濕操控和濕圓環(huán)測(cè)試道概述

朱 遙，施 磊，張榕梁

（中汽研汽車試驗(yàn)場(chǎng)股份有限公司，江蘇 鹽城 224100）

濕操控和濕圓環(huán)測(cè)試道作為整車、輪胎及其零配件在開發(fā)驗(yàn)證產(chǎn)品性能過程中的重要測(cè)試道路，可用于輪胎性能、整車操控[1]、側(cè)向水漂[2]、駕駛培訓(xùn)、懸架、轉(zhuǎn)向以及其他零部件的主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)[3]。世界范圍內(nèi)大型的整車、輪胎企業(yè)及第三方汽車試驗(yàn)場(chǎng)均建有該測(cè)試道，在國外方面，具有代表性的Laurens輪胎試驗(yàn)場(chǎng)、IDIADA試驗(yàn)場(chǎng)、博世BOXBERG試驗(yàn)場(chǎng)、戴姆勒IMMENDINGEN測(cè)試中心和Mira汽車試驗(yàn)場(chǎng)；在國內(nèi)方面，已經(jīng)建成并投入使用的玲瓏集團(tuán)中亞輪胎試驗(yàn)場(chǎng)、瑪吉斯輪胎昆山試驗(yàn)場(chǎng)、博世東海試驗(yàn)場(chǎng)，還有即將投入建設(shè)位于鹽城的中汽試驗(yàn)場(chǎng)。

本工作對(duì)比國內(nèi)外4個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)濕操控和濕圓環(huán)測(cè)試道的參數(shù)特點(diǎn)，并對(duì)濕操控和濕圓環(huán)測(cè)試道的線型設(shè)計(jì)、噴淋系統(tǒng)及安全設(shè)施3個(gè)方面進(jìn)行闡述，旨在為濕操控和濕圓環(huán)測(cè)試道的前期技術(shù)輸入提供參考。

1 濕操控和濕圓環(huán)測(cè)試道參數(shù)

為直觀地對(duì)比國內(nèi)外試驗(yàn)場(chǎng)濕地操控測(cè)試道的參數(shù)情況，本文綜合對(duì)比了4個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)的濕操控和濕圓環(huán)測(cè)試道的參數(shù)，如表1所示。

表1 國內(nèi)外濕操控和濕圓環(huán)測(cè)試道參數(shù)比較

2 濕操控和濕圓環(huán)測(cè)試道設(shè)計(jì)

2.1 線型設(shè)計(jì)

濕操控測(cè)試道的線型設(shè)計(jì)方案包括可快速行駛的直線路段以及轉(zhuǎn)彎半徑和坡度變化的彎道路段。彎道部分一般根據(jù)客戶需求布置，采用大小彎道有機(jī)的結(jié)合；線型布置方面應(yīng)當(dāng)充分考慮安全測(cè)試的需求，在車輛高速行駛位置及可能沖出賽道的部分預(yù)留充足的緩沖區(qū)域；同時(shí)應(yīng)充分考慮周邊的水土環(huán)境及土地紅線的限制，依據(jù)地形進(jìn)行設(shè)計(jì)，盡可能減少填挖土方量，確保設(shè)計(jì)的道路滿足經(jīng)濟(jì)性的前提下能與當(dāng)?shù)丨h(huán)境充分融合。線型設(shè)計(jì)方面比較有代表性為米其林Laurens輪胎試驗(yàn)場(chǎng)的濕地操控測(cè)試道，因外形酷似鴨子，也被稱為“鴨子賽道”，如圖1所示。該測(cè)試道線型設(shè)計(jì)可以滿足不同駕駛行為需求，如快速過彎（側(cè)向力加速度）和連續(xù)轉(zhuǎn)向（受力轉(zhuǎn)換）。

圖1 米其林Laurens輪胎試驗(yàn)場(chǎng)濕地操控測(cè)試道

關(guān)于客戶對(duì)濕操控和濕圓環(huán)測(cè)試道的需求，中汽試驗(yàn)場(chǎng)調(diào)研了6家企業(yè)客戶的需求，其中整車企業(yè)有戴姆勒股份公司和浙江吉利控股集團(tuán)有限公司，輪胎企業(yè)有安徽佳通乘用子午線輪胎有限公司、美國固特異輪胎橡膠公司、倍耐力輪胎有限公司和德國大陸輪胎公司，調(diào)研客戶需求如下：（1）濕地操控測(cè)試道總長度為2 km，整車企業(yè)客戶要求超過2 km；（2）水膜厚度均要求使用固定水膜，水膜厚度約為1 mm，噴水方式為漫水和低噴；（3）要求摩擦因數(shù)（μ）為0.55～0.60；（4）道路寬度約為7 m，能滿足大部分客戶的需求，其中2個(gè)客戶要求道路寬度達(dá)到8 m；（5）多數(shù)客戶對(duì)彎道半徑要求為20～100 m，僅以高端輪胎開發(fā)為主的倍耐力客戶要求為50～150 m；（6）僅戴姆勒客戶對(duì)線型設(shè)計(jì)的直線段有需求，要求直線段長度為300～600 m，其他客戶無此項(xiàng)需求；（7）50%的企業(yè)客戶對(duì)側(cè)向水漂有測(cè)試需求；（8）多數(shù)客戶建議設(shè)計(jì)存在海拔高度差的道路；（9）除佳通和戴姆勒外，其他客戶對(duì)濕圓環(huán)無測(cè)試需求。

2.2 噴淋系統(tǒng)

濕操控和濕圓環(huán)測(cè)試道的噴淋系統(tǒng)一般由泵站、供水管、噴淋設(shè)施和回水溝等組成。噴淋系統(tǒng)的工作原理為首先泵站將水通過壓力管道泵至噴淋設(shè)施[4-5]，噴淋設(shè)施噴水形成濕滑路面，道路表面的水經(jīng)由路面橫縱向流淌至回水溝，最終通過排水管道匯集至蓄水池。收集水在進(jìn)入蓄水池前應(yīng)進(jìn)行過濾處理，可將水中的砂石、雜草、輪胎磨損顆粒物分離去除，流向示意見圖2。

圖2 噴淋系統(tǒng)的工作原理示意

噴淋系統(tǒng)形成的水膜條件是否均勻穩(wěn)定，對(duì)駕駛員的重復(fù)測(cè)試評(píng)價(jià)產(chǎn)品的濕地性能有重要影響，同一區(qū)域的水膜條件若一直處于波動(dòng)狀態(tài)，駕駛員在評(píng)價(jià)產(chǎn)品濕地性能時(shí)會(huì)出現(xiàn)偏差[6]。為確保測(cè)試區(qū)域的水膜穩(wěn)定，應(yīng)盡量控制水膜的均勻性；噴淋設(shè)施技術(shù)方案的確定通常取決于以下方面：水膜厚度和噴淋系統(tǒng)的要求、測(cè)試路面擬進(jìn)行的測(cè)試種類、噴淋路面的形狀以及路面的紋理結(jié)構(gòu)和材質(zhì)[7]。噴淋設(shè)施的產(chǎn)品選擇及后續(xù)的施工質(zhì)量均對(duì)最終的水膜效果產(chǎn)生影響，應(yīng)根據(jù)噴淋設(shè)施技術(shù)方案的要求選擇相應(yīng)的噴淋設(shè)施。目前常見的噴淋設(shè)施有以下幾類。

2.2.1 溢出式排水溝

溢出式排水溝多用于輪胎水漂及濕圓環(huán)測(cè)試道，如圖3所示。

圖3 溢出式排水溝

溢出式排水溝的優(yōu)點(diǎn)包括可以提供一條擁有穩(wěn)定水量的路面，形成均勻穩(wěn)定的水膜厚度；水流出時(shí)不會(huì)噴淋至空中和輪胎表面，水量損失小，駕駛員的視野不受遮擋；車輛也可行駛至排水溝上，行車較安全；整個(gè)溢出式排水溝嵌入瀝青路面，維護(hù)保養(yǎng)容易。其缺點(diǎn)為對(duì)路面的平整度要求極高，對(duì)于有坡度變化的路面不適用，路面結(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)沉降[8]，噴淋質(zhì)量無法保證。

2.2.2 低噴式噴淋設(shè)施

針對(duì)道路濕滑狀態(tài)可采用低噴式噴淋設(shè)施的種類很多，廣泛應(yīng)用的一種低噴式噴淋設(shè)施如圖4所示。

圖4 低噴式噴淋設(shè)施（EVERTZ公司產(chǎn)品）

低噴式噴淋設(shè)施的優(yōu)點(diǎn)包括噴淋頭的壓力和出水量可調(diào)節(jié)，噴灑的水膜均勻穩(wěn)定；噴淋時(shí)不會(huì)對(duì)駕駛員視野造成影響，同時(shí)噴出的水不會(huì)直接噴射到制動(dòng)盤表面；噴射面積大，無需布置過多的噴頭；車輛可以直接行駛至噴頭上，行駛較安全。其缺點(diǎn)為安裝時(shí)需預(yù)制混凝土構(gòu)件[9]和聚乙烯連接管，成本昂貴，且后期維護(hù)費(fèi)用相對(duì)較高。

2.3 安全設(shè)施

除道路自身的線型設(shè)計(jì)外，測(cè)試道路的緩沖區(qū)域及輪胎墻是車輛失控時(shí)主要的安全措施[10-11]。緩沖區(qū)域可采用如下形式布置：賽道內(nèi)側(cè)及外側(cè)車輛可能沖出區(qū)域加裝路肩，路肩外側(cè)延伸瀝青緩沖區(qū)域，瀝青緩沖區(qū)外部鋪設(shè)碎石草坪，該布置可發(fā)揮更好的緩沖效果。

除了緩沖區(qū)域，測(cè)試道路外側(cè)可布置輪胎墻，其已被證明是在車輛發(fā)生碰撞時(shí)吸收能量的有效手段，還可減小碰撞的嚴(yán)重程度，從而降低駕駛員和車輛受損的風(fēng)險(xiǎn)。輪胎墻外側(cè)可加裝傳送帶，將傳送帶、輪胎墻和防撞護(hù)欄三者有效固定的安全設(shè)施如圖5所示。

圖5 安全設(shè)施

3 結(jié)語

隨著社會(huì)對(duì)雨雪天氣交通安全事故關(guān)注度的提升，越來越多的主機(jī)廠將車輛及其零部件在極限低附瀝青測(cè)試道路下的性能表現(xiàn)納入到其道路研發(fā)驗(yàn)證體系中，如制動(dòng)系統(tǒng)、車身穩(wěn)定系統(tǒng)在低附瀝青路面的測(cè)試指標(biāo)、整車底盤調(diào)整、輪胎側(cè)向水漂和輪胎主觀評(píng)價(jià)等。但目前我國大部分汽車試驗(yàn)場(chǎng)受各種因素影響，在濕操控和濕圓環(huán)測(cè)試道方面，還存在建設(shè)相對(duì)滯后、綜合能力偏弱、硬件設(shè)施配套不全等一系列問題，與快速發(fā)展的汽車市場(chǎng)不相匹配，無法充分滿足專業(yè)測(cè)試需求。在此背景下，道路設(shè)計(jì)、施工建設(shè)和后續(xù)維護(hù)保養(yǎng)中的重難點(diǎn)是開發(fā)濕操控和濕圓環(huán)測(cè)試道的發(fā)展方向。