基于3σ法整車制動距離試驗方法研究

許修國，喬君輝，王文龍，李華雷，鄒有坤

(1.長城汽車股份有限公司技術中心，河北保定 071000；2.河北省汽車工程技術研究中心,河北保定 071000)

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基于3σ法整車制動距離試驗方法研究

許修國1,2，喬君輝1,2，王文龍1,2，李華雷1,2，鄒有坤1,2

(1.長城汽車股份有限公司技術中心，河北保定 071000；2.河北省汽車工程技術研究中心,河北保定 071000)

詳細介紹3σ法的理論基礎，應用該方法對整車制動距離試驗進行評價等級的劃分；以某公司某車型為例進行驗證分析，找出問題點完成優化，為這類試驗標準的建立提供參考。

3σ法；制動距離；優化

0 引言

隨著世界經濟的發展,全球工業化進程的加快，家用轎車數量逐年增加，發生的交通事故也越來越多。據不完全統計，以2015年全年為例，我國共發生交通事故1 059萬起，死亡人數68 432人，其中超速占其中的30%。車輛制動性能直接影響車輛的行駛、停車安全性，是安全行車的重要因素之一。其中制動距離的長短是判斷制動性能好壞的重要指標之一。制動距離是指機動車在規定的初速度下急踩制動踏板時，從腳接觸制動踏板(或手觸動制動手柄)時起至機動車停住時機動車駛過的距離。

1 3σ法的理論基礎

3σ法產品質量管理以正態分布為原理，正態分布又稱為高斯分布，是一個在統計學領域有著重大作用的分布函數。若隨機變量x服從一個數學期望為μ、標準方差為σ2的高斯分布，其概率密度函數如式(1)：

式中：μ為總體均值；σ為總體的標準差。正態分布的期望值μ決定了其位置，其標準差σ決定了分布幅度。分布圖如圖1

所示。

在生產和生活中，隨機變量的數據分析采用正態分布非常廣泛。一般情況下，如果一個量是有許多微小的獨立隨機因素影響的結果，那么就可以認為這個量具有正態分布。正態分布中，無論均值μ和標準差σ取何值，總體數值有68.26%的概率落在μ±σ的范圍內；有95.46%的概率落在μ±2σ界限的范圍內；有99.73%的概率落在μ±3σ界限范圍內。

2 數據統計

以SUV車型為例，對2005年12月至2016年9月汽車之家官方網站上制動距離測試數據進行統計分析，樣本總共為336組，涉及國內外多款車型。具體測試數據區間見表1。

將336組測試數據輸入到Minitab軟件進行數據統計分析，輸出測試數據的過程能力分析圖表(圖2)和概率圖(圖3)，得出樣本均值為41.16 m，標準差為2.387 m。圖2和圖3中橫坐標為制動距離。

總結上述數據，依據3σ法進行區間節點計算(如表2所示)，將制動距離劃分為8個區間，并制定評價等級[1]，分別為：A、B、C、D、E、F、G和H，A最優，H最差。具體評價如表3所示。

圖2 能力分析圖表

圖3 概率圖

表2 3σ法節點明細表m

表3 制動距離評價明細表

3 評價方法優化

汽車車身在制動前以一定速度行駛，具有平動動能；車輪和其他轉動部件繞著定軸轉動，不僅具有平動動能，本身還有轉動動能。而在制動過程中，車身的平動動能依靠外力做功消耗，而相關部件的轉動動能則是自身摩擦消耗，不需要外力做功。汽車在行駛方向上受到的外力主要是路面摩擦阻力，沿斜面行駛時自身重力還要做功。這些力所做功的代數和等于制動之前具有的平動動能[2]。

由于整車制動距離相關因素主要為車速和整車質量，其中最重要的是車速，充分識別原有評價標準制定過程，可以利用功能關系分析汽車制動距離[3]，得出汽車行駛速度與制動距離換算一覽表，如表4所示。

表4 汽車行駛速度與制動距離換算一覽表

4 制動距離試驗

目前在汽車道路試驗中廣泛采用的車速傳感器是光電測速傳感器。其基本原理為：使用積梳狀硅電池作探測器，對汽車行駛中地面雜亂花紋進行檢測，經光電轉換器和空間濾波等處理后，輸出周期性隨機窄帶信號，信號激波頻率正比于汽車行駛速度，周期性隨機信號每一周期嚴格對應地面上行駛過的一段距離，如果將輸出信號經過跟蹤帶通濾波器濾波和整形等處理后，即可得到隨車速變化的脈沖信號。每個脈沖信號代表行駛過的距離，數據采集系統通過計數脈沖個數計算出當前的實時車速，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動車非接觸速度儀CTM-820。該系統以ARM最新CORTEX-M3內核32位單片機為核心，配合μ-COS II實時多任務操作系統， 內置USB接口、SD存儲卡接口和RS232接口，速度最小分辨率為0.01 km/h。可選配GPS速度傳感器或非接觸光電傳感器。系統參數見表5，滿足測試要求。

表5 設備參數表

以公司某型SUV開展制動距離測試試驗，測試設備接線圖見圖4,整車安裝示意圖見圖5。

圖4 測試設備接線圖

試驗司機嚴格按照標準開展工作，總共進行10次測試。通過對試驗數據進行分析，得出最終評價等級。數據分析及結果見表6。

圖5 整車安裝示意圖

測試數據/m42．58，46．04，43．84，44．91，44．60，42．03，42．96，43．35，42．26，43．54制動距離/m43．61評價等級F

結合上述原有3σ法評價標準，得出該車型制動距離趨于F級，同時得出該制動系統匹配安全系數為1.29，制動效果差，需整改優化。

5 小結

應用3σ法對整車制動距離試驗進行評價等級的劃分，利用功能關系獲得了不同車速下各摩擦因數路面的理論制動距離，引入安全系數的理論，借助于公司某車型進行驗證分析，為這類試驗標準的建立提供參考依據。

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

[2]鄭祁.基于功能原理的汽車ABS制動距離計算及分析[J].汽車實用技術,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.汽車制動距離與速度的關系[J].公路與汽運,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(1984—)，男，大學專科，助理工程師，研究方向為底盤零部件設計及驗證。E-mail:xuxiuguo@gwm.cn。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.07.015

U461.3

B

1674-1986(2017)07-054-03