許修國(guó)，喬君輝，王文龍，李華雷，鄒有坤

(1.長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，河北保定 071000；2.河北省汽車(chē)工程技術(shù)研究中心,河北保定 071000)

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基于3σ法整車(chē)制動(dòng)距離試驗(yàn)方法研究

許修國(guó)1,2，喬君輝1,2，王文龍1,2，李華雷1,2，鄒有坤1,2

(1.長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，河北保定 071000；2.河北省汽車(chē)工程技術(shù)研究中心,河北保定 071000)

詳細(xì)介紹3σ法的理論基礎(chǔ)，應(yīng)用該方法對(duì)整車(chē)制動(dòng)距離試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)等級(jí)的劃分；以某公司某車(chē)型為例進(jìn)行驗(yàn)證分析，找出問(wèn)題點(diǎn)完成優(yōu)化，為這類試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的建立提供參考。

3σ法；制動(dòng)距離；優(yōu)化

0 引言

隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,全球工業(yè)化進(jìn)程的加快，家用轎車(chē)數(shù)量逐年增加，發(fā)生的交通事故也越來(lái)越多。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，以2015年全年為例，我國(guó)共發(fā)生交通事故1 059萬(wàn)起，死亡人數(shù)68 432人，其中超速占其中的30%。車(chē)輛制動(dòng)性能直接影響車(chē)輛的行駛、停車(chē)安全性，是安全行車(chē)的重要因素之一。其中制動(dòng)距離的長(zhǎng)短是判斷制動(dòng)性能好壞的重要指標(biāo)之一。制動(dòng)距離是指機(jī)動(dòng)車(chē)在規(guī)定的初速度下急踩制動(dòng)踏板時(shí)，從腳接觸制動(dòng)踏板(或手觸動(dòng)制動(dòng)手柄)時(shí)起至機(jī)動(dòng)車(chē)停住時(shí)機(jī)動(dòng)車(chē)駛過(guò)的距離。

1 3σ法的理論基礎(chǔ)

3σ法產(chǎn)品質(zhì)量管理以正態(tài)分布為原理，正態(tài)分布又稱為高斯分布，是一個(gè)在統(tǒng)計(jì)學(xué)領(lǐng)域有著重大作用的分布函數(shù)。若隨機(jī)變量x服從一個(gè)數(shù)學(xué)期望為μ、標(biāo)準(zhǔn)方差為σ2的高斯分布，其概率密度函數(shù)如式(1)：

式中：μ為總體均值；σ為總體的標(biāo)準(zhǔn)差。正態(tài)分布的期望值μ決定了其位置，其標(biāo)準(zhǔn)差σ決定了分布幅度。分布圖如圖1

所示。

在生產(chǎn)和生活中，隨機(jī)變量的數(shù)據(jù)分析采用正態(tài)分布非常廣泛。一般情況下，如果一個(gè)量是有許多微小的獨(dú)立隨機(jī)因素影響的結(jié)果，那么就可以認(rèn)為這個(gè)量具有正態(tài)分布。正態(tài)分布中，無(wú)論均值μ和標(biāo)準(zhǔn)差σ取何值，總體數(shù)值有68.26%的概率落在μ±σ的范圍內(nèi)；有95.46%的概率落在μ±2σ界限的范圍內(nèi)；有99.73%的概率落在μ±3σ界限范圍內(nèi)。

2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

以SUV車(chē)型為例，對(duì)2005年12月至2016年9月汽車(chē)之家官方網(wǎng)站上制動(dòng)距離測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，樣本總共為336組，涉及國(guó)內(nèi)外多款車(chē)型。具體測(cè)試數(shù)據(jù)區(qū)間見(jiàn)表1。

將336組測(cè)試數(shù)據(jù)輸入到Minitab軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，輸出測(cè)試數(shù)據(jù)的過(guò)程能力分析圖表(圖2)和概率圖(圖3)，得出樣本均值為41.16 m，標(biāo)準(zhǔn)差為2.387 m。圖2和圖3中橫坐標(biāo)為制動(dòng)距離。

總結(jié)上述數(shù)據(jù)，依據(jù)3σ法進(jìn)行區(qū)間節(jié)點(diǎn)計(jì)算(如表2所示)，將制動(dòng)距離劃分為8個(gè)區(qū)間，并制定評(píng)價(jià)等級(jí)[1]，分別為：A、B、C、D、E、F、G和H，A最優(yōu)，H最差。具體評(píng)價(jià)如表3所示。

圖2 能力分析圖表

圖3 概率圖

表2 3σ法節(jié)點(diǎn)明細(xì)表m

表3 制動(dòng)距離評(píng)價(jià)明細(xì)表

3 評(píng)價(jià)方法優(yōu)化

汽車(chē)車(chē)身在制動(dòng)前以一定速度行駛，具有平動(dòng)動(dòng)能；車(chē)輪和其他轉(zhuǎn)動(dòng)部件繞著定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，不僅具有平動(dòng)動(dòng)能，本身還有轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能。而在制動(dòng)過(guò)程中，車(chē)身的平動(dòng)動(dòng)能依靠外力做功消耗，而相關(guān)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能則是自身摩擦消耗，不需要外力做功。汽車(chē)在行駛方向上受到的外力主要是路面摩擦阻力，沿斜面行駛時(shí)自身重力還要做功。這些力所做功的代數(shù)和等于制動(dòng)之前具有的平動(dòng)動(dòng)能[2]。

由于整車(chē)制動(dòng)距離相關(guān)因素主要為車(chē)速和整車(chē)質(zhì)量，其中最重要的是車(chē)速，充分識(shí)別原有評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程，可以利用功能關(guān)系分析汽車(chē)制動(dòng)距離[3]，得出汽車(chē)行駛速度與制動(dòng)距離換算一覽表，如表4所示。

表4 汽車(chē)行駛速度與制動(dòng)距離換算一覽表

4 制動(dòng)距離試驗(yàn)

目前在汽車(chē)道路試驗(yàn)中廣泛采用的車(chē)速傳感器是光電測(cè)速傳感器。其基本原理為：使用積梳狀硅電池作探測(cè)器，對(duì)汽車(chē)行駛中地面雜亂花紋進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器和空間濾波等處理后，輸出周期性隨機(jī)窄帶信號(hào)，信號(hào)激波頻率正比于汽車(chē)行駛速度，周期性隨機(jī)信號(hào)每一周期嚴(yán)格對(duì)應(yīng)地面上行駛過(guò)的一段距離，如果將輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)跟蹤帶通濾波器濾波和整形等處理后，即可得到隨車(chē)速變化的脈沖信號(hào)。每個(gè)脈沖信號(hào)代表行駛過(guò)的距離，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過(guò)計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)計(jì)算出當(dāng)前的實(shí)時(shí)車(chē)速，便可以得出行駛距離。

此次選擇山東淄博賽格電子有限公司便攜式機(jī)動(dòng)車(chē)非接觸速度儀CTM-820。該系統(tǒng)以ARM最新CORTEX-M3內(nèi)核32位單片機(jī)為核心，配合μ-COS II實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)， 內(nèi)置USB接口、SD存儲(chǔ)卡接口和RS232接口，速度最小分辨率為0.01 km/h?？蛇x配GPS速度傳感器或非接觸光電傳感器。系統(tǒng)參數(shù)見(jiàn)表5，滿足測(cè)試要求。

表5 設(shè)備參數(shù)表

以公司某型SUV開(kāi)展制動(dòng)距離測(cè)試試驗(yàn)，測(cè)試設(shè)備接線圖見(jiàn)圖4,整車(chē)安裝示意圖見(jiàn)圖5。

圖4 測(cè)試設(shè)備接線圖

試驗(yàn)司機(jī)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展工作，總共進(jìn)行10次測(cè)試。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出最終評(píng)價(jià)等級(jí)。數(shù)據(jù)分析及結(jié)果見(jiàn)表6。

圖5 整車(chē)安裝示意圖

測(cè)試數(shù)據(jù)/m42．58，46．04，43．84，44．91，44．60，42．03，42．96，43．35，42．26，43．54制動(dòng)距離/m43．61評(píng)價(jià)等級(jí)F

結(jié)合上述原有3σ法評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，得出該車(chē)型制動(dòng)距離趨于F級(jí)，同時(shí)得出該制動(dòng)系統(tǒng)匹配安全系數(shù)為1.29，制動(dòng)效果差，需整改優(yōu)化。

5 小結(jié)

應(yīng)用3σ法對(duì)整車(chē)制動(dòng)距離試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)等級(jí)的劃分，利用功能關(guān)系獲得了不同車(chē)速下各摩擦因數(shù)路面的理論制動(dòng)距離，引入安全系數(shù)的理論，借助于公司某車(chē)型進(jìn)行驗(yàn)證分析，為這類試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的建立提供參考依據(jù)。

[1]張東珉，王天培，趙永坡，等.基于Carsim的AMS制動(dòng)性能分析方法[J].北京汽車(chē),2014(4):28-31.

[2]鄭祁.基于功能原理的汽車(chē)ABS制動(dòng)距離計(jì)算及分析[J].汽車(chē)實(shí)用技術(shù),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]吳明.汽車(chē)制動(dòng)距離與速度的關(guān)系[J].公路與汽運(yùn),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

許修國(guó)(1984—)，男，大學(xué)?？?，助理工程師，研究方向?yàn)榈妆P(pán)零部件設(shè)計(jì)及驗(yàn)證。E-mail:xuxiuguo@gwm.cn。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.07.015

U461.3

B

1674-1986(2017)07-054-03