鄭明鋒，關(guān)志偉，張希通，史占彪

（1.天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)汽車與交通學(xué)院，天津 300222；2.中國(guó)汽車技術(shù)研究中心，天津 300300）

隨著車輛的與日俱增，車輛事故也不斷增加，正確鑒定車輛事故原因?qū)^(qū)分事故責(zé)任、減少糾紛、體現(xiàn)社會(huì)公平有著重要作用。針對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)受損的一類交通事故車輛，對(duì)被鑒車輛的制動(dòng)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，是否可以對(duì)制動(dòng)器、制動(dòng)管路等采用以新代舊的方法進(jìn)行更換，一直是困擾機(jī)動(dòng)車司法鑒定人的技術(shù)難題。本文根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》（GB7258-2004）、《機(jī)動(dòng)車安全檢驗(yàn)項(xiàng)目和方法》（GA468-2004）的要求，選取了相應(yīng)試驗(yàn)車輛，對(duì)其制動(dòng)器、制動(dòng)管路等分別進(jìn)行新舊更換，針對(duì)更換前后的技術(shù)狀態(tài)，采用動(dòng)、靜態(tài)兩種專用設(shè)備和方法進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)更換被鑒試驗(yàn)車輛各個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)部件的可行性進(jìn)行分析研究，探討在日常機(jī)動(dòng)車司法鑒定工作中，是否能夠利用以新代舊的更換方法對(duì)交通事故受損車輛進(jìn)行技術(shù)鑒定。

1 實(shí)驗(yàn)原理

1.1 滾筒反力式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)

歐洲模式成為目前國(guó)內(nèi)外主要采用的滾筒反力式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，即左右兩套車輪制動(dòng)力測(cè)試單元結(jié)構(gòu)相同，和一套具有指示控制功能的裝置組成了反力式滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)。車輪制動(dòng)力測(cè)試單元由框架、驅(qū)動(dòng)裝置、滾筒組、舉升裝置、測(cè)量裝置等組成[1]。車輪在檢測(cè)時(shí)的受力情況如圖1所示（忽略滾動(dòng)阻力及非測(cè)試車輪對(duì)被測(cè)試車輪的影響）。

圖1中：G為車輪所受的載荷；F為車橋?qū)囕嗇S的水平推力；β為車輪在滾筒上的安置角；N1、N2為滾筒對(duì)車輪的支反力；Fx1、Fx2為滾筒對(duì)車輪的切向摩擦力；Tf1、Tf2為車輪滾動(dòng)阻力矩。

圖1 車輪在滾筒反力式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上的受力狀態(tài)

根據(jù)力學(xué)平衡原理和幾何關(guān)系，當(dāng)車輪制動(dòng)時(shí)，滾筒反力式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)所能測(cè)得的最大制動(dòng)力為：

影響滾筒式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)結(jié)果的因素有：安置角β；附著系數(shù)φ及非測(cè)試車輪與地面的附著系數(shù)φ1；測(cè)試單元；操作因素，如輪胎氣壓和制動(dòng)踏板力等。

試驗(yàn)條件：滾筒式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)滾筒表面應(yīng)干燥，沒有松散物質(zhì)及油污，滾筒表面當(dāng)量附著系數(shù)不小于0.75[2-3]。

試驗(yàn)方法：駕駛員將車輛駛上滾筒，擺正位置，置變速器于空擋。啟動(dòng)滾筒2 s后，駕駛員將制動(dòng)踏板踩到底，測(cè)取制動(dòng)力增長(zhǎng)全過程中左右輪制動(dòng)力差和各輪制動(dòng)力的最大值。

由于受附著力的影響，被檢車輛常出現(xiàn)車輪抱死并在滾筒上打滑或整車隨滾筒向后移，不能測(cè)取檢測(cè)車輛車輪制動(dòng)力的最大值，但能夠檢出單軸車輪制動(dòng)力不合格的被檢車輛[4]。

1.2 單輪制動(dòng)力專用檢測(cè)設(shè)備

單輪制動(dòng)力專用檢測(cè)設(shè)備由固定在車輪上的杠桿和作用于杠桿端部的測(cè)力千斤頂組成，設(shè)備由北京中機(jī)車輛司法鑒定所自行研制，是一種靜態(tài)檢測(cè)裝置，如圖2所示。

圖2 靜態(tài)測(cè)量設(shè)備

檢測(cè)時(shí)，將杠桿固定在被檢車輛的車輪上，踩下制動(dòng)踏板，壓力作用于杠桿端部的測(cè)力千斤頂，直到被檢車輛的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)為止，記錄作用于杠桿端部的測(cè)力千斤頂?shù)淖饔昧。測(cè)得的最大制動(dòng)力F按下式計(jì)算：

式中：L為杠桿端部測(cè)力千斤頂?shù)淖饔命c(diǎn)到軸心的距離；r為被檢車輛滾動(dòng)半徑。

為便于計(jì)算，輪胎的滾動(dòng)半徑r在低壓輪胎情況下通常取自由半徑的0.930～0.935；在高壓輪胎情況下取0.945～0.950[5]。

靜力半徑為汽車靜止時(shí)，車輪中心至輪胎與道路接觸面之間的距離，輪胎會(huì)因徑向載荷的作用發(fā)生顯著變形，因此靜力半徑小于自由半徑。在速度比較低的情況下，滾動(dòng)半徑、車輪自由半徑、靜力半徑三者按相等處理。由于不受附著力的影響，單輪制動(dòng)力專用檢測(cè)設(shè)備可以檢出被檢車輛車輪抱死后的制動(dòng)力的最大值，也能夠檢出單軸車輪制動(dòng)力不合格的被檢車輛。

2 數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集是汽車電子的部分，能直觀表現(xiàn)出汽車檢測(cè)的全過程以及各部分之間的關(guān)系，其系統(tǒng)過程如圖3所示。

圖3 整體系統(tǒng)框圖

制動(dòng)力的采集是利用滾筒反力式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)實(shí)時(shí)采集滾筒反力式的制動(dòng)力，根據(jù)前文算法轉(zhuǎn)換成汽車的制動(dòng)力。汽車的腳踏力和汽車油壓的采集是通過汽車壓力傳感器和油壓傳感器，經(jīng)過采集卡讀取數(shù)據(jù)并顯示。最后將前兩部分的內(nèi)容組合到一起，發(fā)送到上位機(jī)處理。

2.2 硬件設(shè)計(jì)

硬件電路設(shè)計(jì)主要是運(yùn)用單片機(jī)作為核心控制器，對(duì)于壓力傳感器和油壓傳感器采集到的信號(hào)，經(jīng)過LM358電壓比較器之后，將信號(hào)傳給單片機(jī)，此時(shí)信號(hào)為電壓信號(hào)，然后將電壓信號(hào)經(jīng)過單片機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，通過上位機(jī)顯示出來。硬件電路設(shè)計(jì)如圖4所示。

在所設(shè)計(jì)的硬件電路中，單片機(jī)采用Atmel公司的AVR16單片機(jī)，基于擴(kuò)展型的哈佛架構(gòu)，具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線和程序，時(shí)鐘頻率最大為20 MHz，處理器的單芯片允許高達(dá)10 000的寫入周期，具有閃存和EEPROM，可在內(nèi)電路中進(jìn)行編程，支持內(nèi)部以及外部的RC發(fā)生器，每個(gè)負(fù)載的負(fù)載能力最高達(dá)20 mA。AVR單片機(jī)工作電壓為1.8～6 V之間[6]。因此它的高可靠性、功能強(qiáng)、高速度、低功耗和低價(jià)位的優(yōu)點(diǎn)，符合本系統(tǒng)的控制要求。

圖4 硬件電路設(shè)計(jì)

2.3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件控制采用VB語言編程實(shí)現(xiàn)，整個(gè)控制流程如圖5所示。首先對(duì)于所有控件進(jìn)行初始化，之后對(duì)單片機(jī)已經(jīng)處理好的數(shù)據(jù)通過單片機(jī)的串口發(fā)送模塊進(jìn)行定時(shí)發(fā)送，通過串口接收模塊進(jìn)行接收串口所發(fā)送的數(shù)據(jù)，再經(jīng)過對(duì)所接收數(shù)據(jù)的處理，通過上位機(jī)進(jìn)行顯示，將顯示數(shù)據(jù)記錄入Excel表格并儲(chǔ)存……單片機(jī)控制所有數(shù)據(jù)處理。

圖5 軟件流程圖

3 實(shí)驗(yàn)分析

3.1 實(shí)驗(yàn)條件與設(shè)備

原車前輪為盤式制動(dòng)器，后輪為鼓式制動(dòng)器，已正常行駛10 000 km，未更換過制動(dòng)器，制動(dòng)系統(tǒng)及輪胎完好，制動(dòng)總泵及各管路工作正常。

前后均更換為新制動(dòng)器，試驗(yàn)前運(yùn)行100 km。制動(dòng)系統(tǒng)及輪胎完好，制動(dòng)總泵及各管路工作正常；制動(dòng)管路進(jìn)行更換，制動(dòng)器及制動(dòng)總泵工作正常。

設(shè)備：豐田威馳汽車一輛，滾筒反力式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)一套，單輪制動(dòng)力專用檢測(cè)設(shè)備（自研）一套，制動(dòng)力數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)（自研）一套。

3.2 動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

對(duì)測(cè)試車輛前、后輪制動(dòng)器（盤式）進(jìn)行更換，采用滾筒反力式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)對(duì)試驗(yàn)車輛進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試、分析。更換制動(dòng)器前、后，前后軸制動(dòng)關(guān)系如圖6至圖9所示。

圖6 前軸制動(dòng)關(guān)系曲線圖（更換制動(dòng)器前）

根據(jù)圖6、圖7的對(duì)比分析，在更換制動(dòng)器前，原車的前軸左右兩輪的制動(dòng)力最大可達(dá)到4 kN左右，而更換新制動(dòng)器后，試驗(yàn)車輛的前軸左右兩輪的制動(dòng)力最大只能達(dá)到3.5 kN左右，即前輪新制動(dòng)器（盤式）的制動(dòng)性能約為原車的87.5%。在機(jī)動(dòng)車司法鑒定的實(shí)際工作中，對(duì)于盤式制動(dòng)器而言，用以新代舊的方式進(jìn)行簡(jiǎn)易復(fù)原，不具備可行性。

圖7 前軸制動(dòng)關(guān)系曲線圖（更換制動(dòng)器后）

圖8 后軸制動(dòng)關(guān)系曲線圖（更換制動(dòng)器前）

圖9 后軸制動(dòng)關(guān)系曲線圖（更換制動(dòng)器后）

根據(jù)圖8、圖9的對(duì)比分析，在更換制動(dòng)器前，原車的后軸左右兩輪的制動(dòng)力最大可達(dá)到2 kN左右，而更換新制動(dòng)器后，試驗(yàn)車輛的后軸左右兩輪的制動(dòng)力最大只能達(dá)到1.3 kN左右，即后輪新制動(dòng)器（鼓式）的制動(dòng)性能約為原車的65%。在機(jī)動(dòng)車司法鑒定的實(shí)際工作中，對(duì)于鼓式制動(dòng)器而言，用以新代舊的方式進(jìn)行簡(jiǎn)易復(fù)原，也不具備可行性。

3.3 靜態(tài)試驗(yàn)

對(duì)測(cè)試車輛前輪制動(dòng)器（盤式）進(jìn)行更換，采用單輪制動(dòng)力專用檢測(cè)設(shè)備對(duì)試驗(yàn)車輛進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試，前后軸制動(dòng)關(guān)系對(duì)比如圖10和圖11所示。

圖10 前軸制動(dòng)關(guān)系曲線圖（更換制動(dòng)器前后對(duì)比）

圖11 后軸制動(dòng)關(guān)系曲線圖（更換制動(dòng)器前后對(duì)比）

根據(jù)圖10的對(duì)比分析可以看出，在更換制動(dòng)器前，原車的前軸左右兩輪的制動(dòng)力最大可達(dá)到3.7 kN左右，更換新制動(dòng)器后，試驗(yàn)車輛的前軸左右兩輪的制動(dòng)力最大只能達(dá)到2.7 kN左右，前輪新制動(dòng)器（盤式）的制動(dòng)性能約為原車的72.97%。在機(jī)動(dòng)車司法鑒定的實(shí)際工作中，對(duì)于盤式制動(dòng)器而言，用以新代舊的方式進(jìn)行簡(jiǎn)易復(fù)原，不具備可行性。

根據(jù)圖11的對(duì)比分析可以看出，在更換制動(dòng)器前，原車的后軸左右兩輪的制動(dòng)力最大可達(dá)到4.5 kN左右，而更換新制動(dòng)器后，試驗(yàn)車輛的后軸左右兩輪的制動(dòng)力最大只能僅僅達(dá)到1 kN左右，即后輪新制動(dòng)器（鼓式）的制動(dòng)性能約為原車的22.22%。因此，在機(jī)動(dòng)車司法鑒定的實(shí)際工作中，對(duì)于鼓式制動(dòng)器而言，用以新代舊的方式進(jìn)行簡(jiǎn)易復(fù)原，也不具備可行性。

3.4 制動(dòng)管路更換法

對(duì)制動(dòng)管路更換法取前軸動(dòng)態(tài)測(cè)試為例進(jìn)行說明，如圖12所示。與圖6相比較基本趨勢(shì)一致，最大制動(dòng)力基本一樣。同樣，通過上述的動(dòng)、靜態(tài)試驗(yàn)方法，可以得出，試驗(yàn)前后各車輪的制動(dòng)力基本沒有變化。因此，對(duì)事故車輛進(jìn)行制動(dòng)管路的更換是可行的。

圖12 前軸制動(dòng)關(guān)系曲線圖（更制動(dòng)管路后）

4 結(jié)束語

在機(jī)動(dòng)車司法鑒定活動(dòng)中，針對(duì)制動(dòng)器受損的被鑒車輛，不可采用更換法，特別是鼓式制動(dòng)器，新舊影響較大；而針對(duì)制動(dòng)管路受損的被鑒車輛，可以采用更換法，進(jìn)行制動(dòng)性能的司法鑒定。

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［2］余立希．事故汽車制動(dòng)性能判斷準(zhǔn)則及檢驗(yàn)方法［J］．公路與汽運(yùn)，2006（6）：13-15.

［3］劉德發(fā)，劉劍峰.汽車制動(dòng)性能檢測(cè)方法比較分析［J］.農(nóng)機(jī)使用與維修，2011（1）：68-70.

［4］ENRICO Suraci，PIO Abagnale.Development and road tests of an ABS control system[C]//The 19th Symposium of the International Association for Vehicle System Dynamics，2005：393-4011.

［5］汪偉，趙又群，黃超，等.新型機(jī)械彈性車輪的建模與通過性研究［J］.中國(guó)機(jī)械工程，2013，24（6）：724-729.

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