吳智明

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，汽車保有量也有了迅猛增加，汽車已成為當(dāng)今社會(huì)重要的交通運(yùn)輸工具。但汽車數(shù)量的增加也引發(fā)了一些社會(huì)問題，如噪音污染、交通事故等，其中以交通事故的頻發(fā)最為嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)2011年全國(guó)涉及人員傷亡的道路交通事故約有21.08萬起，2012年約有20.13萬起，2013年共有19.78萬起，這些事故的發(fā)生根據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，因制動(dòng)失效或制動(dòng)不良所導(dǎo)致的事故比例超過了50%。因此世界各國(guó)車輛管理部門實(shí)施了強(qiáng)制性的汽車安全性能定期檢測(cè)制度，主要包括：外觀、環(huán)保、車輛制動(dòng)、側(cè)滑、車速表等項(xiàng)目的檢測(cè)，為汽車安全技術(shù)狀況，汽車駕駛安全管理提供了重要保障。

1 ?汽車制動(dòng)性能檢測(cè)參數(shù)的分析與探討

1.1 ?制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間

?汽車的制動(dòng)過程，如圖1所示。

在汽車的制動(dòng)過程中，汽車駛過的距離如下：

?①反應(yīng)時(shí)間t1內(nèi)汽車駛過的距離。

?在駕駛?cè)朔磻?yīng)時(shí)間t1（s）內(nèi)，制動(dòng)踏板力Fp和地面制動(dòng)力 ?Fb（N）均為零，汽車仍然以原有初速v0（m/s）行駛，所駛過的距離S1（m）為：

S1=v0t1

②制動(dòng)器起作用時(shí)間t2內(nèi)汽車駛過的距離。

在制動(dòng)器起作用時(shí)間t2內(nèi)，在t2時(shí)間段Fb為零，汽車勻速行駛，所駛過的距離S（m）為：

S=v0t2。

?在制動(dòng)力增長(zhǎng)時(shí)間t內(nèi)，制動(dòng)減速度幾乎成線性的從零增長(zhǎng)到j(luò)max，在t內(nèi)汽車的減速度j（m/s2）為：

j=-=kt，其中，k=。因此有：

∫dv=-∫ktdt

需要注意，在時(shí)間從0到t的過程中，車速?gòu)某跛僮兓絭0積分上式得t內(nèi)的汽車速度v（m/s）為[1]：

v=v0-kt。

?當(dāng)t=t（e點(diǎn)）時(shí)，其車速記為ve，則：

ve=v-kt

又有：

∫ds=∫（v0-kt2）dt

該時(shí)間段汽車駛過的距離s（m）為：

s=v0t-kt3

當(dāng)t=t（e點(diǎn)）時(shí)，汽車駛過的距離s為：

s=Vt-jt

在制動(dòng)器起作用時(shí)間t2內(nèi)，汽車駛過的距離S2為：

S=S+S=v（t+t）-jt

③持續(xù)制動(dòng)時(shí)間t3內(nèi)汽車駛過的距離。

?持續(xù)制動(dòng)時(shí)間內(nèi)，汽車以最大減速度jmax持續(xù)制動(dòng)，其速度由ve至0，汽車駛過的距離S3為：

S3==-+

④汽車的制動(dòng)距離。

汽車在制動(dòng)過程中駛過的總距離為上述各階段駛過的距離之和。即：

S=S1+S2+S3=（t1+t'2+）v0+-

由于在駕駛?cè)朔磻?yīng)時(shí)間內(nèi)汽車駛過的距離與汽車性能無關(guān)，因此一般所指汽車制動(dòng)距離S是從踩下制動(dòng)踏板至完全停車所駛過的距離，即S=S2+S3。

上式中最后一項(xiàng)很小，可以忽略。因此S為[2]：

S=（t'2+）v0+

把制動(dòng)起始車速v0（m/s）用代替，整理后則：

S=（t'2+）va0+

從上述分析中可以看出，制動(dòng)距離S包括在制動(dòng)器起作用時(shí)間內(nèi)駛過的距離S2和在汽車以最大減速度持續(xù)制動(dòng)時(shí)間內(nèi)所駛過的距離S3。影響汽車制動(dòng)距離的因素主要有：汽車初速度、持續(xù)制動(dòng)階段制動(dòng)器的制動(dòng)力、制動(dòng)系作用時(shí)間。制動(dòng)距離綜合地反映了汽車整車制動(dòng)效能，但不能反映出各個(gè)車輪的制動(dòng)狀況及制動(dòng)力的分配情況，當(dāng)制動(dòng)距離過長(zhǎng)時(shí)，也不能反映出具體影響因素。從制動(dòng)距離公式來看，制動(dòng)系作用時(shí)間也明顯的影響制動(dòng)距離，因此GB7258中規(guī)定在評(píng)價(jià)制動(dòng)性能時(shí)，必須同時(shí)測(cè)量制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間和制動(dòng)力參數(shù)，兩者同時(shí)達(dá)到要求才能判定合格。GA468-2004中，臺(tái)試檢測(cè)僅依據(jù)制動(dòng)力參數(shù)來評(píng)判汽車制動(dòng)系技術(shù)狀況是不完整的。

1.2 ?制動(dòng)減速度

?制動(dòng)減速度是制動(dòng)所產(chǎn)生的地面制動(dòng)力作用于汽車的直接結(jié)果。在制動(dòng)器技術(shù)狀況良好（能夠制動(dòng)到抱死拖滑）的前提下，持續(xù)制動(dòng)期間汽車能達(dá)到的最大減速度jmax取決于附著力，因此：

Fbmax=mg？尷=mjmax

jmax=？尷g

由于制動(dòng)過程持續(xù)制動(dòng)時(shí)間范圍內(nèi)，制動(dòng)減速的波動(dòng)區(qū)間較多，每個(gè)區(qū)間的波動(dòng)程度也不相同，因此為了更好地驗(yàn)證減速度與車速的關(guān)系，應(yīng)取減速度值波動(dòng)區(qū)間較小的時(shí)間段。相應(yīng)的車速由vab到vae，平均減速度FMDD的計(jì)算公式為：

FMDD=

式中，vab為0.8va0車速（km/h）;vae為0.1va0車速（km/h）;va0為制動(dòng)初速度（km/h）;Sb為車速va0和vab之間車輛駛過的距離（m）;Se為車速va0到vae之間車輛駛過的距離（m）。

? 充分發(fā)出的平均減速度FMDD是在測(cè)得車輛制動(dòng)過程中的行駛距離和相應(yīng)車速的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算求得的。充分發(fā)出的平均減速度不受測(cè)試時(shí)車輛傾角的影響，是車輛在制動(dòng)過程中制動(dòng)減速度的一個(gè)較穩(wěn)定的平均值，能較準(zhǔn)確地反映車輛的制動(dòng)減速特性。但FMDD的測(cè)量方法較制動(dòng)距離麻煩，精度也低于制動(dòng)距離，因此FMDD 參數(shù)評(píng)價(jià)汽車制動(dòng)性能不如制動(dòng)距離直觀明了[3]。

1.3 ?制動(dòng)力平衡

1.3.1 ?汽車制動(dòng)跑偏影響因素分析

?汽車主動(dòng)跑偏的基本原因是汽車制動(dòng)力增長(zhǎng)的快慢不同或左右車輪制動(dòng)力不相等，往往導(dǎo)致汽車車輪的轉(zhuǎn)向偏離預(yù)定方向。

? 其基本原理為：假設(shè)汽車前左輪和前右輪的地面制動(dòng)力不相等，則轉(zhuǎn)向軸左右的制動(dòng)力也不相同，同時(shí)對(duì)汽車質(zhì)心會(huì)產(chǎn)生一個(gè)不平衡力矩，即使此時(shí)方向盤保持不動(dòng)，轉(zhuǎn)向輪仍會(huì)由于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)間的間隙或零部件彈性變形而產(chǎn)生轉(zhuǎn)向角度，從而導(dǎo)致汽車跑偏，如圖2所示。

除了以上因素外，影響汽車跑偏的因素還有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的技術(shù)狀況;輪胎本身具有側(cè)偏特性;車輪制動(dòng)力不相等時(shí)側(cè)向力對(duì)汽車質(zhì)心產(chǎn)生的不不平衡力矩等。此外，制動(dòng)力不平衡發(fā)生的方向分為同側(cè)和異側(cè)，在軸車檢測(cè)時(shí)要根據(jù)整車的不平衡情況區(qū)別對(duì)待。

1.3.2 ?制動(dòng)時(shí)懸架導(dǎo)向桿系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)拉桿運(yùn)動(dòng)干涉

?若由于懸架導(dǎo)向桿系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)拉桿在運(yùn)動(dòng)學(xué)上不協(xié)調(diào)，因運(yùn)動(dòng)干涉而引起跑偏，則是設(shè)計(jì)造成的，其特點(diǎn)是跑偏的方向不變。

?某型載貨汽車懸架導(dǎo)向桿系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)拉桿在制動(dòng)時(shí)的相互運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，如圖3（a）和（b）所示（轉(zhuǎn)角為0 ?°）。

鋼板彈簧在制動(dòng)受力后變形程度與懸架鋼板彈簧的剛度、球頭銷至前軸中心線的距離有關(guān)，如果距離太大，剛度又太小，則會(huì)導(dǎo)致鋼板彈簧的強(qiáng)烈變形。在汽車緊急制動(dòng)時(shí)，前軸受此影響會(huì)產(chǎn)生向前的一個(gè)扭轉(zhuǎn)角度，轉(zhuǎn)向節(jié)上節(jié)臂球頭銷按常理來說也應(yīng)作出相應(yīng)的移動(dòng)，但由于此時(shí)轉(zhuǎn)向拉桿已經(jīng)產(chǎn)生了間隙，球頭銷又和轉(zhuǎn)向縱拉桿相連，因此僅能克服拉桿的間隙使其產(chǎn)生些許的形變，而不會(huì)做出相應(yīng)的位移，由此相對(duì)于主銷來說，轉(zhuǎn)向節(jié)臂則會(huì)出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)，從而造成汽車跑偏。若增大前鋼板彈簧的剛度，使鋼板彈簧的變形量減小，同時(shí)把轉(zhuǎn)向節(jié)上節(jié)臂處球頭銷位置下移，使之在前鋼板彈簧扭轉(zhuǎn)相同角度時(shí)，球頭銷位移量和轉(zhuǎn)向節(jié)偏轉(zhuǎn)減小，可使汽車的制動(dòng)跑偏現(xiàn)象大大減輕。

?圖3懸架導(dǎo)向桿系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)拉桿的運(yùn)動(dòng)相互干涉。在現(xiàn)行國(guó)標(biāo)評(píng)價(jià)制動(dòng)方向穩(wěn)定性時(shí)，往往缺乏對(duì)主銷內(nèi)傾角和主銷后傾角的大小的合理考慮，尤其是對(duì)于整體式汽車轉(zhuǎn)向橋一般主銷內(nèi)傾角為正內(nèi)傾，主銷后傾角為正后傾;對(duì)于獨(dú)立懸架斷開式汽車則常出現(xiàn)負(fù)內(nèi)傾和負(fù)后傾，因此對(duì)于制動(dòng)力平衡限值的設(shè)定，應(yīng)根據(jù)主銷內(nèi)傾角和主銷后傾角的不同情況區(qū)別對(duì)待。

2 ?汽車制動(dòng)力檢測(cè)技術(shù)的研究

2.1 ?制動(dòng)臺(tái)概述

?滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)和平板制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)是檢測(cè)站普遍應(yīng)用的臺(tái)架試驗(yàn)。通過對(duì)比分析，兩者之間具有以下差異：

?①測(cè)試狀態(tài)的差異性。滾筒反力式制動(dòng)臺(tái)檢測(cè)工況及檢測(cè)結(jié)果相對(duì)較為穩(wěn)定可靠，并且檢測(cè)過程不受駕駛員狀況的影響;平板制動(dòng)臺(tái)是一種動(dòng)態(tài)檢測(cè)，也即是在汽車運(yùn)行狀況下的檢測(cè)，盡管車速較低，但仍會(huì)出現(xiàn)軸荷轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。

?②測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性。滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性比平板制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)好。平板制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的制動(dòng)力檢測(cè)受測(cè)試初始條件影響。測(cè)試初始條件包括制動(dòng)時(shí)的初速度、制動(dòng)踏板力及制動(dòng)時(shí)機(jī)等。如在制動(dòng)初速度基本相同的條件下，測(cè)試結(jié)果重復(fù)性較好，但當(dāng)駕駛員控制車速不好時(shí)，造成不同的制動(dòng)初速度，則檢測(cè)數(shù)據(jù)重復(fù)性較差[4]。

?③輪胎直徑的影響。滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)數(shù)據(jù)受輪胎直徑影響，而平板制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)則不受其影響。

?④汽車車型的適應(yīng)性。滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)對(duì)不同軸距的汽車適應(yīng)性比平板制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)強(qiáng)。因?yàn)闈L筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)是單車軸檢測(cè)，所以不用考慮軸距問題。但反力式制動(dòng)臺(tái)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，檢測(cè)數(shù)據(jù)受汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響較大，并且檢測(cè)環(huán)節(jié)較多，對(duì)制動(dòng)時(shí)間測(cè)取的準(zhǔn)確度有較大的影響。平板制動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)件少，結(jié)構(gòu)接單，四塊板的平板制動(dòng)臺(tái)檢測(cè)效率高，已成為平板制動(dòng)臺(tái)獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)。

2.2 ?提高制動(dòng)力測(cè)量精度和重復(fù)性的方法研究

?為了提高對(duì)制動(dòng)力信號(hào)的干擾能力，從硬件處理方面來說可采用隔離放大、數(shù)字傳送等方法;從軟件處理方面來說可采用數(shù)字濾波等信號(hào)處理方法。

?制動(dòng)信號(hào)由于基頻分量頻率不高，因此采用巴特沃思數(shù)字濾波器和雙線性變換法設(shè)計(jì)低通濾波器，既可以保持信號(hào)的頻率特性，又可以使濾波前后幅值比為1。巴特沃思模擬濾波器的傳遞函數(shù)為：

Ha（S）=0.147995/（S+0.37648s+0.52895）（s+1.02850s+

0.52895）（s+1.40501s+0.52895）

?根據(jù)雙線性變換法，用數(shù)字濾波器代替模擬濾波器，并將雙線性變換公式代入上式得：

H（Z）=××

由此差分方程遞推公式為：

w1（n）=x（n）+1.31432w1（n-1）-0.71489w1（n-2）

y1（n）=0.08338w1（n）+0.16676w1（n-1）+0.08338w1（n-2）

w2（n）=y1（n）+1.5041w2（n-1）-0.37534w2（n-2）

y2（n）=0.08338w2（n）+0.16676w2（n-1）+0.08338w1（n-2）

w3（n）=y2（n）+0.94592w3（n-1）-0.23422w3（n-2）

y31（n）=0.08338w3（n）+0.16676w3（n-1）+0.08338w3（n-2）

初始條件為：當(dāng)n<0時(shí)，w1（n）=w2（n）=w3（n）=0

根據(jù)上述差分遞推公式可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波的設(shè)計(jì)程序，然后再進(jìn)行制動(dòng)曲線處理，如圖4（a）和（b）所示。從圖中可以看出濾波后的曲線光滑度要更好，由此也表明：用處理過的數(shù)據(jù)計(jì)算制動(dòng)力參數(shù)更為科學(xué)。

3 ?結(jié) ?語(yǔ)

?總的來說，強(qiáng)制性地定期檢測(cè)車輛制動(dòng)性是車輛主管部門進(jìn)行車輛安全管理的重要措施，本文結(jié)合汽車制動(dòng)系技術(shù)狀況，以及汽車制動(dòng)過程的動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，并分析了滾筒制動(dòng)臺(tái)與平板制動(dòng)臺(tái)車型適應(yīng)性。研究認(rèn)為制動(dòng)力平衡的限值應(yīng)根據(jù)不同情況區(qū)別設(shè)定，制動(dòng)距離和MFDD兩個(gè)參數(shù)限值間也不相不協(xié)調(diào)。這些問題還需要從業(yè)人員深入試驗(yàn)分析，并逐步采取措施進(jìn)行修訂，從而保證車輛制動(dòng)性能檢測(cè)的公平公正性。

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