汽車防抱制動(dòng)系統(tǒng)性能試驗(yàn)研究與分析

摘要：ABS系統(tǒng)與車輛的匹配是一個(gè)亟待解決的課題。為了優(yōu)化針對(duì)ABS系統(tǒng)性能的試驗(yàn)方法，通過(guò)一系列不同道路附著系數(shù)、不同車輛行駛速度及車輛負(fù)荷的工況下，做了相關(guān)道路試驗(yàn)，以驗(yàn)證ABS系統(tǒng)的性能，并根據(jù)對(duì)車輛制動(dòng)減速度和車輪轉(zhuǎn)速的監(jiān)測(cè)結(jié)果，驗(yàn)證試驗(yàn)方法的規(guī)范性，提出了增加車輛橫擺角度和橫擺角速度以評(píng)價(jià)車輛制動(dòng)性能的建議。

關(guān)鍵詞：ABS系統(tǒng)；道路試驗(yàn)；評(píng)價(jià)指標(biāo)

中圖分類號(hào)：U463.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2550（2011）05-0059-04

Test Study and Analysis on Anti-lock Braking System

GU Su-qin1，RUAN Ting-chuan2

（1.China Automotive Engineering Redearch Institute，Chongqing 400039，China；

2.Inner Mongolia North Hauler Joint Stock Co.，Ltd，Baotou 014030，China）

Abstract:It is a serious problem that if an Anti-lock Braking system can meet a vehicle request. So in order to optimize the ABS testing method，many tests under different road adhesion coefficient， different vehicle speed and vehicle load. can be done.At last，to validate if the testing method is suitable for evaluating ABS behavior basing on measured vehicle deceleration and wheel angle speed. This paper also introduces two new evaluating index:yaw angle and yaw angle speed to evaluate ABS behavior.

Key words:anti-lock braking system；road testing；evaluating index

汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)( Anti-lock Braking System ) 簡(jiǎn)稱ABS，是基于汽車輪胎與路面之間的附著性能隨滑移率改變的基本原理而開(kāi)發(fā)的電子控制制動(dòng)系統(tǒng)，它從防止制動(dòng)過(guò)程中車輪“抱死”的機(jī)理出發(fā)，避免汽車后輪側(cè)滑和前輪喪失轉(zhuǎn)向能力，以達(dá)到提高汽車行駛穩(wěn)定性、操縱性和制動(dòng)安全性的目的［1］。

統(tǒng)計(jì)資料表明汽車發(fā)生事故時(shí)，有51.59%是因?yàn)橹苿?dòng)時(shí)發(fā)生車輪抱死，隨之發(fā)生側(cè)滑的也占事故車總數(shù)的21.34%［2］。采用ABS后，由于避免了汽車后輪側(cè)滑和前輪喪失轉(zhuǎn)向能力，進(jìn)而提高了汽車行駛穩(wěn)定性、操縱性和制動(dòng)安全性，可有效地避免或者減輕事故造成的損失。我國(guó)也對(duì)汽車的制動(dòng)系統(tǒng)性能制定了相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。GB 12676-1999《汽車制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性能和試驗(yàn)方法》規(guī)定從2003年10月起，M3類旅游客車，N3類載貨汽車和O4類掛車必須裝用防抱死制動(dòng)裝置，2003年頒布了具體的防抱制動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)方法GB/T13594-2003《機(jī)動(dòng)車和掛車防抱制動(dòng)性能和試驗(yàn)方法》，2004年又具體規(guī)定了必須安裝的車型和時(shí)間(見(jiàn)GB 7258—2004《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》)，同時(shí)交通部規(guī)定高速公路營(yíng)運(yùn)客車必須裝備ABS系統(tǒng)［3］。

目前國(guó)內(nèi)汽車制造商在應(yīng)用ABS系統(tǒng)時(shí)遇到一些問(wèn)題，即ABS系統(tǒng)與車輛的匹配問(wèn)題，即驗(yàn)證某一特定車輛安裝ABS制動(dòng)系統(tǒng)后，其制動(dòng)性能是否達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)的規(guī)定，這需要通過(guò)整車道路試驗(yàn)驗(yàn)證是否滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1 ABS的工作原理

汽車在制動(dòng)過(guò)程中，車輪與路面會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑移，滑移成份在車輛縱向運(yùn)動(dòng)中所占比例稱為滑移率，定義見(jiàn)公式（1）［4］。

=×100%（1）

式中：為車輛行駛速度，m/s; r為車輪半徑，m；為車輪轉(zhuǎn)速，rad/s。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在硬實(shí)的路面上，彈性輪胎與路面間的附著系數(shù)μ和滑移率?姿存在如圖1所示的一般性關(guān)系。

圖 1 附著系數(shù)與滑移率的一般關(guān)系

從圖1中可以看出：當(dāng)車輪的滑移率處于峰值附著系數(shù)μp的附近范圍內(nèi)時(shí)，側(cè)向附著系數(shù)μs約為最大縱向附著系數(shù)的50%~75%。如果能夠?qū)④囕喌幕坡士刂圃谶@一范圍時(shí)，車輪的縱向附著系數(shù)最大，同時(shí)車輪的側(cè)向附著系數(shù)也較大，從而保證獲得充分的制動(dòng)力和足夠防止側(cè)向滑移所遇的側(cè)向附著力。

ABS系統(tǒng)正是利用道路與輪胎之間的這種關(guān)系，在制動(dòng)過(guò)程中利用車輪輪速傳感器測(cè)得車輪的角速度，根據(jù)角速度及角速度的變化率估計(jì)整車速度，并按公式（1）計(jì)算滑移率。通過(guò)壓力調(diào)節(jié)器控制制動(dòng)力的大小，使滑移率保持在μp附近，使路面附著性能得到充分的發(fā)揮，從而達(dá)到最佳的制動(dòng)效果。

2 裝備ABS系統(tǒng)車輛的道路試驗(yàn)結(jié)果及分析

ABS必須與汽車制動(dòng)系統(tǒng)匹配，否則不可能得到良好的制動(dòng)性能。單獨(dú)評(píng)價(jià)ABS的性能沒(méi)有實(shí)際意義，ABS的性能最終應(yīng)體現(xiàn)在裝用該ABS的車輛的制動(dòng)性及制動(dòng)穩(wěn)定性上，因此必須用安裝ABS的汽車進(jìn)行道路試驗(yàn)，對(duì)整車試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析評(píng)價(jià)才有實(shí)用價(jià)值。

下面是一次具體的ABS道路試驗(yàn)結(jié)果：依據(jù)GB/T 13594-2003《機(jī)動(dòng)車和掛車防抱制動(dòng)性能和試驗(yàn)方法》，對(duì)某客車在ABS專用性能試驗(yàn)道路上進(jìn)行的試驗(yàn)。

2．1 試驗(yàn)結(jié)果

ABS系統(tǒng)失效時(shí)車輛剩余制動(dòng)效能試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表 1 ABS系統(tǒng)失效時(shí)車輛剩余制動(dòng)效能試驗(yàn)結(jié)果

2．2 計(jì)算結(jié)果

附著系數(shù)利用率ε測(cè)量計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 附著系數(shù)利用率測(cè)量結(jié)果

2．3 對(duì)接路面試驗(yàn)

對(duì)接路面試驗(yàn)主要用于評(píng)價(jià)ABS系統(tǒng)控制邏輯中路面識(shí)別功能的優(yōu)劣性，反應(yīng)靈敏性。

試驗(yàn)客車采用空載和滿載兩種工況，從高附著系數(shù)路面駛?cè)氲透街禂?shù)路面進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)分別以初速度40 km/h和80 km/h急促全力制動(dòng)（試驗(yàn)曲線見(jiàn)圖2），15 km/h以上車速時(shí)均未發(fā)生車輪抱死現(xiàn)象，保證方向穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向操縱性。

圖2 高附到低附試驗(yàn)的車速及車輪轉(zhuǎn)速曲線

試驗(yàn)客車采用空載和滿載兩種工況，從低附著系數(shù)路面駛?cè)敫吒街禂?shù)路面進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)以初速度50 km/h急促全力制動(dòng)（試驗(yàn)曲線見(jiàn)圖3），ABS反應(yīng)靈敏，能在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到適應(yīng)于高附著系數(shù)路面的最大的減速度，保證制動(dòng)效能的要求。

由圖2可知，可以明顯看到路面跳躍點(diǎn)。車速曲線的斜率在路面轉(zhuǎn)換點(diǎn)有明顯的拐點(diǎn)，其斜率由陡變緩。高附路面制動(dòng)時(shí)制動(dòng)系統(tǒng)有較高的制動(dòng)壓力，當(dāng)車輛跳變到低附著系數(shù)后，ABS系統(tǒng)降低制動(dòng)壓力，使其制動(dòng)壓力與路面附著系數(shù)相適應(yīng)。在過(guò)渡處有一個(gè)較大波動(dòng)，尤其是低速制動(dòng)時(shí)在過(guò)渡處存在短暫抱死，這是由于壓力降低沒(méi)有變換的過(guò)程快。

由圖3可知，車速曲線的斜率在路面轉(zhuǎn)換點(diǎn)也存在拐點(diǎn)，其斜率由緩變陡。低附著路面制動(dòng)時(shí)制動(dòng)系統(tǒng)壓力低，制動(dòng)循環(huán)比較大，當(dāng)車輛跳變到高附著系數(shù)后，ABS系統(tǒng)壓力持續(xù)升高，使其制動(dòng)壓力與路面附著系數(shù)相適應(yīng)，接近系統(tǒng)最大制動(dòng)壓力。

圖3 低附到高附試驗(yàn)的車速及車輪轉(zhuǎn)速曲線

2.4 對(duì)開(kāi)路面試驗(yàn)

對(duì)開(kāi)路面制動(dòng)因左右側(cè)車輪制動(dòng)力不等造成橫擺現(xiàn)象，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)ABS的控制邏輯和控制驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)劣性作出評(píng)價(jià)。

試驗(yàn)客車采用空載和滿載兩種工況，左右車輪分別位于高附著系數(shù)和低附著系數(shù)路面進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)以初速度50km/h急促全力制動(dòng)（試驗(yàn)曲線見(jiàn)圖4），均未發(fā)生車輪抱死現(xiàn)象，制動(dòng)過(guò)程中方向盤輕微轉(zhuǎn)動(dòng)修正行駛方向保證了方向穩(wěn)定性。

圖4 左側(cè)附著系數(shù)高的道路試驗(yàn)

由圖5可知，ABS系統(tǒng)對(duì)車輪抱死現(xiàn)象進(jìn)行了很好地控制，無(wú)論高速還是低速，附著系數(shù)高的路面一側(cè)輪制動(dòng)過(guò)程中控制循環(huán)比較少，制動(dòng)力較大，減速度穩(wěn)定，速度波動(dòng)小；附著系數(shù)低的路面一側(cè)車輪制動(dòng)控制循環(huán)比較多，控制循環(huán)比較大且有短暫抱死現(xiàn)象。

圖5 右側(cè)附著系數(shù)高的道路試驗(yàn)

3 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明：該樣車符合GB/T 13594-2003《機(jī)動(dòng)車和掛車防抱制動(dòng)系統(tǒng)性能和試驗(yàn)方法》要求，但沒(méi)有對(duì)整車制動(dòng)穩(wěn)定性和方向操縱能力做出定量的要求。同樣，通過(guò)對(duì)其它ABS法規(guī)分析可知：附著系數(shù)利用率ε作為評(píng)價(jià)指標(biāo)側(cè)重于制動(dòng)效能的評(píng)價(jià)，沒(méi)有兼顧ABS工作時(shí)整車的制動(dòng)穩(wěn)定性和方向操縱能力。實(shí)際上我們?cè)谶M(jìn)行整車ABS道路試驗(yàn)時(shí)，經(jīng)常遇到車輛激轉(zhuǎn)、嚴(yán)重側(cè)滑甚至翻車等事故，這說(shuō)明：對(duì)ABS性能的評(píng)價(jià)必須通過(guò)在整車上進(jìn)行道路試驗(yàn)才能得到認(rèn)定，我國(guó)現(xiàn)行的GB/T 13594-2003《機(jī)動(dòng)車和掛車防抱制動(dòng)系統(tǒng)性能和試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)ABS工作時(shí)整車的制動(dòng)穩(wěn)定性和方向操縱能力缺乏定量的要求，評(píng)價(jià)指標(biāo)的完整性和科學(xué)性有待進(jìn)一步提高。

參考文獻(xiàn):

［1］ 趙津，王婷. ABS技術(shù)及其在轎車的實(shí)現(xiàn)［J］.貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2001，30（4）：97~99.

［2］ 丁傳龍.交通事故再現(xiàn)中ABS汽車制動(dòng)痕跡的研究與應(yīng)用［D］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué).2005.

［3］ 張明.軍用汽車ABS試驗(yàn)方法與測(cè)試系統(tǒng)研究［D］.南京:南京理工大學(xué).2008.

［4］ 馮如只，趙榮珍，楊娟，鄧林峰.汽車制動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)（交通科學(xué)與工程版），2011，35（1）：130~132.