基于乘用車ABS試驗的各試驗場低附著路面現(xiàn)狀分析

謝東明邱彬柴智勇周鋒

（1.中國汽車技術(shù)研究中心，天津 300300；2.長春汽車檢測中心，長春 130011）

基于乘用車ABS試驗的各試驗場低附著路面現(xiàn)狀分析

謝東明1邱彬1柴智勇1周鋒2

（1.中國汽車技術(shù)研究中心，天津 300300；2.長春汽車檢測中心，長春 130011）

針對鹽城汽車試驗場、通縣試驗場、定遠(yuǎn)汽車試驗場、襄陽汽車試驗場、海南汽車試驗場等5個汽車試驗場進(jìn)行了ABS路低附著路面附著系數(shù)特性研究，獲取了ABS低附路面的最大附著系數(shù)kpeak及滑動附著系數(shù)klock分布范圍及R值。同時，結(jié)合ABS認(rèn)證試驗經(jīng)驗，對ABS低附路面的附著系數(shù)、尺寸、路面均勻性、水膜狀況、安全距離、獨(dú)立性等方面進(jìn)行了多因素評價，為ABS路面的改進(jìn)和安全使用提供技術(shù)參考。

主題詞:乘用車 ABS試驗 附著系數(shù) 多因素評價

1 前言

近年來，我國一些汽車試驗場開始修建及改建ABS低附著路面，如，中汽中心鹽城汽車試驗場、重慶西部汽車試驗場、上海通用廣德汽車試驗場、長城徐水汽車試驗場都新建了ABS低附著路面；通縣汽車試驗場（交通部公路交通試驗場）、海南熱帶汽車試驗場等改建了ABS低附著路面。這些ABS低附著路面的附著系數(shù)特性、路面均勻性等都對乘用車ABS認(rèn)證試驗結(jié)果具有重要影響。

為此，直接測量和收集整理了中汽中心鹽城汽車試驗場、通縣汽車試驗場、定遠(yuǎn)汽車試驗場、襄陽汽車試驗場、海南汽車試驗場等汽車試驗場的ABS低附著路面附著系數(shù)特性，并分析了各ABS低附著路面在尺寸、路面均勻性、安全距離、獨(dú)立性等方面的優(yōu)劣，為試驗人員提供試驗數(shù)據(jù)及試驗安全方面的參考和建議。

2 ABS低附著路面附著系數(shù)測量

評價ABS低附著路面附著系數(shù)的主要指標(biāo)包括最大附著系數(shù)kpeak和滑移率為100%（車輪抱死滑動）時的滑動附著系數(shù)klock[1]。

2.1 最大附著系數(shù)kpeak

ABS低附著路面最大附著系數(shù)kpeak是指汽車以車速40 km/h行駛，當(dāng)滑移率在0～100%之間時的路面最大附著系數(shù)。kpeak值按以下步驟[2]計算。

a.選取1臺最大總質(zhì)量小于3.5 t的乘用車，該車應(yīng)具有狀態(tài)良好的ABS系統(tǒng)，且在ABS系統(tǒng)失效制動時，左、右側(cè)車輪制動力可均勻分配。在ABS低附著路面上，駕駛該車以55 km/h的初速度全力緊急制動，制動踏板力宜大于600 N，使ABS系統(tǒng)處于工作狀態(tài)，然后記錄車速從45 km/h減至15 km/h時所用時間，進(jìn)行多次試驗后取其中3個最短時間的均值作為試驗結(jié)果tm。將tm代入式（1）中，計算獲取ABS工作時的汽車最大制動強(qiáng)度zAL：

b.將選取的乘用車ABS系統(tǒng)電源切斷，并切斷車輛后軸制動能源供應(yīng)，使汽車以50 km/h的初速度進(jìn)行前軸單軸制動，記錄車速從40 km/h減至20 km/h時所用時間，取最小3個有效值的均值作為試驗結(jié)果tm，利用式（2）計算前軸的最大制動強(qiáng)度zm，利用式（3）計算附著系數(shù)kf。同理，進(jìn)行后軸單軸制動，記錄車速從40 km/h減至20 km/h時所用時間，取最小3個有效值的均值作為試驗結(jié)果tm，然后利用式（2）計算后軸的最大制動強(qiáng)度zm，利用式（4）計算附著系數(shù)kr。

式中，F(xiàn)1為前軸靜載荷；F2為后軸靜載荷；P為整車試驗質(zhì)量；h為質(zhì)心高度；E為軸距。

c.將計算得到的汽車最大制動強(qiáng)度zAL代入式（5）和式（6）中，計算全力制動時前軸動載荷Ffdyn及后軸動載荷Frdyn；將計算得到的前軸附著系數(shù)kf、后軸附著系數(shù)kr代入式（7）中，計算乘用車最大附著系數(shù)kpeak。

2.2 滑動附著系數(shù)klock

滑動附著系數(shù)klock按以下步驟計算：

a.采用測定最大附著系數(shù)kpeak時的同一臺乘用車，并確保ABS系統(tǒng)工作正常，車況及試驗條件與測定kpeak值時盡量保持一致；

b.將選取的乘用車ABS系統(tǒng)電源切斷，汽車以50 km/h初速度全力緊急制動，并監(jiān)測輪速，確保車速低于40 km/h之前所有車輪完全抱死，記錄車速從40 km/h減至20 km/h時所用時間，取多次試驗中最小3個有效值的均值作為試驗結(jié)果tm；

c.將tm代入式（8）中計算滑動附著系數(shù)klock：

3 低附著路面R值的判定

汽車在實際道路行駛過程中，ABS系統(tǒng)起到平衡汽車制動性能（縱向附著系數(shù)）與橫向穩(wěn)定性的作用，在保證橫向穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上應(yīng)充分利用路面的縱向附著系數(shù)[3]。

如圖1[4]所示，對于實際道路來說，從滑移率為0開始，路面對汽車輪胎的縱向附著系數(shù)隨輪胎滑移率的增加而快速增加，而地面對輪胎的橫向附著系數(shù)卻從較高值開始緩慢降低，當(dāng)滑移率達(dá)到20%左右時縱向附著系數(shù)達(dá)到峰值，此滑移率稱為峰值滑移率λpeak，而此刻橫向附著系數(shù)也保持較大值，可以確保汽車橫向穩(wěn)定性和操縱性。在滑移率為0～λpeak的區(qū)間內(nèi)，汽車都具有較高的橫向穩(wěn)定性，為穩(wěn)定區(qū)。但當(dāng)滑移率超過λpeak后，縱向附著系數(shù)會逐步降低，橫向附著系數(shù)則會迅速降低，輪胎很容易抱死，汽車的橫向穩(wěn)定性和操縱性也會急劇降低，滑移率在λpeak～100%范圍為非穩(wěn)定區(qū)[5]。所以現(xiàn)有ABS系統(tǒng)均將車輛滑移率控制在0～λpeak之間，通過ABS控制使制動時輪胎滑移率小于但盡可能接近λpeak。

圖1 ABS控制的穩(wěn)定區(qū)與非穩(wěn)定區(qū)

現(xiàn)有ABS系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)均是基于圖1所示的路面附著系數(shù)特性展開，相應(yīng)的最大附著系數(shù)kpeak與滑動附著系數(shù)klock的比值（即R值）應(yīng)滿足一定的比例關(guān)系。在開展ABS試驗之前，需要獲取低附著路面的R值，并通過判定1.0≤R≤2.5，以確保該低附著路面上獲取的最大附著系數(shù)kpeak不小于車輪抱死時的滑動附著系數(shù)klock[6]，以確認(rèn)其路面附著系數(shù)特性適合進(jìn)行ABS試驗。

4 國內(nèi)ABS低附著路面附著系數(shù)特性

目前，我國的幾個汽車試驗場ABS低附著路面均以玄武巖瓦為主要材料，試驗時通過持續(xù)噴水保持路面濕潤并降低其附著系數(shù)，設(shè)計的附著系數(shù)一般在0.20～0.30之間，除此以外中汽中心鹽城汽車試驗場還針對開發(fā)試驗新增了模擬冰面的瓷磚低附著路面，其設(shè)計的附著系數(shù)約為0.10，襄陽汽車試驗場具備特殊油漆低附著路面，其設(shè)計附著系數(shù)為0.15左右[7]。

結(jié)合乘用車ABS試驗及ABS低附著路面的檢定試驗數(shù)據(jù)，整理獲得各ABS低附著路面最大附著系數(shù)kpeak、滑動附著系數(shù)klock及R值如表1所列。

表1 ABS低附著路面附著系數(shù)特性

由表1可知，所有試驗場的ABS低附著路面的滑動附著系數(shù)klock均小于各自的最大附著系數(shù)kpeak，R值均大于1，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。5種玄武巖路面的klock均值為0.189，其中海南試驗場的klock值最高，為0.217，定遠(yuǎn)汽車試驗場的klock值最低，為0.169。5種玄武巖路面的R值均值為1.28，其中鹽城試驗場R值最高為1.60，定遠(yuǎn)試驗場R值最低為1.14，這表明鹽城汽車試驗場ABS路面具有更高的區(qū)分度，即kpeak值與klock值差異最大，而定遠(yuǎn)汽車試驗場ABS路面區(qū)分度較低，kpeak值與klock值較為接近。

5 ABS低附著路面多因素評價

結(jié)合ABS認(rèn)證試驗經(jīng)驗，對幾個試驗場ABS低附著路面的尺寸、路面均勻性、安全距離、獨(dú)立性等4項指標(biāo)進(jìn)行了多因素評價，為ABS低附著路面的安全合理使用提供技術(shù)參考。

5.1 權(quán)數(shù)設(shè)置

針對ABS低附著路面4項指標(biāo)的重要程度設(shè)定不同的權(quán)數(shù)（1～5），1表示最不重要，2表示比較不重要，3表示一般重要，4表示比較重要，5表示最重要。ABS路面尺寸涉及汽車能否在相應(yīng)低附著路面完成ABS制動試驗，且要預(yù)防跑偏，所以設(shè)置權(quán)數(shù)為5；路面及水膜均勻性一方面會影響ABS附加檢查的安全性，另外一方面也會影響試驗結(jié)果穩(wěn)定性和試驗效率，設(shè)置權(quán)數(shù)為4；試驗場地周邊的安全距離與駕駛員的生命安全息息相關(guān)，設(shè)置權(quán)數(shù)為5；ABS路如能保持相對獨(dú)立，則試驗過程受其它汽車影響較小，可大幅提高試驗效率，設(shè)置權(quán)數(shù)為3。

5.2 各因素評價

根據(jù)以上4項指標(biāo)對幾個試驗場ABS低附著路面進(jìn)行打分（0～5分），1表示最差，2表示比較差，3表示一般，4表示比較好，5表示最好，將單項評分乘以單項權(quán)數(shù)為單項評價結(jié)果。

5.2.1 ABS路面尺寸評價

ABS路面尺寸評價結(jié)果如表2所列。由于鹽城試驗場ABS路面在長度和寬度上都較為充裕，但進(jìn)行附加檢查時可能面臨長度偏短，所以評分為4分，即比較好；通縣試驗場寬度條件最好，但長度不足，評分為4分；定遠(yuǎn)試驗場長度、寬度基本滿足要求，評分為5分，即最好；襄陽及海南試驗場整體尺寸均不足，評分均為3分，即一般。

表2 場地尺寸評價結(jié)果（權(quán)數(shù)=5）

5.2.2 路面均勻性評價

路面均勻性評價結(jié)果如表3所列。鹽城試驗場、海南試驗場路面均為新鋪設(shè)路面，均勻性較好，評分為5分；通縣汽車試驗場路面也為新鋪設(shè)路面，路面較平，但由于路面較寬，噴水之后往往出現(xiàn)單側(cè)水膜較厚的情況，這種情況在夏天比較突出，評分為4分；襄陽試驗場路面較平，但水膜狀況略為欠缺，評分為4分；定遠(yuǎn)試驗場路面主要問題是噴水系統(tǒng)不能覆蓋路面，且水量不足，由于定遠(yuǎn)試驗場長期開展重型車試驗，ABS低附著路面有局部損傷，路面狀況一般，評分為3分。

表3 場地路面均勻性評價結(jié)果（權(quán)數(shù)=4）

5.2.3 安全距離

安全距離評價結(jié)果如表4所列。鹽城試驗場、通縣汽車試驗場安全距離都較長，其中鹽城試驗場ABS低附著路面位于直線制動路中部，左右側(cè)安全距離均超過40 m，ABS低附路前方安全距離約為150 m，評分為5分；通縣汽車試驗場右側(cè)為動態(tài)廣場，安全距離超過200 m，但左側(cè)安全距離相對較短，僅為15 m，評分為4分；襄陽試驗場ABS低附著路面位于性能路中部，左右側(cè)安全距離均不足10 m，評分為3分；定遠(yuǎn)汽車試驗場ABS低附著路面也位于性能路側(cè)面，左右側(cè)距離均為15 m左右，評分為3分；海南汽車試驗場ABS路位于性能路與高環(huán)之間，左右側(cè)安全距離僅為10 m左右，評分為3分。

表4 安全距離評價結(jié)果（權(quán)數(shù)=5）

5.2.4 場地獨(dú)立性

場地獨(dú)立性評價結(jié)果如表5所列。鹽城試驗場、通縣汽車試驗場的ABS低附著路面都相對獨(dú)立，與其它試驗路面可進(jìn)行隔離，其中鹽城試驗場ABS低附著路面所在區(qū)域為制動專用區(qū)域，評分為5分；通縣試驗場ABS低附著路面僅與動態(tài)廣場共用加速圓弧，評分為5分；以上兩個試驗場ABS路的試驗效率或安全性都遠(yuǎn)高于其它試驗場；而襄陽試驗場低附路位于性能路中央，開展ABS試驗時往往需要對性能路封場，路面有效使用時間受影響，評分為3分；定遠(yuǎn)汽車試驗場ABS低附著路面位于性能路側(cè)面且緊鄰噪聲路，海南汽車試驗場ABS路面位于性能路上且緊鄰高環(huán)、噪聲路等，以上兩個場地ABS試驗需要與噪聲、性能等其它試驗項目協(xié)調(diào)，場地有效使用時間均極短，評分均為2分。

5.3 綜合評價

各試驗場ABS低附著路面的綜合評價結(jié)果[8]見表6。

表6 綜合評價結(jié)果

由表6可知，綜合路面尺寸、路面均勻性、安全距離、場地獨(dú)立性等4方面因素，新建的鹽城汽車試驗場和通縣汽車試驗場的ABS低附著路面狀況較好，而海南、定遠(yuǎn)、襄陽3個試驗場的ABS低附著路面狀況相對較差。

6 改進(jìn)建議

從多因素評價結(jié)果來看，鹽城汽車試驗場可以考慮適當(dāng)延長其ABS低附著路面長度，以實現(xiàn)在低附著路面上完成高速試驗項目。通縣汽車試驗場面臨的主要問題是低附著路面左側(cè)安全距離不足，存一定安全隱患，試驗人員應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注，盡量防止試驗車輛向左側(cè)側(cè)滑。該場地寬度尺寸較為充裕，但帶來了水膜控制的難題，需要通過改善噴水系統(tǒng)性能以獲取更為穩(wěn)定的試驗結(jié)果。定遠(yuǎn)汽車試驗場長度最優(yōu)，但其路面損毀嚴(yán)重，噴水系統(tǒng)不均，將直接引起試驗結(jié)果不穩(wěn)定，車輛容易側(cè)滑等問題，除此之外定遠(yuǎn)汽車試驗場與襄陽汽車試驗場、海南汽車試驗場面臨類似問題，即ABS低附著路面左右側(cè)安全距離均不足，ABS試驗區(qū)域與其它路面混用，存在較大安全隱患，且試驗人員很難通過自身因素規(guī)避以上安全隱患，建議重新對ABS低附著路面位置進(jìn)行規(guī)劃修建。襄陽汽車試驗場、海南汽車試驗場還面臨低附著路面尺寸過小，難以完整開展ABS試驗項目的問題，在重新修建ABS低附著路面時應(yīng)考慮對路面尺寸進(jìn)行擴(kuò)大。

1 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB 21670—2008乘用車制動系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗方法.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

2 謝東明，苑林，郭勇，等.裝備黏性聯(lián)軸器四驅(qū)車輛的ABS試驗方法研究.汽車工程，2012（3）：227～231.

3 李君，喻凡，張建武，等.車輛轉(zhuǎn)向制動防抱死系統(tǒng)仿真研究.系統(tǒng)仿真學(xué)報，2001（6）：789～793.

4 程軍.防抱制動系統(tǒng)不同控制方法的模擬研究.汽車技術(shù)，1998（8）：1～7.

5 ABS株式會社編.汽車制動防抱死裝置（ABS）構(gòu)造與原理.李朝祿，劉榮華譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

6 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T 13594—2003機(jī)動車和掛車防抱制動性能和試驗方法.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

7 蔡桃庭，盧冶.汽車ABS試驗道路研究.汽車科技，2005（5）：40～42.

8 F.Robort Jacobs，Ricard B.Chase.運(yùn)營管理.任建標(biāo)譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

（責(zé)任編輯 文 楫）

修改稿收到日期為2016年6月12日。

Research on Current Situation of ABS Test Track with Low Adhesion for Passenger Car

Xie Dongming1,Qiu Bin1,Chai Zhiyong1,Zhou Feng2
（1.China Automotive Technology and Research Center,Tianjin 300300；2.Changchun Automotive Test Center，Changcun 130011）

Five main public proving grounds in China are selected to research the performance of ABS test track with low adhesion including CATARC Yancheng Automotive Proving Ground,Tongxian Automotive Proving Ground,Dingyuan Automotive Proving Ground,Xiangyang Automovie Proving Ground and Hainan Automotive Proving Ground.The range of the kpeak(the maximum adhesion coefficient)and klock(sliding adhesion coefficient)values,and the R value are obtained.Meanwhile,a multi-factor evaluation for the low adhesion ABS test track is carried out,taking account of the adhesion coefficient,road length,road surface evenness,water film condition,safety distance and independence,according to the ABS certification experience.This paper is provided for the ABS test tracks development and use safety as technical reference.

Passenger car,ABS Test,Adhesion coefficient,Multi-factor evaluation

U467.1+1

A

1000-3703（2016）11-0036-04