汽车沙地制动性能测试方法浅析

文/江天波 陆文斌 黄 翀

汽车沙地制动性能测试方法浅析

文/江天波 陆文斌 黄 翀

【机动车专栏】

汽车行驶安全性一直是人们关注的重点，现行国家强制性标准对车辆行车制动性能要求和试验方法主要涉及高附着系数路面（如混凝土路面）和低附着系数路面（如玄武岩路面），而在我国有不少车辆经常行驶在沙地路面上。本文就沙地路面行车制动性能测试方法展开研究。

行车制动 沙地 测试

汽车使用者从以前城镇人口发展并覆盖到全国，农村人口已成为汽车使用大军，同时由于环境变化，行车路面已不仅仅是干净的水泥柏油路，沙地这一路面也成为了人们经常遇到的路况。沙地是指表层被沙覆盖、基本无植被的土地，包括沙漠，但不包括水系中的沙滩。沙地可分为沙土地和沙漠/沙漠化土地两种类型。本文的沙地特指沙土地和有沙石覆盖的硬地面。随着经济和汽车技术发展，汽车也成为许多家庭必要的交通或运输工具，而农村特有的沙地路面也成为一个新的行车路况，开展车辆在此新的行车路况下制动性能的研究，对于提高车辆运行安全性有十分重要意义。

一、国内外研究状况

目前，有关车辆在沙地行车制动方面的研究较少，只有关于车辆在沙地上的行车技巧介绍。国内许多合资汽车企业，比如上海大众、上海通用等都对车辆冰面驾驶、行车制动技巧等开展过试验研究，尚未开展沙地制动方面的研究，可以说国内外在这方面的研究几乎空白。

二、沙地行车制动过程

1. 路面附着特性分析

路面附着特性对车辆行车制动性能有非常重要的影响。对于同一情景的同一辆汽车来说，路面附着系数大小会直接影响到行车制动性能，附着系数越小，行车制动距离越大；反之附着系数越大，则行车制动距离越小。现行国家标准规定，汽车行车制动试验路面附着系数约为0.8。通常情况下，新铺的沥青路面附着系数约为0.85，新铺的混凝土路面附着系数约为0.9，而沙地路面的附着系数仅为0.68。另外，3年以上的沥青路面和混凝土路面的附着系数会下降到约0.7，而沙地路面的附着系数不会有较大变化。以上所述的附着系数都是指干燥路面，因为雨雪等天气会令路面变得潮湿，附着系数会变小。由此看出，沙地路面的附着系数比沥青和混凝土路面都要小，同一状况的车辆在同一速度情况下，在沙地路面的制动距离会比沥青和混凝土路面的制动距离都要长。

2. 行车制动过程分析

当车辆达到预定行驶速度后，驾驶员快速踩下制动踏板，经过0.015～0.03 s的制动系统响应时间后车辆开始减速运动，液压系统一般经过0.15～0.3 s的时间到达最大制动值，之后制动减速度比较稳定。之所以说是比较稳定，是因为车辆突然受到制动力影响，车辆悬架会出现很大的振动，而且这种振动会和车辆的减速度叠加在一起，使得车辆在短时间内获得最大减速度，这也是为什么车辆刚制动时，车辆前部会突然往下沉的原因。之后的一段时间，随着阻尼作用使得悬架的振动逐步消失，车辆逐步获得一个稳定的减速度，处于一种相对稳定的状态。这个减速度的大小一定程度上反映了车辆行驶路面附着系数的大小，减速度越大，附着系数越大，减速度越小，附着系数就越小。当车辆在制动力作用下停止后，悬架因为制动力消失而出现第二次振动，随后由于阻尼作用而消失。车辆整个行车制动过程见图1所示。

图1 行车制动过程

3. 沙地行车制动分析

图2、图3分别为某车辆分别在沙地路面和沥青路面上进行制动的轮速曲线图（沙地路面制动初速度为50 km/h，沥青路面制动初速度为50 km/h）。

图2 沙地路面制动轮速曲线

图3 沥青路面制动轮速曲线

从图2、图3曲线可以看出，整个制动过程中沥青路面上行车制动每个车轮的转速变化比较平稳，曲线近似直线，这与平时在公路上行车制动给乘员的感觉相同。沙地路面上行车制动每个车轮的转速曲线起伏较多，给人感觉有点飘。分析其原因，主要是因为沙地路面充满沙粒，导致轮胎与硬地面接触面减少而造成制动过程中轮胎瞬间滑行，轮速瞬间下降。轮胎甩开沙粒之后，与硬地面接触面增大，整车获得更大的动能，从而获得更大的轮速，所以曲线又往上走。如此反复直到车辆完全停止。

三、沙地行车制动测试分析

不同于沥青路面的大部分摩擦制动和冰面的大部分滑动，车辆沙地行车制动的情况是这两种路面的复杂综合体，行车制动过程是制动、滑动、制动、滑动、制动，如此反复，也有可能四个轮胎中部分轮胎滑动。若是沙地路面沙石分布不均匀，比如行车前进方向左轮沙石很少，右轮沙石很多，车速较高的时候，会使车辆右边打滑而甩尾。在沙地路面行车制动时，四个轮胎制动路径所处的路面不一样，制动力也就不一样，车辆就会出现侧滑、甩尾、转圈等现象，这些都会对车辆的安全行驶产生影响。

表1为某车辆在沙地路面上进行初速度为50 km/h制动时的轮速测试数据（表中仅给出了部分数据）。

表1 行车制动轮速测试数据（部分） km/h

试验前检查车辆处于正常状态，四个轮胎气压正常并相同。测试仪器安装后进行车辆称重（含一名试验驾驶员），并根据车辆生产厂提供的前后轴荷分配调整，尽可能地保持同一轴左右轮荷相同。

试验所需主要仪器设备包括某公司出品的一款带SD卡储存功能的汽车整车性能测试系统（VBOX）一套、轮速传感器四个、踏板力计一个。试验中主要采集车辆车速、减速度、制动距离、制动时间、踏板力以及各车轮的轮速等数据（见表2）。

表2 试验仪器设备和采集数据

为了分析车辆沙地制动过程，根据测试数据按公式1计算得出各车轮的滑移率S：

其中：S—车轮滑移率；V车—车辆行驶速度，km/h；V轮—车轮速度，km/h；

图4为计算得出的试验车辆沙地行车制动过程的滑移率曲线。

图4 车辆沙地制动滑移率曲线(车速50～6 km/h)

四、总 结

车辆沙地路面行车制动过程相对沥青等硬路面来说较为复杂。本文通过对车辆沙地路面行车制动过程的定性分析，结合实际的沙地行车制动道路测试，对路面附着系数等对制动性能的影响作了初略分析，可为经常在沙地路面行驶的车辆整车和轮胎的设计开发提供参考，有利于提高车辆行车稳定性和安全性。

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[3] 吴诰珪，周伟源.汽车ABS滑移率的计算研究[J].机电工程技术,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

（作者单位：上海机动车检测认证技术研究中心有限公司）