規(guī)中對左右輪制動力的平衡有相應要求（見GB7258―1997，）。汽車在制動過程中，當車輪未抱死制動時，車輛具有承受一定側(cè)向力的能力。汽車在一般橫向干擾力的作用下不會發(fā)生制動側(cè)滑現(xiàn)象。當車輪抱死制動時，車輪承受側(cè)向力的能力幾乎全部喪失，汽車在橫向干擾力作用下極易發(fā)生側(cè)滑。制動時前后輪抱死的順序取決于設計時制動力在各軸之間的合理分配，道路狀況。為了改善制動穩(wěn)定性，在有的汽車上裝有制動力分配調(diào)節(jié)裝置如限壓閥、比例閥、感載閥等，目前以發(fā)展到采用計算機如控制的汽車防抱死裝置。汽車制動跑偏與汽車制動時車輪側(cè)滑也是有聯(lián)系的。嚴重的跑偏常會引起后輪側(cè)滑。上述幾方面的評價指標主要評價汽車制動時制動性能的好壞，然而一旦需要解除制動力時制動裝置能否迅速、徹底、解除往往也會影響行車安全嚴重時也會造成交通事故。例如當車輪抱死制動而汽車又失去控制時，駕駛員通過放松制動踏板不能迅速解除制動，此時汽車將可能喪失制動穩(wěn)定性。在行車中，若踩下制動踏板后再抬起踏板而不能迅速解除制動，這種現(xiàn)象稱為制動拖滯。除上例外，一般情況下這種現(xiàn)象不會立即引起行車事故，但如果不及時排除其故障，將會導致制動系統(tǒng)損壞，特別時引起制動系過熱，制動蹄片燒蝕，降低車輛制動性能，增加車輛行駛阻力。因此車輪阻滯力也應列入汽車制動性能檢測項目。但需要指出的是這里所檢測的車輪阻滯力除包含制動系的因素外，還與車輪安裝有關，如軸承安裝緊度、車軸變形以及車輪與試驗臺滾筒之間的安置角等。

編輯此次參觀了第二工廠的焊裝車間、總裝車間、試車場，以及襄樊動力總成廠的發(fā)動機生產(chǎn)車間。值得一提的是，后續(xù)我們還探訪了位于襄樊的國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，這里是國內(nèi)眾多汽車廠商對車輛性能進行試驗、路試的重要基地，在后續(xù)報道中我們會為大家?guī)碓摍z驗中心的詳細信息。

『在后續(xù)的報道中我們還將帶來總成車間和襄樊工廠的更多內(nèi)容』汽車制造基本工藝：

介紹焊裝工廠之前，我們先來簡單敘述一下汽車的基本制造流程。汽車制造流程中主要有四大工藝，即車身沖壓、車身焊裝、車身涂裝、整車總裝。這四大工藝流程一般都是在整車廠內(nèi)完成，但發(fā)動機、變速器、車橋、車身附件、內(nèi)飾件等部件一般都是在整車廠外完成制造，然后運輸?shù)秸噺S與車身一起組裝成整車?！捍藞D為神龍公司第一沖壓車間，東風雪鐵龍C5的沖壓在這里完成』

需要說明的是，在神龍第二工廠沒有沖壓車間，東風雪鐵龍C5的鋼板的沖壓是在第一工廠完成后運送到第二工廠來的，在第二工廠東風雪鐵龍C5要進行的第一個步驟就是焊接工藝。通過了解，從目前的生產(chǎn)狀況來看，第二工廠焊裝車間的柔性化成型技術、在線激光三座標檢測是較為先進的技術，不過在機器人的使用率等方面并沒有明顯的優(yōu)勢。話不多說了，我們來看看東風雪鐵龍C5的焊接工藝吧?！裆颀埞疚錆h第二工廠焊裝分廠介紹：

焊裝分廠廠房面積4.66萬平米，有ALW航空激光焊接、柔性化車身成型工藝、激光在線三座標測量等焊接和檢測工藝，目的是為了打造東風雪鐵龍C5的“救生艙式高強度車身”。其供應商與歐洲新雪鐵龍C5相同，屬于PSA集團下的設備供應商CFER。

在神龍第二工廠的焊裝車間，基本的工藝流程是先將各個沖壓好的零部件分別焊裝，其中包括了車身前后端等部件；然后是地板線的焊裝，這里完成了車身前后側(cè)圍等部分的焊裝過程；地板部分焊裝好后，就進入了車身成型線的焊裝，經(jīng)過這個工序之后，我們可以看到，一輛東風雪鐵龍C5的雛形已經(jīng)基本誕生了，東風雪鐵龍C5的車主們是否看著有種親切感呢？

成型工裝之后，東風雪鐵龍C5進入焊裝的最后一道工序——調(diào)整裝配線。在這里，主要完成的是“四門兩蓋”的安裝工作，到此，東風雪鐵龍C5的“骨架”就已經(jīng)組裝完畢，接下來就會被送到涂裝車間開始“化妝了”。這樣簡單的抽象介紹可能有點晦澀，下面編輯就帶大家一起從車身地板線來做詳細介紹?！窈秆b地板線：

在這條焊裝線上，需要完成的部分主要是將在之前分焊部位的車身前后部件和左右側(cè)圍與地板焊裝在一起。其中整個車身最有特點的要數(shù)ALW激光焊接了，我們重點介紹一部分內(nèi)容?！簴|風雪鐵龍C5的后備廂部分的激光焊接在牌照上方』

在C5的尾部牌照區(qū)上方，采用的是ALW航空激光焊接，據(jù)工程師介紹，這項技術采用的是和法國焊接工廠的技術相同，可以使焊接強度提高30%，耗能降低25%。車身的前后都使用激光焊接可以保證很好的密封性和焊接強度，主要目的是為了吸能考慮。

在車身上ALW激光焊接的長度達到了800多毫米，在此處采用激光焊接的目的是為了保證后尾箱的密閉性并且焊接處和母材的剛度可達到基本相同。此激光焊接工位被放置在一間屋內(nèi)，編輯沒有近距離觀看到整個激光焊接的全過程，只能通過工位外的顯示屏遠觀。

『激光焊接將行李廂上外板和下外板無縫連接起來』『整個焊裝工廠的設備供應商大多來自PSA集團下的設備供應商CFER』

據(jù)介紹，整個東風雪鐵龍C5的焊裝生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率預計為每小時完成28輛車的焊裝，現(xiàn)有的產(chǎn)能達到了21輛，也就是說未來還有加大生產(chǎn)量的能力。

另外我們在焊裝車間發(fā)現(xiàn)在每個工位旁邊，都有一個紅色的按鈕或者是拉繩，據(jù)介紹，這就是神龍工廠的“特色”之一——ANDON系統(tǒng)，即快速反應系統(tǒng)。在整個參觀工程中，ANDON系統(tǒng)也出現(xiàn)了幾次報警，令編輯好奇的是，每次響起的聲音不是刺耳的警示聲，而是不同的歌曲，相關負責人介紹，不同的樂曲代表不同的流水線，這樣就容易判斷出“問題工位”了。而在之前翟元和羅浩編輯參觀第一工廠時發(fā)現(xiàn)，第一工廠同樣也配備這樣的系統(tǒng)?！捍藞D為神龍公司第一工廠的焊裝車間的破壞性檢查』

關于質(zhì)量的把控，編輯還想再啰嗦兩句，據(jù)工程師介紹，除了ANDON系統(tǒng)，整個焊裝車間會在流水線上的一些重要焊接工位后面設置“質(zhì)量門”，負責檢驗焊點的強度。另外還有專門的“在線三座標檢測系統(tǒng)”檢測焊點的位置，這在后面我們會做詳細介紹。同時每隔一段時間（一般為一個月），還會對一輛完整的車型進行破壞性檢查。焊裝成型線：

在完成底板的焊接之后，在此生產(chǎn)線上東風雪鐵龍C5將完成車身頂蓋和底板的整合焊裝，經(jīng)過人工預裝之后，東風雪鐵龍C5整個車身的成型焊裝是由多個機器人完成，工廠稱之為“柔性化車身成型工位”?！捍颂幍臋C械手是用來給車頂涂膠，進行預裝的』

此車身成型工位是CFER的“BODYFLEXOR”技術。此工位上配有6個機器人，這6個機器人用來實現(xiàn)成型工裝的搬運、定位以及焊接的工藝方式，據(jù)廠商介紹，車身的裝配精度是依靠該工位的成型工裝來保證的，機器人起到將4個工裝拼裝連接的功能，4個工裝之間以及與底座的連接是依靠AMF專用瑣頭固定的，該產(chǎn)品是德國一家公司與CFER共同開發(fā)的專利技術，鎖頭連接的裝配精度達0.1mm。這樣的多個機器人同時定位的方式在生產(chǎn)線柔性化和成本方面有很大的優(yōu)勢，且目前國內(nèi)外僅ABB公司有類似技術。

另外這些機器人不是只能焊裝東風雪鐵龍C5這一種車型，而是可以完成3種車型的焊裝，只要換上不同的工裝即可實現(xiàn)，其工位的柔性化做得很好，而且我們也能看見旁邊已經(jīng)有了新車型的工裝。

在成型工裝之后，東風雪鐵龍C5的車身就已經(jīng)基本成型，在此生產(chǎn)線上我們看到了一個密封的工位和幾個機器人在對車身焊點進行大量的補焊工作，看到這你一定會問：為什么之前那么多工位都在焊接，最后還要補焊呢？

原因是在之前的每個工位上所焊接的點是定位或者車身成型的關鍵位置。而大量的焊點的焊接都在這里完成，一方面是節(jié)省時間，另一方面是車身除了點焊還會用到MIG焊、MAG焊等焊接技術，這些焊裝對人體是有傷害的，需要集中在此做好相應的防護，這樣同時也節(jié)省了成本。

說了這么多，我們不禁有個疑問，到底東風雪鐵龍C5的車身有多少個焊點呢？工程師的答案是：東風雪鐵龍C5車身上的普通焊點為3400多個，包括螺柱、密封焊點在內(nèi)一共4700多個。『此處空出來的工位是應該為新車型預留的』

補焊工位之后，所有的焊接工作已經(jīng)結(jié)束。值得一提的是，在工廠內(nèi)采用的焊點精確度檢測系統(tǒng)是“激光三座標在線測量系統(tǒng)”，該系統(tǒng)是二工廠焊接工藝先進的環(huán)節(jié)之一。采用高節(jié)拍移動測量，并保證了0.25mm的精度。同時采用在線檢測的好處是，一方面節(jié)省時間，不用下線檢測；二由于其底座可調(diào)，其比固定式檢測系統(tǒng)的柔性化更強，可隨時隨意更改程序?！涸诰€激光三座標檢測』

該系統(tǒng)可對每臺車75個測量點進行活動式激光在線測量，保證100%檢測，1臺車型達到19分鐘的循環(huán)檢測時間。該檢測設備共有4臺機器人，4個活動探頭、2個固定探頭。該設備是第一次由神龍公司和國內(nèi)在線檢測公司共同研發(fā)的項目，設備的自動化和機器人的軌跡兩方面都屬自主研發(fā)。調(diào)整裝配線：

在經(jīng)過焊點的準確性和強度的檢測之后，車身從空中下來進入調(diào)整線，在調(diào)整線上主要完成的工作是四門兩蓋的安裝（車門、發(fā)動機蓋、后備箱蓋）。其采用框板鏈方式，工作人員在框板鏈上和車輛及安裝工具同步移動，減少了勞動強度。在之后的總裝車間，也采用了此運輸方式。『在