汽車制動性能檢測的若干問題探討

吳智明

隨著國民經濟的持續(xù)發(fā)展，汽車保有量也有了迅猛增加，汽車已成為當今社會重要的交通運輸工具。但汽車數(shù)量的增加也引發(fā)了一些社會問題，如噪音污染、交通事故等，其中以交通事故的頻發(fā)最為嚴重。據(jù)統(tǒng)計2011年全國涉及人員傷亡的道路交通事故約有21.08萬起，2012年約有20.13萬起，2013年共有19.78萬起，這些事故的發(fā)生根據(jù)有關機構調查發(fā)現(xiàn)，因制動失效或制動不良所導致的事故比例超過了50%。因此世界各國車輛管理部門實施了強制性的汽車安全性能定期檢測制度，主要包括：外觀、環(huán)保、車輛制動、側滑、車速表等項目的檢測，為汽車安全技術狀況，汽車駕駛安全管理提供了重要保障。

1 ?汽車制動性能檢測參數(shù)的分析與探討

1.1 ?制動協(xié)調時間

?汽車的制動過程，如圖1所示。

在汽車的制動過程中，汽車駛過的距離如下：

?①反應時間t1內汽車駛過的距離。

?在駕駛人反應時間t1（s）內，制動踏板力Fp和地面制動力 ?Fb（N）均為零，汽車仍然以原有初速v0（m/s）行駛，所駛過的距離S1（m）為：

S1=v0t1

②制動器起作用時間t2內汽車駛過的距離。

在制動器起作用時間t2內，在t2時間段Fb為零，汽車勻速行駛，所駛過的距離S（m）為：

S=v0t2。

?在制動力增長時間t內，制動減速度幾乎成線性的從零增長到jmax，在t內汽車的減速度j（m/s2）為：

j=-=kt，其中，k=。因此有：

∫dv=-∫ktdt

需要注意，在時間從0到t的過程中，車速從初速變化到v0積分上式得t內的汽車速度v（m/s）為[1]：

v=v0-kt。

?當t=t（e點）時，其車速記為ve，則：

ve=v-kt

又有：

∫ds=∫（v0-kt2）dt

該時間段汽車駛過的距離s（m）為：

s=v0t-kt3

當t=t（e點）時，汽車駛過的距離s為：

s=Vt-jt

在制動器起作用時間t2內，汽車駛過的距離S2為：

S=S+S=v（t+t）-jt

③持續(xù)制動時間t3內汽車駛過的距離。

?持續(xù)制動時間內，汽車以最大減速度jmax持續(xù)制動，其速度由ve至0，汽車駛過的距離S3為：

S3==-+

④汽車的制動距離。

汽車在制動過程中駛過的總距離為上述各階段駛過的距離之和。即：

S=S1+S2+S3=（t1+t'2+）v0+-

由于在駕駛人反應時間內汽車駛過的距離與汽車性能無關，因此一般所指汽車制動距離S是從踩下制動踏板至完全停車所駛過的距離，即S=S2+S3。

上式中最后一項很小，可以忽略。因此S為[2]：

S=（t'2+）v0+

把制動起始車速v0（m/s）用代替，整理后則：

S=（t'2+）va0+

從上述分析中可以看出，制動距離S包括在制動器起作用時間內駛過的距離S2和在汽車以最大減速度持續(xù)制動時間內所駛過的距離S3。影響汽車制動距離的因素主要有：汽車初速度、持續(xù)制動階段制動器的制動力、制動系作用時間。制動距離綜合地反映了汽車整車制動效能，但不能反映出各個車輪的制動狀況及制動力的分配情況，當制動距離過長時，也不能反映出具體影響因素。從制動距離公式來看，制動系作用時間也明顯的影響制動距離，因此GB7258中規(guī)定在評價制動性能時，必須同時測量制動協(xié)調時間和制動力參數(shù)，兩者同時達到要求才能判定合格。GA468-2004中，臺試檢測僅依據(jù)制動力參數(shù)來評判汽車制動系技術狀況是不完整的。

1.2 ?制動減速度

?制動減速度是制動所產生的地面制動力作用于汽車的直接結果。在制動器技術狀況良好（能夠制動到抱死拖滑）的前提下，持續(xù)制動期間汽車能達到的最大減速度jmax取決于附著力，因此：

Fbmax=mg？尷=mjmax

jmax=？尷g

由于制動過程持續(xù)制動時間范圍內，制動減速的波動區(qū)間較多，每個區(qū)間的波動程度也不相同，因此為了更好地驗證減速度與車速的關系，應取減速度值波動區(qū)間較小的時間段。相應的車速由vab到vae，平均減速度FMDD的計算公式為：

FMDD=

式中，vab為0.8va0車速（km/h）;vae為0.1va0車速（km/h）;va0為制動初速度（km/h）;Sb為車速va0和vab之間車輛駛過的距離（m）;Se為車速va0到vae之間車輛駛過的距離（m）。

? 充分發(fā)出的平均減速度FMDD是在測得車輛制動過程中的行駛距離和相應車速的基礎上，通過計算求得的。充分發(fā)出的平均減速度不受測試時車輛傾角的影響，是車輛在制動過程中制動減速度的一個較穩(wěn)定的平均值，能較準確地反映車輛的制動減速特性。但FMDD的測量方法較制動距離麻煩，精度也低于制動距離，因此FMDD 參數(shù)評價汽車制動性能不如制動距離直觀明了[3]。

1.3 ?制動力平衡

1.3.1 ?汽車制動跑偏影響因素分析

?汽車主動跑偏的基本原因是汽車制動力增長的快慢不同或左右車輪制動力不相等，往往導致汽車車輪的轉向偏離預定方向。

? 其基本原理為：假設汽車前左輪和前右輪的地面制動力不相等，則轉向軸左右的制動力也不相同，同時對汽車質心會產生一個不平衡力矩，即使此時方向盤保持不動，轉向輪仍會由于轉向系統(tǒng)間的間隙或零部件彈性變形而產生轉向角度，從而導致汽車跑偏，如圖2所示。

除了以上因素外，影響汽車跑偏的因素還有轉向機構的技術狀況;輪胎本身具有側偏特性;車輪制動力不相等時側向力對汽車質心產生的不不平衡力矩等。此外，制動力不平衡發(fā)生的方向分為同側和異側，在軸車檢測時要根據(jù)整車的不平衡情況區(qū)別對待。

1.3.2 ?制動時懸架導向桿系統(tǒng)與轉向系統(tǒng)拉桿運動干涉

?若由于懸架導向桿系統(tǒng)與轉向系統(tǒng)拉桿在運動學上不協(xié)調，因運動干涉而引起跑偏，則是設計造成的，其特點是跑偏的方向不變。

?某型載貨汽車懸架導向桿系統(tǒng)和轉向系統(tǒng)拉桿在制動時的相互運動簡圖，如圖3（a）和（b）所示（轉角為0 ?°）。

鋼板彈簧在制動受力后變形程度與懸架鋼板彈簧的剛度、球頭銷至前軸中心線的距離有關，如果距離太大，剛度又太小，則會導致鋼板彈簧的強烈變形。在汽車緊急制動時，前軸受此影響會產生向前的一個扭轉角度，轉向節(jié)上節(jié)臂球頭銷按常理來說也應作出相應的移動，但由于此時轉向拉桿已經產生了間隙，球頭銷又和轉向縱拉桿相連，因此僅能克服拉桿的間隙使其產生些許的形變，而不會做出相應的位移，由此相對于主銷來說，轉向節(jié)臂則會出現(xiàn)偏轉，從而造成汽車跑偏。若增大前鋼板彈簧的剛度，使鋼板彈簧的變形量減小，同時把轉向節(jié)上節(jié)臂處球頭銷位置下移，使之在前鋼板彈簧扭轉相同角度時，球頭銷位移量和轉向節(jié)偏轉減小，可使汽車的制動跑偏現(xiàn)象大大減輕。

?圖3懸架導向桿系統(tǒng)與轉向系統(tǒng)拉桿的運動相互干涉。在現(xiàn)行國標評價制動方向穩(wěn)定性時，往往缺乏對主銷內傾角和主銷后傾角的大小的合理考慮，尤其是對于整體式汽車轉向橋一般主銷內傾角為正內傾，主銷后傾角為正后傾;對于獨立懸架斷開式汽車則常出現(xiàn)負內傾和負后傾，因此對于制動力平衡限值的設定，應根據(jù)主銷內傾角和主銷后傾角的不同情況區(qū)別對待。

2 ?汽車制動力檢測技術的研究

2.1 ?制動臺概述

?滾筒制動試驗臺和平板制動試驗臺是檢測站普遍應用的臺架試驗。通過對比分析，兩者之間具有以下差異：

?①測試狀態(tài)的差異性。滾筒反力式制動臺檢測工況及檢測結果相對較為穩(wěn)定可靠，并且檢測過程不受駕駛員狀況的影響;平板制動臺是一種動態(tài)檢測，也即是在汽車運行狀況下的檢測，盡管車速較低，但仍會出現(xiàn)軸荷轉移現(xiàn)象。

?②測試結果的重復性。滾筒制動試驗臺測試結果的重復性比平板制動試驗臺好。平板制動試驗臺的制動力檢測受測試初始條件影響。測試初始條件包括制動時的初速度、制動踏板力及制動時機等。如在制動初速度基本相同的條件下，測試結果重復性較好，但當駕駛員控制車速不好時，造成不同的制動初速度，則檢測數(shù)據(jù)重復性較差[4]。

?③輪胎直徑的影響。滾筒制動試驗臺檢測數(shù)據(jù)受輪胎直徑影響，而平板制動試驗臺則不受其影響。

?④汽車車型的適應性。滾筒制動試驗臺對不同軸距的汽車適應性比平板制動試驗臺強。因為滾筒制動試驗臺是單車軸檢測，所以不用考慮軸距問題。但反力式制動臺的結構較為復雜，檢測數(shù)據(jù)受汽車結構參數(shù)的影響較大，并且檢測環(huán)節(jié)較多，對制動時間測取的準確度有較大的影響。平板制動臺運動件少，結構接單，四塊板的平板制動臺檢測效率高，已成為平板制動臺獨有的優(yōu)點。

2.2 ?提高制動力測量精度和重復性的方法研究

?為了提高對制動力信號的干擾能力，從硬件處理方面來說可采用隔離放大、數(shù)字傳送等方法;從軟件處理方面來說可采用數(shù)字濾波等信號處理方法。

?制動信號由于基頻分量頻率不高，因此采用巴特沃思數(shù)字濾波器和雙線性變換法設計低通濾波器，既可以保持信號的頻率特性，又可以使濾波前后幅值比為1。巴特沃思模擬濾波器的傳遞函數(shù)為：

Ha（S）=0.147995/（S+0.37648s+0.52895）（s+1.02850s+

0.52895）（s+1.40501s+0.52895）

?根據(jù)雙線性變換法，用數(shù)字濾波器代替模擬濾波器，并將雙線性變換公式代入上式得：

H（Z）=××

由此差分方程遞推公式為：

w1（n）=x（n）+1.31432w1（n-1）-0.71489w1（n-2）

y1（n）=0.08338w1（n）+0.16676w1（n-1）+0.08338w1（n-2）

w2（n）=y1（n）+1.5041w2（n-1）-0.37534w2（n-2）

y2（n）=0.08338w2（n）+0.16676w2（n-1）+0.08338w1（n-2）

w3（n）=y2（n）+0.94592w3（n-1）-0.23422w3（n-2）

y31（n）=0.08338w3（n）+0.16676w3（n-1）+0.08338w3（n-2）

初始條件為：當n<0時，w1（n）=w2（n）=w3（n）=0

根據(jù)上述差分遞推公式可以實現(xiàn)數(shù)字濾波的設計程序，然后再進行制動曲線處理，如圖4（a）和（b）所示。從圖中可以看出濾波后的曲線光滑度要更好，由此也表明：用處理過的數(shù)據(jù)計算制動力參數(shù)更為科學。

3 ?結 ?語

?總的來說，強制性地定期檢測車輛制動性是車輛主管部門進行車輛安全管理的重要措施，本文結合汽車制動系技術狀況，以及汽車制動過程的動力學和運動學分析，并分析了滾筒制動臺與平板制動臺車型適應性。研究認為制動力平衡的限值應根據(jù)不同情況區(qū)別設定，制動距離和MFDD兩個參數(shù)限值間也不相不協(xié)調。這些問題還需要從業(yè)人員深入試驗分析，并逐步采取措施進行修訂，從而保證車輛制動性能檢測的公平公正性。

參考文獻：

[1] 張志忠，姚健.國外汽車檢測的進展歷程和發(fā)展方向[A].全國汽車綜 ? 合性能檢測工作經驗交流會論文集[C].2012.

[2 ]朱為國.汽車制動過程時間的分析[J].北京汽車，2013，（18）.

[3] 陳凱.汽車制動性能檢測方法研究[J].機械與電子，2012，（5）.

[4] 劉洋.關于汽車制動性能有關問題的探討[J].北方交通，2013，（22）.