濕操控和濕圓環測試道概述

朱 遙，施 磊，張榕梁

（中汽研汽車試驗場股份有限公司，江蘇 鹽城 224100）

濕操控和濕圓環測試道作為整車、輪胎及其零配件在開發驗證產品性能過程中的重要測試道路，可用于輪胎性能、整車操控[1]、側向水漂[2]、駕駛培訓、懸架、轉向以及其他零部件的主觀評價試驗[3]。世界范圍內大型的整車、輪胎企業及第三方汽車試驗場均建有該測試道，在國外方面，具有代表性的Laurens輪胎試驗場、IDIADA試驗場、博世BOXBERG試驗場、戴姆勒IMMENDINGEN測試中心和Mira汽車試驗場；在國內方面，已經建成并投入使用的玲瓏集團中亞輪胎試驗場、瑪吉斯輪胎昆山試驗場、博世東海試驗場，還有即將投入建設位于鹽城的中汽試驗場。

本工作對比國內外4個試驗場濕操控和濕圓環測試道的參數特點，并對濕操控和濕圓環測試道的線型設計、噴淋系統及安全設施3個方面進行闡述，旨在為濕操控和濕圓環測試道的前期技術輸入提供參考。

1 濕操控和濕圓環測試道參數

為直觀地對比國內外試驗場濕地操控測試道的參數情況，本文綜合對比了4個試驗場的濕操控和濕圓環測試道的參數，如表1所示。

表1 國內外濕操控和濕圓環測試道參數比較

2 濕操控和濕圓環測試道設計

2.1 線型設計

濕操控測試道的線型設計方案包括可快速行駛的直線路段以及轉彎半徑和坡度變化的彎道路段。彎道部分一般根據客戶需求布置，采用大小彎道有機的結合；線型布置方面應當充分考慮安全測試的需求，在車輛高速行駛位置及可能沖出賽道的部分預留充足的緩沖區域；同時應充分考慮周邊的水土環境及土地紅線的限制，依據地形進行設計，盡可能減少填挖土方量，確保設計的道路滿足經濟性的前提下能與當地環境充分融合。線型設計方面比較有代表性為米其林Laurens輪胎試驗場的濕地操控測試道，因外形酷似鴨子，也被稱為“鴨子賽道”，如圖1所示。該測試道線型設計可以滿足不同駕駛行為需求，如快速過彎（側向力加速度）和連續轉向（受力轉換）。

圖1 米其林Laurens輪胎試驗場濕地操控測試道

關于客戶對濕操控和濕圓環測試道的需求，中汽試驗場調研了6家企業客戶的需求，其中整車企業有戴姆勒股份公司和浙江吉利控股集團有限公司，輪胎企業有安徽佳通乘用子午線輪胎有限公司、美國固特異輪胎橡膠公司、倍耐力輪胎有限公司和德國大陸輪胎公司，調研客戶需求如下：（1）濕地操控測試道總長度為2 km，整車企業客戶要求超過2 km；（2）水膜厚度均要求使用固定水膜，水膜厚度約為1 mm，噴水方式為漫水和低噴；（3）要求摩擦因數（μ）為0.55～0.60；（4）道路寬度約為7 m，能滿足大部分客戶的需求，其中2個客戶要求道路寬度達到8 m；（5）多數客戶對彎道半徑要求為20～100 m，僅以高端輪胎開發為主的倍耐力客戶要求為50～150 m；（6）僅戴姆勒客戶對線型設計的直線段有需求，要求直線段長度為300～600 m，其他客戶無此項需求；（7）50%的企業客戶對側向水漂有測試需求；（8）多數客戶建議設計存在海拔高度差的道路；（9）除佳通和戴姆勒外，其他客戶對濕圓環無測試需求。

2.2 噴淋系統

濕操控和濕圓環測試道的噴淋系統一般由泵站、供水管、噴淋設施和回水溝等組成。噴淋系統的工作原理為首先泵站將水通過壓力管道泵至噴淋設施[4-5]，噴淋設施噴水形成濕滑路面，道路表面的水經由路面橫縱向流淌至回水溝，最終通過排水管道匯集至蓄水池。收集水在進入蓄水池前應進行過濾處理，可將水中的砂石、雜草、輪胎磨損顆粒物分離去除，流向示意見圖2。

圖2 噴淋系統的工作原理示意

噴淋系統形成的水膜條件是否均勻穩定，對駕駛員的重復測試評價產品的濕地性能有重要影響，同一區域的水膜條件若一直處于波動狀態，駕駛員在評價產品濕地性能時會出現偏差[6]。為確保測試區域的水膜穩定，應盡量控制水膜的均勻性；噴淋設施技術方案的確定通常取決于以下方面：水膜厚度和噴淋系統的要求、測試路面擬進行的測試種類、噴淋路面的形狀以及路面的紋理結構和材質[7]。噴淋設施的產品選擇及后續的施工質量均對最終的水膜效果產生影響，應根據噴淋設施技術方案的要求選擇相應的噴淋設施。目前常見的噴淋設施有以下幾類。

2.2.1 溢出式排水溝

溢出式排水溝多用于輪胎水漂及濕圓環測試道，如圖3所示。

圖3 溢出式排水溝

溢出式排水溝的優點包括可以提供一條擁有穩定水量的路面，形成均勻穩定的水膜厚度；水流出時不會噴淋至空中和輪胎表面，水量損失小，駕駛員的視野不受遮擋；車輛也可行駛至排水溝上，行車較安全；整個溢出式排水溝嵌入瀝青路面，維護保養容易。其缺點為對路面的平整度要求極高，對于有坡度變化的路面不適用，路面結構一旦出現沉降[8]，噴淋質量無法保證。

2.2.2 低噴式噴淋設施

針對道路濕滑狀態可采用低噴式噴淋設施的種類很多，廣泛應用的一種低噴式噴淋設施如圖4所示。

圖4 低噴式噴淋設施（EVERTZ公司產品）

低噴式噴淋設施的優點包括噴淋頭的壓力和出水量可調節，噴灑的水膜均勻穩定；噴淋時不會對駕駛員視野造成影響，同時噴出的水不會直接噴射到制動盤表面；噴射面積大，無需布置過多的噴頭；車輛可以直接行駛至噴頭上，行駛較安全。其缺點為安裝時需預制混凝土構件[9]和聚乙烯連接管，成本昂貴，且后期維護費用相對較高。

2.3 安全設施

除道路自身的線型設計外，測試道路的緩沖區域及輪胎墻是車輛失控時主要的安全措施[10-11]。緩沖區域可采用如下形式布置：賽道內側及外側車輛可能沖出區域加裝路肩，路肩外側延伸瀝青緩沖區域，瀝青緩沖區外部鋪設碎石草坪，該布置可發揮更好的緩沖效果。

除了緩沖區域，測試道路外側可布置輪胎墻，其已被證明是在車輛發生碰撞時吸收能量的有效手段，還可減小碰撞的嚴重程度，從而降低駕駛員和車輛受損的風險。輪胎墻外側可加裝傳送帶，將傳送帶、輪胎墻和防撞護欄三者有效固定的安全設施如圖5所示。

圖5 安全設施

3 結語

隨著社會對雨雪天氣交通安全事故關注度的提升，越來越多的主機廠將車輛及其零部件在極限低附瀝青測試道路下的性能表現納入到其道路研發驗證體系中，如制動系統、車身穩定系統在低附瀝青路面的測試指標、整車底盤調整、輪胎側向水漂和輪胎主觀評價等。但目前我國大部分汽車試驗場受各種因素影響，在濕操控和濕圓環測試道方面，還存在建設相對滯后、綜合能力偏弱、硬件設施配套不全等一系列問題，與快速發展的汽車市場不相匹配，無法充分滿足專業測試需求。在此背景下，道路設計、施工建設和后續維護保養中的重難點是開發濕操控和濕圓環測試道的發展方向。