关于自行车制动性能试验方法的探讨

一、现行检测方法的局限性

现行国家标准GB3565-93关于制动性能的试验方法等同采用ISO4210-1996自行车安全要求。试验要求尽可能采用室内试验跑道，若用室外跑道，则对环境条件如坡度、与自行车轮胎之间的最小摩擦系数及风速等均有限制。从目前条件看，国内检验机构采用室内试验跑道的极少，拥有专用室外跑道的也不多。往往借用机场或合格的体育场地，检测受气候等外部条件影响，能力受到限制。另外试验方法的不确定度也比较大，如制动试验的速度是标准规定的，试验的计时装置测得的速度如跟规定的速度有偏差，需要校正，而测速装置本身也有误差；又如标准对试验者加仪器和车重的总质量有规定，质量超过规定时又需作相应的校正；再如握闸力的大小对闸把的施力速度，质量超过规定时又需作相应的校正；再如握闸力的大小对闸把的施力速度，都需要人为控制，有些指标很难测定（如握闸力达到63％时，所需时间不大于0.2ｓ）；出于试验方法的复杂，对检验人员的素质要求很高，试验失效的比例比较大，标准专门有一节规定试验骑行的有效性，详细陈述了各种判断试验无效的条件。可以说，没有一个经验丰富的检验人员，试验是很难成功的。

二、新检测方法理论依据

我们从汽车的制动性能试验中得到启发，汽车的制动性能主要通过路上试验来评定。一般要测定冷制动及高温下汽车的制动距离、制动减速度、制动时间等参数。但路上的试验虽能全面反映汽车的制动性能，但试验需要有特定的场地，且也很费时间，因此在汽车生产、修理企业及一般试验单位，常用室内试验装置通过测试汽车制动器的摩擦力矩来判定汽车的制动性能。

能否用一种新的准确快速的试验方法替代原来的方法呢？或者具体地说，用测试自行车制动装置产生的摩擦力矩（或制动力）来替代制动距离的检测呢？这种可能性是存在的。

第一、从理论上说，制动力和制动距离是可以换算的：

F=MV/2s或S=MV/2F

其中：Ｆ制动力

Ｓ制动距离

Ｍ车体和骑行人总质量

Ｖ制动开始前的初速度

第二、在德国自行车标准中以制动减速来判定自行车的制动性能，证明试验方法的多样性。

第三、如果我们承认试验方法的多样性（在ISO8098儿童自行车安全要求中儿童自行车的制动性能是通过制动力来检测的），那么，就可以通过室内试验装置测试自行车制动器的摩擦力矩来检查制动性能。

新试验方法的测试过程可以概括为：

（１）将按标准配重的自行车放置在摩擦系数大于0.5的滚筒式托重装置上；

（２）对车轮施加标准规定的初速度V，（初速度施加装置可调节速度并且记录和显示）；

（３）测量初速度V时车轮的摩擦力矩Ｍ或制动力Ｆ（Ｍ＝ＦＲ；Ｒ车轮半径）；

（４）施加握闸力（握闸力大小，施加时间可记录和显示。应事先调整使对闸把的施力速度在握闸达到63％时只需0.2Ｓ）；前后闸应在不同时间施加握闸力，前后闸握闸时间的控制；前闸提早时间根据被测自行车初速度Ｖ和标记距离1m以内计算（t＝1m/v）。在握闸力施加的同时，产生制动效果；

（５）分别记录时，后轮停止时间，名义上可把从握闸力施加时间到车轮停止时间作为制动时间，精确地计算制动时间应该是从车闸对车轮产生制动效果开始到车轮停止为止，不过这样计时比较困难；

（６）喷水系统工作，按2-5步骤作湿态制动试验。记录喷水时间和握闸力施加时间，其时间间隔根据ｔ＝25/v来计算。

检验结果可以根据上面的公式

S=MV/2F来计算。

下面是一些试验装置：

１、施加初速度装置（包括测速装置），达到精确控制初速度的要求；

２、配重装置（使受试车的总质量达到标准值）；

３、托重测力装置（由于试验时车体不能固定，只能限位，车重落在托重装置上，对自行车施加初速度以后形成摩擦力矩）；

４、握闸力施加装置，（达到可事先调整施力大小和效果，精确施力并储存、记录施力时间的目的）。

５、制动时间的测定装置（用实际制动时间来复核制动距离或作为参考数据）。

６、喷水装置与其它辅助装置。

三、新旧方法之间的对比

新试验方案的优越性是操作方法简便，不确定度小，不受外部条件影响，有利于标准的贯彻和实施。

我们试从方法上进行一些比较，新旧方法的不同点，我们应注意以下几点：

１、二种试验方法由于测试对象不同（力和距离），虽可以经理论换算，但由测试系统变动带来的不确定度会有变化，因此除了记录制动时间、制动减速度来复核数据外，需要通过计算两个系统的不确定度来对比。

２、为了验证新试验方法的效果，可用新老二种方法对同一辆车进行测试比对，分析其中有可能性的项目数据，分析测试结果不一致的地方和原因，研究相应的校正和修正方案。

３、在跑道上作制动试验时，前后轮制动效果是：由于前轮负荷一般只占整车的30％左右，所需的制动力小，制动时间短，因此整个制动过程中有一段时间前轮停止旋转处于滑动状态而后轮处于滚动状态，前轮滑动有利于后轮制动（牵制作用）。而在试验机上如果前后轮分别测试，不会产生牵制作用，这种实际的牵制作用对试验结果的影响如何处理呢？设想可以有三种方案：

１）根据标准上单用后闸的情况进行试验，制动距离数值按标准指标判断；

２）将前后轮的托重装置设计成联动的结构，就可以做到后轮制动效果的互相牵制；

３）分别试验前后轮的制动距离，用经验公式计算整车的制动距离。

４、关于用实际制动时间来复核制动距离，事实上我们在试验中可以精确测得实际制动时间；握闸力施加以后，制运过程开始，给一个计时信号。然后记录车轮停止时间，这段时间差就是实际制动时间。这段时间通常非常短暂，如果我们把自行车的制动看作是匀减速过程，那么：Ｓ＝Ｖt/2S制动距离；V初速度；t实际制动时间，用这个公式可以复核制动距离。如果我们采用适当的装置，则可以记录减速过程dv/dt，计算结果会更加符合实际情况。

四、结论

上文说到汽车的制动性能通过测试制动减速度、制动时间等参数来评定，可见试验制动性能的方法是很多的，如果我们的思路开放一点，可以找到不止一种准确可靠又简单易行的试验方法。

（许建林 李家庆 韩振国/文）