谢东明邱彬柴智勇周锋

（1.中国汽车技术研究中心，天津 300300；2.长春汽车检测中心，长春 130011）

基于乘用车ABS试验的各试验场低附着路面现状分析

谢东明1邱彬1柴智勇1周锋2

（1.中国汽车技术研究中心，天津 300300；2.长春汽车检测中心，长春 130011）

针对盐城汽车试验场、通县试验场、定远汽车试验场、襄阳汽车试验场、海南汽车试验场等5个汽车试验场进行了ABS路低附着路面附着系数特性研究，获取了ABS低附路面的最大附着系数kpeak及滑动附着系数klock分布范围及R值。同时，结合ABS认证试验经验，对ABS低附路面的附着系数、尺寸、路面均匀性、水膜状况、安全距离、独立性等方面进行了多因素评价，为ABS路面的改进和安全使用提供技术参考。

主题词:乘用车 ABS试验 附着系数 多因素评价

1 前言

近年来，我国一些汽车试验场开始修建及改建ABS低附着路面，如，中汽中心盐城汽车试验场、重庆西部汽车试验场、上海通用广德汽车试验场、长城徐水汽车试验场都新建了ABS低附着路面；通县汽车试验场（交通部公路交通试验场）、海南热带汽车试验场等改建了ABS低附着路面。这些ABS低附着路面的附着系数特性、路面均匀性等都对乘用车ABS认证试验结果具有重要影响。

为此，直接测量和收集整理了中汽中心盐城汽车试验场、通县汽车试验场、定远汽车试验场、襄阳汽车试验场、海南汽车试验场等汽车试验场的ABS低附着路面附着系数特性，并分析了各ABS低附着路面在尺寸、路面均匀性、安全距离、独立性等方面的优劣，为试验人员提供试验数据及试验安全方面的参考和建议。

2 ABS低附着路面附着系数测量

评价ABS低附着路面附着系数的主要指标包括最大附着系数kpeak和滑移率为100%（车轮抱死滑动）时的滑动附着系数klock[1]。

2.1 最大附着系数kpeak

ABS低附着路面最大附着系数kpeak是指汽车以车速40 km/h行驶，当滑移率在0～100%之间时的路面最大附着系数。kpeak值按以下步骤[2]计算。

a.选取1台最大总质量小于3.5 t的乘用车，该车应具有状态良好的ABS系统，且在ABS系统失效制动时，左、右侧车轮制动力可均匀分配。在ABS低附着路面上，驾驶该车以55 km/h的初速度全力紧急制动，制动踏板力宜大于600 N，使ABS系统处于工作状态，然后记录车速从45 km/h减至15 km/h时所用时间，进行多次试验后取其中3个最短时间的均值作为试验结果tm。将tm代入式（1）中，计算获取ABS工作时的汽车最大制动强度zAL：

b.将选取的乘用车ABS系统电源切断，并切断车辆后轴制动能源供应，使汽车以50 km/h的初速度进行前轴单轴制动，记录车速从40 km/h减至20 km/h时所用时间，取最小3个有效值的均值作为试验结果tm，利用式（2）计算前轴的最大制动强度zm，利用式（3）计算附着系数kf。同理，进行后轴单轴制动，记录车速从40 km/h减至20 km/h时所用时间，取最小3个有效值的均值作为试验结果tm，然后利用式（2）计算后轴的最大制动强度zm，利用式（4）计算附着系数kr。

式中，F1为前轴静载荷；F2为后轴静载荷；P为整车试验质量；h为质心高度；E为轴距。

c.将计算得到的汽车最大制动强度zAL代入式（5）和式（6）中，计算全力制动时前轴动载荷Ffdyn及后轴动载荷Frdyn；将计算得到的前轴附着系数kf、后轴附着系数kr代入式（7）中，计算乘用车最大附着系数kpeak。

2.2 滑动附着系数klock

滑动附着系数klock按以下步骤计算：

a.采用测定最大附着系数kpeak时的同一台乘用车，并确保ABS系统工作正常，车况及试验条件与测定kpeak值时尽量保持一致；

b.将选取的乘用车ABS系统电源切断，汽车以50 km/h初速度全力紧急制动，并监测轮速，确保车速低于40 km/h之前所有车轮完全抱死，记录车速从40 km/h减至20 km/h时所用时间，取多次试验中最小3个有效值的均值作为试验结果tm；

c.将tm代入式（8）中计算滑动附着系数klock：

3 低附着路面R值的判定

汽车在实际道路行驶过程中，ABS系统起到平衡汽车制动性能（纵向附着系数）与横向稳定性的作用，在保证横向稳定性的基础上应充分利用路面的纵向附着系数[3]。

如图1[4]所示，对于实际道路来说，从滑移率为0开始，路面对汽车轮胎的纵向附着系数随轮胎滑移率的增加而快速增加，而地面对轮胎的横向附着系数却从较高值开始缓慢降低，当滑移率达到20%左右时纵向附着系数达到峰值，此滑移率称为峰值滑移率λpeak，而此刻横向附着系数也保持较大值，可以确保汽车横向稳定性和操纵性。在滑移率为0～λpeak的区间内，汽车都具有较高的横向稳定性，为稳定区。但当滑移率超过λpeak后，纵向附着系数会逐步降低，横向附着系数则会迅速降低，轮胎很容易抱死，汽车的横向稳定性和操纵性也会急剧降低，滑移率在λpeak～100%范围为非稳定区[5]。所以现有ABS系统均将车辆滑移率控制在0～λpeak之间，通过ABS控制使制动时轮胎滑移率小于但尽可能接近λpeak。

图1 ABS控制的稳定区与非稳定区

现有ABS系统的设计与开发均是基于图1所示的路面附着系数特性展开，相应的最大附着系数kpeak与滑动附着系数klock的比值（即R值）应满足一定的比例关系。在开展ABS试验之前，需要获取低附着路面的R值，并通过判定1.0≤R≤2.5，以确保该低附着路面上获取的最大附着系数kpeak不小于车轮抱死时的滑动附着系数klock[6]，以确认其路面附着系数特性适合进行ABS试验。

4 国内ABS低附着路面附着系数特性

目前，我国的几个汽车试验场ABS低附着路面均以玄武岩瓦为主要材料，试验时通过持续喷水保持路面湿润并降低其附着系数，设计的附着系数一般在0.20～0.30之间，除此以外中汽中心盐城汽车试验场还针对开发试验新增了模拟冰面的瓷砖低附着路面，其设计的附着系数约为0.10，襄阳汽车试验场具备特殊油漆低附着路面，其设计附着系数为0.15左右[7]。

结合乘用车ABS试验及ABS低附着路面的检定试验数据，整理获得各ABS低附着路面最大附着系数kpeak、滑动附着系数klock及R值如表1所列。

表1 ABS低附着路面附着系数特性

由表1可知，所有试验场的ABS低附着路面的滑动附着系数klock均小于各自的最大附着系数kpeak，R值均大于1，符合标准要求。5种玄武岩路面的klock均值为0.189，其中海南试验场的klock值最高，为0.217，定远汽车试验场的klock值最低，为0.169。5种玄武岩路面的R值均值为1.28，其中盐城试验场R值最高为1.60，定远试验场R值最低为1.14，这表明盐城汽车试验场ABS路面具有更高的区分度，即kpeak值与klock值差异最大，而定远汽车试验场ABS路面区分度较低，kpeak值与klock值较为接近。

5 ABS低附着路面多因素评价

结合ABS认证试验经验，对几个试验场ABS低附着路面的尺寸、路面均匀性、安全距离、独立性等4项指标进行了多因素评价，为ABS低附着路面的安全合理使用提供技术参考。

5.1 权数设置

针对ABS低附着路面4项指标的重要程度设定不同的权数（1～5），1表示最不重要，2表示比较不重要，3表示一般重要，4表示比较重要，5表示最重要。ABS路面尺寸涉及汽车能否在相应低附着路面完成ABS制动试验，且要预防跑偏，所以设置权数为5；路面及水膜均匀性一方面会影响ABS附加检查的安全性，另外一方面也会影响试验结果稳定性和试验效率，设置权数为4；试验场地周边的安全距离与驾驶员的生命安全息息相关，设置权数为5；ABS路如能保持相对独立，则试验过程受其它汽车影响较小，可大幅提高试验效率，设置权数为3。

5.2 各因素评价

根据以上4项指标对几个试验场ABS低附着路面进行打分（0～5分），1表示最差，2表示比较差，3表示一般，4表示比较好，5表示最好，将单项评分乘以单项权数为单项评价结果。

5.2.1 ABS路面尺寸评价

ABS路面尺寸评价结果如表2所列。由于盐城试验场ABS路面在长度和宽度上都较为充裕，但进行附加检查时可能面临长度偏短，所以评分为4分，即比较好；通县试验场宽度条件最好，但长度不足，评分为4分；定远试验场长度、宽度基本满足要求，评分为5分，即最好；襄阳及海南试验场整体尺寸均不足，评分均为3分，即一般。

表2 场地尺寸评价结果（权数=5）

5.2.2 路面均匀性评价

路面均匀性评价结果如表3所列。盐城试验场、海南试验场路面均为新铺设路面，均匀性较好，评分为5分；通县汽车试验场路面也为新铺设路面，路面较平，但由于路面较宽，喷水之后往往出现单侧水膜较厚的情况，这种情况在夏天比较突出，评分为4分；襄阳试验场路面较平，但水膜状况略为欠缺，评分为4分；定远试验场路面主要问题是喷水系统不能覆盖路面，且水量不足，由于定远试验场长期开展重型车试验，ABS低附着路面有局部损伤，路面状况一般，评分为3分。

表3 场地路面均匀性评价结果（权数=4）

5.2.3 安全距离

安全距离评价结果如表4所列。盐城试验场、通县汽车试验场安全距离都较长，其中盐城试验场ABS低附着路面位于直线制动路中部，左右侧安全距离均超过40 m，ABS低附路前方安全距离约为150 m，评分为5分；通县汽车试验场右侧为动态广场，安全距离超过200 m，但左侧安全距离相对较短，仅为15 m，评分为4分；襄阳试验场ABS低附着路面位于性能路中部，左右侧安全距离均不足10 m，评分为3分；定远汽车试验场ABS低附着路面也位于性能路侧面，左右侧距离均为15 m左右，评分为3分；海南汽车试验场ABS路位于性能路与高环之间，左右侧安全距离仅为10 m左右，评分为3分。

表4 安全距离评价结果（权数=5）

5.2.4 场地独立性

场地独立性评价结果如表5所列。盐城试验场、通县汽车试验场的ABS低附着路面都相对独立，与其它试验路面可进行隔离，其中盐城试验场ABS低附着路面所在区域为制动专用区域，评分为5分；通县试验场ABS低附着路面仅与动态广场共用加速圆弧，评分为5分；以上两个试验场ABS路的试验效率或安全性都远高于其它试验场；而襄阳试验场低附路位于性能路中央，开展ABS试验时往往需要对性能路封场，路面有效使用时间受影响，评分为3分；定远汽车试验场ABS低附着路面位于性能路侧面且紧邻噪声路，海南汽车试验场ABS路面位于性能路上且紧邻高环、噪声路等，以上两个场地ABS试验需要与噪声、性能等其它试验项目协调，场地有效使用时间均极短，评分均为2分。

5.3 综合评价

各试验场ABS低附着路面的综合评价结果[8]见表6。

表6 综合评价结果

由表6可知，综合路面尺寸、路面均匀性、安全距离、场地独立性等4方面因素，新建的盐城汽车试验场和通县汽车试验场的ABS低附着路面状况较好，而海南、定远、襄阳3个试验场的ABS低附着路面状况相对较差。

6 改进建议

从多因素评价结果来看，盐城汽车试验场可以考虑适当延长其ABS低附着路面长度，以实现在低附着路面上完成高速试验项目。通县汽车试验场面临的主要问题是低附着路面左侧安全距离不足，存一定安全隐患，试验人员应重点关注，尽量防止试验车辆向左侧侧滑。该场地宽度尺寸较为充裕，但带来了水膜控制的难题，需要通过改善喷水系统性能以获取更为稳定的试验结果。定远汽车试验场长度最优，但其路面损毁严重，喷水系统不均，将直接引起试验结果不稳定，车辆容易侧滑等问题，除此之外定远汽车试验场与襄阳汽车试验场、海南汽车试验场面临类似问题，即ABS低附着路面左右侧安全距离均不足，ABS试验区域与其它路面混用，存在较大安全隐患，且试验人员很难通过自身因素规避以上安全隐患，建议重新对ABS低附着路面位置进行规划修建。襄阳汽车试验场、海南汽车试验场还面临低附着路面尺寸过小，难以完整开展ABS试验项目的问题，在重新修建ABS低附着路面时应考虑对路面尺寸进行扩大。

1 国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.GB 21670—2008乘用车制动系统技术要求及试验方法.北京：中国标准出版社，2008.

2 谢东明，苑林，郭勇，等.装备黏性联轴器四驱车辆的ABS试验方法研究.汽车工程，2012（3）：227～231.

3 李君，喻凡，张建武，等.车辆转向制动防抱死系统仿真研究.系统仿真学报，2001（6）：789～793.

4 程军.防抱制动系统不同控制方法的模拟研究.汽车技术，1998（8）：1～7.

5 ABS株式会社编.汽车制动防抱死装置（ABS）构造与原理.李朝禄，刘荣华译.北京：机械工业出版社，2005.

6 国家质量监督检验检疫总局.GB/T 13594—2003机动车和挂车防抱制动性能和试验方法.北京：中国标准出版社，2003.

7 蔡桃庭，卢冶.汽车ABS试验道路研究.汽车科技，2005（5）：40～42.

8 F.Robort Jacobs，Ricard B.Chase.运营管理.任建标译.北京：机械工业出版社，2011.

（责任编辑 文 楫）

修改稿收到日期为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