基于不銹鋼板的ABS試驗(yàn)路面研究

姜旭，趙誠，賈佳奇，陳傳陽（1.國家工程機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，102100）

基于不銹鋼板的ABS試驗(yàn)路面研究

姜旭，趙誠，賈佳奇，陳傳陽
（1.國家工程機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，102100）

本文對(duì)比分析常規(guī)ABS（汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)）試驗(yàn)路面及試驗(yàn)方法適應(yīng)性。提出一種基于不銹鋼板的多軸大型車輛ABS試驗(yàn)路面建設(shè)方案，實(shí)施后，試驗(yàn)路面通過交通部公路工程檢測中心檢測及實(shí)車試驗(yàn)驗(yàn)證，滿足GB/T 13594-2003有關(guān)低附著系數(shù)路面的要求。填補(bǔ)了國內(nèi)超限車ABS試驗(yàn)路面的空白，在超大型汽車ABS試驗(yàn)路面的建設(shè)和改進(jìn)方面具有重要的指導(dǎo)意義。

ABS；附著系數(shù)；超限車

姜旭

大連理工大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)畢業(yè)，現(xiàn)任國家工程機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心特種設(shè)備檢驗(yàn)研究室主任，主要從事汽車和流動(dòng)式起重機(jī)試驗(yàn)檢測研究、汽車產(chǎn)品3C認(rèn)證工廠檢查、營運(yùn)貨車燃料消耗量檢測等工作。

引　言

隨著車輛技術(shù)及電子技術(shù)的飛速發(fā)展，大型特種車輛在民品及軍用裝備上的運(yùn)用越來越廣泛，多軸特種車輛的使用安全性顯得愈加重要，制動(dòng)性能的重要性就愈加明顯。GB 7258-2012、GB/T 13594-2003和GB 12676-1999是我國現(xiàn)行主要針對(duì)ABS的強(qiáng)制性法規(guī)，明確了不同車輛ABS安裝時(shí)間和性能要求。GB/T 13594-2003明確規(guī)定了附著系數(shù)利用率是評(píng)價(jià)ABS性能的主要指標(biāo)，并以兩軸車為例提供了具體試驗(yàn)方法，但未明確指出三軸以上的車輛附著系數(shù)利用率的測量方法。關(guān)于多軸車，F(xiàn)MVSS 121，ECE R13和N146也沒有明確規(guī)定其道路試驗(yàn)方法；此外，大型特種車輛多為大噸位、多軸超限車，常規(guī)ABS試驗(yàn)道路不適用于超大噸位車輛的ABS試驗(yàn)需求。汽車在防抱死制動(dòng)性能方面的飛速發(fā)展，使得現(xiàn)有的試驗(yàn)基礎(chǔ)理論和試驗(yàn)設(shè)施已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。因此，非常有必要全面深入的進(jìn)行多軸大型特種車輛ABS試驗(yàn)路面設(shè)施建設(shè)及ABS試驗(yàn)和性能評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用技術(shù)研究。

1　試驗(yàn)路面研究

防抱死制動(dòng)系統(tǒng)主要目的是防止車輛在緊急制動(dòng)時(shí)因后輪抱死發(fā)生側(cè)滑和前輪抱死喪失轉(zhuǎn)向能力，提高整車穩(wěn)定性。在評(píng)價(jià)車輛ABS系統(tǒng)性能時(shí)，必須使用滿足要求的低附著系數(shù)路面（附著系數(shù)≤0.3）。自然狀態(tài)下的冰雪和結(jié)冰路面最能反映車輛實(shí)際制動(dòng)情況，但是受地域、季節(jié)、高附著系數(shù)路面與低附著系數(shù)路面組合等因素影響，類似的試驗(yàn)路面在技術(shù)和成本上有一定的難度，適用性也受限。目前國內(nèi)外的ABS試驗(yàn)道路大多采用模擬路面，即：1、特種瓷片鋪裝的路面（灑水后，路面附著系數(shù)為0.12左右）；2、Basalt鋪裝路面（玄武巖路面，灑水后路面附著系數(shù)為0.25左右）；3、打磨水泥混凝土路面（灑水后路面附著系數(shù)為0.4～0.5左右）；4、一般干燥水泥路面（路面附著系數(shù)為0.65～0.8左右）。上述幾種低附著系數(shù)路面的建造成本高且用于小噸位車輛ABS試驗(yàn)，大多不適用于多軸車輛超限車輛。目前ABS試驗(yàn)設(shè)施迫切需求，但是研制能夠滿足超大噸位車輛ABS試驗(yàn)的基礎(chǔ)設(shè)施需要花費(fèi)大量的時(shí)間以及人力、物力。本文在對(duì)ABS試驗(yàn)路面條件進(jìn)行全面研究后，提出一種基于不銹鋼板的ABS試驗(yàn)路面建設(shè)方案，建成后進(jìn)行了多次的試驗(yàn)驗(yàn)證滿足試驗(yàn)要求，對(duì)我國ABS試驗(yàn)路面建設(shè)具有重要的指導(dǎo)意義。

2　不銹鋼板ABS試驗(yàn)路面

2.1摩擦系數(shù)測試

采用擺式摩擦系數(shù)測定儀及牽引法對(duì)灑水的不銹鋼板路面進(jìn)行摩擦系數(shù)測試。先采用牽引法測量不銹鋼板灑水路面的摩擦系數(shù)，試驗(yàn)選取F4.5、F15兩種改裝的后勤綜合保障牽引車，試驗(yàn)過程中選取F4.5牽引車（總質(zhì)量：8100kg，輪胎型號(hào)：12.50R20，驅(qū)動(dòng)形式2×2）作為動(dòng)力源，F(xiàn)4.5牽引車及F15牽引車之間用鋼絲繩連接并安裝拉力傳感器。F4.5牽引車停在噴灑清水及不同濃度的洗滌液的鋼板上，F(xiàn)15牽引車停在干燥的混凝土路面上，F(xiàn)4.5牽引車運(yùn)行至輪胎滑轉(zhuǎn)，整個(gè)過程F15牽引車依靠自身制動(dòng)力及反向的驅(qū)動(dòng)力停在原地不動(dòng)，動(dòng)態(tài)平衡后記錄拉力傳感器峰值讀數(shù)。分別測試試驗(yàn)車輛在浸水路面、濃度為50%洗滌劑水路面及干燥路面下的道路摩擦系數(shù)，見圖1。在不銹鋼板上噴灑均勻水膜，經(jīng)交通部公路交通試驗(yàn)場擺式摩擦系數(shù)測定儀測試得到摩擦系數(shù)為0.28，試驗(yàn)結(jié)果如表1：

表1　鋼板摩擦系數(shù)測試結(jié)果

試驗(yàn)表明，在不銹鋼板上灑水的方案能夠大幅的降低鋼板的摩擦系數(shù)。選取混凝土路面，縱坡不大于0.1%，道路長2 600 m，寬8 m作為基礎(chǔ)路面，在基礎(chǔ)道路上用厚4 mm、寬1.5 m、長6 m規(guī)格的不銹鋼板，鋪設(shè)兩條長240 m、寬1.5 m的試驗(yàn)路面，見圖3、圖4。經(jīng)交通部公路交通試驗(yàn)場道路檢測車測試得橫向力系數(shù)SFC系數(shù)為0.201，測試過程見圖2：

結(jié)果表明，采用鋼板上灑水的方案能夠使鋼板路面的摩擦系數(shù)在0.3以下，若進(jìn)行合理的布置，作為ABS低附著系數(shù)試驗(yàn)路面的方案可行。

2.2道路附著系數(shù)測試

為了進(jìn)一步驗(yàn)證ABS低附著系數(shù)路面符合ABS試驗(yàn)關(guān)于低附著路面附著系數(shù)的要求，進(jìn)行附著系數(shù)測試。試驗(yàn)車輛兩軸貨車，后軸驅(qū)動(dòng)，總質(zhì)量P=5280Kg，前軸軸重2440Kg，后軸軸重2840Kg，重心高度h=980mm，軸距E=5200mm；試驗(yàn)車輛安裝4S4M類型ABS系統(tǒng)，工作正常，無跑偏現(xiàn)象；分別在試驗(yàn)車輛前后氣室總管路上安裝調(diào)壓閥。參照GB/T 13594-2003相關(guān)試驗(yàn)方法進(jìn)行附著系數(shù)測試。

試驗(yàn)車輛ABS正常工作，直線加速，以55km/h 車速低附著系數(shù)路面開始制動(dòng)直至車輛停下，車速由45km/h降至15km/h的時(shí)間t1為5.27s；0.849/t1得到最大制動(dòng)強(qiáng)度ZABS工作=0.1611，試驗(yàn)曲線見圖6。然后脫開ABS系統(tǒng)，關(guān)閉前軸制動(dòng)氣路，調(diào)節(jié)后軸制動(dòng)管路的壓力至最大。制動(dòng)過程中發(fā)現(xiàn)后軸車輪有抱死則降低后軸制動(dòng)管路壓力，直至無車輪抱死，進(jìn)行三次制動(dòng)，分別記錄車速由40km/h降至20km/h的時(shí)間t，選取三次測試的最小值tmin為前制動(dòng)失效制動(dòng)時(shí)間t2為5.93s，0.566/ t2得到后軸最大制動(dòng)強(qiáng)度Z后=0.0954，試驗(yàn)曲線見圖7。同樣關(guān)閉后軸制動(dòng)氣路，調(diào)節(jié)前軸制動(dòng)管路的壓力直至無車輪抱死，進(jìn)行三次制動(dòng)，記錄車速由40km/h降至20km/h的時(shí)間t，選取三次測試的最小值tmin為后制動(dòng)失效制動(dòng)時(shí)間t3為5.00s；0.566/ t3得到最大制動(dòng)強(qiáng)度Z前=0.1132，試驗(yàn)曲線見圖8。分別計(jì)算得到由前軸制動(dòng)時(shí)確定的附著系數(shù)Kf，由后軸制動(dòng)時(shí)確定的附著系數(shù) Kr。

式（1）、（2）中：F1為前軸法向靜態(tài)反力；F2為后軸法向靜態(tài)反力；g取9.8 m/s2。計(jì)算前后軸制動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)法向反力Ffdyn、Frdyn；

動(dòng)態(tài)軸荷加權(quán)后計(jì)算得到附著系數(shù)：

試驗(yàn)過程及P×試g驗(yàn)結(jié)果見圖5～圖8，圖6～圖8中，紅色—車速，黃色—左前輪輪速，藍(lán)色—左后輪輪速，紫色—右前輪輪速，綠色—右后輪輪速。

經(jīng)過對(duì)不銹鋼板路面的系統(tǒng)研究，說明在不銹鋼板路面上噴灑均勻水膜的方案可行，且路面的附著系數(shù)在0.2左右，能夠滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)指標(biāo)關(guān)于低附著系數(shù)路面的要求；此外，能夠滿足大噸位車輛對(duì)于ABS試驗(yàn)路面的要求，該道路實(shí)施方案具有良好的經(jīng)濟(jì)性、適用性，道路的維護(hù)成本相對(duì)較低。

2.3不銹鋼板ABS試驗(yàn)路面鋪設(shè)與成本分析

針對(duì)單塊不銹鋼板的尺寸，設(shè)計(jì)制作了多個(gè)鋼板的存放及運(yùn)輸工裝，能夠方便快捷的進(jìn)行叉裝、吊裝。路面鋪設(shè)過程中選用了焊接、螺栓連接和直接對(duì)接的方式進(jìn)行鋼板的固定，分別對(duì)三種連接方式進(jìn)行了實(shí)車的制動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)表明，不銹鋼板采用直接對(duì)接的方式已經(jīng)具有良好的適用性，考慮到螺栓連接對(duì)路基有一定的損壞，焊接技術(shù)要求較高，且鋼板容易出現(xiàn)變形、銹蝕等問題，最終選取對(duì)接的方式連接。

采用玄武巖或陶瓷等材料建設(shè)ABS路面，則需要修建新的路基，施工周期長，建設(shè)成本近千萬元。鋪設(shè)不銹鋼板試驗(yàn)路面能夠利用現(xiàn)有的直線跑道，對(duì)路基的損壞小，安裝和拆卸方便且建設(shè)周期很短，成本不超過百萬元。因此，不銹鋼板灑水的ABS試驗(yàn)路面建設(shè)方案具有良好的經(jīng)濟(jì)性和適用性。

3　結(jié)論

本文在對(duì)比分析了諸多的ABS低附著系數(shù)試驗(yàn)路面后，確定了在硬質(zhì)路基上鋪設(shè)不銹鋼板并適當(dāng)灑水的路面建設(shè)方案，通過大量的試驗(yàn)驗(yàn)證了方案可行，且能夠滿足超大噸位車輛的ABS試驗(yàn)，形成了一套ABS試驗(yàn)路面的選取和驗(yàn)證流程，為ABS試驗(yàn)路面及試驗(yàn)方法的進(jìn)一步研究工作提供良好的基礎(chǔ)設(shè)施支持和理論技術(shù)依托。ABS試驗(yàn)路面及方法是一個(gè)系統(tǒng)的研究工作，相輔相成，多軸車輛ABS的匹配及試驗(yàn)方法以及更為適用可靠的ABS試驗(yàn)路面研究是ABS系統(tǒng)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)，是今后ABS發(fā)展的重要方向。

［1］余志生.汽車?yán)碚摚跰］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［2］劉彥戎，金約夫，王志煌，等.GB/T 13594-2003機(jī)動(dòng)車和掛車防抱死制動(dòng)性能和試驗(yàn)方法［S］.北京.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

［3］劉地，劉兆英，金約夫，等.GB/T 12676-2014商用車輛和掛車制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法［S］.北京.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

［4］ECE R13 Uniform Provisions Concerning Approval of Vehicles of Categories M， N and O with Regard to Braking.

［5］ECE R13-H Uniform Provisions Concerning the Approval of Passenger Car with Regard to Braking.

專家推薦

熊恭祥：

該文針對(duì)目前開展多軸大型特種車輛的ABS試驗(yàn)缺乏低附試驗(yàn)路面的現(xiàn)狀，探索采用不銹鋼板鋪設(shè)路面代替?zhèn)鹘y(tǒng)的特種瓷片鋪裝路面和玄武巖鋪裝路面，并通過實(shí)車驗(yàn)證表明：灑水后的不銹鋼板鋪設(shè)路面能夠滿足汽車的ABS試驗(yàn)要求。這對(duì)我們開展多軸大型特種車輛的ABS試驗(yàn)研究工作具有一定的指導(dǎo)意義，也為我們開展該項(xiàng)研究工作提供了良好的基礎(chǔ)

Research of ABS Test Pavement -based on Stainless Steel Plate

JIANG Xu， ZHAO Cheng， JIA Jia-qi， CHEN Chuan-yang
（ 1.China National Construction Machinery Quality Supervision Testing Centre， 102100 ）

In this paper， the adaptability of conventional ABS （anti-lock braking system） test pavement and test method was compared and analyzed. A multi axis large vehicle ABS test pavement construction scheme based on stainless steel plate was put forward， after implementation， it passed testing and Vehicle detection of the China national center for quality supervision and inspection of roads & bridges， also met the relevant requirements of low adhesion coefficient road in GB / T 13594-2003. It filled the domestic blank on over-limit vehicle and had an important guiding significance to the construction and improvement on over-limit vehicleABS test pavement.

Anti-lock braking system； Adhesion coefficient； Over-limit vehicle

U416.2

A

1005-2550（2015）05-0067-04

10.3969/j.issn.1005-2550.2015.05.013

2015-05-25