道路運輸車輛制動穩(wěn)定性能試驗研究

敬天龍, 孫巍, 李愛娟, 慈勤蓬

(1.深圳市安車檢測股份有限公司，廣東 深圳　518057；2.公安部交通管理科學研究所，江蘇 無錫　214151)

汽車的制動性能直接關系到車輛的行駛安全，制動距離太長、緊急制動時發(fā)生側滑等往往會導致重大交通事故發(fā)生[1-2]。車輛制動性能的優(yōu)劣一般由制動效能、制動效能的恒定性和制動時汽車的方向穩(wěn)定性三方面來衡量[3-4]。道路運輸車輛制動時的方向穩(wěn)定性是指制動時汽車不發(fā)生跑偏、側滑以及失去轉向能力的性能，制動時車輛的方向穩(wěn)定性與左右側車輪制動力之差密切相關[5-6]。

道路運輸車輛用于運送人員和貨物，具有體積大、質量大、駕駛難度高等特點[7]。隨著汽車技術的發(fā)展和汽車行駛速度的提高，大體積、大質量運輸車輛的行駛安全變得越來越重要。近年來國內外許多學者提出了利用調節(jié)左右輪制動力差的方法來改善車輛制動時的穩(wěn)定性[8-9]，國內也有許多學者對差動制動工況下，車輛的側翻和橫擺偏移做了一定的理論分析，但對于制動時車輛偏移的試驗研究卻很少[10-11]。

本文以空載四軸運輸車輛為研究對象，通過車輛制動穩(wěn)定性直線行駛道路試驗，得到不同制動工況下道路運輸車輛的制動偏移量和偏轉角度，分析道路運輸車輛左右輪制動力差對制動穩(wěn)定性的影響規(guī)律。

1　試驗方案設計

為了研究道路運輸車輛左右輪制動力差對制動穩(wěn)定性的影響，試驗共設置5種制動工況，即分別去掉汽車的轉向輪左側車輪(第一軸左側車輪)制動力、第一和第二軸左側車輪制動力、第三軸左側車輪制動力、第三和第四軸左側車輪制動力，以及第三和第四軸左側車輪制動力減少50%。5種工況下，車輛分別以30、50 km/h的速度直線行駛時進行制動試驗，得到車輛在不同制動工況和在不同車速時車輛質心偏移量和偏轉角，分析車輛制動穩(wěn)定性的變化規(guī)律。

試驗所用四軸貨車采用鼓式制動器，每個車輪制動氣室通過搖臂與制動器制動凸輪軸花鍵相連[12-13]。車輛制動時，通過凸輪軸的旋轉，推動制動蹄片張開，消除制動蹄與制動鼓之間的間隙后，使蹄、鼓壓緊摩擦實現車輛制動[14-15]。車輛不制動時，通過調節(jié)某車輪制動搖臂上的調節(jié)螺栓，帶動凸輪軸旋轉一定角度，可以改變車輪制動蹄與制動鼓的初始間隙。當某車輪制動蹄與制動鼓之間的初始間隙變大時，該車輪制動器的制動力減小，當蹄、鼓間隙增大到一定極限，該車輪制動器上的制動力為零，由此得到上述不同的制動工況。

2　試驗設備

試驗車型號為CA5173。發(fā)動機型號為6DF1-24，變速器型號為8JS118，輪胎型號為11.00R20，車輛基本參數如表1所示。

表1　CA5173車輛基本參數　mm

圖1　DGPS安裝位置

采用DGPS路試儀采集車輛車速和質心軌跡信息[16-17]，板塊為K728 GNSS，水平精度為10 mm+10-6l，垂直精度為20 mm+10-6l(l為測試儀距基站的距離)。采用先進的載波相位差分技術，將基準站采集的載波相位發(fā)給接收機，進行求差解算坐標。DGPS路試儀安裝位置如圖1所示。

試驗場地為標準道路，路面為干燥、平整、清潔的混凝土路面[18-19]，其中路面縱向任意50 m長度上的坡度小于1%，路拱坡度應小于2%。

3　試驗過程

將DGPS放置在空載車輛質心，采集車速和車輛質心軌跡信息，以20 Hz的頻率輸出。調整某一軸的某一側車輪制動力，得到上述5種制動工況，分別進行車速為30、50 km/h時的直線行駛制動試驗，DGPS采集車速和質心軌跡數據。

1)取DGPS在制動前采集到的軌跡點(一般取40個點)，將取得的點擬合成一條直線，制動后的軌跡點到擬合直線的距離即為偏移量。繪制車速分別為30、50 h/km時，質心偏移量隨時間的變化曲線。

2)試驗中，根據速度取剛制動時的一個DGPS坐標點和車輛停止時的一個DGPS坐標點計算車輛制動距離。

3)在橫坐標為DGPS的x方向平距(+表示基準站以北，-表示基準站以南)，縱坐標為DGPS的y方向平距(+表示基準站以東，-表示基準站以西)的坐標系中，繪制2條線，一條為根據制動前正常行駛的DGPS軌跡數據擬合的直線(一般取40個點)，另一條為制動后根據DGPS軌跡數據擬合的直線，求出2條直線的夾角視為質心位置的制動偏轉角度。

4　道路試驗結果分析

4.1　改變各軸左側車輪制動力對質心偏移量的影響

車速為30 km/h時，分別去掉第一軸左側車輪、第一和第二軸左側車輪、第三軸左側車輪、第三和第四軸左側車輪制動力，及將第三和第四軸左側車輪制動力減少50%的5種制動工況下，車輛的質心偏移量如圖2所示。由圖2可以看出：第一和第二軸左側車輪制動力為0的制動工況，車輛偏移量最大，單獨去掉第一軸左側車輪制動力時偏移量次之，但車輛的偏移量遠大于第三軸左側車輪制動力為0的工況；第三和第四軸左側車輪制動力為0的工況比第三和第四軸左側車輪制動力調至50%時的車輛偏移量大，而且第三和第四軸左側車輪制動力減少50%和單獨去掉第三軸左側車輪制動力工況的車輛偏移量相近。

車速為50 km/h時，上述5種制動工況下車輛質心偏移量如圖3所示。由圖3可以看出：第一和第二軸左側車輪制動力為0的制動工況，車輛的偏移量最大，第三和第四軸左側車輪制動力為0的工況次之，但第一和第二軸左側車輪制動力為0工況的車輛偏移量遠大于第三和第四軸左側車輪制動力為0的工況；第三和第四軸左側車輪制動力為0的工況和第三和第四軸左側車輪制動力減少50%的制動工況車輛偏移量相近。

表2為不同工況下車輛質心偏移量和制動距離，可以看出相同制動工況下質心偏移量、制動距離和車速基本成正比。

圖2　車速為30 km/時各制動工況下車輛質心偏移量

圖3　車速為50 km/時各制動工況下車輛質心偏移量

表2　不同工況下車輛的偏移量和制動距離

4.2　改變各軸左側車輪制動力對質心偏轉角度的影響

車速分別為30、50 km/h時，5種制動工況下車輛質心偏轉角如表3所示。

表3　不同制動工況下的質心偏轉角

由表3可知：第一和第二軸左側車輪制動力為0的制動工況，車輛的質心偏轉角在車速為30和50 km/h時都是最大的；車速相同時，第三和第四軸左側車輪制動力為0工況的偏轉角大于將第三和第四軸左輪制動力減少50%的工況；同一車輪制動力為0工況下，質心偏轉角和車速成正比。

4.3　試驗分析

綜合試驗結果可知：在相同車速下，第一和第二軸左側輪的制動力為0的制動工況車輛偏移最大；車速為30 km/h時，單獨去掉第一軸左側輪制動力時車輛的偏移量大于去掉第三和第四兩個軸左側輪制動力的工況，所以得出前軸左右側車輪制動力差對車輛制動穩(wěn)定性的影響高于后軸；在相同車速下，去掉第三和第四軸左側輪制動力時車輛的偏移量大于將第三和第四軸左側輪制動力減少50%的工況，所以左右兩側車輪制動力差越大制動時車輛偏移情況越嚴重，而且去掉兩軸左側輪制動力對制動穩(wěn)定性的影響高于去掉其中某一軸左側輪制動力；在取消同一車輪制動力工況下，車輛的制動距離、偏移量、偏轉角度和車速成正比。

5　結論

1)道路運輸車輛的第一軸(轉向軸)左右側車輪制動力差對車輛制動穩(wěn)定性的影響高于其他軸。

2)道路運輸車輛同一軸左右兩側車輪制動力差越大，制動時車輛偏移情況越嚴重，制動穩(wěn)定性越差，且產生差動制動的車軸數越多，車輛制動穩(wěn)定性越差。

3)隨著車速的增加，車輛左右側車輪制動力差導致的制動偏移量、偏轉角度增大，即車輛左右側車輪制動力差對車輛制動穩(wěn)定性的影響隨著車速增大而變大。

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