試車場ABS測試路設(shè)計要點研究

袁濤 劉磊 張英鵬 李振杰

摘 要：本文通過對試車場ABS測試路的功能性需求為出發(fā)點，結(jié)合現(xiàn)有案例的相關(guān)技術(shù)特點以及使用過程中發(fā)生的問題和解決的成功經(jīng)驗，從路面附著系數(shù)的實現(xiàn)、路面材料的選擇與規(guī)格參數(shù)的確定、線形、縱斷面、橫斷面、道路結(jié)構(gòu)、給排水配套設(shè)施七個方面綜合論述了該測試道路的設(shè)計要點。

關(guān)鍵詞：試車場 ABS測試路 設(shè)計

1 引言

汽車喪失制動穩(wěn)定性和方向操縱性極易造成車輛安全事故，特別是在歐洲和中國北部地區(qū)，受氣候條件影響汽車往往還需要經(jīng)受積雪路面的考驗，此時，也是最考驗汽車ABS系統(tǒng)性能的最為典型的條件，然而試車場ABS測試路的低附路面就是對積雪路面附著系數(shù)的再現(xiàn)。隨著汽車試驗的發(fā)展，國內(nèi)外建立了相對統(tǒng)一的檢測標準，對應(yīng)滿足試驗標準要求的ABS測試路也應(yīng)運而生;然而，汽車測試路并沒有統(tǒng)一的設(shè)計標準，因此，現(xiàn)有的道路設(shè)計多數(shù)為建設(shè)單位與設(shè)計單位摸索定制的產(chǎn)品。因此，對試車場ABS測試路進行深入研究可以促進該行業(yè)的發(fā)展。

2 試車場ABS測試路的功能性需求研究

根據(jù)試驗標準的描述，主要有3種制動類型，5種制動形式，如下簡圖1所示：

類型一：

單一附著系數(shù)路面的制動試驗，其中又分為低附著系數(shù)路面制動試驗和高附著路面制動試驗。

類型二：

不同附著系數(shù)的對接制動試驗，其中又分為由高向低的附著系數(shù)路面對接制動試驗和由低向高的附著系數(shù)路面對接制動試驗。

類型三：

不同附著系數(shù)的對開制動試驗，即為左、右側(cè)車輪分別置于高、低附著系數(shù)路面的對開制動試驗。

結(jié)合上述標準中的原文表述，可以直接轉(zhuǎn)化為工程設(shè)計輸入的參數(shù)有：測試區(qū)最高行車車速需滿足120km/h;至少需要KH≥0.8（可兼顧KH≥0.5）和KL≤0.3的兩種不同附著系數(shù)的路面;平面上須按照低附路面中置，高附路面環(huán)抱四周的形式，且測試車道的有效寬度不低于3.5m。

在正式使用前和后期維護過程中，需要定期對低附著路面的R值（最大附著系數(shù)kpeak與滑動附著系數(shù)klock的比值）進行標定，要求滿足1.0≤R≤2.0，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。

實際試驗過程中，車輛在進入試驗區(qū)域前，需要一個起步加速的過程，當(dāng)達到試驗所需的車速后，同時需要3s左右的穩(wěn)速時間，將車輛速度穩(wěn)定在試驗車速左右，最后進行制動試驗。由此，在進行平面布置時，可分為加速區(qū)、穩(wěn)速區(qū)、測試區(qū)，另外，為了保障制動故障時的測試安全性，應(yīng)在測試區(qū)后方和兩側(cè)增加安全緩沖區(qū)，以及相對獨立的返回車道。

3 ABS測試路設(shè)計要點研究

3.1 路面附著系數(shù)的實現(xiàn)

路面附著系數(shù)的實現(xiàn)，經(jīng)過實地調(diào)研，ABS測試路中的低附路面較多采用了鑄石磚或特殊工藝涂層加濕水的工藝。但特殊工藝涂層的方式，受限于制動試驗的特性，頻繁而又極限的摩擦，導(dǎo)致附著系數(shù)一致性與穩(wěn)定性較差，因此應(yīng)用案例較少。鑄石磚加濕水系統(tǒng)的工藝被廣泛應(yīng)用，行業(yè)內(nèi)接受度較高。因此，低附路面須采用鑄石磚加濕水系統(tǒng)的方案是現(xiàn)有技術(shù)中最為成熟可靠的，可實現(xiàn)0.2～0.3的路面附著系數(shù)。

高附著系數(shù)路面，通常采用公路中常見瀝青混凝土，可實現(xiàn)0.8～0.9的路面附著系數(shù)。

3.2 路面材料的選擇與規(guī)格參數(shù)的確定

路面材料的選擇，這里所指的主要是低附路面鑄石磚的選擇。玄武巖鑄石磚已經(jīng)在國內(nèi)外各個試車場進行了多年的應(yīng)用外，還與其自身特點有關(guān)，玄武巖石料具有抗壓性強、壓碎值低、抗腐蝕性強、耐磨、吸水率低、導(dǎo)電性能差的特點，被廣泛用于公路工程的實踐中，可以提供較為穩(wěn)定的路面附著系數(shù)。減小試驗誤差，延長使用壽命，減少運維成本，增加運行效益。

3.3 線形設(shè)計

根據(jù)試驗標準要求可將試驗過程分為：停車等待—加速—穩(wěn)速—制動—剎停（或無法剎停的減速緩沖）—起步—返回至停車等待區(qū)。其中穩(wěn)速區(qū)、制動區(qū)、緩沖區(qū)要求最高，需要保持直線行駛，以避免方向改變導(dǎo)致無法達到所需的試驗條件。因此，穩(wěn)速區(qū)、制動區(qū)、緩沖區(qū)須將中線設(shè)計為直線段。

加速區(qū)，可根據(jù)地形情況設(shè)置，以直線的設(shè)計為最佳，條件不足時，可以考慮大半徑的曲線設(shè)計。

其他區(qū)域無特殊要求，只需考慮適用車輛的最小轉(zhuǎn)彎半徑即可。

3.4 縱斷面設(shè)計

縱斷面的設(shè)計，以穩(wěn)速區(qū)、制動區(qū)的要求最高，在試驗過程中應(yīng)盡可能平整，以減少對速度變化率的影響。因此，穩(wěn)速區(qū)的縱坡宜設(shè)置為0，不宜大于1%，制動區(qū)的縱坡須設(shè)置為0，允許偏差不大于0.1%。

制動緩沖區(qū)的縱坡宜設(shè)置為0，地形受限的必要時，為了增強減速效果，可以考慮遞增漸變。

3.5 橫斷面設(shè)計

橫斷面的設(shè)計，依據(jù)歐洲ECE R117對于汽車制動試驗中的要求，盡管是對于濕地瀝青路面的制動要求，允許的橫向坡度為不大于2%，結(jié)合社會道路的一般情況，也存在1～2%的橫向坡度，再結(jié)合可能出現(xiàn)的路面施工誤差及工后變形，橫向坡度宜設(shè)置為1%左右，不大于1.5%。

3.6 道路結(jié)構(gòu)設(shè)計

道路結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括地基處理、路基和路面的設(shè)計。考慮到低附試驗路面平整度對水膜形成的均勻性以及路面附著系數(shù)一致性的影響因素，需要充分控制工后沉降變形量。應(yīng)用傳統(tǒng)的公路地基沉降計算，無法滿足后期路面的使用要求。因此，設(shè)計時應(yīng)謹慎考慮地基處理的設(shè)計方案，以盡可能減少因地基工后沉降所造成的路面變形。

路基設(shè)計可以參照二級以上公路路基設(shè)計標準執(zhí)行。

路面設(shè)計，高附路面和低附路面的路面基層以下可以參照公路二級以上公路路面設(shè)計標準執(zhí)行，低附路面的路面面層分為上面層和下面層，下面層即一般設(shè)置150mm的混凝土墊層（找平層），同時設(shè)置單層鋼筋網(wǎng)片，伸縮縫處配置傳力桿，上面層采用裝配式玄武巖預(yù)制模塊。玄武巖磚塊手工鋪貼，在工藝上很難達到測試精度的要求，因此，市場逐步被玄武巖預(yù)制模塊安裝的裝配式工藝取代。關(guān)于預(yù)制模塊的設(shè)計，經(jīng)過國內(nèi)相關(guān)場地的調(diào)研，總結(jié)為以下幾點：

1、預(yù)制模塊的長、寬尺寸宜設(shè)置為1～1.5m，既可以保證預(yù)制安裝的便利性，也可以模板在重復(fù)使用的生產(chǎn)過程中變形量相對可控，從而確保玄武巖模塊的平整度的有效保障。

2、預(yù)制模塊需要預(yù)留吊裝受力點、調(diào)平螺栓孔以及保障注漿飽滿的注漿連通孔。

3、玄武巖磚塊的布置需進行錯縫布置。

4、預(yù)制模塊與下面層的粘結(jié)需要采用高強無收縮水泥砂漿進行灌注。

5、預(yù)制模塊的配筋與傳統(tǒng)路面基本一致。

3.7 給排水配套設(shè)施設(shè)計

給排水配套設(shè)施的設(shè)計在ABS路的設(shè)計中，有著極其重要的意義，低附路面附著系數(shù)的實現(xiàn)，必須由一套穩(wěn)定可靠的給排水系統(tǒng)作為保障。根據(jù)與某大型綜合試車場現(xiàn)場調(diào)研以及業(yè)內(nèi)的相關(guān)技術(shù)交流，分別從供水系統(tǒng)的設(shè)計、管路布置、水膜形成裝置、運行水質(zhì)管理等方面提煉相關(guān)設(shè)計要點。

3.7.1 供水系統(tǒng)

由于ABS道路水膜形成必須由一套穩(wěn)定可靠的給排水系統(tǒng)作為保障，因此一般都采用蓄水池配套加壓泵組的方式為系統(tǒng)供水。根據(jù)水泵與水池的相對位置，可以將水泵房分為以下幾種形式：

（1）地下式泵房，即水泵在地下布置，采用潛污泵置于蓄水池中進行工作，工藝簡單成熟，但使用維護的便利性不佳，存在安全隱患，不便于管理，僅適合配套小型道路。

（2）半地下式泵房，即將水泵置于蓄水池的隔間，水泵房環(huán)境干燥，水泵為自灌式供水，技術(shù)成熟可靠，檢修便利，管理方便，適用于各種型號的道路要求。

（3）地上式泵房，即采用引水罐的方式，將水泵置于干燥的地上環(huán)境中，對設(shè)計與施工工藝要求較高，檢修便利，管理方便，但容易出現(xiàn)因引水罐漏氣造成無法完成抽吸的故障，并因其自身特點，存在減低蓄水池有效容積的問題，適合配套中、小型道路。

3.7.2 管路布置

（1）樹樁布置，以多級管路中置分級布置為主要特點，盡可能平衡各級管路的出水壓力，以達到減少各出水點的壓降、壓差問題。與環(huán)狀布置相比，平衡壓力的能力稍差，但可以通過增加分段調(diào)壓閥的措施進行二次優(yōu)化;但存在管道末端需要頻繁經(jīng)受起、停泵產(chǎn)生的水錘沖擊作用，特別是采用高壓噴水型的出水裝置時尤其明顯，存在管道末端設(shè)施受沖擊破壞的可能。

（2）環(huán)裝布置，以環(huán)形閉合回路的布置為主要特點，盡可能平衡管道出水壓力，以達到減少各出水點的壓降、壓差問題。平衡壓力的能力優(yōu)于樹樁布置，因其閉合回路的特點，受起停泵的影響較小。但管路中仍然存在壓差的問題，增加分段調(diào)壓閥可以更好的平衡出水口水壓。

3.7.3 水膜形成裝置

現(xiàn)有試車場ABS測試路的水膜形成裝置，主要定義為以下三種類型：高壓噴水型、中壓流漫型、低壓漫水型。

（1）高壓噴水型包含4種不同的形式，分別為旋轉(zhuǎn)高噴式、定向低噴式、定向花灑式、定向霧化式。高壓噴水型的特點，需要的工作壓力較高，出水時以噴射狀為主;也因其管道工作壓力要求較高，噴嘴孔徑較小，對水質(zhì)的過濾要求極高，維護成本相對較高。

1）旋轉(zhuǎn)高噴式，水膜形成速度較快，抗風(fēng)能力較差，且旋轉(zhuǎn)噴頭的機構(gòu)極易出現(xiàn)故障，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)效果不佳，穩(wěn)定性不高，同時也因其工作時不停旋轉(zhuǎn)的特點，導(dǎo)致水膜的一致性不佳。

2）定向花灑式，水膜形成速度較快，抗風(fēng)能力優(yōu)于旋轉(zhuǎn)高噴式，噴嘴孔徑稍大，穩(wěn)定性較好，定向的特點使得其水膜一致性優(yōu)于旋轉(zhuǎn)高噴式。

3）定向霧化式，水膜形成速度一般，抗風(fēng)能力差，噴嘴孔徑極小，穩(wěn)定性差，水膜一致性與定向花灑式相當(dāng)，但因其霧化的特點，導(dǎo)致測試視線較差，存在安全隱患。

4）定向低噴式，因其噴射距離很短，導(dǎo)致其破壞磚面張力的能力有限，從而使得水膜形成的速度較慢，抗風(fēng)能力強，噴嘴孔徑與旋轉(zhuǎn)高噴式相當(dāng)，介于定向花灑式與定向霧化式之間，穩(wěn)定性一般，因其完成噴水后，水膜由相鄰噴頭所出的水體匯流而成，因為水膜的一致性良好，但對路面的平整度與橫向坡度有較大依賴。

（2）低壓漫水型只有1種敞口溢流式。低壓漫水型，需要的工作壓力最低，出水時以出水口的整體溢流為主。也因其管道工作壓力要求較低，對水質(zhì)的過濾要求較低，維護成本相對較低。敞口溢流式，因其完全由出水口進行溢流后，依靠橫向坡度進行重力自流，導(dǎo)致其在初期很難將磚面的表面張力破壞，最終導(dǎo)致其水膜形成的速度極慢，抗風(fēng)能力強，穩(wěn)定性高，但因其自身溢流的特點，對出水口的高程、平整度，以及路面平整度、橫向坡度的要求極高。

（3）中壓流漫型包含2種不同的形式，分別為管道穿孔式、支管引流式。中壓流漫型，需要的工作壓力適中，出水時以柱狀水流為主。也因其管道工作壓力要求較低，對水質(zhì)的過濾要求較低，維護成本相對較低。

1）管道穿孔式，采用管道進行固定間距的打孔處理，后將管道明裝于道路旁側(cè)，以給路面提供一定量的柱狀水流，水膜形成的速度介于高壓噴水型與低壓漫水型之間，抗風(fēng)能力強，穩(wěn)定性高，出水點取決于管道的開孔位置的準確性，對路面平整度、橫向坡度的要求稍低于低壓漫水型。但也因其管道明裝于路面以上，存在安全隱患，易出現(xiàn)車輛碰擦的事故。

2）支管引流式，采用管道溝安裝干管，并增加固定間距的支管，將水流引出管道溝，其他特點與管道穿孔式基本一致，但避免了管道安裝于路面以上的缺陷。

3.7.4 水質(zhì)控制

供水系統(tǒng)需要配備常規(guī)的物理過濾裝置，用以過濾反復(fù)循環(huán)的水體中的雜質(zhì)。但某試車場在實際使用過程中，出現(xiàn)了嚴重的水體富營養(yǎng)化，藻類滋生、微生物迅速繁殖，進而導(dǎo)致路面形成粘泥，局部附著系數(shù)嚴重下降，出水裝置或噴嘴堵塞等等，無法滿足正常的試驗環(huán)境要求。因此，部分地區(qū)須考慮增加采用化學(xué)處理工藝，即通過向水池內(nèi)投放藥劑的方式殺菌除藻，進而控制水體質(zhì)量最為直接有效。即在供水系統(tǒng)中增加設(shè)計自動投藥設(shè)備。

4 結(jié)語

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，試車場已成為汽車工業(yè)發(fā)展的必備場所，而對于試車場而言，ABS測試路是其極為核心的測試道路。在現(xiàn)今已有成熟試驗標準的前提下，以上測試道路設(shè)計要點的提煉與總結(jié)，有利于該測試道路的設(shè)計標準化的建立;同時也可供類似項目的參考與借鑒。

參考文獻：

[1]GB12676-2014《商用車制動系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗方法》.

[2]GB/T 13594-2003《機動車和掛車防抱制動性能和試驗方法》.

[3]GB 21670-2008《乘用車制動系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗方法》.