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(xué)研究所，江蘇 無錫　214151)

汽車的制動性能直接關(guān)系到車輛的行駛安全，制動距離太長、緊急制動時發(fā)生側(cè)滑等往往會導(dǎo)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(cè)滑以及失去轉(zhuǎn)向能力的性能，制動時車輛的方向穩(wěn)定性與左右側(cè)車輪制動力之差密切相關(guān)[5-6]。

道路運輸車輛用于運送人員和貨物，具有體積大、質(zhì)量大、駕駛難度高等特點[7]。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展和汽車行駛速度的提高，大體積、大質(zhì)量運輸車輛的行駛安全變得越來越重要。近年來國內(nèi)外許多學(xué)者提出了利用調(diào)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(nèi)也有許多學(xué)者對差動制動工況下，車輛的側(cè)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(zhuǎn)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(shè)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(shè)置5種制動工況，即分別去掉汽車的轉(zhuǎn)向輪左側(cè)車輪(第一軸左側(cè)車輪)制動力、第一和第二軸左側(cè)車輪制動力、第三軸左側(cè)車輪制動力、第三和第四軸左側(cè)車輪制動力，以及第三和第四軸左側(cè)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(zhì)心偏移量和偏轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，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(xiàn)車輛制動[14-15]。車輛不制動時，通過調(diào)節(jié)某車輪制動搖臂上的調(diào)節(jié)螺栓，帶動凸輪軸旋轉(zhuǎn)一定角度，可以改變車輪制動蹄與制動鼓的初始間隙。當(dāng)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(dāng)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(shè)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(shù)如表1所示。

表1　CA5173車輛基本參數(shù)　mm

圖1　DGPS安裝位置

采用DGPS路試儀采集車輛車速和質(zhì)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(shù)，將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)給接收機，進行求差解算坐標(biāo)。DGPS路試儀安裝位置如圖1所示。

試驗場地為標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)小于2%。

3　試驗過程

將DGPS放置在空載車輛質(zhì)心，采集車速和車輛質(zhì)心軌跡信息，以20 Hz的頻率輸出。調(diào)整某一軸的某一側(cè)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(zhì)心軌跡數(shù)據(jù)。

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(zhì)心偏移量隨時間的變化曲線。

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

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

4　道路試驗結(jié)果分析

4.1　改變各軸左側(cè)車輪制動力對質(zhì)心偏移量的影響

車速為30 km/h時，分別去掉第一軸左側(cè)車輪、第一和第二軸左側(cè)車輪、第三軸左側(cè)車輪、第三和第四軸左側(cè)車輪制動力，及將第三和第四軸左側(cè)車輪制動力減少50%的5種制動工況下，車輛的質(zhì)心偏移量如圖2所示。由圖2可以看出：第一和第二軸左側(cè)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(cè)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(cè)車輪制動力為0的工況；第三和第四軸左側(cè)車輪制動力為0的工況比第三和第四軸左側(cè)車輪制動力調(diào)至50%時的車輛偏移量大，而且第三和第四軸左側(cè)車輪制動力減少50%和單獨去掉第三軸左側(cè)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(zhì)心偏移量如圖3所示。由圖3可以看出：第一和第二軸左側(cè)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(cè)車輪制動力為0的工況次之，但第一和第二軸左側(cè)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(cè)車輪制動力為0的工況；第三和第四軸左側(cè)車輪制動力為0的工況和第三和第四軸左側(cè)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(zhì)心偏移量和制動距離，可以看出相同制動工況下質(zhì)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(zhì)心偏移量

圖3　車速為50 km/時各制動工況下車輛質(zhì)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(cè)車輪制動力對質(zhì)心偏轉(zhuǎn)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(zhì)心偏轉(zhuǎn)角如表3所示。

表3　不同制動工況下的質(zhì)心偏轉(zhuǎn)角

由表3可知：第一和第二軸左側(cè)車輪制動力為0的制動工況，車輛的質(zhì)心偏轉(zhuǎn)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(cè)車輪制動力為0工況的偏轉(zhuǎn)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(zhì)心偏轉(zhuǎn)角和車速成正比。

4.3　試驗分析

綜合試驗結(jié)果可知：在相同車速下，第一和第二軸左側(cè)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(cè)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(cè)輪制動力的工況，所以得出前軸左右側(cè)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(cè)輪制動力時車輛的偏移量大于將第三和第四軸左側(cè)輪制動力減少50%的工況，所以左右兩側(cè)車輪制動力差越大制動時車輛偏移情況越嚴(yán)重，而且去掉兩軸左側(cè)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(cè)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(zhuǎn)角度和車速成正比。

5　結(jié)論

1)道路運輸車輛的第一軸(轉(zhuǎn)向軸)左右側(cè)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(cè)車輪制動力差越大，制動時車輛偏移情況越嚴(yán)重，制動穩(wěn)定性越差，且產(chǎn)生差動制動的車軸數(shù)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(cè)車輪制動力差導(dǎo)致的制動偏移量、偏轉(zhuǎn)角度增大，即車輛左右側(cè)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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