淺談汽車制動性能識別及評價標(biāo)準(zhǔn)

代紹亮

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

淺談汽車制動性能識別及評價標(biāo)準(zhǔn)

代紹亮

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽車制動系統(tǒng)是用來實現(xiàn)改變汽車行駛速度的專設(shè)機構(gòu)的總稱，隨著汽車動力性的不斷發(fā)展，以及道路交通的全面優(yōu)化，人們對整車速度的要求也隨之不斷提高，能夠精確、迅速做出響應(yīng)的制動系統(tǒng)是現(xiàn)代汽車設(shè)計的趨勢。它是在反應(yīng)遲鈍、操縱不便利的傳統(tǒng)制動系統(tǒng)上發(fā)展起來的，制動系統(tǒng)越復(fù)雜其出現(xiàn)設(shè)計以及性能問題的概率就越高，這就要求整車在試制驗證階段必須充分做好制動系統(tǒng)性能驗證與主觀評價。

制動；性能；驗證；主觀評價

CLC NO.:U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-44-05

引言

制動系統(tǒng)作為汽車底盤系統(tǒng)的重要組成部分，制動性能好壞直接影響汽車在市場上的整體形象和行車安全，隨著汽車制動系統(tǒng)新技術(shù)的不斷發(fā)展，在新車型試制驗證階段要求對整車底盤性能做好全面評價驗證，確保車輛上市滿足市場需求。本文主要對制動系統(tǒng)進行，主要分為兩部分：識別制動系統(tǒng)的關(guān)鍵評價指標(biāo)和對關(guān)鍵評價指標(biāo)的評價標(biāo)準(zhǔn)。

1、制動性能識別

制動性能是指汽車行駛時，能在短時間，短距離內(nèi)迅速降低行駛速度直至停車且維持行駛方向的穩(wěn)定和下長坡時能維持一定車速，以及保證汽車長時間停駐坡道的能力。制動性能的好壞，可通過其評價性能指標(biāo)與檢測標(biāo)準(zhǔn)的比較加以評價，評價性能指標(biāo)主要有：汽車制動力、制動距離、制動減速度、制動協(xié)調(diào)時間及制動時的方向穩(wěn)定性。

1.1 制動力

汽車制動力是指駕駛員控制汽車制動后，車輪制動器起作用，由地面所提供給車輪與汽車行駛方向相反的切向作用力。汽車車速在制動力作用下迅速降低以至停車。

汽車制動力是評價汽車制動性能的最本質(zhì)因素。汽車制動力越大，則汽車的制動減速度就越大，汽車的制動性能就越好。

汽車制動力的大小取決于兩方面因素：

一是取決于制動器制動力，而制動器制動力與汽車制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、技術(shù)狀況；

二是與地面附著力的有關(guān)，而地面附著力取決于輪胎與路面的附著條件。

汽車在制動過程中人為地使汽車受到一個與其行駛方向相反的外力，汽車在受一外力作用下迅速地降低車速至停車，這個外力稱為汽車的制動力。

圖1為汽車在良好的路面上制動時的車輪受力圖（圖中Tu為車輪制動器的摩擦力矩，Tj為汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩，Tf車輪的滾動阻力矩，F(xiàn)為車軸對車輪的推力，G為車輪的垂直載荷，F(xiàn)z是地面對車輪的法向反作用力）。

在汽車制動過程中滾動阻力矩Tf，慣性力矩Tj相對較小時可忽略不計。地面制動力FX可寫為：

式中：r――車輪半徑。

圖1 制動時車輪受力示意圖

地面制動力FX是汽車制動時地面作用于車輪外力，F(xiàn)X值取決于車輪的半徑與制動器的摩擦力矩Tμ，但其極限值受到輪胎與地面間附著力Fφ的限制。

在輪胎周緣克服車輪制動器摩擦力矩所需的力稱為制動器制動力Fμ即

式中：Tμ――車輪制動器（制動蹄與制動鼓相對滑轉(zhuǎn)時）的摩擦力矩。

制動器制動力Fμ取決于制動器結(jié)構(gòu)、型式與尺寸大小，制動器摩擦副系數(shù)和車輪半徑。一般情況下其數(shù)值與制動踏板成正比，即與制動系的液壓或氣壓大小成線性關(guān)系。對于機構(gòu)、尺寸一定的制動器而言，制動器動力主要取決于制動踏板與摩擦副的表面狀況，如接觸面積大小，表面有無油污等。

圖2是在不考慮附著系數(shù)φ變化的制動過程，地面制動力FX及附著力Fμ隨制動系的壓力（液壓或氣壓）的變化關(guān)系。

車輛制動時，車輪有滾動或抱死滑移兩種運動狀態(tài)。當(dāng)制動踏板力FP()較小時，踏板力和制動摩擦力矩不大，地面與輪胎摩擦力即地面制動力FX足以克服制動器摩擦力矩使車輪滾動。車輪滾動時的地面制動力等于制動器制動力（FX= Fμ）時，且隨踏板力FP的增長成正比增長。

圖2 地面制動力、制動器制動力及附著力之間的關(guān)系

所以汽車制動時必須具有足夠的制動器制動力（制動器摩擦力矩），同時路面又能提供高的附著力，才能獲得足夠的地面制動力。

由上述分析可知，制動器制動力是評價汽車制動性能的最本指標(biāo)之一。通過對制動力的評價，還可以了解汽車前后軸制動力合理分配，以及各軸兩側(cè)輪制動力平衡狀況。

1.2 制動距離

制動距離與行車安全有直接關(guān)系，而且最直觀。駕駛員可按預(yù)計停車地點來控制制動強度，故政府職能部門通常按制動距離的要制定安全法規(guī)。

各國對制動距離的定義不一致，在我國安全法中，制動距離是指在指定的道路條件下，機動車在規(guī)定的初速度下急踩制動時，從腳接觸制動踏板（或手觸動制動手柄）時起至車輛完全停止車輛駛過的距離（見GB7258-2003）。制動距離與制動過程的地面制動力以及制動傳動機構(gòu)與制動器工作滯后時間有關(guān)，而地面制動力與檢驗時在制動踏板上的踏板力或制動系的壓力（液壓或氣壓）以及路面的附著條件有關(guān)，因此，測試制動距離時必須對制動踏板力或制動系的壓力以及輪胎與地面的附著條件作出相應(yīng)的規(guī)定。

1.3 制動減速度

制動減速度j與地面制動力FX及車輛總質(zhì)量有關(guān)，以下式表示：

式中：G――汽車總重力；

g――重力加速度；

δ――汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)。

對某一具體車輛而言，制動減速度與地面制動力是等效的。因此也常用制動減速度作為評價制動效能的指標(biāo)。制動減速度在一次制動過程中是變化的，如圖所示。當(dāng)車輛制動到全部車輪抱死滑移時，回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)δ等于1，而此時地面制動力，由此可得最大減速度：

通常，車輛檢測時用平均減速度或最大減速度作為制動效能的評價指標(biāo)，在我國的安全法中則采取充分發(fā)出的平均減速度MFDD（Mean Fully Development Deceleration）：

式中：Vb――0.8 V0，車輛速度，km/h；

Ve―― 0.1 V0，車輛速度，km/h；

V0――制動初速度；km/h

Sb――在速度V0和Vb之間車輛駛過的距離（m）；

Se――在速度V0和Ve之間車輛事故的距離（m）。

式中：m――汽車的總質(zhì)量；

j――制動過程的平均減速度。

上式可簡化為：

同理，當(dāng)車輛由制動初速度經(jīng)制動減速達(dá)到Ve的過程，有計算式：

為簡化起見假設(shè)制動過程中車輛的平均減速度是相同的，則上面兩式可合并得：

式中：Vb、Ve的單位為km/h，若以基本單位進行運算則應(yīng)乘系數(shù)1/3.6，將上式整理得：

當(dāng)制動過程比較穩(wěn)定，制動減速度比較穩(wěn)定也可以認(rèn)為充分發(fā)出的平均減速度是采樣時段的平均減速度即為：

式中tbe為汽車速度由Vb降至Ve所用時間。

圖3 制動過程中制動減速度變化

1.4 制動時間

制動過程所經(jīng)歷的時間即制動時間，很少作為單純的評價指標(biāo)。但是作為分析制動過程和評價制動效能又是不可缺少的參數(shù)。如對于同一型號的兩輛汽車產(chǎn)生同樣的制動力所經(jīng)歷的時間不同，在兩輛汽車的制動距離就可能相差很大，對行駛安全將產(chǎn)生不同效果。因此通常把制動時間作為一輔助的評價指標(biāo)。制動過程各階段的時間分布大致如圖所示。

圖4 制動各階段時間分布圖

圖中所示時間t1為駕駛員反應(yīng)時間，從接受制動信號到腳踩到制動踏板為止，一般需要0.7s~1.0s。該時間車輛按原車速繼續(xù)行駛；t2為制動器作用時間（又稱制動協(xié)調(diào)時間）。一般為0.2s~0.7s主要取決于駕駛員踩制動踏板的速度和制動系的形式和結(jié)構(gòu)，該期間制動減速度逐漸增大，直至達(dá)到最大制動減速度；t3為持續(xù)制動時間，該期間制動減速度基本不變；t4為制動釋放時間，一般在0.2s~1.0s之間。

在我國安全法規(guī)中還采用制動協(xié)調(diào)時間評價制動效能（見GB7258－2003，）。該法規(guī)中所提到的制動協(xié)調(diào)時間，是指在急踩制動時從踏板開始工作至車輛減速度（或制動力）達(dá)到表1-3中規(guī)定的車輛充分發(fā)出的平均減速度（或表1-1中所規(guī)定的制動力）75%時所需時間。

1.5 制動抗熱衰退性

汽車制動抗熱衰退性能是指汽車高速制動，短時間內(nèi)重復(fù)制動或下長坡連續(xù)制動時制動效能的熱穩(wěn)定性。因為制動過程實質(zhì)是把汽車的動能通過制動器吸收轉(zhuǎn)化為熱能。制動過程中制動器溫度不斷升高，制動器摩擦系數(shù)下降制動器摩擦阻力矩減小，從而使制動能力降低，這種現(xiàn)象稱熱衰退現(xiàn)象。因此，可以用制動器處于熱狀態(tài)時能否保持有冷狀態(tài)時的制動效能來評價汽車制動抗熱衰退性能。制動抗熱衰退性是衡量制動效能恒定性的一個指標(biāo)。隨著高速公路的發(fā)展和車速的提高，汽車制動性能的恒定性也愈來愈高。但由于測試方法復(fù)雜，在一般汽車綜合檢測中較難實施。對于在用汽車也無需檢測制動抗熱衰退性。

1.6 制動穩(wěn)定性

制動穩(wěn)定性是指制動時汽車的方向穩(wěn)定性。通過制動時汽車按給定軌跡行駛的能力來評價，即汽車制動時維持直線行駛或預(yù)定彎道行駛的能力。制動穩(wěn)定性良好的汽車，在試驗時不會產(chǎn)生不可控制的效能使汽車偏離一定的試驗通道。我國安全法規(guī)中對制動穩(wěn)定性有相應(yīng)的規(guī)定（見GB7258― 1997，6.14.1）。

汽車喪失制動穩(wěn)定性表現(xiàn)為制動跑偏和車軸側(cè)滑現(xiàn)象，特別是后軸側(cè)滑，是造成交通事故的重要原因。

汽車跑偏是指汽車制動時不能按直線方向減速停車，而無法控制地向左和向右偏駛的現(xiàn)象。汽車制動時出現(xiàn)某一軸或兩軸的車輪相對地面同時發(fā)生橫行移到的現(xiàn)象稱為制動側(cè)滑現(xiàn)象。

產(chǎn)生制動跑偏的主要原因是汽車左右車輪制動時制動力增長快慢不一致或左右輪制動力不等，特別是轉(zhuǎn)向輪左右車輪制動器制動力不相等。另外輪胎的機械特性、懸架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與剛度、前輪定位、道路狀況、車輛輪荷分布狀況等因素也會影響制動跑偏。為了控制制動跑偏，在安全法規(guī)中對左右輪制動力的平衡有相應(yīng)要求（見GB7258―1997，）。

汽車在制動過程中，當(dāng)車輪未抱死制動時，車輛具有承受一定側(cè)向力的能力。汽車在一般橫向干擾力的作用下不會發(fā)生制動側(cè)滑現(xiàn)象。當(dāng)車輪抱死制動時，車輪承受側(cè)向力的能力幾乎全部喪失，汽車在橫向干擾力作用下極易發(fā)生側(cè)滑。

制動時前后輪抱死的順序取決于設(shè)計時制動力在各軸之間的合理分配，道路狀況。為了改善制動穩(wěn)定性，在有的汽車上裝有制動力分配調(diào)節(jié)裝置如限壓閥、比例閥、感載閥等，目前以發(fā)展到采用計算機如控制的汽車防抱死裝置。汽車制動跑偏與汽車制動時車輪側(cè)滑也是有聯(lián)系的。嚴(yán)重的跑偏常會引起后輪側(cè)滑。

上述幾方面的評價指標(biāo)主要評價汽車制動時制動性能的好壞，然而一旦需要解除制動力時制動裝置能否迅速、徹底、解除往往也會影響行車安全嚴(yán)重時也會造成交通事故。例如當(dāng)車輪抱死制動而汽車又失去控制時，駕駛員通過放松制動踏板不能迅速解除制動，此時汽車將可能喪失制動穩(wěn)定性。

在行車中，若踩下制動踏板后再抬起踏板而不能迅速解除制動，這種現(xiàn)象稱為制動拖滯。除上例外，一般情況下這種現(xiàn)象不會立即引起行車事故，但如果不及時排除其故障，將會導(dǎo)致制動系統(tǒng)損壞，特別時引起制動系過熱，制動蹄片燒蝕，降低車輛制動性能，增加車輛行駛阻力。因此車輪阻滯力也應(yīng)列入汽車制動性能檢測項目。但需要指出的是這里所檢測的車輪阻滯力除包含制動系的因素外，還與車輪安裝有關(guān)，如軸承安裝緊度、車軸變形以及車輪與試驗臺滾筒之間的安置角等。

2、制動性能主觀評價標(biāo)準(zhǔn)

2.1 制動踏板感覺

表1 主觀評價評分標(biāo)準(zhǔn)

車輛行駛過程中，評價人員對踩制動踏板的感覺打分，評價的內(nèi)容包括制動踏板行程（包括自由行程）、踏板力以及制動響應(yīng)等方面，并對綜合感覺進行評價。

2.2 制動距離

在指定的道路條件下，機動車在規(guī)定的初速度下急踩制動，從腳接觸制動踏板（或手觸動制動手柄）時起至車輛停止車輛駛過的距離。

評價方法：

車輛行駛在平坦直線路面上，踩制動踏板至車輛完全停止（在ABS工作正常情況下），根據(jù)輪胎整車制動后在地面留下的痕跡，測量其制動距離，從而判斷是否滿足設(shè)計要求。

圖5 制動距離評價圖面

表2 制動距離參數(shù)

2.3 制動穩(wěn)定性

制動穩(wěn)定性是指汽車在制動過程中維持直線行駛的能力或按預(yù)定彎道行駛的能力。

評價方法：

1）在平坦直線路面保持車速60km/h左右行駛時緊急制動，觀察車輛是否存在偏離試驗通道、制動跑偏和車軸側(cè)滑現(xiàn)象；

2）在指定的彎道行駛，車速保持在60km/h時緩慢制動和緊急制動，觀察車輛是否按照預(yù)期的方向行駛。

2.4 制動操縱性

制動操縱性是指在車輛制動評價過程中，緊急制動，在ABS或ESP作用，地面提供側(cè)向力較小的情況下，進行轉(zhuǎn)向避讓或是移線時，車輛是否可以按照駕駛員的意圖行駛以及車輛的穩(wěn)定性。

評價方法：

在平坦干燥的路面上，車輛在中、高速（一般設(shè)定中速為60km/h，高速為100km/h）行駛中進行轉(zhuǎn)向避讓或是移線操作來判斷車輛制動穩(wěn)定性。

2.5 制動噪音

制動噪音是指車輛行駛在任何工況下，制動時車輛所產(chǎn)生的不正常異響。

評價方法：

在平坦直路或是顛簸路面行駛，分別以輕度、中度及緊急制動，判斷其制動過程中，車身、制動系統(tǒng)以及其他底盤樣件是否存在異響。

2.6 駐車制動性能評價

圖6

1）將試驗車駛到試驗的坡道上，用行車制動停車，用正常使用方法操作駐車制動，解除行車制動，觀察5min，試驗車不應(yīng)發(fā)生任何移動。以滿載和空載分別進行試驗，上坡和下坡方向各進行3次；

2）以駐車制動方式，作坡道起步試驗，觀察駐車制動控制裝置的表現(xiàn)，以及適用性和操作方便性；

3）以正常拉駐車方式，評價駐車制動手剎力的大小。

3、結(jié)論

本文主要研究了整車底盤制動系統(tǒng)在試制驗證階段需要重點評價的關(guān)鍵性能指標(biāo)，并且針對關(guān)鍵性能制定了相關(guān)的評價方法與標(biāo)準(zhǔn)為后期新車型開發(fā)提供底盤驗證依據(jù)，避免制動系統(tǒng)在市場上存在性能缺陷的問題。

[1] 顧柏良.汽車工程手冊.北京理工大學(xué)出版社.2003.

[2] 陳家瑞.汽車構(gòu)造.[M]第2版.機械工業(yè)出版社.1996.

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[4] 余志生.汽車?yán)碚?[M]機械工業(yè)出版社.2008年4月第四版.

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[6] 關(guān)強,杜丹豐.汽車實驗學(xué).[M]人民交通出版社2009.7.

Automobile brake performance recongnition and evaluation criteria

Dai Shaoliang
( Anhui jianghuai automobile Co. Ltd, Anhui Heifei 230601 )

Automobile brake system is used to achieve the design vehicle speed. With the continuous development of thevehicle power, and the comprehensive optimization of road traffic, people’s requirements for vehicle speed are also improved, can be accurate, rapid response to be braking system is the trend of modern automotive design.It is a alow reaction, the control is not convenient to develop the traditional brake system more comolex the design and performance of the higher the probability that it requires the vehicle in the trial verification plase must be good braking performance verification.

brake; performance; validate; verification

U463.8

A

1671-7988(2016)07-44-05

代紹亮，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.014