乘用車(chē)制動(dòng)性能檢測(cè)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(chē)制動(dòng)性能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)研究

徐文冰 臧孟炎 于善虎

（華南理工大學(xué)）

針對(duì)GB7258—2004《機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件》中規(guī)定的乘用車(chē)制動(dòng)性能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究，分析了滾筒反力式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)制動(dòng)力標(biāo)準(zhǔn)與道路試驗(yàn)檢測(cè)制動(dòng)力標(biāo)準(zhǔn)間的關(guān)系，以及造成臺(tái)架試驗(yàn)與道路試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生矛盾的原因。通過(guò)MATLAB軟件編程，采用最小二乘法擬合出了滾筒反力式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)制動(dòng)力時(shí)制動(dòng)力與踏板力的關(guān)系式。通過(guò)試驗(yàn)表明，利用制動(dòng)力與踏板力關(guān)系式能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)被檢車(chē)輛的實(shí)際最大制動(dòng)力，提高了檢測(cè)精度。

1 前言

汽車(chē)制動(dòng)性能是汽車(chē)行駛安全的重要指標(biāo)，因此，汽車(chē)制動(dòng)性能被列為機(jī)動(dòng)車(chē)定期年審的強(qiáng)制性檢測(cè)項(xiàng)目，規(guī)定車(chē)輛的制動(dòng)性能必須達(dá)到GB7258—2012《機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件》（以下稱(chēng)《條件》）的要求才能上路行駛[1]。《條件》規(guī)定乘用車(chē)制動(dòng)性能檢測(cè)分為道路試驗(yàn)和臺(tái)架試驗(yàn)兩類(lèi)，而臺(tái)架試驗(yàn)檢測(cè)裝置通常為滾筒反力式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)。

滾筒反力式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)汽車(chē)制動(dòng)性能（下稱(chēng)“臺(tái)試檢測(cè)”）的方法是一種靜態(tài)檢測(cè)方法，而現(xiàn)代乘用車(chē)為提高行車(chē)制動(dòng)效果，其前后軸制動(dòng)力都是按車(chē)輛緊急制動(dòng)時(shí)前后軸的動(dòng)態(tài)載荷比例分配的，因此，利用這種檢測(cè)方法檢測(cè)汽車(chē)制動(dòng)性能會(huì)存在一些不足。如有些乘用車(chē)臺(tái)試檢測(cè)不合格，而在道路試驗(yàn)檢測(cè)時(shí)又合格；有些經(jīng)臺(tái)試檢測(cè)合格的乘用車(chē)，在實(shí)際使用中又不理想[2]。

本文針對(duì)《條件》中規(guī)定的乘用車(chē)制動(dòng)性能路試檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)與臺(tái)試檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系進(jìn)行研究，并對(duì)臺(tái)試檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)提出建議值。通過(guò)臺(tái)試試驗(yàn)和MATLAB軟件編程，采用最小二乘法擬合出臺(tái)試檢測(cè)時(shí)制動(dòng)力與踏板力關(guān)系曲線，并進(jìn)行道路試驗(yàn)以驗(yàn)證其正確性。

2 道路試驗(yàn)與臺(tái)試檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系研究

2.1 道路試驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)研究

《條件》對(duì)乘用車(chē)制動(dòng)性能道路試驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)做出了規(guī)定[3]（表1），其中還規(guī)定“制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間對(duì)液壓制動(dòng)的汽車(chē)不應(yīng)大于0.35 s”，制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間是指在急踩制動(dòng)時(shí)，從腳接觸制動(dòng)踏板（或手觸動(dòng)制動(dòng)手柄）時(shí)起至機(jī)動(dòng)車(chē)減速度（或制動(dòng)力）達(dá)到充分發(fā)出的平均減速度的75%時(shí)所需的時(shí)間。

表1 乘用車(chē)道路試驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求

若忽略制動(dòng)系間隙作用時(shí)間的影響，汽車(chē)制動(dòng)力（即制動(dòng)減速度）與制動(dòng)時(shí)間的關(guān)系曲線如圖1所示。制動(dòng)過(guò)程分為兩部分：一是制動(dòng)力直線增長(zhǎng)過(guò)程；二是制動(dòng)力達(dá)到穩(wěn)定制動(dòng)減速度的制動(dòng)過(guò)程。

對(duì)于采用液壓制動(dòng)的乘用車(chē)，在t=（0，t1）階段，制動(dòng)減速度為：

式中，k為圖1中制動(dòng)力隨制動(dòng)時(shí)間增長(zhǎng)直線的斜率。

制動(dòng)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(dòng)距離為:

制動(dòng)力增長(zhǎng)時(shí)間為:

式中，t0為液壓制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間；amax為制動(dòng)過(guò)程中的最大制動(dòng)減速度；u0為制動(dòng)初速度。

在t=（t1，t2）階段，制動(dòng)距離為：

故整個(gè)制動(dòng)過(guò)程的制動(dòng)距離[4]為:

根據(jù)道路試驗(yàn)檢測(cè)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(dòng)減速度可求出制動(dòng)過(guò)程中的最大制動(dòng)力，其與整車(chē)質(zhì)量的比值為：

式中，M為整車(chē)質(zhì)量；g為重力加速度。

式（9）的結(jié)果與臺(tái)試檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的“空載時(shí)制動(dòng)力總和（實(shí)際檢測(cè)中取汽車(chē)最大制動(dòng)力）與整車(chē)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(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與臺(tái)試相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2.2 臺(tái)試檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)研究

乘用車(chē)在滾筒反力式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上測(cè)出的制動(dòng)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(dòng)力總和與整車(chē)質(zhì)量的百分比、前軸制動(dòng)力與前軸荷的百分比、后軸制動(dòng)力與后軸荷的百分比的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)值之間缺乏關(guān)聯(lián)性，這是可能造成臺(tái)架試驗(yàn)與道路試驗(yàn)的檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生矛盾的原因。

表2 乘用車(chē)臺(tái)試檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求%

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

整理后得:

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

根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，乘用車(chē)在設(shè)計(jì)時(shí)前軸軸荷與整車(chē)質(zhì)量的比值Fz1/G一般為0.55～0.60。由于Y與道路試驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)應(yīng)，因此為完善臺(tái)試檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的制定依據(jù)進(jìn)行如下假設(shè)：當(dāng)前軸制動(dòng)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(dòng)力與后軸軸荷之比大于等于另一標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，汽車(chē)制動(dòng)力總和與整車(chē)質(zhì)量之比一定會(huì)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(shí)X1、X2對(duì)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(chē)空載時(shí)前軸制動(dòng)力與前軸軸荷之比大于等于70%、后軸制動(dòng)力與后軸軸荷之比大于等于45%時(shí)，乘用車(chē)制動(dòng)力總和與整車(chē)質(zhì)量之比一定大于等于60%[5]。因此，當(dāng)前、后軸制動(dòng)力與相應(yīng)軸荷之比的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)值分別達(dá)到上述數(shù)值時(shí)，它們與制動(dòng)力總和與整車(chē)質(zhì)量的百分比的檢測(cè)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(dòng)力與軸荷的百分比檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)值，可以解決臺(tái)架試驗(yàn)與道路試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果不一致的矛盾。

3 制動(dòng)力與踏板力關(guān)系研究

3.1 理論分析

制動(dòng)踏板力也是汽車(chē)制動(dòng)性能重要的檢測(cè)指標(biāo)，《條件》中對(duì)乘用車(chē)臺(tái)試檢測(cè)和道路試驗(yàn)檢測(cè)時(shí)的踏板力也做了明確規(guī)定[3]，如表3所列。

表3 乘用車(chē)（液壓制動(dòng)系）制動(dòng)踏板力N

臺(tái)試檢測(cè)汽車(chē)制動(dòng)性能時(shí)，由于被檢車(chē)輛車(chē)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(shí)才有可能真實(shí)檢測(cè)出汽車(chē)實(shí)際最大制動(dòng)力，因此，很難在臺(tái)試檢測(cè)時(shí)測(cè)出汽車(chē)實(shí)際最大制動(dòng)力。

通過(guò)理論分析各種制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理可知，在汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程中，車(chē)輪抱死之前忽略制動(dòng)間隙的影響，汽車(chē)制動(dòng)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(yǔ)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(shù)池（圖2）。除了遵循傳統(tǒng)的建筑語(yǔ)法，余蔭山房的布局還運(yùn)用了對(duì)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(kāi)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(duì)比。

式中，F(xiàn)為汽車(chē)制動(dòng)力；Fp為制動(dòng)踏板力；k和c為未知常數(shù)。

為求出系數(shù)k和c，針對(duì)某型汽車(chē)，先通過(guò)臺(tái)試檢測(cè)出n組數(shù)據(jù)，然后運(yùn)用最小二乘法擬合出直線，在MATLAB中編制程序，并將試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)輸入程序中，通過(guò)程序求出常數(shù)k和c，最后將臺(tái)試檢測(cè)車(chē)輪抱死時(shí)對(duì)應(yīng)的踏板力代入式（14）預(yù)估出汽車(chē)的最大制動(dòng)力。

檢測(cè)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(gè)時(shí)刻，F(xiàn)n為tn時(shí)刻的制動(dòng)力，F(xiàn)pn為tn時(shí)刻的踏板力。

3.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證上述方法的可行性，針對(duì)某乘用車(chē)實(shí)施相關(guān)的臺(tái)架試驗(yàn)和道路試驗(yàn)，并利用便攜式制動(dòng)性能測(cè)試儀測(cè)量踏板力。

在進(jìn)行臺(tái)試檢測(cè)時(shí)，控制踏板力在20～80 N內(nèi)均勻增長(zhǎng)，在確保車(chē)輪未抱死前共測(cè)取7組（Fn，F(xiàn)pn）數(shù)據(jù)，見(jiàn)表4。

表4 某乘用車(chē)臺(tái)試檢測(cè)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(dòng)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(chē)輪剛好抱死，此時(shí)踏板力Fp=92 N，將該值代入式（15）中，得到被檢車(chē)輛的最大制動(dòng)力預(yù)測(cè)值為Fmax= 10 694.79 N。為確認(rèn)理論預(yù)測(cè)值的正確性，按照《條件》要求，利用該試驗(yàn)車(chē)進(jìn)行了3次重復(fù)道路制動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表5所列。

表5 某乘用車(chē)道路試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)

比較Fmax′與Fmax可得出相對(duì)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(tái)試檢測(cè)汽車(chē)制動(dòng)性能時(shí)，受各種條件制約很難準(zhǔn)確測(cè)出被檢車(chē)輛實(shí)際最大制動(dòng)力，這也是導(dǎo)致臺(tái)試檢測(cè)不合格的可能原因。而利用式（15）能有效預(yù)測(cè)被檢車(chē)輛實(shí)際最大制動(dòng)力，避免臺(tái)試檢測(cè)引起的誤判，提高檢測(cè)精度。

4 結(jié)束語(yǔ)

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

此外，針對(duì)臺(tái)試檢測(cè)難以測(cè)量車(chē)輛實(shí)際最大制動(dòng)力的現(xiàn)狀，通過(guò)制動(dòng)力與踏板力關(guān)系，提出了通過(guò)踏板力線性預(yù)測(cè)車(chē)輛最大制動(dòng)力的方法，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的正確性，這將有效提高臺(tái)試檢測(cè)精度。

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

2王建章.反力式滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)使用中存在的問(wèn)題分析.公路與汽運(yùn)，2006（6）:15～17.

3余志生.汽車(chē)?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(duì)制動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于轎車(chē)軸間制動(dòng)力分配要求的探討.汽車(chē)工程，1992，14（4）：248～256.

5吳明.臺(tái)試制動(dòng)性能檢測(cè)限值和方法的缺陷.公路與汽運(yùn)，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(chē)制動(dòng)性能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

U461.3

A

1000-3703（2014）08-0038-04