不同路面溫度條件下整車制動距離驗證與研究

鄒波　廖光亮　冉智文　楊波　彭小波

摘 要：汽車整車制動性能測試試驗一般通過規(guī)定環(huán)境條件下的制動距離及平均減速度反映制動性能，但忽視了路面溫度對制動性能的影響更為直接的事實。針對這一問題，本文探討了路面溫度對整車制動距離的影響，通過理論與試驗驗證相結合的方法，在同等試驗條件下，對比不同路面溫度下的制動距離試驗數(shù)據(jù)，研究了路面溫度對整車制動距離影響的程度及規(guī)律，提出了路面溫度適宜試驗區(qū)間，并就提高制動試驗結果的一致性提出建議。

關鍵詞：路面溫度 制動距離 環(huán)境溫度

Verification and Research on Vehicle Braking Distance under Different Road Temperature

Zou Bo，Liao Guangming，Ran Zhiwen，Yang Bo，Peng Xiaobo

Abstract：Vehicle braking performance test generally reflects the braking performance through the braking distance and average deceleration under the specified environmental conditions， but ignores the fact that the road temperature has a more direct impact on the braking performance. To solve this problem， this paper discusses the influence of road temperature on vehicle braking distance， compares the braking distance test data under different road temperatures under the same test conditions， studies the degree and law of the influence of road temperature on vehicle braking distance， and puts forward the appropriate test range of road temperature， and suggestions on improving the consistency of braking test results are put forward.

Key words：pavement temperature， braking distance， ambient temperature

1 引言

汽車制動性能直接關系到交通安全，是消費者最為關注的指標之一[1]。為驗證或提升制動性能，汽車主機廠必須進行制動性能測試試驗。

測試試驗有效性的前提是試驗環(huán)境條件的科學性以及一致性，環(huán)境條件不同，測試結果的一致性可能較差。在制動相關標準中，如GB 21670-2008《乘用車制動系統(tǒng)技術要求及試驗方法》、GB 12676-2014《商用車輛及掛車制動系統(tǒng)技術要求及試驗方法》等，或者大部分主機廠企業(yè)標準中僅僅做出了環(huán)境溫度的規(guī)定，如GB 12676-2014規(guī)定環(huán)境溫度不超過35℃[4]，并沒有對路面溫度的規(guī)定。但是，由于路面對太陽輻射熱的吸收作用，地面溫度可能遠遠高于環(huán)境溫度，瀝青路面的最高溫度可比環(huán)境溫度高出20℃以上[5]，如果只遵守環(huán)境溫度的規(guī)定而不重視路面溫度的要求，試驗結果的一致性可能較差，而且，相對于環(huán)境溫度，路面溫度更加直接影響路面的狀況，可能對于制動試驗結果的影響權重更大。

因此，研究路面溫度對制動試驗結果的影響及其規(guī)律，對于制動試驗結果的一致性非常重要，基于目前國家制動相關標準及企業(yè)標準中，缺乏對試驗道路路面溫度的規(guī)定，本文主要通過試驗驗證，研究了路面溫度對制動試驗影響的規(guī)律。

2 地面溫度對制動距離的影響程度

制動系的性能是基于制動距離和充分發(fā)出的平均減速度規(guī)定的[3]，考慮到制動距離的直觀性及代表性，本文采用制動距離作為評價指標，對制動性能的試驗結果進行分析。

整車制動距離公式為[1]：

式中：是制動距離。是駕駛員開始踩踏踏板到制動力起作用的時間間隙，代表制動器制動力增長過程所需的時間，總稱為制動器的作用時間。是最大減速度，是制動初速度。

由整車制動距離公式分析可知，影響汽車制動距離的主要因素是：制動器的作用時間、最大制動減速度即附著力、制動初速度。對于相同車型、相同試驗操作方法、給定制動初速度的條件下，附著力越大，制動距離越短。

附著力指的是地面對輪胎切向反作用力的極限值，在硬路面上它與驅動輪法向反作用力成正比[1]：

式中，是地面對輪胎切向反作用力的極限值，也就是附著力，是驅動輪法向反作用力，為附著系數(shù)，它是由路面與輪胎決定的。

從輪胎方面來說，輪胎的類型、花紋、胎壓、輪胎磨損量等以及車輪載荷都對附著系數(shù)有影響。

從路面方面來說，附著系數(shù)主要取決于路面的種類、狀況等，包括路面的材質、粗糙度、磨損情況，以及路面的積水情況等。此外，由于路面溫度與部分材料的性能、路面水相態(tài)變化直接相關，因此其對附著系數(shù)的影響也較為明顯。如瀝青路面在夏季酷熱期間經陽光照射會發(fā)生結構層軟化現(xiàn)象，造成車輪與路面間的附著力大大降低[2]。

為了說明路面溫度對整車制動距離的影響程度，下文采用同一輛給定的試驗車輛在某固定試驗場地進行制動距離試驗測試。在載荷、輪胎、以及路面材質、粗糙度等條件已經固定的情況下，在相同試驗人員、相同操作方式條件下，不同路面溫度情況下的制動距離對比：

上述比對試驗的試驗時間為同一天，當天環(huán)境溫度均小于35℃，符合國標的規(guī)定，但是，同一天的路面溫度差異較大，如上圖所示，不同路面溫度下的制動距離一致性較差，特別是滿載情況下，制動距離相差近2m，路面溫度對制動距離的影響較為明顯。

經過以上理論分析及試驗驗證，可以表明路面溫度對制動距離的影響較大。

3 地面溫度影響制動距離的規(guī)律

由于路面對太陽輻射熱的吸收作用，在陽光直射的情況下，瀝青路面會發(fā)生結構層軟化現(xiàn)象。低溫瀝青（軟瀝青）的環(huán)球法軟化點為35-75℃，意即當軟瀝青路面溫度超過軟化點，路面可能會發(fā)生結構層軟化現(xiàn)象，造成附著力降低，最終導致制動距離增長。

低溫環(huán)境時，輪胎中的橡膠隨著溫度的降低會逐漸硬化，據(jù)研究驗證，低溫會導致彈性元件硬化[6]，可能會使輪胎橡膠變硬變脆，加上低溫對附著系數(shù)的影響，輪胎與路面附著系數(shù)下降，摩擦力減小，導致制動距離增長。

綜上所述，太高或太低的路面溫度都不利于制動距離，而且應該存在一個適中的適宜溫度區(qū)間。但是目前行業(yè)暫無路面溫度對制動距離影響規(guī)律的系統(tǒng)性研究?；诖?，為研究路面溫度對整車制動距離的影響規(guī)律，下文從試驗驗證的角度，在典型路面下采用兩組量產選裝輪胎分別進行測試，最后通過分析、總結測試數(shù)據(jù)探索路面溫度對制動距離的影響規(guī)律。

基于以上分析，為充分考慮路面溫度的差異，擬選定一種典型路面（重慶西部汽車試驗場制動道），考慮輪胎差異影響，選用兩組不同類型的輪胎進行試驗，一組采用橫濱輪胎，一組采用正新輪胎（該兩組輪胎為該試驗車型的量產選裝輪胎）。

（1）試驗道路：重慶西部汽車試驗場制動道，為瀝青路，路面附著系數(shù)約0.9。

（2）試驗車輛及輪胎：某暢銷車型，選用兩組不同類型的輪胎進行試驗，一組采用橫濱輪胎，一組采用正新輪胎。

（3）試驗設備：采用行業(yè)通用的VBOX數(shù)據(jù)采集儀，其中GPS原始采集頻率為100HZ，速度精度0.1km/h，距離精度0.05%。

（4）試驗方法：參考國標21670-2008《乘用車制動系統(tǒng)技術要求及試驗方法》中O型制動的要求，為消除操作方式導致的數(shù)據(jù)差異，對試驗方法進行了更加嚴格的規(guī)定：制動初速度為100±0.5km/h，要求在制動促發(fā)開始0.15S內，制動力達到400N，制動過程中ABS需全循環(huán)，整個過程中制動力不超過500N，采集至少三次有效數(shù)據(jù)（有效數(shù)據(jù)之間的偏差不超過0.5m），試驗結果取平均值，并按照國標對測量的制動距離進行修正。

（5）其他：為最大程度消除其他因素的干擾，除以上要求外，制動試驗人員需固定，制動過程中路面溫度變化盡量小，最大不能超過5℃。

為全面考察路面溫度對制動距離的影響，該試驗驗證時間貫穿夏季、冬季，路面溫度從5℃到65℃，基本能覆蓋常規(guī)情況下全年干燥路面的路面溫度。

重慶西部汽車試驗場制動道不同路面溫度條件下制動距離趨勢見下圖2。

由上圖2分析可以得出：制動距離和路面溫度雖然沒有精確的線性關系，但是整體呈“U”型關系，具體呈現(xiàn)以下趨勢：10-35℃溫度區(qū)間時，相對于5℃、40-65℃溫度區(qū)間，制動距離均較短。10-35℃溫度區(qū)間平均制動距離為43.66m，5℃平均制動距離為44.75m，40-65℃溫度區(qū)間平均距離為44.82m，10-35℃溫度區(qū)間平均制動距離均短約1.2m。

4 總結及建議

地面溫度對制動距離有影響，整體呈“U”型關系，地面溫度太低（5℃）以及太高（≥40℃），都會導致制動距離增長。

（1）路面溫度為10℃-35℃時，制動距離較短，而且制動距離數(shù)據(jù)較為一致。路面溫度過低（5℃）或過高（40℃及以上），制動距離較長。影響的趨勢大概為“U”型曲線。

（2）建議制動試驗相關標準中，增加路面溫度的規(guī)定。推薦路面溫度為10-35℃時，實施制動試驗，提高制動效能試驗結果的一致性。

因各主機廠輪胎使用型號、試驗場地差異等因素較為復雜，難以得出適用于所有車型、所有輪胎的路面溫度-制動距離的關系曲線，本文只得出了路面溫度與制動距離的大致關系曲線以及大致的路面溫度適宜區(qū)間。建議汽車廠家在自己常用試驗場中，使用自己廠家常用輪胎型號進行試驗驗證，找出具體的路面溫度影響規(guī)律，得出路面溫度對制動距離的修正公式，對制動試驗結果進行修正，進一步提高制動試驗結果的一致性及精確性。

參考文獻：

[1]余志生.汽車理論（第六版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2018：123.

[2]張愛紅，黃鋼，龔標等.路面附著系數(shù)取值確定實驗方案研究[J].道路交通科學技術，2019（4）.

[3]中國國家標準化管理委員會.GB 21670-2008乘用車制動系統(tǒng)技術要求及試驗方法[S].北京：中國標準出版社，2008.

[4]中國國家標準化管理委員會.GB 12676-2014商用車輛及掛車制動系統(tǒng)技術要求及試驗方法[S].北京：中國標準出版社，2014.

[5]田鋒.淺談大氣溫度對瀝青路面的影響.城市建設理論研究（電子版）[J].2011（14）.

[6]王凱.周東玉.鮑東涌.李林蔚.操穩(wěn)性能冬季驗證與開發(fā)[J].時代汽車.2020（1）.