探究機動車在坡道上停駐的極限問題

麗水市公安局交通警察支隊（323000）　麻偉明

麗水學院工程與設計學院（323000）　穆文浩

公安部交通管理科學研究所（214000）　曹偉平

麗水市綠谷車影汽車俱樂部有限公司（323000）　藍岳明

浙江省青田縣交警大隊（323900）　程炎星

探究機動車在坡道上停駐的極限問題

麗水市公安局交通警察支隊（323000）麻偉明

麗水學院工程與設計學院（323000）穆文浩

公安部交通管理科學研究所（214000）曹偉平

麗水市綠谷車影汽車俱樂部有限公司（323000）藍岳明

浙江省青田縣交警大隊（323900）程炎星

《機動車運行安全技術條件》（GB 7258—2012）和《機動車安全技術檢驗項目和方法》（GB 21861—2014）規定，車輛駐車制動性能可以通過駐車制動試驗坡道和制動檢驗臺2種方式進行檢驗。目前國內部分機動車安全技術檢驗機構存在無駐車制動試驗坡道或雖有坡道但長度無法滿足對多軸貨車、汽車列車等進行駐車制動檢驗的現象。針對上述問題，筆者曾提出用小型駐車制動檢驗坡臺替代駐車制動試驗坡道來檢驗車輛駐車制動性能，并進行了可行性分析（參見本刊2015年第2期《小型駐車制動檢驗坡臺可行性分析》一文）。小型駐車制動檢驗坡臺采用復合材料制作，其坡度與標準駐車坡道相同，但尺寸較小，即將駐車制動試驗坡道小型化，在檢驗車輛駐車制動性能時，在每個車輪下放置一個坡臺，然后將車輛行駛上坡臺并停駐即可實施檢驗。

本文在此前研究的基礎上，進一步分析車輛向上和向下停駐在駐車制動試驗坡道和小型駐車制動檢驗坡臺上時，前后車輪所受支持力的情況，并分析后輪抱死即將產生滑動摩擦時，車輛重量在前后車輪上的壓力分布。

圖1 車輛向上停駐在駐車制動試驗坡道上

1　車輛停駐在駐車制動試驗坡道上時的受力分析

如圖1所示，車輛停駐在駐車制動試驗坡道上，駐車制動試驗坡道的傾角為θ，汽車總重量為G，重心高度為H，車輪半徑為R，前后軸間距為S，重心到后軸和前軸中心的水平距離之比為a:b；后輪為駐車制動輪，后輪的靜摩擦力為f2；前輪可滾動，最大滾動摩擦力為f1；地面對前后輪的支持力分別為N1和N2。

當車輛向上停駐在駐車制動試驗坡道上時，不考慮前輪滾動摩擦力，以前輪觸地點為力矩轉動點，則只有N2和G產生力矩，由力矩平衡方程可知

同理，當車輛向下停駐在駐車制動試驗坡道上時，不考慮前輪滾動摩擦力，以前輪觸地點為力矩轉動點，則只有N2和G產生力矩，由力矩平衡方程可知

因此，對于車輛在駐車制動試驗坡道向上和向下停駐的2種情況，不考慮前輪滾動摩擦力，其后輪的靜摩擦力（駐車制動力）都相同，只是車輛后輪所受的支持力（N2）不同。其中，

車輛向上停駐時，其后輪受到的支持力要比向下停駐時的要大。

2 車輛停駐在小型駐車制動檢驗坡臺上時的受力分析

如圖2所示，車輛停駐在小型駐車制動檢驗坡臺上，其余參數與駐車坡道相同，同樣忽略前輪滾動摩擦力，以后輪觸地點為力矩轉動點，由力矩平衡方程可知

對于車輛在小型駐車制動檢驗坡臺向上和向下停駐的2種情況，不考慮前輪滾動摩擦力，其后輪的靜摩擦力（駐車制動力）相同，且后輪所受的支持力（N2）也相同。

圖2 車輛水平停駐在小型駐車制動檢驗坡臺上

2　車輛重量在前后車輪上的分布對駐車制動性能的影響

當車輛停駐在小型駐車制動檢驗坡臺上時，車身水平，無論車輛向上停駐還是向下停駐，其后輪所受坡臺斜面的支持力相同，如果車輛后輪未發生滾動，即視為車輛駐車制動性能合格；當車輛向下停駐在駐車制動試驗坡道上時，車身傾斜，會造成后輪的正壓力減小，使后輪與地面摩擦力不足，后輪雖抱死但有可能發生滑移（雖然不能說明車輛真實駐車制動性能，但從安全性上考慮，判定為不合格）。這是否會造成上述2種檢驗方法的結果不一致呢？為此，設定在標準駐車制動力（20%G）要求下（設車輛后輪為制動輪），車輛向下停駐在駐車制動試驗坡道上，并且后輪抱死與地面剛好發生滑移，分析車輛重量在前后車輪的分布情況。

當車輛向下停駐在駐車制動試驗坡道上時，車輛沿斜面的下滑力為F=Gsinθ，垂直斜面方向上的受力平衡方程為N1+N2=Gcosθ。當后輪在駐車制動試驗坡道上產生滑移時，后輪滑動摩擦力為f2=N2μ(μ為駐車制動試驗坡道與車輪間的滑動摩擦系數）。不考慮前輪的滾動摩擦力，假設車輛駐車制動性能足夠好，由于后輪對斜面的正壓力不夠大，車輛在沿斜面的下滑力作用下使后輪剛好發生滑移，則有Gsinθ=N2μ。對于20%坡度的駐車制動試驗坡道，已知sinθ=0.196,cosθ=0.980,μ=0.7，由上述關系式可推導出

由此可知，當車輛后輪對坡道的正壓力與車輛對坡道總的正壓力之比≤0.286時，車輛才會出現向下滑移。

由公式（2）可知，車輛后輪對坡道的正壓力與車輛對坡道總的正壓力之比與重心高度（H）、重心到后軸和前軸中心的水平距離之比（a:b）及前后軸間距（S）有關，而對于實際車輛，能查閱到的數據只有車輛水平放置時前后軸上的重量之比（即a:b）和前后軸間距，沒有車輛重心高度數據。筆者收集了一些后軸重量較輕車型（五菱、長安、東風微型貨車和小型客車等）的車輛參數，發現在車輛水平放置狀態下，東風牌雙排座位貨車后軸重量與總軸重之比最小，為0.442，又已知該車前后軸間距為2.76 m，假設該車向下停駐在駐車制動試驗坡道上，后輪抱死但車輛剛好產生向下滑移（即車輛后輪對坡道的正壓力與車輛對坡道總的正壓力之比=0.286），則由公式（2）可計算出該車重心高度為2.15 m，這明顯不符合實際，且通過實際測試（圖3），該車確實不會在后輪抱死時向下滑移。因此在標準駐車制動力（20%G）的情況下，車輛向下停駐時，不會出現由于后輪對坡道斜面的正壓力不夠，導致車輪雖抱死仍向下滑移的現象。

圖3 東風牌雙排座位貨車向下停駐在駐車制動試驗坡道上

（2016-03-25）