汽車制動輔助系統的測試與評價

馮 贊，張 鑫，王子龍，沈林邦

(招商局檢測車輛技術研究院有限公司 國家客車質量檢驗檢測中心，重慶 401329)

制動輔助系統(BAS)是指能夠根據駕駛員制動需求識別緊急制動事件，協助駕駛員實現最大程度的制動，迅速使防抱死系統(ABS)進入工作狀態(tài)的輔助系統[1]。BAS能顯著減小制動距離，降低發(fā)生危險的概率或衰減碰撞的激烈程度，對駕駛員腿部力量不足或制動不夠果斷的情況效果顯著[2-5]。BAS有望在國內M1類車型上率先強制安裝，但現階段國內還缺乏BAS相關法規(guī)，只能參考ECE R139進行開發(fā)和測試。根據判斷緊急制動狀態(tài)條件不同，ECE R139將BAS分為A和B兩類。由于當前企業(yè)配備的BAS主要是B類，所以本文主要闡述B類BAS的原理、測試及評價，期望為B類BAS的開發(fā)、整車匹配及國家法規(guī)制定提供參考。

1 B類BAS基本組成及原理

ECE R139定義B類BAS依據駕駛員施加制動踏板速度來判斷緊急制動狀態(tài)。B類BAS主要部件包括控制器和執(zhí)行器兩部分[6]。其工作原理如下：BAS控制器獲取整車速度信號、制動主缸壓力信號和制動踏板速度信號。①當車輛速度≤某一v0值時(文獻[1]規(guī)定為15 km/h)，任何情況下BAS都不觸發(fā)；②當車輛速度>該v0值時，若制動主缸壓力≥某一P0值(即ABS觸發(fā)壓力值，由開發(fā)者設定)，則ABS被激活，此時無論制動踏板速度快還是慢，BAS都不被觸發(fā)；③當車輛速度>該v0值時，若制動主缸壓力<上述P0值不足以激活ABS，但若制動踏板速度高于BAS被觸發(fā)限值，則觸發(fā)BAS，由BAS執(zhí)行器對制動主缸快速增壓以執(zhí)行緊急制動，瞬間提高制動壓力輸出并持續(xù)保持高制動壓力，BAS實現輔助制動功能，從而激活ABS使其循環(huán)工作。BAS觸發(fā)后，由BAS執(zhí)行器對制動主缸增壓并持續(xù)保持高制動壓力，車輛制動減速度與制動踏板力大小無關(但需落在起作用的范圍內)。

實際產品中，由于制動主缸壓力上升速度與制動踏板速度直接相關，汽車制造商通常通過對制動主缸壓力上升速度的標定來代替制動踏板速度信號，然后依據制動主缸壓力上升速度來判定車輛是否處于緊急制動狀態(tài)。

2 B類BAS測試及評價

2.1 測試法規(guī)要求

按照ECE R139，B類BAS的測試評價流程分為三步：

第一步，確定aABS和FABS。aABS是按照第1部分②中要求用慢踩制動踏板方式，不觸發(fā)BAS但激發(fā)ABS后計算的車輛最大程度制動時的減速度；FABS是車輛達到aABS時的最小踏板力。試驗過程如下：測試時車輛速度保持在100 km/h±2 km/h，試驗中通過增加制動踏板力使ABS被激活。按照此要求進行5次相同測試。對所測得的5次制動減速度隨制動踏板力變化的值進行平均，得到一條制動減速度隨制動踏板力變化的曲線，即maF 曲線，如圖1所示。該maF曲線上的最大制動減速度值為amax，將maF曲線上制動減速度值為90%amax和amax的兩個值進行平均即為aABS，在maF曲線上對應aABS的最小踏板力即為FABS。

圖1 maF曲線

第二步，判定所確定的aABS和FABS的有效性。該法規(guī)中定義制動踏板力為20 N的時刻為t0時刻，5次試驗測試車輛都應該在t0時刻后的2.0 s±0.5 s內實現ABS循環(huán)工作，即隨時間變化的減速度曲線應該落在(t0,0)、(t0+2，aABS)兩點連線±0.5 s范圍內，如圖2所示，則所確定的aABS和FABS有效。若某次試驗的減速度-時間曲線未在上述范圍內，則應增加試驗次數，重新計算aABS和FABS，并判定新的5次曲線是否都落在新的區(qū)間內。這樣循環(huán)往復，直到滿足要求為止。

圖2 aABS通道范圍

第三步，按照第1部分③中的要求進行一次BAS被觸發(fā)驗證試驗。測試時車輛速度同樣保持在100 km/h±2 km/h。首先進行快速制動以模擬緊急制動，使BAS被觸發(fā)，在時刻t=t0+0.8 s至車輛速度降至15 km/h 時的時間內，制動踏板力應該維持在0.5FABS至0.7FABS之間，且該時段內車輛制動減速度絕對值大于0.85aABS，則該B類BAS滿足法規(guī)要求。

2.2 樣車測試及評價

1) 試驗條件。裝備B類BAS的測試樣車(表1中SUV2車型一輛)，配備一名駕駛員和一名測試人員；其余條件符合法規(guī)要求。主要測試設備有CBAR1000制動機器人和RT3002G高精度陀螺儀。其中制動機器人通過執(zhí)行預設的制動力或者制動行程實現精確制動，可以減少試驗次數、提升試驗效率和提高數據可靠性，還用于測量制動踏板力、制動踏板速度和制動踏板行程；陀螺儀用于準確測量試驗時間、車速和制動減速度等信號。

2)aABS和FABS的確定。按2.1節(jié)對試驗樣車進行5次試驗。以1 N為插值步長，對5次試驗制動減速度隨制動踏板力變化的數據進行3次樣條擬合后插值，然后對5次插值結果進行平均后再擬合，得到制動減速度隨制動踏板力變化的曲線，即maF 曲線，如圖1所示，通過計算得到aABS為-9.4 m/s2，FABS為213 N。圖2為試驗樣車上述5次試驗制動減速度隨時間變化的數據曲線，都落在(t0,0)、(t0+2，aABS)兩點連線±0.5 s范圍內，表明所確定的aABS和FABS有效。

3) 樣車BAS評價。在計算獲得aABS和FABS后，按2.1節(jié)對樣車進行一次BAS觸發(fā)驗證試驗，測試結果如圖3所示。結果表明，在t=t0+0.8 s時刻至車輛速度降至15 km/h時的這段時間內，制動踏板力始終處于0.5FABS至0.7FABS之間，且測試車輛的制動減速度總是大于0.85aABS，所以該車型的BAS符合ECE R139的要求。

圖3 B類BAS測試結果

另外，該車型試驗BAS被觸發(fā)后，在t=t0+0.8 s時刻后，無論制動踏板力較大還是較小(但均要落在0.5FABS～0.7FABS之間)，車輛制動減速度均處于同一水平。這也驗證了只要BAS起作用，車輛制動強度與制動踏板力大小無直接關系的原理。

2.3 BAS系統激活和未激活對比

以表1中SUV2車型為例，逐步增加制動踏板速度，直到BAS被觸發(fā)。圖4示意了制動踏板速度為700 mm/s時BAS未觸發(fā)和上升到791 mm/s時BAS觸發(fā)的車輛制動性能對比。制動時間從4.39 s縮短為3.44 s，制動距離從64.6 m減小至51.3 m，峰值制動減速度從7.24 m/s2增加至10.26 m/s2?？梢夿AS被觸發(fā)后能大幅減小制動距離，減小危險發(fā)生概率，提升汽車安全性能。

(a) 車速-時間

(b) 制動減速度-時間

2.4 B類BAS符合性評價準則討論

在實際應用中，如果企業(yè)設定的BAS制動踏板速度觸發(fā)限值過高，駕駛員常規(guī)踩的緊急制動踏板速度都難以觸發(fā)BAS，則BAS失去實際意義。而ECE R139并未給出一個合理的BAS制動踏板速度觸發(fā)限值。由此，本文對B類BAS的評價準則進行討論。

表1給出了筆者測試的6個不同車型的結果。 6輛車的FABS在156～266 N，aABS在8.48～9.74 m/s2，測試時間內的制動踏板力和制動減速度都符合ECE R139的要求。6個車型對應的BAS制動踏板速度觸發(fā)值在591～996 mm/s。實際應用中，企業(yè)為防止BAS被誤觸發(fā)，通常設置其制動踏板速度觸發(fā)值較高?，F有文獻[6]表明，在緊急制動狀態(tài)下，90%的駕駛員踩制動踏板速度不超過683.3 mm/s，而表1中的測試結果表明，僅有SUV1和CAR4兩個車型的觸發(fā)速度小于683.3 mm/s，即一般情況下僅有SUV1和CAR4的BAS才會被觸發(fā)起作用。

表1 不同車型測試結果

另外，文獻[7]表明，95%的駕駛員緊急制動時，踩制動踏板速度不超過800 mm/s。因此，本文綜合考慮，建議在BAS性能評價指標中增加制動踏板速度觸發(fā)閾值，并將其上限值定為800 mm/s。在該限值下，除SUV5外，其他車輛均可滿足要求。確定一個合理的限值，既能夠保證在緊急狀態(tài)下BAS被觸發(fā)，以發(fā)揮BAS作用，又能滿足企業(yè)防止BAS被誤觸發(fā)的目的。

3 結束語

本文根據ECE R139法規(guī)對常見的B類BAS進行測試評價，并針對法規(guī)中缺乏BAS制動踏板速度觸發(fā)限值這一不足，依據多個典型車型的試驗結果提出了較為合理的制動踏板速度BAS觸發(fā)限值，期望為BAS開發(fā)和匹配提供參考，并為BAS法規(guī)標準的制修訂提供依據。