冰雪對(duì)車輛ABS制動(dòng)性能評(píng)價(jià)的影響

覃 秋，董曉菲，何俊南Qin Qiu，Dong Xiaofei，He Junnan

冰雪對(duì)車輛ABS制動(dòng)性能評(píng)價(jià)的影響

覃 秋，董曉菲，何俊南
Qin Qiu，Dong Xiaofei，He Junnan

（中汽研汽車檢驗(yàn)中心（呼倫貝爾）有限公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021000）

制動(dòng)性能是汽車各項(xiàng)駕乘性能中非常重要的部分，車輛在冰雪路面上直線制動(dòng)是評(píng)價(jià)ABS（Anti-lock Braking System，防抱死制動(dòng)系統(tǒng)）性能的主要評(píng)測(cè)試驗(yàn)之一。由于環(huán)境因素對(duì)于冰雪路面一致性影響較大，所以會(huì)影響評(píng)價(jià)結(jié)果的公正性。在各種冰雪路面上進(jìn)行制動(dòng)測(cè)試，分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)的一致性，得出某些路面一致性較低的結(jié)論，查找原因并提出改進(jìn)方法和建議。

ABS；冰雪路面；制動(dòng)試驗(yàn)

0 引 言

ABS（Anti-lock Braking System，防抱死制動(dòng)系統(tǒng)）是一種重要的汽車主動(dòng)安全裝置，可防止車輛在緊急制動(dòng)時(shí)出現(xiàn)車輪抱死、側(cè)滑、甩尾等現(xiàn)象[1-2]。

我國受冰雪影響的范圍較大，特別是西北、東北等地。降雪會(huì)使路面形成各種形態(tài)，例如雪路面、冰路面、冰雪混合路面等，其中路面以壓實(shí)雪和冰面最為常見，存在時(shí)間也最長；因此很多零部件廠家會(huì)將壓實(shí)雪和冰面作為低附路面的典型道路，進(jìn)行ABS制動(dòng)性能評(píng)價(jià)。

以冰雪路面作為低附路面的典型代表進(jìn)行制動(dòng)試驗(yàn)，評(píng)價(jià)ABS控制器的附著識(shí)別能力、低附條件下的壓力調(diào)節(jié)能力、滑移率的識(shí)別能力以及附著識(shí)別錯(cuò)誤時(shí)控制程序的魯棒性。

1 冰雪路面

冰面道路是小雪融化后使路面產(chǎn)生了浮冰，其附著系數(shù)約為0.2，要求ABS控制器產(chǎn)生較小的制動(dòng)壓力以維持較為理想的滑移率；壓實(shí)積雪路面同樣是冬天常見路面，其附著系數(shù)稍高于冰面，約為0.3[3]，用于評(píng)價(jià)ABS在附著系數(shù)較低且路面顛簸路況下的控制效果。

冰面道路的特征較多，一般通過鋼直尺測(cè)量冰面厚度和溫度計(jì)測(cè)量冰面溫度來表征。陽光輻射、空氣濕度以及冰面上浮雪碎粒都是影響路面附著系數(shù)的重要因素。

雪的壓縮程度和剪切強(qiáng)度對(duì)輪胎雪地牽引性能有很大影響，可以通過垂直和水平的壓實(shí)試驗(yàn)進(jìn)行定量分析[4]。一般使用雪地硬度測(cè)試儀測(cè)量雪面壓實(shí)度（雪地壓實(shí)指數(shù)），進(jìn)而控制試驗(yàn)道路的一致性。

不同冰雪路面的摩擦系數(shù)見表1。

表1 各種路面形態(tài)對(duì)應(yīng)的摩擦系數(shù)范圍

CCRT（China Car Consumer Research and Testing Programme，中國汽車消費(fèi)者研究與評(píng)價(jià)規(guī)程）將駕乘性能中制動(dòng)性能分為制動(dòng)距離和制動(dòng)體驗(yàn)兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。進(jìn)行制動(dòng)距離測(cè)試時(shí)，環(huán)境、氣候、溫度等因素會(huì)使相同冰雪路面的附著系數(shù)和摩擦系數(shù)發(fā)生變化，進(jìn)而影響試驗(yàn)結(jié)果的一致性和評(píng)價(jià)的公正性；因此，冰雪路面分析顯得尤為重要。

2 冰面道路測(cè)試

冰雪路面制動(dòng)試驗(yàn)選擇中汽中心冬季試驗(yàn)場(chǎng)，其位于內(nèi)蒙古牙克石市鳳凰山莊上鳳湖西側(cè)，全年溫度低于－20 ℃的天數(shù)達(dá)到100天，試驗(yàn)場(chǎng)地包括冰廣場(chǎng)和雪廣場(chǎng)，其中冰廣場(chǎng)加速段長300 m，冰面長度為120 m，雪廣場(chǎng)最大直線段長630 m。

試驗(yàn)場(chǎng)地冰廣場(chǎng)的冰面表層保證光滑平整、清潔均勻，任意方向坡度不超過1%。

試驗(yàn)所需儀器設(shè)備包括胎壓表、氣象站、汽車綜合測(cè)試儀、軸荷儀、卷尺等。將試驗(yàn)車輛的輪胎氣壓調(diào)整至輪胎標(biāo)準(zhǔn)氣壓[5-6]，試驗(yàn)負(fù)載為車輛整備質(zhì)量加上1名駕駛員和1名記錄員。試驗(yàn)過程為車輛從0加速至40 km/h，之后保持勻速，當(dāng)車輛進(jìn)入冰面時(shí)，掛空擋，全力踩下制動(dòng)踏板[7]，觸發(fā)ABS工作，同時(shí)記錄員開啟汽車綜合測(cè)試儀，車輛停止后記錄汽車制動(dòng)過程中的制動(dòng)距離，并計(jì)算制動(dòng)減速度。

選取不同氣溫的兩個(gè)工作日進(jìn)行試驗(yàn)，每組進(jìn)行8次有效試驗(yàn)，根據(jù)ECE （Economic Commission for Europe，歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)） R117[8]附錄 7要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，剔除最優(yōu)及最差結(jié)果，將剩余6次數(shù)據(jù)作為評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)中盡量使每次制動(dòng)過程的行駛軌跡不重疊。

平均制動(dòng)減速度D為

式中：為初速度，m/s；為制動(dòng)距離，m。

平均制動(dòng)減速度的標(biāo)準(zhǔn)偏差D為

平均制動(dòng)減速度的變異系數(shù)v為

分別計(jì)算兩組制動(dòng)減速度的平均值1、2，最后計(jì)算兩組試驗(yàn)的相對(duì)誤差

式中：1為第1組制動(dòng)減速度的平均值，m/s2；2為第2組制動(dòng)減速度的平均值，m/s2；平均為兩組制動(dòng)減速度平均值的均值，m/s2，平均=（1+2）/2。

冰面測(cè)試的兩組試驗(yàn)數(shù)據(jù)及評(píng)價(jià)結(jié)果見表2～4。

表2 冰面第1組試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 冰面第2組試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4 冰面測(cè)試評(píng)價(jià)結(jié)果

由表2、表3可知，在單組試驗(yàn)過程中，光照和相對(duì)濕度等環(huán)境因素相對(duì)穩(wěn)定，但在冰面上的制動(dòng)軌跡不完全相同，使車輪軋過后冰面狀態(tài)不完全相同，且每次制動(dòng)試驗(yàn)中試驗(yàn)員的踏板力很難保持一致；因此，同一組試驗(yàn)中制動(dòng)減速度有一定的變異系數(shù)。不同組試驗(yàn)過程中，光照、濕度、溫度、風(fēng)速等環(huán)境因素變化會(huì)影響冰面摩擦系數(shù)，因此不同時(shí)間下試驗(yàn)結(jié)果有一定的誤差。

3 雪面道路測(cè)試

選擇中汽中心冬季試驗(yàn)場(chǎng)雪廣場(chǎng)作為試驗(yàn)場(chǎng)地，雪地壓實(shí)指數(shù)為75～85。試驗(yàn)所需儀器設(shè)備包括雪地硬度測(cè)試儀、胎壓表、氣象站、汽車綜合測(cè)試儀、軸荷儀、卷尺等。將試驗(yàn)車輛的輪胎氣壓調(diào)整至輪胎標(biāo)準(zhǔn)氣壓[5-6]，試驗(yàn)負(fù)載為車輛整備質(zhì)量加上1名駕駛員和1名記錄員。試驗(yàn)過程為車輛從0加速到80 km/h，之后保持勻速，當(dāng)車輛進(jìn)入雪面時(shí)，掛空擋，全力踩下制動(dòng)踏板[7]，觸發(fā)ABS工作，記錄車輛從80 km/h減速至0的制動(dòng)距離，并計(jì)算制動(dòng)減速度。選取不同氣溫的兩個(gè)工作日進(jìn)行試驗(yàn)，每組進(jìn)行8次有效試驗(yàn)，根據(jù)ECE R117附錄7要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，剔除最優(yōu)及最差結(jié)果，將剩余6次數(shù)據(jù)作為評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)中盡量使每次制動(dòng)過程的行駛軌跡不重疊。

壓實(shí)雪面測(cè)試的兩組試驗(yàn)數(shù)據(jù)及評(píng)價(jià)結(jié)果見表5～7。

表5 雪面第1組試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表6 雪面第2組試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表7 雪面測(cè)試評(píng)價(jià)結(jié)果

由表7可知，在壓實(shí)雪路面制動(dòng)試驗(yàn)中，兩組制動(dòng)減速度的變異系數(shù)分別為4.1%和2.4%，相對(duì)冰面兩組制動(dòng)減速度變異系數(shù)4.4%和5.9%均減小，雪面兩組試驗(yàn)結(jié)果的相對(duì)誤差為3.6%，與冰面對(duì)應(yīng)值16.9%相比也減小，說明在雪地壓實(shí)指數(shù)基本一致的情況下，環(huán)境變化對(duì)雪面摩擦系數(shù)的影響比冰面要大，這是因?yàn)檩喬ズ捅娼佑|時(shí)冰面上會(huì)有“冰膜”。溫度、濕度以及光照等環(huán)境條件的變化會(huì)直接影響冰膜的形態(tài)，冰膜使地面產(chǎn)生流體動(dòng)力潤滑從而影響了路面的附著系數(shù)。

4 篷房冰面道路測(cè)試

從以上分析可知，在低附路面車輛ABS制動(dòng)性能評(píng)價(jià)過程中，壓實(shí)雪面的制動(dòng)測(cè)試結(jié)果變異系數(shù)相對(duì)冰面較小，受環(huán)境因素影響較小；室外冰面的制動(dòng)測(cè)試結(jié)果一致性較差，受環(huán)境因素影響較大。設(shè)置專門的室內(nèi)測(cè)試篷房進(jìn)行冰面測(cè)試，以避免外界光、風(fēng)、雪、揚(yáng)塵等不確定因素的影響。

室內(nèi)測(cè)試在專業(yè)輪胎測(cè)試篷房進(jìn)行，控制并調(diào)節(jié)測(cè)試區(qū)域空間環(huán)境條件，試驗(yàn)前保證冰面測(cè)試道表層光滑平整、清潔均勻。因測(cè)試篷房長度有限，試驗(yàn)時(shí)以20 km/h初速度在冰面上全力制動(dòng)至車速為0，記錄制動(dòng)距離并計(jì)算減速度。每組進(jìn)行8次有效試驗(yàn)，剔除最優(yōu)及最差結(jié)果，將剩余6次數(shù)據(jù)作為評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。兩組試驗(yàn)數(shù)據(jù)及評(píng)價(jià)結(jié)果見表8～10。

表8 篷房冰面第1組試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表9 篷房冰面第2組試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表10 篷房冰面測(cè)試評(píng)價(jià)結(jié)果

由表10可知，篷房內(nèi)單組冰面測(cè)試的變異系數(shù)為2.7%，相對(duì)誤差6.6%，小于表4中室外冰面的變異系數(shù)和相對(duì)誤差，說明篷房可以有效避免外界環(huán)境對(duì)冰面的影響。表10中不同試驗(yàn)日期的數(shù)據(jù)仍有一定相對(duì)誤差，主要由于不同日期的溫度和濕度不相同，導(dǎo)致冰面水膜狀況不一樣，對(duì)比表4，相對(duì)誤差率的降幅超過10%，進(jìn)一步說明篷房能夠很大程度降低環(huán)境因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

5 結(jié)束語

目前，車輛ABS制動(dòng)性能的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)以制動(dòng)距離和制動(dòng)減速度為主。冰雪路面受環(huán)境因素變化，路面附著系數(shù)和摩擦系數(shù)的一致性會(huì)受到影響，導(dǎo)致試驗(yàn)客觀性降低，影響評(píng)價(jià)結(jié)果。

冰雪路面，特別是室外冰面，受溫度、濕度、光照等環(huán)境因素影響特別明顯，不同試驗(yàn)日期得到試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)誤差較大；輪胎篷房中進(jìn)行冰面測(cè)試，可以在一定程度上減小試驗(yàn)環(huán)境的不利影響。壓實(shí)雪路面測(cè)試的一致性和復(fù)現(xiàn)性相對(duì)冰面更好。

[1]劉建房，李以農(nóng)，郭旭，等.汽車ABS動(dòng)態(tài)試驗(yàn)臺(tái)的開發(fā)設(shè)計(jì)[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006（12）：1-4.

[2]于慶.淺談ABS測(cè)試車輛防側(cè)翻支架設(shè)計(jì)與安裝[J].摩托車技術(shù)，2020（6）：39-41.

[3]劉彥君. 用于ESP的汽車操縱穩(wěn)定性試驗(yàn)與評(píng)價(jià)方法研究[D].北京：清華大學(xué)，2014.

[4]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).轎車輪胎雪地抓著性能試驗(yàn)方法：GB/T 33829—2017[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2017.

[5]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).轎車輪胎：GB 9743—2015[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

[6]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).轎車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負(fù)荷：GB/T 2978—2014[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

[7]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).乘用車制動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法：GB 21670—2008[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[8]ECE.Uniform Provisions Concerning the Approval of Tyres with Regard to Rolling Sound Emissions and/or to Adhesion on Wet Surfaces and/or to Rolling Resistance：ECE R117-2013[S].2013.

2022-08-03

1002-4581（2022）06-0009-04

U467.1+5

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2022.06.003