道路运输车辆制动稳定性能试验研究

敬天龙, 孙巍, 李爱娟, 慈勤蓬

(1.深圳市安车检测股份有限公司，广东 深圳　518057；2.公安部交通管理科学研究所，江苏 无锡　214151)

汽车的制动性能直接关系到车辆的行驶安全，制动距离太长、紧急制动时发生侧滑等往往会导致重大交通事故发生[1-2]。车辆制动性能的优劣一般由制动效能、制动效能的恒定性和制动时汽车的方向稳定性三方面来衡量[3-4]。道路运输车辆制动时的方向稳定性是指制动时汽车不发生跑偏、侧滑以及失去转向能力的性能，制动时车辆的方向稳定性与左右侧车轮制动力之差密切相关[5-6]。

道路运输车辆用于运送人员和货物，具有体积大、质量大、驾驶难度高等特点[7]。随着汽车技术的发展和汽车行驶速度的提高，大体积、大质量运输车辆的行驶安全变得越来越重要。近年来国内外许多学者提出了利用调节左右轮制动力差的方法来改善车辆制动时的稳定性[8-9]，国内也有许多学者对差动制动工况下，车辆的侧翻和横摆偏移做了一定的理论分析，但对于制动时车辆偏移的试验研究却很少[10-11]。

本文以空载四轴运输车辆为研究对象，通过车辆制动稳定性直线行驶道路试验，得到不同制动工况下道路运输车辆的制动偏移量和偏转角度，分析道路运输车辆左右轮制动力差对制动稳定性的影响规律。

1　试验方案设计

为了研究道路运输车辆左右轮制动力差对制动稳定性的影响，试验共设置5种制动工况，即分别去掉汽车的转向轮左侧车轮(第一轴左侧车轮)制动力、第一和第二轴左侧车轮制动力、第三轴左侧车轮制动力、第三和第四轴左侧车轮制动力，以及第三和第四轴左侧车轮制动力减少50%。5种工况下，车辆分别以30、50 km/h的速度直线行驶时进行制动试验，得到车辆在不同制动工况和在不同车速时车辆质心偏移量和偏转角，分析车辆制动稳定性的变化规律。

试验所用四轴货车采用鼓式制动器，每个车轮制动气室通过摇臂与制动器制动凸轮轴花键相连[12-13]。车辆制动时，通过凸轮轴的旋转，推动制动蹄片张开，消除制动蹄与制动鼓之间的间隙后，使蹄、鼓压紧摩擦实现车辆制动[14-15]。车辆不制动时，通过调节某车轮制动摇臂上的调节螺栓，带动凸轮轴旋转一定角度，可以改变车轮制动蹄与制动鼓的初始间隙。当某车轮制动蹄与制动鼓之间的初始间隙变大时，该车轮制动器的制动力减小，当蹄、鼓间隙增大到一定极限，该车轮制动器上的制动力为零，由此得到上述不同的制动工况。

2　试验设备

试验车型号为CA5173。发动机型号为6DF1-24，变速器型号为8JS118，轮胎型号为11.00R20，车辆基本参数如表1所示。

表1　CA5173车辆基本参数　mm

图1　DGPS安装位置

采用DGPS路试仪采集车辆车速和质心轨迹信息[16-17]，板块为K728 GNSS，水平精度为10 mm+10-6l，垂直精度为20 mm+10-6l(l为测试仪距基站的距离)。采用先进的载波相位差分技术，将基准站采集的载波相位发给接收机，进行求差解算坐标。DGPS路试仪安装位置如图1所示。

试验场地为标准道路，路面为干燥、平整、清洁的混凝土路面[18-19]，其中路面纵向任意50 m长度上的坡度小于1%，路拱坡度应小于2%。

3　试验过程

将DGPS放置在空载车辆质心，采集车速和车辆质心轨迹信息，以20 Hz的频率输出。调整某一轴的某一侧车轮制动力，得到上述5种制动工况，分别进行车速为30、50 km/h时的直线行驶制动试验，DGPS采集车速和质心轨迹数据。

1)取DGPS在制动前采集到的轨迹点(一般取40个点)，将取得的点拟合成一条直线，制动后的轨迹点到拟合直线的距离即为偏移量。绘制车速分别为30、50 h/km时，质心偏移量随时间的变化曲线。

2)试验中，根据速度取刚制动时的一个DGPS坐标点和车辆停止时的一个DGPS坐标点计算车辆制动距离。

3)在横坐标为DGPS的x方向平距(+表示基准站以北，-表示基准站以南)，纵坐标为DGPS的y方向平距(+表示基准站以东，-表示基准站以西)的坐标系中，绘制2条线，一条为根据制动前正常行驶的DGPS轨迹数据拟合的直线(一般取40个点)，另一条为制动后根据DGPS轨迹数据拟合的直线，求出2条直线的夹角视为质心位置的制动偏转角度。

4　道路试验结果分析

4.1　改变各轴左侧车轮制动力对质心偏移量的影响

车速为30 km/h时，分别去掉第一轴左侧车轮、第一和第二轴左侧车轮、第三轴左侧车轮、第三和第四轴左侧车轮制动力，及将第三和第四轴左侧车轮制动力减少50%的5种制动工况下，车辆的质心偏移量如图2所示。由图2可以看出：第一和第二轴左侧车轮制动力为0的制动工况，车辆偏移量最大，单独去掉第一轴左侧车轮制动力时偏移量次之，但车辆的偏移量远大于第三轴左侧车轮制动力为0的工况；第三和第四轴左侧车轮制动力为0的工况比第三和第四轴左侧车轮制动力调至50%时的车辆偏移量大，而且第三和第四轴左侧车轮制动力减少50%和单独去掉第三轴左侧车轮制动力工况的车辆偏移量相近。

车速为50 km/h时，上述5种制动工况下车辆质心偏移量如图3所示。由图3可以看出：第一和第二轴左侧车轮制动力为0的制动工况，车辆的偏移量最大，第三和第四轴左侧车轮制动力为0的工况次之，但第一和第二轴左侧车轮制动力为0工况的车辆偏移量远大于第三和第四轴左侧车轮制动力为0的工况；第三和第四轴左侧车轮制动力为0的工况和第三和第四轴左侧车轮制动力减少50%的制动工况车辆偏移量相近。

表2为不同工况下车辆质心偏移量和制动距离，可以看出相同制动工况下质心偏移量、制动距离和车速基本成正比。

图2　车速为30 km/时各制动工况下车辆质心偏移量

图3　车速为50 km/时各制动工况下车辆质心偏移量

表2　不同工况下车辆的偏移量和制动距离

4.2　改变各轴左侧车轮制动力对质心偏转角度的影响

车速分别为30、50 km/h时，5种制动工况下车辆质心偏转角如表3所示。

表3　不同制动工况下的质心偏转角

由表3可知：第一和第二轴左侧车轮制动力为0的制动工况，车辆的质心偏转角在车速为30和50 km/h时都是最大的；车速相同时，第三和第四轴左侧车轮制动力为0工况的偏转角大于将第三和第四轴左轮制动力减少50%的工况；同一车轮制动力为0工况下，质心偏转角和车速成正比。

4.3　试验分析

综合试验结果可知：在相同车速下，第一和第二轴左侧轮的制动力为0的制动工况车辆偏移最大；车速为30 km/h时，单独去掉第一轴左侧轮制动力时车辆的偏移量大于去掉第三和第四两个轴左侧轮制动力的工况，所以得出前轴左右侧车轮制动力差对车辆制动稳定性的影响高于后轴；在相同车速下，去掉第三和第四轴左侧轮制动力时车辆的偏移量大于将第三和第四轴左侧轮制动力减少50%的工况，所以左右两侧车轮制动力差越大制动时车辆偏移情况越严重，而且去掉两轴左侧轮制动力对制动稳定性的影响高于去掉其中某一轴左侧轮制动力；在取消同一车轮制动力工况下，车辆的制动距离、偏移量、偏转角度和车速成正比。

5　结论

1)道路运输车辆的第一轴(转向轴)左右侧车轮制动力差对车辆制动稳定性的影响高于其他轴。

2)道路运输车辆同一轴左右两侧车轮制动力差越大，制动时车辆偏移情况越严重，制动稳定性越差，且产生差动制动的车轴数越多，车辆制动稳定性越差。

3)随着车速的增加，车辆左右侧车轮制动力差导致的制动偏移量、偏转角度增大，即车辆左右侧车轮制动力差对车辆制动稳定性的影响随着车速增大而变大。

参考文献：

[1]陈成法,焦宇飞,白云川.多轴车制动力差检测研究[J].中国测试，2015，41(9)：28-31.

CHEN Chengfa，JIAO Yufei，BAI Yunchuan，et al.Detection study on multiaxial vehicle different braking force[J].China Measurement & Testing Technology，2015，41(9)：28-31.

[2]杨晓东.关于汽车制动性检测问题的探讨[J].神州(下旬刊)，2012(4)：350-351.

[3]王宣锋.多轴商用车制动动力学研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2012.

WANG Xuanfeng.Braking dynamics of multi-axle commercial vehicle[D]. Harbin：Harbin Institute of Technology，2012.

[4]李兵.汽车动力性与制动性主观评价方法研究[D].长春：吉林大学，2008.

LI Bing.Research on subjective evaluation of powertrain performance and brake performance of automobile[D].Changchun：Jilin University，2008.

[5]王权，周飞虎，岳海姣.基于Amesim的整车制动系统建模与仿真[J].山东交通学院学报，2014，22(3)：10-14.

WANG Quan，ZHOU Feihu，YUE Haijiao.Braking system model and simulation based on amesim[J].Journal of Shandong Jiaotong University，2014，22(3)：10-14.

[6]郝春光，谢飞，姚鑫.某轻型货车制动力调节装置的匹配方法与试验分析[J].汽车技术，2010(8)：23-26，31.

HAO Chunguang，XIE Fei，YAO Xin.The matching method and experimental analysis of braking force regulator for a light duty vehicle[J].Automobile Technology，2010(8)：23-26，31.

[7]于俊峰，郝新平.国产商用车制动系统的发展[J].重型汽车，2008(5)：12-14.

[8]吴晓东，李冰，赵学增.差动制动对汽车制动稳定性的影响[J].交通运输工程学报，2008，8(1)：23-26.

WU Xiaodong，LI Bing，ZHAO Xuezeng.Effect of differential brake on braking stability of automobile[J].Journal of Traffic and Transportation Engineering，2008，8(1)：23-26.

[9]JALALI M， KHOSRAVANI S， KHAJEPOUR A，et al. Model predictive control of vehicle stability using coordinated active steering and differential brakes[J].Mechatronics，2017，48:30-41.

[10]郭威，田业光，朱向洪.商用车制动系统匹配试验研究与分析[J].专用汽车，2016(8)：102-105.

GUO Wei，TIAN Yeguang，ZHU Xianghong.Experimental research and analysis of commercial vehicle braking system matching[J].Special Purpose Vehicle，2016(8)：102-105.

[11]SUN Tao，HE Yuping，REN Jing.Dynamics analysis of car-trailer systems with active trailer differential braking strategies[J].SAE International Journal of Passenger Cars-Mechanical Systems，2014，7(1)：73-85.

[12]谢焱，李胜.浅论汽车制动力偏差的检验和调整[J].汽车维护与修理，2008(6)：63-65.

[13]周劲松.基于汽车制动力平衡问题的研究[J].科技与创新，2014(8)：38,40.

[14]钱晓.对汽车制动力平衡问题的探讨[J].汽车工业研究，2013(4)：60-61.

[15]徐赟，陈真.整车制动性动态主观评价研究[J].机械，2014，41(12)：31-35.

XU Yun，CHEN Zhen.Research of dynamic subjective evaluation on vehicle brake performance[J].Machinery，2014，41(12)：31-35.

[16]王帅.基于DGPS的数据采集应用研究[D].北京：华北电力大学，2017.

WANG Shuai.Research on application of data acquisition based on DGPS[D].Beijing:North China Electric Power University，2017.

[17]李继良.汽车在对开路面上的制动稳定性研究[J].汽车实用技术，2012(2)：29-31.

LI Jiliang.Study of vehicle braking stability on bisectional road[J].Automobile Technology，2012(2)：29-31.

[18]刘遵勇，党瑞宁.车辆道路试验数据实时采集系统研究[J].汽车实用技术，2014(10)：52-54.

LIU Zunyong，DANG Ruining.Real-time data acquisition vehicle road tests research systems[J].Automobile Applied Technology，2014(10)：52-54.

[19]陆江.车辆道路模拟试验测试技术[J].科技创新导报，2017，14(6)：104-105.