基于3σ法整车制动距离试验方法研究

许修国，乔君辉，王文龙，李华雷，邹有坤

(1.长城汽车股份有限公司技术中心，河北保定 071000；2.河北省汽车工程技术研究中心,河北保定 071000)



基于3σ法整车制动距离试验方法研究

许修国1,2，乔君辉1,2，王文龙1,2，李华雷1,2，邹有坤1,2

(1.长城汽车股份有限公司技术中心，河北保定 071000；2.河北省汽车工程技术研究中心,河北保定 071000)

详细介绍3σ法的理论基础，应用该方法对整车制动距离试验进行评价等级的划分；以某公司某车型为例进行验证分析，找出问题点完成优化，为这类试验标准的建立提供参考。

3σ法；制动距离；优化

0 引言

随着世界经济的发展,全球工业化进程的加快，家用轿车数量逐年增加，发生的交通事故也越来越多。据不完全统计，以2015年全年为例，我国共发生交通事故1 059万起，死亡人数68 432人，其中超速占其中的30%。车辆制动性能直接影响车辆的行驶、停车安全性，是安全行车的重要因素之一。其中制动距离的长短是判断制动性能好坏的重要指标之一。制动距离是指机动车在规定的初速度下急踩制动踏板时，从脚接触制动踏板(或手触动制动手柄)时起至机动车停住时机动车驶过的距离。

1 3σ法的理论基础

3σ法产品质量管理以正态分布为原理，正态分布又称为高斯分布，是一个在统计学领域有着重大作用的分布函数。若随机变量x服从一个数学期望为μ、标准方差为σ2的高斯分布，其概率密度函数如式(1)：

式中：μ为总体均值；σ为总体的标准差。正态分布的期望值μ决定了其位置，其标准差σ决定了分布幅度。分布图如图1

所示。

在生产和生活中，随机变量的数据分析采用正态分布非常广泛。一般情况下，如果一个量是有许多微小的独立随机因素影响的结果，那么就可以认为这个量具有正态分布。正态分布中，无论均值μ和标准差σ取何值，总体数值有68.26%的概率落在μ±σ的范围内；有95.46%的概率落在μ±2σ界限的范围内；有99.73%的概率落在μ±3σ界限范围内。

2 数据统计

以SUV车型为例，对2005年12月至2016年9月汽车之家官方网站上制动距离测试数据进行统计分析，样本总共为336组，涉及国内外多款车型。具体测试数据区间见表1。

将336组测试数据输入到Minitab软件进行数据统计分析，输出测试数据的过程能力分析图表(图2)和概率图(图3)，得出样本均值为41.16 m，标准差为2.387 m。图2和图3中横坐标为制动距离。

总结上述数据，依据3σ法进行区间节点计算(如表2所示)，将制动距离划分为8个区间，并制定评价等级[1]，分别为：A、B、C、D、E、F、G和H，A最优，H最差。具体评价如表3所示。

图2 能力分析图表

图3 概率图

表2 3σ法节点明细表m

表3 制动距离评价明细表

3 评价方法优化

汽车车身在制动前以一定速度行驶，具有平动动能；车轮和其他转动部件绕着定轴转动，不仅具有平动动能，本身还有转动动能。而在制动过程中，车身的平动动能依靠外力做功消耗，而相关部件的转动动能则是自身摩擦消耗，不需要外力做功。汽车在行驶方向上受到的外力主要是路面摩擦阻力，沿斜面行驶时自身重力还要做功。这些力所做功的代数和等于制动之前具有的平动动能[2]。

由于整车制动距离相关因素主要为车速和整车质量，其中最重要的是车速，充分识别原有评价标准制定过程，可以利用功能关系分析汽车制动距离[3]，得出汽车行驶速度与制动距离换算一览表，如表4所示。

表4 汽车行驶速度与制动距离换算一览表

4 制动距离试验

目前在汽车道路试验中广泛采用的车速传感器是光电测速传感器。其基本原理为：使用积梳状硅电池作探测器，对汽车行驶中地面杂乱花纹进行检测，经光电转换器和空间滤波等处理后，输出周期性随机窄带信号，信号激波频率正比于汽车行驶速度，周期性随机信号每一周期严格对应地面上行驶过的一段距离，如果将输出信号经过跟踪带通滤波器滤波和整形等处理后，即可得到随车速变化的脉冲信号。每个脉冲信号代表行驶过的距离，数据采集系统通过计数脉冲个数计算出当前的实时车速，便可以得出行驶距离。

此次选择山东淄博赛格电子有限公司便携式机动车非接触速度仪CTM-820。该系统以ARM最新CORTEX-M3内核32位单片机为核心，配合μ-COS II实时多任务操作系统， 内置USB接口、SD存储卡接口和RS232接口，速度最小分辨率为0.01 km/h。可选配GPS速度传感器或非接触光电传感器。系统参数见表5，满足测试要求。

表5 设备参数表

以公司某型SUV开展制动距离测试试验，测试设备接线图见图4,整车安装示意图见图5。

图4 测试设备接线图

试验司机严格按照标准开展工作，总共进行10次测试。通过对试验数据进行分析，得出最终评价等级。数据分析及结果见表6。

图5 整车安装示意图

测试数据/m42．58，46．04，43．84，44．91，44．60，42．03，42．96，43．35，42．26，43．54制动距离/m43．61评价等级F

结合上述原有3σ法评价标准，得出该车型制动距离趋于F级，同时得出该制动系统匹配安全系数为1.29，制动效果差，需整改优化。

5 小结

应用3σ法对整车制动距离试验进行评价等级的划分，利用功能关系获得了不同车速下各摩擦因数路面的理论制动距离，引入安全系数的理论，借助于公司某车型进行验证分析，为这类试验标准的建立提供参考依据。

[1]张东珉，王天培，赵永坡，等.基于Carsim的AMS制动性能分析方法[J].北京汽车,2014(4):28-31.

[2]郑祁.基于功能原理的汽车ABS制动距离计算及分析[J].汽车实用技术,2014(8):71-73. ZHENG Q.Calculation and Analysis of Braking Distance of ABS Automobiles Based on Work-energy Principle[J].Automobile Technology,2014(8):71-73.

[3]吴明.汽车制动距离与速度的关系[J].公路与汽运,2010(3):46-49.

Braking Distance Test Based on 3σMethod

XU Xiuguo1,2, QIAO Junhui1,2, WANG Wenlong1,2, LI Hualei1,2, ZOU Youkun1,2

(1.Research & Development Center of Great Wall Motor Company, Baoding Hebei 071000,China;2.Automotive Engineer Technical Center of Hebei,Baoding Hebei 071000,China)

The theoretical basis of 3σmethod was introduced in details. This method was applied to evaluate the braking distance test grade division.It was validated by a vehicle model, the problem was found out and optimized. It provides reference for establishment of this kind of test standard.

3σmethod;Braking distance; Optimization

2016-03-01

许修国(1984—)，男，大学专科，助理工程师，研究方向为底盘零部件设计及验证。E-mail:xuxiuguo@gwm.cn。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.07.015

U461.3

B

1674-1986(2017)07-054-03