车辆重心后移和接触面积变化对移动坡台检验结果的影响

穆文浩，麻伟明，王毅，曹伟平，蓝岳明，程炎星

（1.公安部交通管理科学研究所，江苏 无锡 214000；2.丽水市公安局交通警察支队，浙江 丽水 323000；3.丽水学院工程与设计学院，浙江 丽水 323000；4.丽水市绿谷车影汽车俱乐部，浙江 丽水 323000；5.浙江省青田县交警大队，浙江 丽水 323900）



车辆重心后移和接触面积变化对移动坡台检验结果的影响

穆文浩1，麻伟明2，王毅3，曹伟平3，蓝岳明4，程炎星5

（1.公安部交通管理科学研究所，江苏 无锡 214000；2.丽水市公安局交通警察支队，浙江 丽水 323000；3.丽水学院工程与设计学院，浙江 丽水 323000；4.丽水市绿谷车影汽车俱乐部，浙江 丽水 323000；5.浙江省青田县交警大队，浙江 丽水 323900）

摘 要：文章通过理论计算和试验，分析了车辆重心后移对移动坡台检验驻车制动性能结果的影响，进一步论证了使用移动坡台和标准驻车坡道检验车辆驻车制动性能是等效的。通过试验分析发现车轮与坡台接触面积变化对移动坡台检验驻车制动性能结果的影响可忽略。

关键词：移动坡台；驻车制动；重心后移；接触面积

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.03.042

曹伟平，副教授，博士，就职于，丽水学院工程与设计学院。

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2016)03-125-03

前言

国家标准《机动车运行安全技术条件》（GB 7258-2012）[1]和《机动车安全技术检验项目和方法》（GB21861-2014）[2]规定机动车驻车制动性能可以通过驻车制动试验坡道和制动检验台两种方式进行检验。但目前，国内部分机动车安全技术检验机构受场地和资金限制，存在无驻车制动试验坡道或虽有驻车制动试验坡道但坡道长度无法满足对多轴货车、汽车列车等车辆进行驻车制动检验的现象。针对上述问题，作者曾经提出用移动坡台替代驻车制动试验坡道[3-4]来检验车辆驻车制动性能。移动坡台采用复合材料制作，其坡度与标准坡道相同，但尺寸较小，即将驻车制动试验坡道小型化，在测试车辆驻车制动性能时，在每个车轮下放置一个移动坡台，检验车轮能否行驶上并停驻在坡台上。我们通过理论计算和试验，对移动坡台与驻车制动试验坡道或牵引试验方法进行比较，并得到上述三种方法测试车辆驻车制动性能是等效的结论。

本文在此前研究的基础上，进一步研究分析车辆重心后移、车轮与移动坡台接触面积的变化对移动坡台检验结果的影响。

1、车辆重心后移对检验结果的影响

用驻车制动试验坡道检验驻车制动性能时，车身呈倾斜状态，车辆存在重心后移情形，而使用移动坡台检验车辆驻车制动性能时，车身呈水平状态，重心不存在后移现象。因此有必要分析车辆重心后移对移动坡台检验结果的影响，以确定移动坡台与驻车制动试验坡道对检验车辆驻车制动性能结果是否等效。

1.1 理论计算分析

假设车辆为两轴汽车，后轴为驻车制动轴。车辆总重量为G，车轮半径为R，轴距为S，质心到后轴和前轴中心的水平距离之比为a:b；前轮可滚动，最大滚动摩擦力为f1，后轮为驻车制动轮，后轮的静摩擦力为f2，坡台斜面对前后轮的法向作用力分别为N1和N2。

图1　车辆水平停驻在移动坡台示意图

当车辆静止在移动坡台上时，沿斜面方向和垂直斜面方向合力均为零：

其中，δ是滚动摩擦系数，μ是后轮的最大静摩擦系数。通过查找手册得知，轮胎与混凝土的滚动摩擦系数δ约为0.0002（新胎）和0.0004（旧胎）。而轮胎的滑动摩擦系数μ 为1.00（新胎）和0.60（旧胎）。考虑到滚动摩擦系数很小，相对于滑动摩擦系数可以忽略不计，因此本文不考虑前轮滚动摩擦力，即f1=0。

当车辆停驻在驻车试验坡道上时，车身与水平方向的夹角β与移动坡台夹角相同，即为θ（θ=arctan0.2或arctan0.15）。

图2　车辆重心后移示意图

同理，当车辆静止时，不考虑前轮滚动摩擦力，即f1=0。那么仍有

以车辆后轮接触点为力矩转动点，只有N1和G产生力矩，由力矩平衡方程：

通过以上分析，我们得出以下结论：当车身与水平面存在一定夹角β，但停驻在相同倾角的移动坡台斜面上时，车辆前轮法向反作用力减小，后轮法向反作用力增大，即重心后移。如不考虑前轮的滚动摩擦力，那么后轮与坡台斜面间的最大静摩擦力（即驻车制动力）均为与车身的倾角β无关，即：使用移动坡台检验驻车制动力时，重心后移对检验结果几乎无影响。

1.2 试验分析

2015年12月18日，我们在浙江丽水开展试验，通过抬高测试车辆左、右前轮模拟车辆重心后移，对号牌为浙K157XX、浙K377XX的小型轿车的驻车制动性能进行测试对比，同时还将车辆驶上制动检验台上（在标定状态下）进行制动性能测试，将测试数据与前面的测试结果进行验证。将测试车辆浙K157XX左、右前轮驶上举升台面上，车辆左、右后轮停在地面上，接着将4个移动坡台分别放置在车辆的4个车轮下面，车辆驶上并停驻在移动坡台上，调节车辆手刹棘轮格数使其处于静止临界状态的停驻点，手刹棘轮格数为4格，再启动电机，缓慢举升举升台，使举升台离地高度分别上升至车辆轴距的5%、10%、15%、20%（见图3）。在举升台上升过程中，我们观察到车辆制动轮没有发生下滑或者后溜现象。用同样的方法，我们对号牌为浙K377XX的测试车辆也进行了试验，在调节车辆手刹棘轮格数在9格时的静止临界状态停驻点，车辆制动轮也未发生下滑或者后溜现象，具体试验结果见表1。

试验结果表明使用移动坡台检验驻车制动性能时，重心后移对试验结果无影响。制动检验台上测试的驻车制动率与在移动坡台上检验的结果趋势也基本吻合，佐证了移动坡台的测试结果。如号牌为浙K37XX的测试车辆手刹棘轮格数在8格时，驻车制动率为19%左右，达不到标准要求，手刹棘轮格数在9格时，驻车制动率为23%左右，满足标准要求，很好得验证了移动坡台测试结果准确性。

表1　车辆前后轮停驻在不同高度的移动坡台上和在制动检验台上的试验结果

图3　抬高测试车辆左、右前轮模拟车辆重心后移

2、车轮与坡台接触面积变化对检验结果的影响

2.1 移动坡台试验分析

2015年11月28日，作者在浙江遂昌县大众机动车辆检测站，对号牌为浙KF94XX的轻型货车驻车制动性能进行测试对比。先在车辆后轴左、右双式车轮下各放置2个移动坡台，即每个轮胎下面对应放置1个移动坡台，前轴左、右单式车轮下面各放置1个移动坡台，分别三次调整手刹棘轮格数使车辆处于停驻和后溜的临界状态。最后在车辆后轴左、右双式车轮的外侧车轮下面各放置1个移动坡台，同样在前轴左、右单式车轮下面各放置1个移动坡台，分别三次调整手刹棘轮的格数，使车辆处于停驻和后溜的临界状态（见图4），经试验比较，在车辆处于停驻和后溜的临界状态时，它们各三次调整手刹棘轮的格数是相同的，试验结果见表2。

表2　移动坡台与车轮接触面积变化测试结果

图4　车辆后轮停驻在一个或两个移动坡台的试验

在标准驻车坡道上，将车辆在双式车轮和单式车轮（后轴左、右各拆卸一个车轮）状态下，分别三次调整手刹棘轮的格数，使车辆处于停驻和后溜的临界状态，试验结果见表3。

2.2 制动检验台辅助试验分析

为了进一步定量分析车轮与驻车面接触面积变化对驻车制动力的影响，在浙江遂昌县大众机动车辆检测站，作者将号牌为浙KF94XX的轻型货车分别在双式车轮和单式车轮（后轴左、右各拆卸一个车轮）状况下，驶入制动检验台上（在标定状态下）进行驻车制动检验（手刹棘轮分别拉到9格和10格），试验结果见表3。

表3　车辆后轴单双式车轮在标准驻车坡道、制动检验台上的试验结果

从表3中制动检验台测试结果可以看出车辆后轴分别在双式、单式车轮两种状况下，驻车制动率的均值差别不大。我们通过分析认为：测试车辆在后轴为双式车轮和单式车轮状况下，尽管轮胎与滚筒表面之间的接触面积有所不同，但轮胎与滚筒之间的最大附着力与车辆制动器制动力最大值相比有盈余，制动器的制动力能充分地通轮胎和滚筒传递给传感器测力元件，因此轮胎和滚筒表面之间的接触面积大小对驻车制动力影响可忽略。

试验结果显示车轮与移动坡台接触面积对测试驻车制动力几乎没有影响。当然，从安全角度来说，在检验车辆驻车制动性能时，应尽可能增加车轮与坡台接触面积。

3、结论

本文通过理论计算和试验比对分析了车辆重心后移、车轮与移动坡台接触面积的变化对移动坡台检验结果的影响，结果表明车辆重心后移对移动坡台检验驻车制动力的影响可忽略，进一步论证了使用移动坡台和使用驻车制动试验坡道检验车辆驻车制动性能是等效的，同时发现车轮与坡台接触面积变化对移动坡台检验驻车制动性能结果的影响很小。

参考文献

[1] GB 7258-2012, 机动车安全运行技术条件[S].

[2] GB21861-2014, 机动车安全技术检验项目和方法[S].

[3] 曹伟平, 武旭平, 麻伟明, 蓝岳明.关于汽车驻车制动性能检验三种模型的差异分析[J].科技资讯, 2014, 36: 61-62.

[4] 麻伟明, 武学平, 曹伟平, 蓝岳明.小型驻车制动检验坡台可行性分析[J].汽车维护与修理, 2015, 2: 77-78.

The effects of gravity center’s retroposition and contact area’s variety on test result for mobile ramp

MuWenHao1, MaWeiMing2, Wang Yi3, Cao Weiping3, LanYueming4, Cheng Yanxing5
( 1.Of the ministry of public security traffic management science research institute, Jiangsu Wuxi 214000; 2.The public security bureau traffic police detachment of lishui city, Zhejiang Lishui 323000; 3.Lishui institute of engineering and design institute, Zhejiang Lishui 323000; 4.The green valley of lishui city car shadow car club, Zhejiang Lishui 323000; 5.The traffic police brigade, qingtian county, Zhejiang province, Zhejiang Lishui 323900 )

Abstract:Combining the theoretical calculation and tests, we have analyzed the effects of gravity center’s retroposition on test result of parking braking property with mobile ramp.We have further proved that the mobile ramp is equivalent to standard parking ramp for testing the parking braking property.With the testing analysis on the mobile ramp, the effects of contact area between the wheel and ramp is negligible to the results for testing parking braking property.

Keywords:mobile ramp; parking braking; gravity center’s retroposition; contact area

基金项目：道路交通安全公安部重点实验室开放基金资助（项目编号2015ZDSYSKFKT05）。

作者简介：穆文浩，工程师，就职于公安部交通管理科学研究所，研究方向：机动车运行安全及保障技术。

中图分类号：U467.3

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2016)03-125-03