汽車沙地制動性能測試方法淺析

文/江天波 陸文斌 黃 翀

汽車沙地制動性能測試方法淺析

文/江天波 陸文斌 黃 翀

【機動車專欄】

汽車行駛安全性一直是人們關注的重點，現行國家強制性標準對車輛行車制動性能要求和試驗方法主要涉及高附著系數路面（如混凝土路面）和低附著系數路面（如玄武巖路面），而在我國有不少車輛經常行駛在沙地路面上。本文就沙地路面行車制動性能測試方法展開研究。

行車制動 沙地 測試

汽車使用者從以前城鎮人口發展并覆蓋到全國，農村人口已成為汽車使用大軍，同時由于環境變化，行車路面已不僅僅是干凈的水泥柏油路，沙地這一路面也成為了人們經常遇到的路況。沙地是指表層被沙覆蓋、基本無植被的土地，包括沙漠，但不包括水系中的沙灘。沙地可分為沙土地和沙漠/沙漠化土地兩種類型。本文的沙地特指沙土地和有沙石覆蓋的硬地面。隨著經濟和汽車技術發展，汽車也成為許多家庭必要的交通或運輸工具，而農村特有的沙地路面也成為一個新的行車路況，開展車輛在此新的行車路況下制動性能的研究，對于提高車輛運行安全性有十分重要意義。

一、國內外研究狀況

目前，有關車輛在沙地行車制動方面的研究較少，只有關于車輛在沙地上的行車技巧介紹。國內許多合資汽車企業，比如上海大眾、上海通用等都對車輛冰面駕駛、行車制動技巧等開展過試驗研究，尚未開展沙地制動方面的研究，可以說國內外在這方面的研究幾乎空白。

二、沙地行車制動過程

1. 路面附著特性分析

路面附著特性對車輛行車制動性能有非常重要的影響。對于同一情景的同一輛汽車來說，路面附著系數大小會直接影響到行車制動性能，附著系數越小，行車制動距離越大；反之附著系數越大，則行車制動距離越小。現行國家標準規定，汽車行車制動試驗路面附著系數約為0.8。通常情況下，新鋪的瀝青路面附著系數約為0.85，新鋪的混凝土路面附著系數約為0.9，而沙地路面的附著系數僅為0.68。另外，3年以上的瀝青路面和混凝土路面的附著系數會下降到約0.7，而沙地路面的附著系數不會有較大變化。以上所述的附著系數都是指干燥路面，因為雨雪等天氣會令路面變得潮濕，附著系數會變小。由此看出，沙地路面的附著系數比瀝青和混凝土路面都要小，同一狀況的車輛在同一速度情況下，在沙地路面的制動距離會比瀝青和混凝土路面的制動距離都要長。

2. 行車制動過程分析

當車輛達到預定行駛速度后，駕駛員快速踩下制動踏板，經過0.015～0.03 s的制動系統響應時間后車輛開始減速運動，液壓系統一般經過0.15～0.3 s的時間到達最大制動值，之后制動減速度比較穩定。之所以說是比較穩定，是因為車輛突然受到制動力影響，車輛懸架會出現很大的振動，而且這種振動會和車輛的減速度疊加在一起，使得車輛在短時間內獲得最大減速度，這也是為什么車輛剛制動時，車輛前部會突然往下沉的原因。之后的一段時間，隨著阻尼作用使得懸架的振動逐步消失，車輛逐步獲得一個穩定的減速度，處于一種相對穩定的狀態。這個減速度的大小一定程度上反映了車輛行駛路面附著系數的大小，減速度越大，附著系數越大，減速度越小，附著系數就越小。當車輛在制動力作用下停止后，懸架因為制動力消失而出現第二次振動，隨后由于阻尼作用而消失。車輛整個行車制動過程見圖1所示。

圖1 行車制動過程

3. 沙地行車制動分析

圖2、圖3分別為某車輛分別在沙地路面和瀝青路面上進行制動的輪速曲線圖（沙地路面制動初速度為50 km/h，瀝青路面制動初速度為50 km/h）。

圖2 沙地路面制動輪速曲線

圖3 瀝青路面制動輪速曲線

從圖2、圖3曲線可以看出，整個制動過程中瀝青路面上行車制動每個車輪的轉速變化比較平穩，曲線近似直線，這與平時在公路上行車制動給乘員的感覺相同。沙地路面上行車制動每個車輪的轉速曲線起伏較多，給人感覺有點飄。分析其原因，主要是因為沙地路面充滿沙粒，導致輪胎與硬地面接觸面減少而造成制動過程中輪胎瞬間滑行，輪速瞬間下降。輪胎甩開沙粒之后，與硬地面接觸面增大，整車獲得更大的動能，從而獲得更大的輪速，所以曲線又往上走。如此反復直到車輛完全停止。

三、沙地行車制動測試分析

不同于瀝青路面的大部分摩擦制動和冰面的大部分滑動，車輛沙地行車制動的情況是這兩種路面的復雜綜合體，行車制動過程是制動、滑動、制動、滑動、制動，如此反復，也有可能四個輪胎中部分輪胎滑動。若是沙地路面沙石分布不均勻，比如行車前進方向左輪沙石很少，右輪沙石很多，車速較高的時候，會使車輛右邊打滑而甩尾。在沙地路面行車制動時，四個輪胎制動路徑所處的路面不一樣，制動力也就不一樣，車輛就會出現側滑、甩尾、轉圈等現象，這些都會對車輛的安全行駛產生影響。

表1為某車輛在沙地路面上進行初速度為50 km/h制動時的輪速測試數據（表中僅給出了部分數據）。

表1 行車制動輪速測試數據（部分） km/h

試驗前檢查車輛處于正常狀態，四個輪胎氣壓正常并相同。測試儀器安裝后進行車輛稱重（含一名試驗駕駛員），并根據車輛生產廠提供的前后軸荷分配調整，盡可能地保持同一軸左右輪荷相同。

試驗所需主要儀器設備包括某公司出品的一款帶SD卡儲存功能的汽車整車性能測試系統（VBOX）一套、輪速傳感器四個、踏板力計一個。試驗中主要采集車輛車速、減速度、制動距離、制動時間、踏板力以及各車輪的輪速等數據（見表2）。

表2 試驗儀器設備和采集數據

為了分析車輛沙地制動過程，根據測試數據按公式1計算得出各車輪的滑移率S：

其中：S—車輪滑移率；V車—車輛行駛速度，km/h；V輪—車輪速度，km/h；

圖4為計算得出的試驗車輛沙地行車制動過程的滑移率曲線。

圖4 車輛沙地制動滑移率曲線(車速50～6 km/h)

四、總 結

車輛沙地路面行車制動過程相對瀝青等硬路面來說較為復雜。本文通過對車輛沙地路面行車制動過程的定性分析，結合實際的沙地行車制動道路測試，對路面附著系數等對制動性能的影響作了初略分析，可為經常在沙地路面行駛的車輛整車和輪胎的設計開發提供參考，有利于提高車輛行車穩定性和安全性。

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[3] 吳誥珪，周偉源.汽車ABS滑移率的計算研究[J].機電工程技術,2001,30（5）：45～46.

The driving safety of vehicles has been the focus of attention. The current national mandatory standards for vehicle braking performance requirements and test methods mainly involves the road with high adhesion coefficient pavement (such as concrete pavement) and with low adhesion coefficient pavement (such as basalt pavement). In China, many cars are running on the sand road, therefore, this paper analyzes the test method for the vehicle braking performance on the sand road.

Vehicle braking; Sandy land; Test

（作者單位：上海機動車檢測認證技術研究中心有限公司）