Analysis of Factors Affecting Pavement Skid Resistance
Xuejian Tian，Jiangbi Hu
(Beijing Key Laboratory of Transportation Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)
Abstract: Braking distance in road design and operating management is important indicator to control the sight-distance. The high speed of vehicles on the road encounter emergency events required to take emergency brake, the accidents caused by long braking distance and braking instability occur frequently , the typical accident form is rear-ended and sliding accidents. This paper systematically analyzes the impact factors of the vehicle braking distance is not only related with the operating speed, but also correlated to road conditions and braking system safety and stability. In the same pavement conditions, by real car testing verified differences in pavement skid performance, stopping distance and stopping stability in the different speed and different braking system, obtain a result of braking system with ABS is most favorable to braking distance and driving stability; proposed in the road design and operating management, in order to guarantee distance condition , reduce the vehicle stopping distance from the aspects of operating speed, road surface condition and vehicle braking system, to guarantee the safe braking distance, enhances the vehicle security and the stability. Key words: Skid Resistance, Vehicle Braking Performance, the Pavement Conditions, Operating Speed, Sight Distance, Braking Distance .
附着系数
安 全 区
K＞0
纵向
B
横向
F
0Pa源自0制动系油压P 踏板力FP
0.2
P
0.4
0.6
0.8
1
滑移率

图 3 制动力、制动器制动力及附着力的关系[10]
图 4 附着系数与滑移率特性
当轮胎在路面上滑动时，将改变轮胎与路面之间的附着系数，因而也改变汽车的制动力。附着系 数 与滑移率 构成的典型函数关系如图 4 所示[10]。由车轮与路面的附着特性可知，随着制动时地面 制动力的增大，车轮的滑移率也增加，当滑移超过一定数值时（通常为 15%~20%），路面附着系数（纵 向）逐渐减小，横向附着系数则迅速减低。车轮滑移大 100%（车轮抱死）时，横向附着系数降为 0， 这时车轮不能承受侧向外力作用，将沿外力的作用方向滑移。当前轮（转向轮）抱死并试图转向时， 尽管操纵转向盘使前轮偏转，但不能产生地面对前轮的侧向作用力，前轮将沿汽车纵向轴线滑移，使 汽车失去转向能力。 因此，汽车的地面制动力首先取决于制动器的制动力，但同时又受地面附着条件的限制，所以只 有汽车具有足够的制动器制动力，同时地面又能提供高的附着力时，才能获得足够的地面制动力。 在紧急情况下制动时，制动器制动力达到最大，这时地面制动力就取决于轮胎与路面间的附着系数， 汽车的制动效能也就取决于附着系数。附着系数大，则制动距离短，行车安全；附着系数小，制动 距离长。
图1
交通事故形态分布
车辆制动距离是道路线形设计控制技术指标视距（包括停车视距和超车视距）计算中除了驾驶员 反应时间以外的关键参数，因此车辆制动距离在道路安全中至关重要。目前关于视距的相关研究，在 汽车的主动安全性方面国内外专家学者主要集中于逐步完善主动防撞技术，致力于研究汽车防追尾碰 撞系统和防抱死制动系统，以求车辆能及时稳定停止和缩短车辆停止时所需制动距离。国外学者根据 能量守恒定律，通过数值解析方法估算防抱死制动系统的制动距离，并对轮胎滚动三维动态模型进行 了分析[3]；Pierre-Luc Martin 等[4]从驾驶员的年龄和障碍物出现的位置两个影响因素对机动车最小制动 距离影响展开研究，结果表明年龄与障碍物出现的位置对制动距离产生一定的影响，随着年龄的增长， 驾驶员反应能力下降，制动距离增大；障碍物出现在机动车前方位置时，驾驶员对机动车进行制动的 距离相对于障碍物出现在机动车两侧时进行制动的距离来讲较小；国内王润琪等[5]研究了 ABS 汽车的 制动距离计算式，并具体分析计算 ABS 汽车在三种常见道路，平路、上坡和下坡时的制动距离，得出 汽车制动距离与汽车质量之间没有关系； 党宏社等人[6]考虑了驾驶员的驾驶风格和路面状况对安全距离 的影响，给出了一种用于车辆防碰撞报警与制动的安全距离模型，使模型更利于实际使用等。 在路面行驶条件方面，从 20 世纪 20 年代道路专家就开始对路面抗滑性进行研究[7]，1959 年，在 美国 Virginia 州 Charlottesville 市举行了第一届国际路面抗滑会议。而后 1968 年在柏林技术大学，1977 年在俄亥俄州的哥伦布又分别召开了第二届和第三届国际抗滑讨论会，会议更深入地讨论了路面表面 特性的各个方面。 美国学者[8]对美国某个州近十年的路面摩阻力和碰撞事故数据进行统计分析， 发现抗 滑性能是影响雨天碰撞事故的主要因素， 在评价道路安全时应该予以考虑。 东南大学黄晓明教授[9]提出 了考虑路面摩擦特性时制动距离的确定方法及行车速度、水膜厚度等运行条件对路面抗滑性能有显著 影响，进而影响车辆的制动距离等等。各行业都侧重自己的研究层面开展对制动距离的研究，但缺乏 将二者综合起来对制动距离进行系统的分析研究。 本文通过对车辆在道路上的制动距离影响因素进行系统分析，并以实车试验验证在相同的路面条 件和不同制动系统车辆的制动距离、路面抗滑系数和停车稳定性的关系，提出合理的改善道路车辆制 动距离的有效途径和措施。
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第七届中国智能交通年会优秀论文集
2.1
制动距离与汽车制动系统
汽车制动系统包括踏板、鼓式制动器、紧急制动器、盘式制动器等。汽车制动时，驾驶员给车轮
施加制动力以阻止车轮前进，在急刹车时制动力最大，而最大制动力取决于轮胎与路面之间的附着力。 若制动力大于附着力，车轮将在路面上滑移，易使制动方向驶去控制，出现车轮“抱死”现象。 汽车在制动过程中，当车轮未抱死制动时，车轮具有承受一定侧向力的能力，汽车在横向干扰力 的作用下，也不会发生侧滑现象。当车轮抱死制动时，车轮承受侧向力的能力几乎全部消失，汽车在 横向干扰力的作用下极易发生侧滑。对于无 ABS 系统的车轮制动器，在紧急制动时，车轮侧滑就有可 能出现[ 当汽车前轮抱死并受外界侧向力作用，或由于左右车轮制动力不等于引起侧向作用力时，前轴将 出现侧滑现象。前轴侧滑使汽车纵轴发生偏转形成转向运动。前轴速度为 va ，后轴速度为 vb ，汽车转 向中心 O 点与前轴侧滑同侧。汽车的转向运动将产生作用于质心 C 的惯性力 F j ，显然 Fj 的方向与侧 向力方向相反，它将起到减小或阻止前轴的侧滑作用，汽车处于稳定状态，如图 5（a）所示[10]。 汽车后轮抱死时，在侧向力作用下，后轮发生侧滑，并使汽车失去方向稳定性。图 5（b）为后轮 抱死的制动情况[10]。汽车的转向中心 C 在后轴侧滑方向的另一侧，作用于质心的惯性力 Fj 将增强后轴 的侧滑作用，这是一种不稳定的危险工况，严重时发生甩尾转向，失去控制汽车方向的能力。
2
制动距离的影响因素分析
汽车制动距离是指在一定制动初速度下，驾驶员踩制动踏板开始到停止车辆所驶过的距离[10]。车
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第 1 部分
智能交通技术
辆在制动行为中，通过制动系统中的轮胎将制动力传向路面，路面通过摩擦力给予轮胎制动的作用力， 逐渐使车辆停止，因此车辆的制动行为与车辆的制动系统和路面条件有关，其相互作用如图 2 所示。
图2
制动过程中车辆制动系统与路面相互作用简图[11]
轮胎与路面间的附着力的限制；Fu 为制动器制动力； w 为轮胎转动角速度。当车辆以速度 v 制动时， 制动系统产生的制动力增加，轮胎转动角速度下降，地面制动力增大，使车辆减速行驶。当地面制动 力达到最大值
图 2 中 FZ 为轮胎受到的地面垂直反作用力； rs 为轮胎滚动半径； Fxb 为地面制动力，其最大值受
F F FZ （ 为轮胎-道路附着系数）时，车轮将抱死不动而在路面上滑动。 ， Xb max 制动器制动力 F 继续上升，但是地面制动力达到附着力的值后就不再增加了。制动过程中，这三种力