brake manufacturers council - aftermarket dynamometer test. the test results, combined with...

9
This Brake Effectiveness Evaluation Procedure Guide for vehicles with Gross Vehicle Weight Rating below 3,500 kg uses test results from the SAE J2784 FMVSS 135 singleended inertiadynamometer test. The test results, combined with vehiclespecific parameters and vehicle dynamics modeling, evaluate the BEEP® pass/fail criteria and predict the conformance confidence of a friction material with the Federal Motor Vehicle Safety Standard requirements for stopping distance. The computer model was validated using proving ground testing with fullyinstrumented vehicles. Brake Effectiveness Evaluation Procedure SAE J2784 FMVSS 135 BRAKE MANUFACTURERS COUNCIL BMC TN–08001–S1

Upload: vuongkhanh

Post on 27-Mar-2018

218 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: BRAKE MANUFACTURERS COUNCIL - Aftermarket dynamometer test. The test results, combined with vehicle‐specific parameters and vehicle dynamics modeling, evaluate the BEEP® pass/fail

   

This  Brake  Effectiveness  Evaluation  Procedure  Guide  for vehicles with Gross Vehicle Weight Rating below 3,500 kg uses test  results  from  the  SAE  J2784  FMVSS  135  single‐ended inertia‐dynamometer  test.  The  test  results,  combined  with vehicle‐specific  parameters  and  vehicle  dynamics  modeling, evaluate  the  BEEP®  pass/fail  criteria  and  predict  the conformance confidence of a friction material with the Federal Motor  Vehicle  Safety  Standard  requirements  for  stopping distance.  The  computer  model  was  validated  using  proving ground testing with fully‐instrumented vehicles.   

 

   

Brake Effectiveness Evaluation Procedure SAE J2784 ― FMVSS 135 

BRAKE MANUFACTURERS COUNCIL BMC  TN–08001–S1 

Page 2: BRAKE MANUFACTURERS COUNCIL - Aftermarket dynamometer test. The test results, combined with vehicle‐specific parameters and vehicle dynamics modeling, evaluate the BEEP® pass/fail

BMC TN 08001 ― S1 BEEP® Guide FMVSS 135 ― 5.01.09

BRAKE MANUFACTURERS COUNCIL | Friction Material Committee 2

 BBMMCC  ––  BBEEEEPP®®  BBrraakkee  EEffffeeccttiivveenneessss  EEvvaalluuaattiioonn  PPrroocceedduurree  ffoorr  AAfftteerrmmaarrkkeett  FFrriiccttiioonn  PPrroodduucctt  PPeerrffoorrmmaannccee  CChhaarraacctteerriizzaattiioonn  uussiinngg  tthhee  SSAAEE  JJ22778844  ––  FFMMVVSSSS  113355  iinneerrttiiaa  ddyynnaammoommeetteerr  tteesstt  pprroocceedduurree   Introduction  

The  BMC  Friction Materials  Committee  resolves  that  replacement  brake  friction materials  should  not  deteriorate  vehicle  braking performance below  the applicable Federal Motor Vehicle Safety Standards, and recognizes  that  full‐vehicle or  inertia‐dynamometer testing per SAE  J2784 with peer‐reviewed engineering and  computer analysis may be employed by manufacturers of  replacement friction materials in making good‐faith efforts to determine FMVSS conformance confidence.  

To implement this objective the BMC implemented the BEEP® voluntary certification program administered by SAE‐PRI. Being the only industry‐approved and peer‐reviewed program available  to  the  industry,  the BMC decided to enhance  the BEEP® program with  the addition  of  the  SAE  J2784  ‐  FMVSS  135  inertia  dynamometer  test  procedure  to  assess  the  BEEP®  pass/fail  criteria  for  vehicles manufactured after 2001. These continuous efforts from the BMC align with the government’s strategic framework outlined on NHTSA Docket No. 2008‐0113. 

The  use  of  computer  models,  sound  laboratory  testing  results,  appropriate  engineering  analysis  methods,  and  vehicle‐specific parameters,  allows  the  brake  or  application  engineer  to  predict  vehicle  performance  and  determine  the  level  of  conformance confidence for a given combination of friction materials (on the front and rear axles) relative to the requirements of the Federal Motor Vehicle Safety Standard ― FMVSS  135. Similar models are used throughout the automotive industry to expedite the development and evaluation of  friction materials  and brake  systems while  reducing  the overall  costs  related  to  the  testing  activities  and  associated resources before formal release for regular production.  

This Guide was developed after extensive proving ground testing per the FMVSS 135 with fully‐instrumented vehicles and laboratory testing per the SAE J2784 ― FMVSS 135 test procedure to ensure the robustness of the model. 

To make certain of the coverage of different brake systems, the tests used two vehicle braking system configurations: 

Crossover vehicle with Electronic Brake Proportioning; disc brake on both axles;  Sedan vehicle with fixed brake proportioning; drum brake on the rear axle. 

The test program included three different friction materials on each axle: 

Original equipment friction material;  Aftermarket high friction material;  Aftermarket low friction material. 

The methods presented on this technical note follow the objective of the Brake Manufacturers Council's Friction Material Committee ― BMC/FMC:  

 

    

BRAKEMANUFACTURERSCOUNCILA Product Line Group ofMotor & EquipmentManufacturers Association

BRAKEMANUFACTURERSCOUNCILA Product Line Group ofMotor & EquipmentManufacturers Association

The BMC Friction Materials Committee resolves that replacement brake friction materials should not deteriorate vehicle braking performance below the applicable Federal Motor Vehicle Safety Standards, and recognizes that full-vehicle or inertia-dynamometer testing per J2784 with peer-reviewed engineering and computer analysis may be employed by manufacturers of replacement friction materials in making good-faith efforts to determine FMVSS conformance confidence.

Page 3: BRAKE MANUFACTURERS COUNCIL - Aftermarket dynamometer test. The test results, combined with vehicle‐specific parameters and vehicle dynamics modeling, evaluate the BEEP® pass/fail

1.

Thsulimth

1.

1.

1.

Th

1.

2.3.

   

 

The BEEpredict iabove gProporti The modCold EffHot perf

Key eleme

he  BEEP® modustained decelemit on either ohe type of brak

1. Two sets o Fixed p

Electro

2. Two scena Non‐pr

Fixed p

3. Four scena Failed p

Front b

Rear br

One fro

he following as

Additional bforces, and 

Use of 0.95  All braking e

pedal force 

EP® model usdeal brake ba

g-critical for ABoning system

del is able to fectiveness, Fformance.

B

nts of the SAE

del  determineseration requiref the two axlesing system and

f calculations r

roportioning b

nic proportion

rios for rear br

oportioning va

roportioning (

arios for failed 

power‐brake u

brake operation

rake operation

ont and one re

ssumptions and

braking or retaincreased tire‐instead of 0.9 events applicafor ABS or avo

ses vehicle dyalance for decBS or Electro

ms.

predict criticaFailed power a

BMC TN 080

BRA

E J2784‐based B

s  the  ability  oement, when hs (no wheel locd its operating 

required: 

brake system; 

ing braking sys

rake calculatio

alve; 

pressure reduc

systems (at LLV

nit at GVWR; 

nal with rear b

al with front b

ar brake opera

d simplification

ardation forces‐to‐road adhesas the tire‐to‐ble use a nomioid excessive w

 

ynamics to celerations

onic Brake

al sections likeassist unit, an

001 ― S1 BE

AKE MANUF

BEEP® model

of  a  friction mhaving a knownck‐up). The follcondition. 

stem. 

ns: 

cing) valve. 

VW and GVWR

rake failed for

brake failed for

ational only for

ns apply to the

s like engine ansion as a functiroad adhesioninal pedal forcewheel slip or loc

e nd

EEP® Guide F

FACTURERS

material  to  devn brake on thelowing combin

R): 

front‐to‐rear b

r front‐to‐rear 

r diagonal brak

e BEEP® model 

nd transmissioion of tire slip an level for the ce of 500 N withck‐up which va

FMVSS 135 ―

S COUNCIL |

velop  the  reque other axle andnations apply to

brake system s

brake system s

ke system split 

using SAE J278

on braking poware not includecalculation of ahout compensaries as a funct

― 5.01.09

Friction Mate

uired  braking  td without exceo the different

split (II distribu

split (II distribu

(X distribution

84 ― FMVSS 1

wer, tire rollinged in this modeattainable deceating for the dtion of the frict

erial Committe

torque  to meeeding the adht test sections d

ution); 

ution); 

n). 

135: 

g resistance, aeel; eleration levelsdriver's effort ttion materials 

ee 3

et  the  specifiehesion utilizatiodepending upo

erodynamic dra

s; o modulate thbeing tested. 

ed on on 

ag 

Page 4: BRAKE MANUFACTURERS COUNCIL - Aftermarket dynamometer test. The test results, combined with vehicle‐specific parameters and vehicle dynamics modeling, evaluate the BEEP® pass/fail

BMC TN 08001 ― S1 BEEP® Guide FMVSS 135 ― 5.01.09

BRAKE MANUFACTURERS COUNCIL | Friction Material Committee 4

 Figure 1 illustrates the different options for the type of brake events, test sections, and system conditions contemplated in the model. 

 FIGURE 1. TYPES OF BRAKE EVENTS, TEST SECTIONS, SYSTEM CONDITION, AND BRAKE SYSTEM CONFIGURATION FROM FMVSS 135 

AND SAE J2784 

   

BEEP using SAE J2784

BEEP using SAE J2784

Fully operational

Failed systems

UMTRI limitUMTRI limit

Deceleration-control at LLVW & GVWR

Deceleration-control at LLVW & GVWR

Pressure-control at GVWR

Pressure-control at GVWR

Power brake at GVWR

Power brake at GVWR

Hydraulic circuit at LLVW & GVWR

Hydraulic circuit at LLVW & GVWR

Diagonal (X) split

Front/Rear (II) split

Front brake

Rear brakeNo rear prop

Rear prop

Front brake

Rear brakeNo rear prop

Rear prop

Front brake

Rear brakeNo rear prop

Rear prop

Front brake

Rear brake

Front brake

Rear brakeNo rear prop

Rear prop

Front brake

Rear brakeNo rear prop

Rear prop

Page 5: BRAKE MANUFACTURERS COUNCIL - Aftermarket dynamometer test. The test results, combined with vehicle‐specific parameters and vehicle dynamics modeling, evaluate the BEEP® pass/fail

BMC TN 08001 ― S1 BEEP® Guide FMVSS 135 ― 5.01.09

BRAKE MANUFACTURERS COUNCIL | Friction Material Committee 5

The flowchart on figure 2 illustrates the main steps and inputs required to assess the different pass/fail criteria for the BEEP® model. 

 FIGURE 2. MAIN STEPS TO ASSESS THE BEEP® PASS/FAIL CRITERIA 

 

2. BEEP® criteria for fully‐operational system 

2.1. Ramp applications; University of Michigan Transportation Research Institute ― UMTRI  limit during ramp applications to 12,000 kPa. Front brakes shall not generate a  torque equivalent  to a deceleration  level above 1.0 g at LLVW and a brake pressure  corresponding  to  178  N  of  pedal  force.  This  criterion  applies  only  to  vehicles without  ABS  or  Electronic  Brake Proportioning. 

2.2. BEEP™ criteria for deceleration‐controlled or pressure‐controlled brake applications. The test brake shall develop a torque equivalent  to  the  required  sustained deceleration  level  from  the  corresponding  section at GVWR or  LLVW when using  the baseline values from the OE material on the reference axle (non‐tested axle) without exceeding a pressure corresponding to 500 N of pedal force with the brake system fully operational. 

 

3. BEEP™ criteria for failed systems 

3.1. Pressure‐controlled brake applications — power brake or power assist unit failure. The test brake shall be able to develop a torque equivalent  to  the  required sustained deceleration  level  from  the power brake unit  failure section at GVWR without exceeding a pressure corresponding to 500 N of pedal force with any brake power assist system fully depleted.   

3.2. Deceleration‐controlled brake applications — hydraulic circuit failure 

3.2.1. Front‐to‐rear (II) split. The test brake shall develop on the test axle (front or rear) a torque equivalent to the required sustained deceleration  level from the hydraulic circuit failure sections at GVWR or LLVW without exceeding a pressure equivalent to 500 N of pedal force with the brake system fully operational. 

3.2.2. Diagonal  (X) split. The  test brake shall be able  to develop a  torque equivalent  to  the  required sustained deceleration level from the hydraulic circuit failure sections at GVWR or LLVW when using the baseline values from OE material on the  reference axle without  exceeding a  pressure  corresponding  to  500 N  of  pedal  force with  the  brake  system  fully operational. 

SAE J2784 test•Brake pressure and torque behavior•Brake output torques

Vehicle design or floor‐check parameters•Weights and weight distribution•CG location, wheelbase •Brake pressure versus pedal force curves•Brake sizes (front and rear)

Vehicle dynamics•Dynamic weight transfer•G‐critical 

BEEP® model calculations•Determine loading and brake system condition•Combined braking forces (front and rear) •Tire‐to‐road adhesion utilization on each axle•Determine limiting condition: brake torque output or adhesion utilization

Vehicle performance prediction•Estimate total vehicle deceleration•Determine conformance confidence to FMVSS

Page 6: BRAKE MANUFACTURERS COUNCIL - Aftermarket dynamometer test. The test results, combined with vehicle‐specific parameters and vehicle dynamics modeling, evaluate the BEEP® pass/fail

BMC TN 08001 ― S1 BEEP® Guide FMVSS 135 ― 5.01.09

BRAKE MANUFACTURERS COUNCIL | Friction Material Committee 6

 

 

4. BEEP structural integrity criteria 4.1. Allowed: Detachment or  fracture of any component, such as brake springs, brake  lining material, other  than minor cracks 

that do not impair attachment of the friction material to the backing plate or shoe table; 4.2. Not allowed: Friction material tear out (complete detachment of  lining from backing plate or shoe table) exceeding 10% of 

any individual friction material.  

5. Test report 

A summary table  indicating the pass/fail for each applicable BEEP® criteria. In addition, as the main report for each brake event with BEEP® criteria the test report shall indicate: 

5.1. Attainable vehicle deceleration calculated for the vehicle with the OE friction material on the other axle (non‐tested axle); 

5.2. Percentage margin of conformance (or non‐conformance) confidence with the applicable BEEP® criteria; 

5.3. Except  for  the hot performance  criteria #1 and #2 which are  very  specific on  the FMVSS 135 protocol,  the actual BEEP® conformance confidence is reported for the brake application with the highest calculated deceleration value for that specific section. This follows the FMVSS criteria that "at least one stop" needs to fulfill the requirement. 

Tables 1 and 2 show sample summary with the applicable BEEP® pass/fail criteria for friction products meeting and not meeting all the BEEP® requirements for a vehicle with EBP and with non‐ABS fixed rear brake proportioning, respectively. 

 TABLE 1. SUMMARY TABLE WITH TEST RESULTS FROM A TEST MEETING ALL BEEP® CRITERIA― FMVSS 135 TEST ON FRONT BRAKE 

 

Page 7: BRAKE MANUFACTURERS COUNCIL - Aftermarket dynamometer test. The test results, combined with vehicle‐specific parameters and vehicle dynamics modeling, evaluate the BEEP® pass/fail

BMC TN 08001 ― S1 BEEP® Guide FMVSS 135 ― 5.01.09

BRAKE MANUFACTURERS COUNCIL | Friction Material Committee 7

 TABLE 2. SUMMARY TABLE WITH TEST RESULTS FROM A TEST NOT MEETING ALL BEEP® CRITERIA― FMVSS 135 TEST ON FRONT BRAKE 

Page 8: BRAKE MANUFACTURERS COUNCIL - Aftermarket dynamometer test. The test results, combined with vehicle‐specific parameters and vehicle dynamics modeling, evaluate the BEEP® pass/fail

BMC TN 08001 ― S1 BEEP® Guide FMVSS 135 ― 5.01.09

BRAKE MANUFACTURERS COUNCIL | Friction Material Committee 8

Appendix A 

Minimum performance requirements per the FMVSS 135 

Table A.1 shows the test sequence during a SAE J2784 ― FMVSS 135 inertia–dynamometer laboratory test along with the maximum stopping distance allowed during the vehicle test and the corresponding sustained deceleration level. 

In order to obtain the different sustained deceleration levels, the BEEP® model uses the nominal test conditions (brake force build up time and braking speed) along with the maximum stopping distance allowed for the specific section. The general calculation for the maximum allowed  stopping distance  in meters  (and minimum  stopping distance  for  the  recovery performance  section) during  the vehicle test uses equation A.1. 

2VbVaS ⋅+⋅≤   Equation A.1  Where: a    coefficient that equals 0.1 to account for the distance traveled during braking force buildup time V   is the braking speed in km/h b   coefficient  that  varies  as  a  function of  the maximum  stopping distance  allowed. Coefficient  b is  related  to  the  sustained 

vehicle deceleration  135a per equation A.2. The individual b values are specified on the FMVSS 135 protocol for each section.  

ba

⋅⋅=

81.992.251

135   Equation A.2 

TABLE A.1. BEEP® CRITERIA USING SAE J2784 FMVSS 135 INERTIA DYNAMOMETER TEST PROCEDURE 

Section Number 

FMVSS 135 Reference Braking Speed 

V [km/h] 

Brake Application Control 

(IBT, Cycle Time, or Distance) 

FMVSS 135 Required stopping 

distance 

S [m] 

BEEP® Required deceleration level 

135a [g] 

10  7.1 Burnish at GVWR  80  IBT = 100 °C  —  —

20  7.4 (1) 3 500 kPa Adhesion Utilization Ramps at GVWR  

50  IBT = 65 °C first, then 100 °C  —  — 

30  7.4 (2) 12 000 kPa Adhesion Utilization Ramps at GVWR  

100  IBT = 65 °C first, then 100 °C  —  — 

40  7.5 Cold Effectiveness at GVWR  100  IBT = 100 °C  < 70  > 0.66 

50  7.6 High Speed Effectiveness at GVWR   160  IBT = 100 °C  < 187.5  > 0.59 

(80% Vmax for Vmax < 200 km/h) 

<0.1∙V+0.0067∙V2 

60  7.5 Cold Effectiveness at LLVW   100  IBT = 100 °C  < 70  > 0.66 

70  7.6 High Speed Effectiveness at LLVW   160  IBT = 100 °C  < 187.5  > 0.59 

(80% Vmax for Vmax < 200 km/h) 

<0.1∙V+0.0067∙V2 

80  7.8 Failed Antilock System at LLVW   100  IBT = 100 °C  < 85  — 

90.a  7.10 Hydraulic Circuit Failure at LLVW for front brakes 

100  IBT = 100 °C  < 168  > 0.25 

90.b  7.10 Hydraulic Circuit Failure at LLVW for  rear brakes 

100  IBT = 100 °C  < 168  > 0.25 

100.a  7.10 Hydraulic Circuit Failure at GVWR for front brakes 

100  IBT = 100 °C  < 168  > 0.25 

100.b 

 

7.10 Hydraulic Circuit Failure at GVWR for rear brakes 

100  IBT = 100 °C  < 168  > 0.25 

110  7.8 Failed Antilock System at GVWR   100  IBT = 100 °C  < 85  — 

120  Cool Down at GVWR  5  Until 5 °C above cooling air temp  —  — 

Page 9: BRAKE MANUFACTURERS COUNCIL - Aftermarket dynamometer test. The test results, combined with vehicle‐specific parameters and vehicle dynamics modeling, evaluate the BEEP® pass/fail

BMC TN 08001 ― S1 BEEP® Guide FMVSS 135 ― 5.01.09

BRAKE MANUFACTURERS COUNCIL | Friction Material Committee 9

Section Number 

FMVSS 135 Reference Braking Speed 

V [km/h] 

Brake Application Control 

(IBT, Cycle Time, or Distance) 

FMVSS 135 Required stopping 

distance 

S [m] 

BEEP® Required deceleration level 

135a [g] 

130  Warm Up at GVWR  50  Until 65° at 60 seconds cycle time  —  — 

140  7.11 Failed Power‐Brake Unit at GVWR   100  IBT = 65 °C first, then 100 °C  < 168  > 0.25 

160  7.13 Heating Snubs at GVWR1  120‐60  IBT = 55 °C first, then cycle time of 45 seconds 

< 151  0.31 + 0.05 

170  7.14‐1 First Hot Stop at GVWR2  100  20 seconds after the end of the last snub from section 160 

< 110  > 0.39 

170‐180  7.14 (‐1 / ‐2) First OR Second Hot Stop at GVWR  

100  20 seconds after the end of section 170 

< 89  > 0.50 

190  7.15 Brake Cooling Stops at GVWR  50  Cycle distance = 1.5 km after the end of  section 180 

—  — 

200  7.16 Recovery Performance at GVWR3   100  Cycle distance = 1.5 km after the start last stop of section 190 

50 – 86  0.98 – 0.46 

210  7.17 Final Inspection for structural integrity –Not allowed: Friction material tear out (complete detachment of lining from backing plate or shoe table) exceeding 10% of any individual friction material 

 

 

Bibliography  

BMC, Aftermarket Friction Product Effectiveness Characterization Guide, BMC, Research Triangle, NC, 2002 

Breuer, B. and Bill, K. H. Brake Technology Handbook, SAE, Warrendale, PA, 2008 

Limpert, R. Brake Design and Safety, SAE, Warrendale, PA, 1999 

NHTSA, 571.135 Standard No. 135—Light Vehicle Brake Systems, DOT, Washington DC, 2005 

NHTSA Docket No. 2008‐0113. Recommended Best Importer Practices To Enhance The Safety Of Imported Motor Vehicles And Motor Vehicle Equipment, DOT, Washington DC, 2008 

Robert Bosch GmbH, Safety, Comfort and Convenience Systems, John Wiley & Sons Ltd., West Sussex, England, 2006 

SAE Brake Dynamometer Test Code Task Force, SAE J2784 FMVSS 135 inertia dynamometer test procedure, SAE, Warrendale, PA, 2007 

 

Additional information: 

www.brakecouncil.org 

http://www.pri‐network.org/PRI/  

www.linkeng.com  

 

 

 

1 BEEP criteria not actual requirement for the FMVSS 135 vehicle test. 2 Using deceleration level equivalent to the maximum stopping distance allowed during the Cold Effectiveness section at GVWR at 100 km/h; section 7.5 . 3 Ditto footnote 2.