Стенд для испытания тормозных качеств и элементов подвески автомобилей
STAND FOR TESTING THE BRAKING QUALITIES AND SUSPENSION ELEMENTS OF AUTOMOBILES

Изобретение относится к области испытаний и диагностирования технического состояния транспортных средств, а именно к оборудованию для испытаний и проверки технического состояния тормозных систем и элементов подвески автомобилей.
Известен силовой роликовый тормозной стенд модели СТМ 3500М производства НПФ "МЕТА",[Описание типа средств измерений для Государственного Реестра №38044-13 – Стенды тормозные СТМ. Режим доступа https://fgis.gost.ru/fundmetrology/registry/4/items/347717]. Принцип работы стенда заключается в принудительном вращении колес диагностируемой оси автомобиля опорными роликами стенда и измерении касательных сил, возникающих на поверхности ведущих опорных роликов при активации тормозной системы испытуемого автомобиля.
Недостатками устройства является то, что конструкция опорной поверхности стенда выполнена в виде двух цилиндрических роликов для каждого колеса, в результате чего форма в пятне контакта колеса с роликом не соответствует форме пятна контакта колеса на горизонтальной опорной поверхности дороги и, следовательно, реализуемые реакции сил по направлению и величине существенно отличаются от реакций и сил, возникающих на поверхности дороги при движении, что снижает достоверность результатов испытаний.  Кроме того, испытания тормозных систем проводятся на малых скоростях, ниже порога срабатывания антиблокировочных систем (АБС), что не позволяет оценивать их работоспособность и эффективность. Также данный стенд не позволяет проводить оценку технического состояния элементов подвески автомобилей, в частности амортизаторов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, принятым за прототип, является стенд, используемый для реализации способа определения эффективности действия амортизатора в подвеске автомобиля [Способ определения эффективности действия амортизатора в подвеске автомобиля, Патент №RU 2711818,  МПК G01M 17/04, опубл. 22.01.2020, бюл. № 3].
Общими признаками заявляемого устройства с прототипом является наличие двух виброплощадок, каждая из которых оснащена силоизмерительным датчиком и закреплена на звене шарнирного параллелограмма, опирающегося на шатун кривошипно-шатунного механизма для совершения вертикальных колебаний.
Недостатками названного устройства является то, что устройство позволяет испытывать амортизаторы подвески автомобиля только в статике, при не вращающихся колесах, тогда как при движении автомобиля по дороге колеса вращаются и воспринимают продольные и боковые нагрузки, в результате чего эти нагрузки также воздействуют и на амортизаторы, ухудшая условия их работы. Результаты испытания амортизаторов с неподвижными и вращающимися колесами могут значительно различаться. Кроме того, рассмотренный стенд не позволяет проводить испытания тормозных систем автомобилей.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей стенда за счет объединения в одном универсальном устройстве функций тормозного стенда и вибростенда для испытания амортизаторов подвески автомобилей, а также повышение достоверности испытаний путем приближения условий испытаний к условиям движения автомобиля на дороге.
Поставленная цель достигается тем, что в стенд для испытания тормозных качеств и элементов подвески автомобилей, содержащий виброплощадку, оснащенную силоизмерительным датчиком и закрепленную на звене шарнирного параллелограмма, опирающегося на шатун кривошипно-шатунного механизма для совершения вертикальных колебаний, с целью расширения функциональных возможностей (вариант 1) дополнительно введены рама с отверстиями, направляющие вертикального перемещения рамы, закрепленные стационарно, причем рама отверстиями одета на направляющие и опирается на виброплощадку, опорная площадка, закрепленная на верхней части рамы и выполнена в виде имеющего возможность вращения в горизонтальной плоскости опорного диска с осью и опирающегося на конический подшипник, мотор-редуктор привода вращения опорного диска, закрепленный на раме и соединенный с осью опорного диска  через датчик крутящего момента, датчик положения колеса относительно оси вращения опорного диска, стойка управления стендом.
В стенде по варианту 2 привод вращения опорного диска выполнен в виде вынесенного за контур рамы и установленного балансирно электромотора, гибкой зубчатой передачи, ведущая звездочка которой размещена на валу электромотора, ведомая – на оси привода вращения опорного диска, на корпусе электромотора закреплен рычаг, воздействующий на датчик силы при появлении реактивного момента.
Устройство универсального стенда для испытания тормозных качеств и элементов подвески автомобилей иллюстрируется Фиг. 1 - Фиг. 4.
На Фиг. 1 показан главный вид стенда по варианту 1 (спереди) с испытуемым автомобилем, с «разрезом» испытательных модулей стенда. На Фиг. 2 показан вид сверху стенда по варианту 1 с установленным автомобилем.
На Фиг. 3 показан главный вид стенда по варианту 2 (спереди) с испытуемым автомобилем, с «разрезом» испытательных модулей стенда. На Фиг. 4 показан вид сверху стенда по варианту 2 с установленным автомобилем.
Стенд состоит из двух симметричных модулей и стойки управления (силовой шкаф и ПК). Каждый модуль стенда по варианту 1 состоит из рамы 1 с отверстиями 2, направляющими 3 вертикального перемещения рамы, закрепленными стационарно. На каждой раме смонтирован опорный диск 4 с осью 5, опирающийся на конический подшипник 6, мотор-редуктор 7 привода вращения опорного диска, причем корпус мотор-редуктора закреплен на раме, а выходной вал соединен с осью 5 опорного диска через датчик крутящего момента 8, частота вращения опорного диска определяется датчиком числа оборотов 9. На специальном кронштейне установлен датчик 10 определения положения плоскости вращения колеса диагностируемой оси автомобиля относительно оси вращения опорного диска.
Рама опирается на виброплощадку 11 с установленным на ней датчиком (датчиками) веса (наезда) 12, дополнительные датчики веса 12' также размещены между рамой и опорным подшипником 6 диска 4, виброплощадка 11 опирается на шатун кривошипно-шатунного механизма 13 для совершения вертикальных колебаний.
Стенд по варианту 2, изображенный на Фиг. 3 - Фиг. 4, отличается тем, что привод вращения опорного диска выполнен в виде вынесенного за контур рамы и установленного балансирно электромотора 14, гибкой зубчатой передачи 15, ведущая звездочка 16 которой размещена на валу 17 электромотора, ведомая 18 - на оси 5 привода вращения опорного диска, на корпусе электромотора закреплен рычаг 19, воздействующий на датчик силы 20 при появлении реактивного момента.
Испытательный стенд работает следующим образом.
На панели управления стендом оператор указывает информацию об автомобиле, такую как марка и модель автомобиля, его регистрационные данные, привод автомобиля, тип тормозных механизмов, параметры стояночной тормозной системы, ширина колеи каждой диагностируемой оси, размерность шин. Автомобиль устанавливается диагностируемой осью на опорные диски. Необходимо чтобы ось вращения колеса находилась максимально близко к оси вращения опорного диска. После въезда автомобиля на опорный диск, датчиком (датчиками) веса определяется масса, приходящаяся на каждое колесо, измеряется расстояние от колеса автомобиля до оси вращения опорного диска, для расчета величины плеча. В ходе испытания автомобиль будет неизбежно перемещаться из стороны в сторону, вследствие чего будет изменяться крутящий момент, регистрируемый датчиком силы. Поэтому необходимо будет непрерывно отслеживать расстояние от центра шины, взаимодействующей с опорным диском, до оси вращения диска, что реализуется оптическим (лазерным) датчиком измерения расстояния.
В режиме испытания тормозных качеств испытуемого автомобиля, электродвигатели с заданной невысокой скоростью приводят во вращение опорные диски. При воздействии водителя на педаль тормоза, в стенде по варианту 1 датчиком 8 измеряется крутящий момент и из его величины и плеча (расстояния от плоскости вращения колеса диагностируемой оси автомобиля до оси вращения опорного диска, которое определяется посредством обработки сигнала от датчика 10) программное обеспечение компьютера рассчитывает величину тормозной силы в пятне контакта колеса с опорным диском, а с учетом веса, приходящегося на колесо, рассчитывается и удельная тормозная сила. В стенде по варианту 2 при воздействии водителя на педаль тормоза  на корпусе электродвигателей (мотор-редукторов), установленных балансирно, возникают реактивные моменты, из величины которых (аналогично варианту 1) рассчитываются величины тормозных сил на колесах и величины удельных тормозных сил на колесах испытуемого автомобиля.
При вращении опорных дисков с достаточно высокой скоростью, на которой начинает проявляться работа АБС, стенд позволяет оценивать эффективность действия АБС при движении по ровной поверхности дороги, а также эффективность действия АБС при движении по «неровной» поверхности дороги, что реализуется включением привода виброплощадки (вертикальных перемещений рамы с опорной площадкой стенда).
Определение эффективности действия амортизаторов подвески автомобиля, проводят следующим образом: посредством сигналов с датчиков веса 12 замеряют статическую нагрузку от колеса на виброплощадку, подвергают колесо вибрациям в диапазоне частот, охватывающем резонансную частоту колебаний неподрессоренной массы подвески автомобиля, замеряют амплитуду вертикальных динамических контактных нагрузок между колесом и виброплощадкой, регистрируют значение вертикальных динамических контактных нагрузок между колесом и виброплощадкой и определяют минимальное значение вертикальных динамических нагрузок между колесом и виброплощадкой в момент резонанса, т.е. с использованием показателей, регламентированных  методами EUSAMA и пр. Кроме классических испытаний амортизаторов по методу EUSAMA, стенд позволяет проводить такие испытания при имитации движения автомобиля, т.е. с вращающимися колесами, что расширяет возможности диагностирования и приближает условия испытания амортизаторов автомобиля на стенде к реальным условиям его движения  по дороге с неровной поверхностью.
Преимуществами предлагаемого универсального стенда над прототипом и известными конструкциями является:
1. Возможность испытания на стенде тормозных качеств в условиях, когда форма пятна контакта колеса с опорной поверхностью диска максимально приближена к форме контакта колеса на опорной поверхности дороги. Это позволяет проводить испытания АБС в  стендовых условиях, имитируя движение как по ровной, так  и по «неровной» дороге и повысить достоверность оценки технического состояния и эффективности тормозной системы.
2. Возможность испытания на этом же стенде элементов подвески (амортизаторов) по методу EUSAMA, с не вращающимися колесами, а также с вращающимися по опорной поверхности колесами, что значительно приближает условия испытаний к условиям движения автомобиля по дороге и, следовательно, повышает достоверность диагностирования амортизаторов.