路试充分发出平均减速度可取信范围分析

2014-04-19王建军潘少猷陈建国

中国司法鉴定 2014年2期

王建军，潘少猷，陈建国

（司法部司法鉴定科学技术研究所，上海 200063）

路试检验制动性能能最真实的反映机动车辆在路上行驶时的制动情况，便携式制动性能测试仪属于减速度类仪器，具有携带方便、安装快捷、操作简单的特点，能准确分析车辆的制动性能，适合于机动车检测站的快速、批量检测，并适合道路交通事故肇事车辆的现场检验。便携式制动性能测试仪的检测值主要包括充分发出的平均减速度（以下简称MFDD）、制动初速度、制动距离、制动协调时间等，其制动协调时间、MFDD常用于事故分析[1]。随着汽车制动性能的不断改进，工作中检测到某些车辆的MFDD值有时大于9 m/s2，甚至高达10 m/s2，这些检测值在车速等运算中是否可以被取信，路试检验MFDD的有效范围是什么？这些经常成为鉴定人争论的焦点。本文旨在对路试检测制动性能方法进行力学分析，从而获得MFDD在车速运算实践中可以取信的有效范围。

1 常识的上限g

从大部分人的常识来看，人们拖行车辆远比举起车辆省力，设拖行车辆匀速运动，因摩擦力F=μmg，而F＜mg，所以μ＜1。在车辆的制动性能分析中，车辆是通过轮胎与路面摩擦来实现减速的，该摩擦力小于车辆所受重力，自然得到制动减速度小于g的结论。在2007年发布的JJF1168-2007《便携式制动性能测试仪校准规范》中，亦规定便携式制动性能测试仪的测量范围应满足（0～9.81）m/s2[2]，所以在实践中许多人认为MFDD的最大值就是g。

2 从摩擦机理看，μ可以等于或大于1

但随着现代摩擦学的发展，随着粘着-犁沟等摩擦理论的出现，人们对摩擦力的认识早已突破阿芒顿库仑定律的范畴，摩擦系数主要是接触材料、界面粘染物或面润滑剂的一个特征，根据现代摩擦力理论，摩擦是接触表面原子之间的附着力引起的，当两物体相互接触时，首先是凸起部分表面原子相当地接近形成原子键，其强度与固体内部使自己聚集在一起的原子键的强度相当。表面如果非常洁净、接触非常紧密，两个互相接触的表面会粘附得非常牢固，在发生明显滑动之前出现“接点增长”，接点面积不断增大，直到整个几何接触面积成为巨大的接触点，这时摩擦力很大，甚至会超过其法向负荷，摩擦系数可以等于、大于1，甚至更大。单晶铜之间滑动摩擦系数可达到21.0，美国C·基特尔等著的《伯克利物理学教程》第一卷《力学》上有一表格记载有：铜与铜静摩擦系数是1.6，橡皮与固体静摩擦系数是1.0～4.0。以上均可表明摩擦系数可以等于或大于1。

3 车辆路试制动受力模型的建立

当μ≥1时，MFDD会大于等于g。随着智能化的内通风式陶瓷碳纤维制动盘，许多品牌的车型100km/h制动距离已经达到37m、38m的水准，自然大于g。那么随着纵滑附着系数μ的不断提高，MFDD是否会一直提高下去呢。我们在路试检验制动性能的方法中来探讨MFDD的上限值。将车辆视为一个整体，其总质量为m，质心位于点C。前、后轮与地面的接触点分别设为 A、B，支持力分别为 FN1、FN2，车轮同地面的滑动摩擦系数为μ，制动时前轮所受的摩擦力设为Ff1，后轮所受的摩擦力设为Ff2。质点到地面的距离为h。到FN1、FN2的距离分别为l1、l2。设车辆逆时针方向角加速度为α。如图1所示：

图1 车辆制动状态受力模型

（1）安全制动状态

若车辆处于安全制动状态，则其受力应当满足以下条件：α=0，FN1＞0，且 FN2＞0。

利用达朗贝尔原理对车辆进行受力分析，对系统列平衡方程：

同时补充方程 Ff1=μ×FN2，F2=μ×FN2，通过联立求解得：

可见，当车辆制动时，前轮支持FN1（它等于前轮对地面的压力）的表达式的分子多了一项mgμh，结果随着μ的增加，FN1会逐渐增大，FN2逐渐减少，这即是车辆制动中的“负载前移”。我们平常看到汽车制动时车头下沉“点头”现象，就是因为负载前移，加大了汽车前部的重量，从而使车头的悬架弹簧压缩加大，车尾的悬架弹簧压缩减小的结果。

（2）前翻倾临界分析

当车辆后轮与地面压力FN2减少到零，车辆处于前倾的不安全状态，同时形成了逆时针偏转的角加速度，前轮与地面的摩擦从滑动摩擦趋向于滚动摩擦，前轮与地面的摩擦系数和车辆制动减速度值均下降。为了方便计算，我们简化为仅前轮制动的情况，利用达朗贝尔原理对车辆进行受力分析，对系统列平衡方程：