乘用車制動性能檢測標(biāo)準(zhǔn)研究

徐文冰 臧孟炎 于善虎

（華南理工大學(xué)）

乘用車制動性能檢測標(biāo)準(zhǔn)研究

徐文冰 臧孟炎 于善虎

（華南理工大學(xué)）

針對GB7258—2004《機(jī)動車運行安全技術(shù)條件》中規(guī)定的乘用車制動性能檢測標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究，分析了滾筒反力式制動試驗臺檢測制動力標(biāo)準(zhǔn)與道路試驗檢測制動力標(biāo)準(zhǔn)間的關(guān)系，以及造成臺架試驗與道路試驗檢測結(jié)果產(chǎn)生矛盾的原因。通過MATLAB軟件編程，采用最小二乘法擬合出了滾筒反力式制動試驗臺檢測制動力時制動力與踏板力的關(guān)系式。通過試驗表明，利用制動力與踏板力關(guān)系式能準(zhǔn)確預(yù)測被檢車輛的實際最大制動力，提高了檢測精度。

1 前言

汽車制動性能是汽車行駛安全的重要指標(biāo)，因此，汽車制動性能被列為機(jī)動車定期年審的強(qiáng)制性檢測項目，規(guī)定車輛的制動性能必須達(dá)到GB7258—2012《機(jī)動車運行安全技術(shù)條件》（以下稱《條件》）的要求才能上路行駛[1]。《條件》規(guī)定乘用車制動性能檢測分為道路試驗和臺架試驗兩類，而臺架試驗檢測裝置通常為滾筒反力式制動試驗臺。

滾筒反力式制動試驗臺檢測汽車制動性能（下稱“臺試檢測”）的方法是一種靜態(tài)檢測方法，而現(xiàn)代乘用車為提高行車制動效果，其前后軸制動力都是按車輛緊急制動時前后軸的動態(tài)載荷比例分配的，因此，利用這種檢測方法檢測汽車制動性能會存在一些不足。如有些乘用車臺試檢測不合格，而在道路試驗檢測時又合格；有些經(jīng)臺試檢測合格的乘用車，在實際使用中又不理想[2]。

本文針對《條件》中規(guī)定的乘用車制動性能路試檢測標(biāo)準(zhǔn)與臺試檢測標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系進(jìn)行研究，并對臺試檢測標(biāo)準(zhǔn)提出建議值。通過臺試試驗和MATLAB軟件編程，采用最小二乘法擬合出臺試檢測時制動力與踏板力關(guān)系曲線，并進(jìn)行道路試驗以驗證其正確性。

2 道路試驗與臺試檢測標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系研究

2.1 道路試驗檢測標(biāo)準(zhǔn)研究

《條件》對乘用車制動性能道路試驗檢測標(biāo)準(zhǔn)做出了規(guī)定[3]（表1），其中還規(guī)定“制動協(xié)調(diào)時間對液壓制動的汽車不應(yīng)大于0.35 s”，制動協(xié)調(diào)時間是指在急踩制動時，從腳接觸制動踏板（或手觸動制動手柄）時起至機(jī)動車減速度（或制動力）達(dá)到充分發(fā)出的平均減速度的75%時所需的時間。

表1 乘用車道路試驗檢測標(biāo)準(zhǔn)要求

若忽略制動系間隙作用時間的影響，汽車制動力（即制動減速度）與制動時間的關(guān)系曲線如圖1所示。制動過程分為兩部分：一是制動力直線增長過程；二是制動力達(dá)到穩(wěn)定制動減速度的制動過程。

對于采用液壓制動的乘用車，在t=（0，t1）階段，制動減速度為：

式中，k為圖1中制動力隨制動時間增長直線的斜率。

制動速度為：

將式（1）和式（2）代入式（3）得：

在t=（0，t1）階段內(nèi)的制動距離為:

制動力增長時間為:

式中，t0為液壓制動協(xié)調(diào)時間；amax為制動過程中的最大制動減速度；u0為制動初速度。

在t=（t1，t2）階段，制動距離為：

故整個制動過程的制動距離[4]為:

根據(jù)道路試驗檢測標(biāo)準(zhǔn)要求，將u0=50 km/h= 13.889 m/s、L≤19 m、t0≤0.35 s代入式（6）和式（8），可求得amax≥6.11 m/s2，與標(biāo)準(zhǔn)MFDD≥6.2 m/s2非常接近。

根據(jù)最大制動減速度可求出制動過程中的最大制動力，其與整車質(zhì)量的比值為：

式中，M為整車質(zhì)量；g為重力加速度。

式（9）的結(jié)果與臺試檢測標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的“空載時制動力總和（實際檢測中取汽車最大制動力）與整車質(zhì)量的百分比≥60%”的結(jié)論基本一致，因此，可認(rèn)為道路試驗標(biāo)準(zhǔn)與臺試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)之間存在對應(yīng)關(guān)系。

2.2 臺試檢測標(biāo)準(zhǔn)研究

乘用車在滾筒反力式制動試驗臺上測出的制動力應(yīng)符合表2中的要求[3]。研究發(fā)現(xiàn)，表2中所規(guī)定的制動力總和與整車質(zhì)量的百分比、前軸制動力與前軸荷的百分比、后軸制動力與后軸荷的百分比的檢測標(biāo)準(zhǔn)值之間缺乏關(guān)聯(lián)性，這是可能造成臺架試驗與道路試驗的檢測結(jié)果產(chǎn)生矛盾的原因。

表2 乘用車臺試檢測標(biāo)準(zhǔn)要求%

若令前軸制動力Fu1與前軸軸荷Fz1之比為X1= Fu1/Fz1，后軸制動力Fu2與后軸軸荷Fz2之比為X2=Fu2/ Fz2，則制動力總和Fu與整車質(zhì)量G之比Y為:

整理后得:

式中，β為制動器制動力分配系數(shù)，為固定值，乘用車可取為0.65左右。

根據(jù)資料統(tǒng)計，乘用車在設(shè)計時前軸軸荷與整車質(zhì)量的比值Fz1/G一般為0.55～0.60。由于Y與道路試驗檢測標(biāo)準(zhǔn)相對應(yīng)，因此為完善臺試檢測標(biāo)準(zhǔn)的制定依據(jù)進(jìn)行如下假設(shè)：當(dāng)前軸制動力與前軸軸荷之比大于等于某一標(biāo)準(zhǔn)值，并且后軸制動力與后軸軸荷之比大于等于另一標(biāo)準(zhǔn)值時，汽車制動力總和與整車質(zhì)量之比一定會大于等于60%。

上述假設(shè)可轉(zhuǎn)化為如下數(shù)學(xué)模型：已知X1≥0.6，X2≥0.2，F(xiàn)z1/G∈（0.55，0.6），求滿足式（12）和式（13），并且Y≥0.6時X1、X2對應(yīng)的最小值X1min和X2min。利用MATLAB進(jìn)行編程求解，可得X1min=0.7，X2min=0.45。即當(dāng)乘用車空載時前軸制動力與前軸軸荷之比大于等于70%、后軸制動力與后軸軸荷之比大于等于45%時，乘用車制動力總和與整車質(zhì)量之比一定大于等于60%[5]。因此，當(dāng)前、后軸制動力與相應(yīng)軸荷之比的檢測標(biāo)準(zhǔn)值分別達(dá)到上述數(shù)值時，它們與制動力總和與整車質(zhì)量的百分比的檢測標(biāo)準(zhǔn)值之間建立了理論聯(lián)系。因此，以X1min=0.7、X2min= 0.45作為單軸制動力與軸荷的百分比檢測標(biāo)準(zhǔn)值，可以解決臺架試驗與道路試驗檢測結(jié)果不一致的矛盾。

3 制動力與踏板力關(guān)系研究

3.1 理論分析

制動踏板力也是汽車制動性能重要的檢測指標(biāo)，《條件》中對乘用車臺試檢測和道路試驗檢測時的踏板力也做了明確規(guī)定[3]，如表3所列。

表3 乘用車（液壓制動系）制動踏板力N

臺試檢測汽車制動性能時，由于被檢車輛車速較低，達(dá)不到ABS起作用所規(guī)定的要求，而只有當(dāng)ABS起作用時才有可能真實檢測出汽車實際最大制動力，因此，很難在臺試檢測時測出汽車實際最大制動力。

通過理論分析各種制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理可知，在汽車制動過程中，車輪抱死之前忽略制動間隙的影響，汽車制動力與踏板力應(yīng)呈線性關(guān)系。因此，可假設(shè)：

余蔭山房的布局整體上基本遵循傳統(tǒng)的建筑語法，建筑物與景觀按十字交叉軸線分布。余蔭山房的軸線系統(tǒng)由一根水平的軸線作為主軸線，貫穿兩根垂直軸線構(gòu)成。在水平軸線上，自左到右布置了童子拜觀音山、方形水池、浣紅跨綠橋、玲瓏水榭、獅山。垂直軸線上分別布置了深柳堂與方形水池和臨池別館、玲瓏水榭與兩樹池（圖2）。除了遵循傳統(tǒng)的建筑語法，余蔭山房的布局還運用了對比的修辭手法。西區(qū)空間是接待空間，建筑物占園林空間的比重大，布局方正整齊，空間開敞明亮。東區(qū)是休閑空間，建筑物占園林空間的比重小，建筑物與配景的布置靈活自由，空間幽深，層次豐富。西區(qū)與東區(qū)在建筑比重和空間品質(zhì)方面形成了鮮明的對比。

式中，F(xiàn)為汽車制動力；Fp為制動踏板力；k和c為未知常數(shù)。

為求出系數(shù)k和c，針對某型汽車，先通過臺試檢測出n組數(shù)據(jù)，然后運用最小二乘法擬合出直線，在MATLAB中編制程序，并將試驗得到的數(shù)據(jù)輸入程序中，通過程序求出常數(shù)k和c，最后將臺試檢測車輪抱死時對應(yīng)的踏板力代入式（14）預(yù)估出汽車的最大制動力。

檢測出的n組數(shù)據(jù)表示為：（t1，F(xiàn)1，F(xiàn)p1）、（t2，F(xiàn)2，F(xiàn)p2）······（tn，F(xiàn)n，F(xiàn)pn），其中，n=1、2、…、n，tn為第n個時刻，F(xiàn)n為tn時刻的制動力，F(xiàn)pn為tn時刻的踏板力。

3.2 試驗驗證

為驗證上述方法的可行性，針對某乘用車實施相關(guān)的臺架試驗和道路試驗，并利用便攜式制動性能測試儀測量踏板力。

在進(jìn)行臺試檢測時，控制踏板力在20～80 N內(nèi)均勻增長，在確保車輪未抱死前共測取7組（Fn，F(xiàn)pn）數(shù)據(jù)，見表4。

表4 某乘用車臺試檢測數(shù)據(jù)

根據(jù)表4中數(shù)據(jù)，結(jié)合已編制好的MATLAB程序，可求出k=115.25，c=91.79。將它們代入式（14）后得到制動力與踏板力擬合直線公式為：

在獲得表4中的數(shù)據(jù)后，繼續(xù)增加踏板力直到車輪剛好抱死，此時踏板力Fp=92 N，將該值代入式（15）中，得到被檢車輛的最大制動力預(yù)測值為Fmax= 10 694.79 N。為確認(rèn)理論預(yù)測值的正確性，按照《條件》要求，利用該試驗車進(jìn)行了3次重復(fù)道路制動試驗，試驗結(jié)果如表5所列。

表5 某乘用車道路試驗檢測數(shù)據(jù)

比較Fmax′與Fmax可得出相對誤差ω=（Fmax-Fmax′）/Fmax′=-4.68%∈（-5%，5%），因此，可證明式（15）的合理性。

由上述可知，在臺試檢測汽車制動性能時，受各種條件制約很難準(zhǔn)確測出被檢車輛實際最大制動力，這也是導(dǎo)致臺試檢測不合格的可能原因。而利用式（15）能有效預(yù)測被檢車輛實際最大制動力，避免臺試檢測引起的誤判，提高檢測精度。

4 結(jié)束語

根據(jù)GB7258—2012《機(jī)動車運行安全技術(shù)條件》規(guī)定的道路試驗標(biāo)準(zhǔn)，在確認(rèn)道路試驗標(biāo)準(zhǔn)和臺試檢測標(biāo)準(zhǔn)中“制動力總和與整車質(zhì)量的百分比”一致性的基礎(chǔ)上，依據(jù)汽車?yán)碚摵蛿?shù)學(xué)分析方法，建立了制動力總和與整車重量百分比、軸制動力與軸荷百分比之間的有機(jī)聯(lián)系，提出了前軸制動力與前軸荷的百分比、后軸制動力與后軸荷的百分比兩個標(biāo)準(zhǔn)值的修正建議，解決了臺試檢測與道路試驗檢測結(jié)果不一致的矛盾。

此外，針對臺試檢測難以測量車輛實際最大制動力的現(xiàn)狀，通過制動力與踏板力關(guān)系，提出了通過踏板力線性預(yù)測車輛最大制動力的方法，并通過試驗驗證了該方法的正確性，這將有效提高臺試檢測精度。

1陳福恩，劉雙雙，袁雪，等.乘用車安全性能檢測中制動性能標(biāo)準(zhǔn)分析.汽車技術(shù)，2012（4）:51～54.

2王建章.反力式滾筒制動試驗臺使用中存在的問題分析.公路與汽運，2006（6）:15～17.

3余志生.汽車?yán)碚摚ǖ?版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

4何宇平，朱伯比，余志生，等.對制動標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于轎車軸間制動力分配要求的探討.汽車工程，1992，14（4）：248～256.

5吳明.臺試制動性能檢測限值和方法的缺陷.公路與汽運，2010（2）:15～19.

（責(zé)任編輯文楫）

修改稿收到日期為2014年5月22日。

Research on the Test Standard of Passenger Car Braking Performance

Xu Wenbing，Zang Mengyan，Yu Shanhu
（South China University of Technology）

We investigate into the testing standard of braking performance of passenger cars specified in GB7258-2004 Safety Specifications for Motor Vehicles Operating on Roads and analyze the relations of the testing standard between the roller counter-force test bench and road test，to seek the cause of discrepancy between bench test and road test results.The relational expression between braking force and pedal force is obtained by fitting at the least square method with MATLAB，which is proved by road test.The results show that this method can accurately predict the actual maximum braking force of a tested car，and improve test precision.

Passenger car,Braking performance,Test standard

乘用車制動性能檢測標(biāo)準(zhǔn)

U461.3

A

1000-3703（2014）08-0038-04