乘用車ABS 系統冰雪路面試驗方法研究

覃秋 吳昊 關嬌

中汽研汽車檢驗中心（呼倫貝爾）有限公司 內蒙古自治區呼倫貝爾市 022150

1 引言

汽車防抱死系統ABS(Anti-lock Braking System)是一種重要的汽車主動安全裝置，可防止車輛在緊急制動時出現車輪抱死、側滑、甩尾等現象[1]。汽車ABS 系統由車速傳感器、輪速傳感器、壓力傳感器、制動器溫度傳感器、速度傳感器及制動踏板力傳感器等組成。通過輪速傳感器及車速傳感器判定行駛車輪的滑移率，并根據路面附著系數與車輪滑移率的關系強制性地把車輪滑移率控制在臨界穩定點附近，提高車輛附著系數利用率，得到最佳的制動距離和制動穩定性[2]。

2 冰雪路面對ABS 系統影響

我國受冰雪影響的地區較大，特備是西北、東北等地區。在冬季，降雪會給路面造成各種路面形態，比如雪路面、冰路面、冰雪混合路面等。其中以壓實雪和冰面最為常見，存在時間也最長。因此很多零部件廠家，如博士公司和大陸公司都將壓實雪和冰面作為低附路面的典型道路對ABS的制動性能進行評價。

在低附著路面，判斷力、運算力、響應速度都對乘用車的ABS 系統提出了更高的要求。以冰雪路面為代表的低附路面的制動試驗主要考察ABS 控制器的附著識別能力、低附條件下的壓力調節能力、對滑移率的識別能力以及附著識別錯誤時控制程序的魯棒性。

3 乘用車ABS 系統試驗方法

3.1 ABS 標準法規介紹

在乘用車國家強制性檢驗認證方面，我國國標GB 21670-2008《乘用車制動系統技術要求及試驗方法》和GB/T 13594—2003《機動車和掛車防抱制動性能和試驗方法》都對于車輛的ABS 系統進行明確的要求并提出了檢測方法。依據不同路面的制動效能、穩定性及車輛是否抱死的試驗結果，對 ABS 的性能進行評價。國際上第一個強制要求安裝ABS 的國家是美國，在1971 年頒布的FMVSS 121 號法規就規定氣制動載貨汽車必須安裝ABS[3]。但是由于早期ABS 技術不成熟，該標準在1978 廢止，但是后來又屢次對FMVSS 121 進行了修訂。歐洲ECE-R13 法規沒有對ABS 的安裝做出強制性要求，但是規定凡是安裝ABS 的車輛應該滿足該法規對有關ABS 性能要求的規定。我國的國家標準GB/T 13594《機動車和掛車防抱制動性能和試驗方法》就是參考ECE-R13 第04 系列的要求制定的。

3.2 ABS 系統冰雪路面性能測試方法

目前國內外沒有ABS 系統的冰雪路面測試方法相關標準。在以冰、雪路為代表的低附路面，目前主要參考博世、大陸等ESC 系統主流研發公司推薦的測試方法，常見測試道路包括冰面、μ-Split 對開路面、壓實積雪路面、對接路面等，評價ABS 系統好壞的指標有很多，其中包括附著系數利用率、剩余制動效能、車輪抱死、制動減速度、制動距離、穩定性與操控性等。其中制動距離和最大橫擺角速度是定量測量的參數指標。

綜合考慮冬季試驗場的人員、設備、試驗方法、環境條件等基本情況以及各種參數指標在冰雪路面上測量的可實現性，提出以冰雪路面為代表的低附著路面下ABS 系統如下測試方法：

表1 ABS 系統低附路面性能測試方法

冰面制動和壓實積雪路面制動主要考察ABS 控制器對于路面附著系數的識別能力以及低附條件下的壓力調節能力、對滑移率的識別能力以及附著識別錯誤時控制程序的魯棒性。對接路面制動試驗主要考察附著識別模塊識別算法的快速性，對開路面制動主要考察ABS 控制器對路面附著系數的識別準確性以及各輪獨立控制的壓力調節能力。制動距離用于評價車輛ABS系統在不同路面下的制動效能，最大橫擺角速度和車輛保持軌跡用于評價車輛制動時方向的穩定性。

4 ABS 實車試驗測試與結果

為研究乘用車ABS 系統冰雪路面試驗方法，我公司在2021 至2022 年測試季，于內蒙古呼倫貝爾牙克石市鳳凰山莊上鳳湖測試場地，對ABS 系統在冰雪路面性能的測試方法進行驗證，利用上文提出的測評方案得出的評價結果與專業測試人員得出的評價結果作對比。推測所設計的測試方案的合理性。

圖1 中汽中心冬季試驗場

4.1 試驗場地

中汽中心冬季試驗場位于內蒙古牙克石市鳳凰山莊上鳳湖西側，全年溫度小于-20℃的天數達到100 天。中汽中心冬季試驗場上鳳湖汽車試驗場有冰廣場和雪廣場。冰廣場加速段300m，冰面段120m，冰面道路的路面附著系數小于0.2。雪廣場最大直線段630m。冰面制動試驗選擇中汽中心冬季試驗場冰廣場作為實驗場地。冰面測試道表層保證光滑平整、清潔均勻，任意方向坡度不超過1%。壓實雪面制動選擇中汽中心冬季試驗場雪廣場作為雪面道路制動試驗場地，雪廣場附著系數稍高于冰面，約0.3[3]。雪的壓縮程度和剪切強度對輪胎雪地牽引性能有很大的影響，可以通過對垂直和水平的壓實試驗來定量這兩個方面的變化[4]。一般使用CTI 雪地硬度測試儀來測量雪面壓實度，通過測量雪面壓實度來控制試驗道路的一致性。左右對接路面制動和對開路面選擇中汽中心冬季試驗場的ABS 測試道路進行測試。ABS 測試道路是由瀝青塊和冰面組成的對接和對開路面。冰面附著系數小于0.2，瀝青附著系數大于0.8。

不同的冰雪路面環境對應的摩擦系數如表2 所示：

表2 各種路面形態對應的摩擦系數范圍

4.2 試驗方法

為了驗證所提出乘用車ABS 系統低附路面性能測試方法的可操作性和合理性。結合冰雪道路場景的實際情況，并參考乘用車制動系統技術要求及試驗方法中發動機脫開情況下的試驗方法。提出如下試驗方案：

試驗所需要用到的儀器設備包括：胎壓表、氣象站、汽車綜合測試儀、軸荷儀、卷尺、組合慣導測試系統、紅外測溫儀等。試驗所用到的場地包括中汽中心冬季試驗場上鳳湖汽車試驗場冰廣場、雪廣場、ABS 性能路等。

將試驗車輛的輪胎氣壓調整至輪胎標準氣壓[6-7]，將車輛調整為整備狀態，試驗負載為1 名駕駛員、1 名記錄員和試驗設備。制動試驗按照GB 21670-2008《乘用車制動系統技術要求及試驗方法》0 型制動試驗的方法進行。啟動駐車前保證制動器的溫度小于90℃，制動初速度誤差不超過1km/h。

車輛加速到試驗初速度時保持穩定一段時間，然后擋位置于空擋，用大而快的力踩制動踏板激活ABS 系統并維持制動踏板力直至車輛停止，同時記錄員開啟汽車綜合測試儀和組合慣導測試系統，車輛停止后記錄汽車制動過程中的制動距離和最大橫擺角速度。同時觀察車輛是否均能保持在3.6m 寬的車道內。當初速度為60km/h 組合式慣性導航的曲線圖如圖2所示，對圖像進行后處理，取曲線段內絕對值最大的數即為最大橫擺角速度。

圖2 組合式慣性導航橫擺角速度曲線圖

制動距離則是通過汽車綜合測試儀測得。在汽車綜合測試儀內部模塊設置觸發條件，設置初速度和末速度作為制動距離開始和結束的條件。記錄各測量結果，ABS 系統冰雪路面的客觀評價指標和結果如表3 所示：

分析表3 中各項數據，各個試驗項目的試驗條件都能較好地得到控制，試驗結果容易得出，測試結果均在其他公司的評測結果范圍內。同時評測結果比較全面得考察了乘用車ABS 系統各方面性能。因此該方法可以作為ABS 系統冰雪路面試驗方法研究的參考方法。

表3 ABS 系統冰雪路面的客觀評價指標和結果

5 總結

本文參考高附和普通低附路面下車輛ABS 的試驗方法提出了乘用車在冰雪路面這類附著系數極低的路面工況下試驗方法和評價指標。并通過冰雪道路下的實車試驗驗證了所提出方法的合理性，填補乘用車冰雪路面試驗方法的空白。

當然除了制動距離、最大橫擺角速度、車輛保持軌跡等參數能評價乘用車ABS 性能外，車輪抱死狀態、制動減速度、制動過程中的方向盤輸入角、駕駛主觀感受等也是表征ABS 性能的重要指標。因此乘用車ABS 系統的多維度評價也將會是重要的研究課題。

實車試驗中需要注意的是環境溫度、空氣濕度、太陽輻射強度、風速等條件組成的氣象系統都會影響試驗結果的復現性，由于當前的試驗條件限制，還很難明確其中的影響規律。因此需要嚴格限制試驗環境條件的范圍、試驗流程來控制試驗結果的誤差。