汽車沙地制動(dòng)性能測(cè)試方法淺析

文/江天波 陸文斌 黃 翀

汽車沙地制動(dòng)性能測(cè)試方法淺析

文/江天波 陸文斌 黃 翀

【機(jī)動(dòng)車專欄】

汽車行駛安全性一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)，現(xiàn)行國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)對(duì)車輛行車制動(dòng)性能要求和試驗(yàn)方法主要涉及高附著系數(shù)路面（如混凝土路面）和低附著系數(shù)路面（如玄武巖路面），而在我國(guó)有不少車輛經(jīng)常行駛在沙地路面上。本文就沙地路面行車制動(dòng)性能測(cè)試方法展開研究。

行車制動(dòng) 沙地 測(cè)試

汽車使用者從以前城鎮(zhèn)人口發(fā)展并覆蓋到全國(guó)，農(nóng)村人口已成為汽車使用大軍，同時(shí)由于環(huán)境變化，行車路面已不僅僅是干凈的水泥柏油路，沙地這一路面也成為了人們經(jīng)常遇到的路況。沙地是指表層被沙覆蓋、基本無植被的土地，包括沙漠，但不包括水系中的沙灘。沙地可分為沙土地和沙漠/沙漠化土地兩種類型。本文的沙地特指沙土地和有沙石覆蓋的硬地面。隨著經(jīng)濟(jì)和汽車技術(shù)發(fā)展，汽車也成為許多家庭必要的交通或運(yùn)輸工具，而農(nóng)村特有的沙地路面也成為一個(gè)新的行車路況，開展車輛在此新的行車路況下制動(dòng)性能的研究，對(duì)于提高車輛運(yùn)行安全性有十分重要意義。

一、國(guó)內(nèi)外研究狀況

目前，有關(guān)車輛在沙地行車制動(dòng)方面的研究較少，只有關(guān)于車輛在沙地上的行車技巧介紹。國(guó)內(nèi)許多合資汽車企業(yè)，比如上海大眾、上海通用等都對(duì)車輛冰面駕駛、行車制動(dòng)技巧等開展過試驗(yàn)研究，尚未開展沙地制動(dòng)方面的研究，可以說國(guó)內(nèi)外在這方面的研究幾乎空白。

二、沙地行車制動(dòng)過程

1. 路面附著特性分析

路面附著特性對(duì)車輛行車制動(dòng)性能有非常重要的影響。對(duì)于同一情景的同一輛汽車來說，路面附著系數(shù)大小會(huì)直接影響到行車制動(dòng)性能，附著系數(shù)越小，行車制動(dòng)距離越大；反之附著系數(shù)越大，則行車制動(dòng)距離越小?，F(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，汽車行車制動(dòng)試驗(yàn)路面附著系數(shù)約為0.8。通常情況下，新鋪的瀝青路面附著系數(shù)約為0.85，新鋪的混凝土路面附著系數(shù)約為0.9，而沙地路面的附著系數(shù)僅為0.68。另外，3年以上的瀝青路面和混凝土路面的附著系數(shù)會(huì)下降到約0.7，而沙地路面的附著系數(shù)不會(huì)有較大變化。以上所述的附著系數(shù)都是指干燥路面，因?yàn)橛暄┑忍鞖鈺?huì)令路面變得潮濕，附著系數(shù)會(huì)變小。由此看出，沙地路面的附著系數(shù)比瀝青和混凝土路面都要小，同一狀況的車輛在同一速度情況下，在沙地路面的制動(dòng)距離會(huì)比瀝青和混凝土路面的制動(dòng)距離都要長(zhǎng)。

2. 行車制動(dòng)過程分析

當(dāng)車輛達(dá)到預(yù)定行駛速度后，駕駛員快速踩下制動(dòng)踏板，經(jīng)過0.015～0.03 s的制動(dòng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間后車輛開始減速運(yùn)動(dòng)，液壓系統(tǒng)一般經(jīng)過0.15～0.3 s的時(shí)間到達(dá)最大制動(dòng)值，之后制動(dòng)減速度比較穩(wěn)定。之所以說是比較穩(wěn)定，是因?yàn)檐囕v突然受到制動(dòng)力影響，車輛懸架會(huì)出現(xiàn)很大的振動(dòng)，而且這種振動(dòng)會(huì)和車輛的減速度疊加在一起，使得車輛在短時(shí)間內(nèi)獲得最大減速度，這也是為什么車輛剛制動(dòng)時(shí)，車輛前部會(huì)突然往下沉的原因。之后的一段時(shí)間，隨著阻尼作用使得懸架的振動(dòng)逐步消失，車輛逐步獲得一個(gè)穩(wěn)定的減速度，處于一種相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。這個(gè)減速度的大小一定程度上反映了車輛行駛路面附著系數(shù)的大小，減速度越大，附著系數(shù)越大，減速度越小，附著系數(shù)就越小。當(dāng)車輛在制動(dòng)力作用下停止后，懸架因?yàn)橹苿?dòng)力消失而出現(xiàn)第二次振動(dòng)，隨后由于阻尼作用而消失。車輛整個(gè)行車制動(dòng)過程見圖1所示。

圖1 行車制動(dòng)過程

3. 沙地行車制動(dòng)分析

圖2、圖3分別為某車輛分別在沙地路面和瀝青路面上進(jìn)行制動(dòng)的輪速曲線圖（沙地路面制動(dòng)初速度為50 km/h，瀝青路面制動(dòng)初速度為50 km/h）。

圖2 沙地路面制動(dòng)輪速曲線

圖3 瀝青路面制動(dòng)輪速曲線

從圖2、圖3曲線可以看出，整個(gè)制動(dòng)過程中瀝青路面上行車制動(dòng)每個(gè)車輪的轉(zhuǎn)速變化比較平穩(wěn)，曲線近似直線，這與平時(shí)在公路上行車制動(dòng)給乘員的感覺相同。沙地路面上行車制動(dòng)每個(gè)車輪的轉(zhuǎn)速曲線起伏較多，給人感覺有點(diǎn)飄。分析其原因，主要是因?yàn)樯车芈访娉錆M沙粒，導(dǎo)致輪胎與硬地面接觸面減少而造成制動(dòng)過程中輪胎瞬間滑行，輪速瞬間下降。輪胎甩開沙粒之后，與硬地面接觸面增大，整車獲得更大的動(dòng)能，從而獲得更大的輪速，所以曲線又往上走。如此反復(fù)直到車輛完全停止。

三、沙地行車制動(dòng)測(cè)試分析

不同于瀝青路面的大部分摩擦制動(dòng)和冰面的大部分滑動(dòng)，車輛沙地行車制動(dòng)的情況是這兩種路面的復(fù)雜綜合體，行車制動(dòng)過程是制動(dòng)、滑動(dòng)、制動(dòng)、滑動(dòng)、制動(dòng)，如此反復(fù)，也有可能四個(gè)輪胎中部分輪胎滑動(dòng)。若是沙地路面沙石分布不均勻，比如行車前進(jìn)方向左輪沙石很少，右輪沙石很多，車速較高的時(shí)候，會(huì)使車輛右邊打滑而甩尾。在沙地路面行車制動(dòng)時(shí)，四個(gè)輪胎制動(dòng)路徑所處的路面不一樣，制動(dòng)力也就不一樣，車輛就會(huì)出現(xiàn)側(cè)滑、甩尾、轉(zhuǎn)圈等現(xiàn)象，這些都會(huì)對(duì)車輛的安全行駛產(chǎn)生影響。

表1為某車輛在沙地路面上進(jìn)行初速度為50 km/h制動(dòng)時(shí)的輪速測(cè)試數(shù)據(jù)（表中僅給出了部分?jǐn)?shù)據(jù)）。

表1 行車制動(dòng)輪速測(cè)試數(shù)據(jù)（部分） km/h

試驗(yàn)前檢查車輛處于正常狀態(tài)，四個(gè)輪胎氣壓正常并相同。測(cè)試儀器安裝后進(jìn)行車輛稱重（含一名試驗(yàn)駕駛員），并根據(jù)車輛生產(chǎn)廠提供的前后軸荷分配調(diào)整，盡可能地保持同一軸左右輪荷相同。

試驗(yàn)所需主要儀器設(shè)備包括某公司出品的一款帶SD卡儲(chǔ)存功能的汽車整車性能測(cè)試系統(tǒng)（VBOX）一套、輪速傳感器四個(gè)、踏板力計(jì)一個(gè)。試驗(yàn)中主要采集車輛車速、減速度、制動(dòng)距離、制動(dòng)時(shí)間、踏板力以及各車輪的輪速等數(shù)據(jù)（見表2）。

表2 試驗(yàn)儀器設(shè)備和采集數(shù)據(jù)

為了分析車輛沙地制動(dòng)過程，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)按公式1計(jì)算得出各車輪的滑移率S：

其中：S—車輪滑移率；V車—車輛行駛速度，km/h；V輪—車輪速度，km/h；

圖4為計(jì)算得出的試驗(yàn)車輛沙地行車制動(dòng)過程的滑移率曲線。

圖4 車輛沙地制動(dòng)滑移率曲線(車速50～6 km/h)

四、總 結(jié)

車輛沙地路面行車制動(dòng)過程相對(duì)瀝青等硬路面來說較為復(fù)雜。本文通過對(duì)車輛沙地路面行車制動(dòng)過程的定性分析，結(jié)合實(shí)際的沙地行車制動(dòng)道路測(cè)試，對(duì)路面附著系數(shù)等對(duì)制動(dòng)性能的影響作了初略分析，可為經(jīng)常在沙地路面行駛的車輛整車和輪胎的設(shè)計(jì)開發(fā)提供參考，有利于提高車輛行車穩(wěn)定性和安全性。

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The driving safety of vehicles has been the focus of attention. The current national mandatory standards for vehicle braking performance requirements and test methods mainly involves the road with high adhesion coefficient pavement (such as concrete pavement) and with low adhesion coefficient pavement (such as basalt pavement). In China, many cars are running on the sand road, therefore, this paper analyzes the test method for the vehicle braking performance on the sand road.

Vehicle braking; Sandy land; Test

（作者單位：上海機(jī)動(dòng)車檢測(cè)認(rèn)證技術(shù)研究中心有限公司）