浅谈汽车制动性能识别及评价标准

代绍亮

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

浅谈汽车制动性能识别及评价标准

代绍亮

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽车制动系统是用来实现改变汽车行驶速度的专设机构的总称，随着汽车动力性的不断发展，以及道路交通的全面优化，人们对整车速度的要求也随之不断提高，能够精确、迅速做出响应的制动系统是现代汽车设计的趋势。它是在反应迟钝、操纵不便利的传统制动系统上发展起来的，制动系统越复杂其出现设计以及性能问题的概率就越高，这就要求整车在试制验证阶段必须充分做好制动系统性能验证与主观评价。

制动；性能；验证；主观评价

CLC NO.:U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-44-05

引言

制动系统作为汽车底盘系统的重要组成部分，制动性能好坏直接影响汽车在市场上的整体形象和行车安全，随着汽车制动系统新技术的不断发展，在新车型试制验证阶段要求对整车底盘性能做好全面评价验证，确保车辆上市满足市场需求。本文主要对制动系统进行，主要分为两部分：识别制动系统的关键评价指标和对关键评价指标的评价标准。

1、制动性能识别

制动性能是指汽车行驶时，能在短时间，短距离内迅速降低行驶速度直至停车且维持行驶方向的稳定和下长坡时能维持一定车速，以及保证汽车长时间停驻坡道的能力。制动性能的好坏，可通过其评价性能指标与检测标准的比较加以评价，评价性能指标主要有：汽车制动力、制动距离、制动减速度、制动协调时间及制动时的方向稳定性。

1.1 制动力

汽车制动力是指驾驶员控制汽车制动后，车轮制动器起作用，由地面所提供给车轮与汽车行驶方向相反的切向作用力。汽车车速在制动力作用下迅速降低以至停车。

汽车制动力是评价汽车制动性能的最本质因素。汽车制动力越大，则汽车的制动减速度就越大，汽车的制动性能就越好。

汽车制动力的大小取决于两方面因素：

一是取决于制动器制动力，而制动器制动力与汽车制动系统的结构、技术状况；

二是与地面附着力的有关，而地面附着力取决于轮胎与路面的附着条件。

汽车在制动过程中人为地使汽车受到一个与其行驶方向相反的外力，汽车在受一外力作用下迅速地降低车速至停车，这个外力称为汽车的制动力。

图1为汽车在良好的路面上制动时的车轮受力图（图中Tu为车轮制动器的摩擦力矩，Tj为汽车旋转质量的惯性力矩，Tf车轮的滚动阻力矩，F为车轴对车轮的推力，G为车轮的垂直载荷，Fz是地面对车轮的法向反作用力）。

在汽车制动过程中滚动阻力矩Tf，惯性力矩Tj相对较小时可忽略不计。地面制动力FX可写为：

式中：r――车轮半径。

图1 制动时车轮受力示意图

地面制动力FX是汽车制动时地面作用于车轮外力，FX值取决于车轮的半径与制动器的摩擦力矩Tμ，但其极限值受到轮胎与地面间附着力Fφ的限制。

在轮胎周缘克服车轮制动器摩擦力矩所需的力称为制动器制动力Fμ即

式中：Tμ――车轮制动器（制动蹄与制动鼓相对滑转时）的摩擦力矩。

制动器制动力Fμ取决于制动器结构、型式与尺寸大小，制动器摩擦副系数和车轮半径。一般情况下其数值与制动踏板成正比，即与制动系的液压或气压大小成线性关系。对于机构、尺寸一定的制动器而言，制动器动力主要取决于制动踏板与摩擦副的表面状况，如接触面积大小，表面有无油污等。

图2是在不考虑附着系数φ变化的制动过程，地面制动力FX及附着力Fμ随制动系的压力（液压或气压）的变化关系。

车辆制动时，车轮有滚动或抱死滑移两种运动状态。当制动踏板力FP()较小时，踏板力和制动摩擦力矩不大，地面与轮胎摩擦力即地面制动力FX足以克服制动器摩擦力矩使车轮滚动。车轮滚动时的地面制动力等于制动器制动力（FX= Fμ）时，且随踏板力FP的增长成正比增长。

图2 地面制动力、制动器制动力及附着力之间的关系

所以汽车制动时必须具有足够的制动器制动力（制动器摩擦力矩），同时路面又能提供高的附着力，才能获得足够的地面制动力。

由上述分析可知，制动器制动力是评价汽车制动性能的最本指标之一。通过对制动力的评价，还可以了解汽车前后轴制动力合理分配，以及各轴两侧轮制动力平衡状况。

1.2 制动距离

制动距离与行车安全有直接关系，而且最直观。驾驶员可按预计停车地点来控制制动强度，故政府职能部门通常按制动距离的要制定安全法规。

各国对制动距离的定义不一致，在我国安全法中，制动距离是指在指定的道路条件下，机动车在规定的初速度下急踩制动时，从脚接触制动踏板（或手触动制动手柄）时起至车辆完全停止车辆驶过的距离（见GB7258-2003）。制动距离与制动过程的地面制动力以及制动传动机构与制动器工作滞后时间有关，而地面制动力与检验时在制动踏板上的踏板力或制动系的压力（液压或气压）以及路面的附着条件有关，因此，测试制动距离时必须对制动踏板力或制动系的压力以及轮胎与地面的附着条件作出相应的规定。

1.3 制动减速度

制动减速度j与地面制动力FX及车辆总质量有关，以下式表示：

式中：G――汽车总重力；

g――重力加速度；

δ――汽车旋转质量换算系数。

对某一具体车辆而言，制动减速度与地面制动力是等效的。因此也常用制动减速度作为评价制动效能的指标。制动减速度在一次制动过程中是变化的，如图所示。当车辆制动到全部车轮抱死滑移时，回转质量换算系数δ等于1，而此时地面制动力，由此可得最大减速度：

通常，车辆检测时用平均减速度或最大减速度作为制动效能的评价指标，在我国的安全法中则采取充分发出的平均减速度MFDD（Mean Fully Development Deceleration）：

式中：Vb――0.8 V0，车辆速度，km/h；

Ve―― 0.1 V0，车辆速度，km/h；

V0――制动初速度；km/h

Sb――在速度V0和Vb之间车辆驶过的距离（m）；

Se――在速度V0和Ve之间车辆事故的距离（m）。

式中：m――汽车的总质量；

j――制动过程的平均减速度。

上式可简化为：

同理，当车辆由制动初速度经制动减速达到Ve的过程，有计算式：

为简化起见假设制动过程中车辆的平均减速度是相同的，则上面两式可合并得：

式中：Vb、Ve的单位为km/h，若以基本单位进行运算则应乘系数1/3.6，将上式整理得：

当制动过程比较稳定，制动减速度比较稳定也可以认为充分发出的平均减速度是采样时段的平均减速度即为：

式中tbe为汽车速度由Vb降至Ve所用时间。

图3 制动过程中制动减速度变化

1.4 制动时间

制动过程所经历的时间即制动时间，很少作为单纯的评价指标。但是作为分析制动过程和评价制动效能又是不可缺少的参数。如对于同一型号的两辆汽车产生同样的制动力所经历的时间不同，在两辆汽车的制动距离就可能相差很大，对行驶安全将产生不同效果。因此通常把制动时间作为一辅助的评价指标。制动过程各阶段的时间分布大致如图所示。

图4 制动各阶段时间分布图

图中所示时间t1为驾驶员反应时间，从接受制动信号到脚踩到制动踏板为止，一般需要0.7s~1.0s。该时间车辆按原车速继续行驶；t2为制动器作用时间（又称制动协调时间）。一般为0.2s~0.7s主要取决于驾驶员踩制动踏板的速度和制动系的形式和结构，该期间制动减速度逐渐增大，直至达到最大制动减速度；t3为持续制动时间，该期间制动减速度基本不变；t4为制动释放时间，一般在0.2s~1.0s之间。

在我国安全法规中还采用制动协调时间评价制动效能（见GB7258－2003，）。该法规中所提到的制动协调时间，是指在急踩制动时从踏板开始工作至车辆减速度（或制动力）达到表1-3中规定的车辆充分发出的平均减速度（或表1-1中所规定的制动力）75%时所需时间。

1.5 制动抗热衰退性

汽车制动抗热衰退性能是指汽车高速制动，短时间内重复制动或下长坡连续制动时制动效能的热稳定性。因为制动过程实质是把汽车的动能通过制动器吸收转化为热能。制动过程中制动器温度不断升高，制动器摩擦系数下降制动器摩擦阻力矩减小，从而使制动能力降低，这种现象称热衰退现象。因此，可以用制动器处于热状态时能否保持有冷状态时的制动效能来评价汽车制动抗热衰退性能。制动抗热衰退性是衡量制动效能恒定性的一个指标。随着高速公路的发展和车速的提高，汽车制动性能的恒定性也愈来愈高。但由于测试方法复杂，在一般汽车综合检测中较难实施。对于在用汽车也无需检测制动抗热衰退性。

1.6 制动稳定性

制动稳定性是指制动时汽车的方向稳定性。通过制动时汽车按给定轨迹行驶的能力来评价，即汽车制动时维持直线行驶或预定弯道行驶的能力。制动稳定性良好的汽车，在试验时不会产生不可控制的效能使汽车偏离一定的试验通道。我国安全法规中对制动稳定性有相应的规定（见GB7258― 1997，6.14.1）。

汽车丧失制动稳定性表现为制动跑偏和车轴侧滑现象，特别是后轴侧滑，是造成交通事故的重要原因。

汽车跑偏是指汽车制动时不能按直线方向减速停车，而无法控制地向左和向右偏驶的现象。汽车制动时出现某一轴或两轴的车轮相对地面同时发生横行移到的现象称为制动侧滑现象。

产生制动跑偏的主要原因是汽车左右车轮制动时制动力增长快慢不一致或左右轮制动力不等，特别是转向轮左右车轮制动器制动力不相等。另外轮胎的机械特性、悬架系统的结构与刚度、前轮定位、道路状况、车辆轮荷分布状况等因素也会影响制动跑偏。为了控制制动跑偏，在安全法规中对左右轮制动力的平衡有相应要求（见GB7258―1997，）。

汽车在制动过程中，当车轮未抱死制动时，车辆具有承受一定侧向力的能力。汽车在一般横向干扰力的作用下不会发生制动侧滑现象。当车轮抱死制动时，车轮承受侧向力的能力几乎全部丧失，汽车在横向干扰力作用下极易发生侧滑。

制动时前后轮抱死的顺序取决于设计时制动力在各轴之间的合理分配，道路状况。为了改善制动稳定性，在有的汽车上装有制动力分配调节装置如限压阀、比例阀、感载阀等，目前以发展到采用计算机如控制的汽车防抱死装置。汽车制动跑偏与汽车制动时车轮侧滑也是有联系的。严重的跑偏常会引起后轮侧滑。

上述几方面的评价指标主要评价汽车制动时制动性能的好坏，然而一旦需要解除制动力时制动装置能否迅速、彻底、解除往往也会影响行车安全严重时也会造成交通事故。例如当车轮抱死制动而汽车又失去控制时，驾驶员通过放松制动踏板不能迅速解除制动，此时汽车将可能丧失制动稳定性。

在行车中，若踩下制动踏板后再抬起踏板而不能迅速解除制动，这种现象称为制动拖滞。除上例外，一般情况下这种现象不会立即引起行车事故，但如果不及时排除其故障，将会导致制动系统损坏，特别时引起制动系过热，制动蹄片烧蚀，降低车辆制动性能，增加车辆行驶阻力。因此车轮阻滞力也应列入汽车制动性能检测项目。但需要指出的是这里所检测的车轮阻滞力除包含制动系的因素外，还与车轮安装有关，如轴承安装紧度、车轴变形以及车轮与试验台滚筒之间的安置角等。

2、制动性能主观评价标准

2.1 制动踏板感觉

表1 主观评价评分标准

车辆行驶过程中，评价人员对踩制动踏板的感觉打分，评价的内容包括制动踏板行程（包括自由行程）、踏板力以及制动响应等方面，并对综合感觉进行评价。

2.2 制动距离

在指定的道路条件下，机动车在规定的初速度下急踩制动，从脚接触制动踏板（或手触动制动手柄）时起至车辆停止车辆驶过的距离。

评价方法：

车辆行驶在平坦直线路面上，踩制动踏板至车辆完全停止（在ABS工作正常情况下），根据轮胎整车制动后在地面留下的痕迹，测量其制动距离，从而判断是否满足设计要求。

图5 制动距离评价图面

表2 制动距离参数

2.3 制动稳定性

制动稳定性是指汽车在制动过程中维持直线行驶的能力或按预定弯道行驶的能力。

评价方法：

1）在平坦直线路面保持车速60km/h左右行驶时紧急制动，观察车辆是否存在偏离试验通道、制动跑偏和车轴侧滑现象；

2）在指定的弯道行驶，车速保持在60km/h时缓慢制动和紧急制动，观察车辆是否按照预期的方向行驶。

2.4 制动操纵性

制动操纵性是指在车辆制动评价过程中，紧急制动，在ABS或ESP作用，地面提供侧向力较小的情况下，进行转向避让或是移线时，车辆是否可以按照驾驶员的意图行驶以及车辆的稳定性。

评价方法：

在平坦干燥的路面上，车辆在中、高速（一般设定中速为60km/h，高速为100km/h）行驶中进行转向避让或是移线操作来判断车辆制动稳定性。

2.5 制动噪音

制动噪音是指车辆行驶在任何工况下，制动时车辆所产生的不正常异响。

评价方法：

在平坦直路或是颠簸路面行驶，分别以轻度、中度及紧急制动，判断其制动过程中，车身、制动系统以及其他底盘样件是否存在异响。

2.6 驻车制动性能评价

图6

1）将试验车驶到试验的坡道上，用行车制动停车，用正常使用方法操作驻车制动，解除行车制动，观察5min，试验车不应发生任何移动。以满载和空载分别进行试验，上坡和下坡方向各进行3次；

2）以驻车制动方式，作坡道起步试验，观察驻车制动控制装置的表现，以及适用性和操作方便性；

3）以正常拉驻车方式，评价驻车制动手刹力的大小。

3、结论

本文主要研究了整车底盘制动系统在试制验证阶段需要重点评价的关键性能指标，并且针对关键性能制定了相关的评价方法与标准为后期新车型开发提供底盘验证依据，避免制动系统在市场上存在性能缺陷的问题。

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Automobile brake performance recongnition and evaluation criteria

Dai Shaoliang
( Anhui jianghuai automobile Co. Ltd, Anhui Heifei 230601 )

Automobile brake system is used to achieve the design vehicle speed. With the continuous development of thevehicle power, and the comprehensive optimization of road traffic, people’s requirements for vehicle speed are also improved, can be accurate, rapid response to be braking system is the trend of modern automotive design.It is a alow reaction, the control is not convenient to develop the traditional brake system more comolex the design and performance of the higher the probability that it requires the vehicle in the trial verification plase must be good braking performance verification.

brake; performance; validate; verification

U463.8

A

1671-7988(2016)07-44-05

代绍亮，就职于安徽江淮汽车股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.014