汽車防抱制動系統性能試驗研究與分析

摘要：ABS系統與車輛的匹配是一個亟待解決的課題。為了優化針對ABS系統性能的試驗方法，通過一系列不同道路附著系數、不同車輛行駛速度及車輛負荷的工況下，做了相關道路試驗，以驗證ABS系統的性能，并根據對車輛制動減速度和車輪轉速的監測結果，驗證試驗方法的規范性，提出了增加車輛橫擺角度和橫擺角速度以評價車輛制動性能的建議。

關鍵詞：ABS系統；道路試驗；評價指標

中圖分類號：U463.5 文獻標志碼：A 文章編號：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

汽車防抱死制動系統( Anti-lock Braking System ) 簡稱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發的電子控制制動系統，它從防止制動過程中車輪“抱死”的機理出發，避免汽車后輪側滑和前輪喪失轉向能力，以達到提高汽車行駛穩定性、操縱性和制動安全性的目的［1］。

統計資料表明汽車發生事故時，有51.59%是因為制動時發生車輪抱死，隨之發生側滑的也占事故車總數的21.34%［2］。采用ABS后，由于避免了汽車后輪側滑和前輪喪失轉向能力，進而提高了汽車行駛穩定性、操縱性和制動安全性，可有效地避免或者減輕事故造成的損失。我國也對汽車的制動系統性能制定了相關國家標準。GB 12676-1999《汽車制動系統結構性能和試驗方法》規定從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裝置，2003年頒布了具體的防抱制動系統試驗方法GB/T13594-2003《機動車和掛車防抱制動性能和試驗方法》，2004年又具體規定了必須安裝的車型和時間(見GB 7258—2004《機動車運行安全技術條件》)，同時交通部規定高速公路營運客車必須裝備ABS系統［3］。

目前國內汽車制造商在應用ABS系統時遇到一些問題，即ABS系統與車輛的匹配問題，即驗證某一特定車輛安裝ABS制動系統后，其制動性能是否達到了國家標準和相關的規定，這需要通過整車道路試驗驗證是否滿足國家標準的要求。

1 ABS的工作原理

汽車在制動過程中，車輪與路面會產生相對滑移，滑移成份在車輛縱向運動中所占比例稱為滑移率，定義見公式（1）［4］。

=×100%（1）

式中：為車輛行駛速度，m/s; r為車輪半徑，m；為車輪轉速，rad/s。

試驗發現，在硬實的路面上，彈性輪胎與路面間的附著系數μ和滑移率?姿存在如圖1所示的一般性關系。

圖 1 附著系數與滑移率的一般關系

從圖1中可以看出：當車輪的滑移率處于峰值附著系數μp的附近范圍內時，側向附著系數μs約為最大縱向附著系數的50%~75%。如果能夠將車輪的滑移率控制在這一范圍時，車輪的縱向附著系數最大，同時車輪的側向附著系數也較大，從而保證獲得充分的制動力和足夠防止側向滑移所遇的側向附著力。

ABS系統正是利用道路與輪胎之間的這種關系，在制動過程中利用車輪輪速傳感器測得車輪的角速度，根據角速度及角速度的變化率估計整車速度，并按公式（1）計算滑移率。通過壓力調節器控制制動力的大小，使滑移率保持在μp附近，使路面附著性能得到充分的發揮，從而達到最佳的制動效果。

2 裝備ABS系統車輛的道路試驗結果及分析

ABS必須與汽車制動系統匹配，否則不可能得到良好的制動性能。單獨評價ABS的性能沒有實際意義，ABS的性能最終應體現在裝用該ABS的車輛的制動性及制動穩定性上，因此必須用安裝ABS的汽車進行道路試驗，對整車試驗結果進行分析評價才有實用價值。

下面是一次具體的ABS道路試驗結果：依據GB/T 13594-2003《機動車和掛車防抱制動性能和試驗方法》，對某客車在ABS專用性能試驗道路上進行的試驗。

2．1 試驗結果

ABS系統失效時車輛剩余制動效能試驗結果如表1所示。

表 1 ABS系統失效時車輛剩余制動效能試驗結果

2．2 計算結果

附著系數利用率ε測量計算結果如表2所示。

表2 附著系數利用率測量結果

2．3 對接路面試驗

對接路面試驗主要用于評價ABS系統控制邏輯中路面識別功能的優劣性，反應靈敏性。

試驗客車采用空載和滿載兩種工況，從高附著系數路面駛入低附著系數路面進行試驗，試驗時分別以初速度40 km/h和80 km/h急促全力制動（試驗曲線見圖2），15 km/h以上車速時均未發生車輪抱死現象，保證方向穩定性、轉向操縱性。

圖2 高附到低附試驗的車速及車輪轉速曲線

試驗客車采用空載和滿載兩種工況，從低附著系數路面駛入高附著系數路面進行試驗，試驗時以初速度50 km/h急促全力制動（試驗曲線見圖3），ABS反應靈敏，能在短時間內達到適應于高附著系數路面的最大的減速度，保證制動效能的要求。

由圖2可知，可以明顯看到路面跳躍點。車速曲線的斜率在路面轉換點有明顯的拐點，其斜率由陡變緩。高附路面制動時制動系統有較高的制動壓力，當車輛跳變到低附著系數后，ABS系統降低制動壓力，使其制動壓力與路面附著系數相適應。在過渡處有一個較大波動，尤其是低速制動時在過渡處存在短暫抱死，這是由于壓力降低沒有變換的過程快。

由圖3可知，車速曲線的斜率在路面轉換點也存在拐點，其斜率由緩變陡。低附著路面制動時制動系統壓力低，制動循環比較大，當車輛跳變到高附著系數后，ABS系統壓力持續升高，使其制動壓力與路面附著系數相適應，接近系統最大制動壓力。

圖3 低附到高附試驗的車速及車輪轉速曲線

2.4 對開路面試驗

對開路面制動因左右側車輪制動力不等造成橫擺現象，通過試驗對ABS的控制邏輯和控制驅動方式的優劣性作出評價。

試驗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和低附著系數路面進行試驗，試驗時以初速度50km/h急促全力制動（試驗曲線見圖4），均未發生車輪抱死現象，制動過程中方向盤輕微轉動修正行駛方向保證了方向穩定性。

圖4 左側附著系數高的道路試驗

由圖5可知，ABS系統對車輪抱死現象進行了很好地控制，無論高速還是低速，附著系數高的路面一側輪制動過程中控制循環比較少，制動力較大，減速度穩定，速度波動?。桓街禂档偷穆访嬉粋溶囕喼苿涌刂蒲h比較多，控制循環比較大且有短暫抱死現象。

圖5 右側附著系數高的道路試驗

3 結論

試驗結果表明：該樣車符合GB/T 13594-2003《機動車和掛車防抱制動系統性能和試驗方法》要求，但沒有對整車制動穩定性和方向操縱能力做出定量的要求。同樣，通過對其它ABS法規分析可知：附著系數利用率ε作為評價指標側重于制動效能的評價，沒有兼顧ABS工作時整車的制動穩定性和方向操縱能力。實際上我們在進行整車ABS道路試驗時，經常遇到車輛激轉、嚴重側滑甚至翻車等事故，這說明：對ABS性能的評價必須通過在整車上進行道路試驗才能得到認定，我國現行的GB/T 13594-2003《機動車和掛車防抱制動系統性能和試驗方法》標準，對ABS工作時整車的制動穩定性和方向操縱能力缺乏定量的要求，評價指標的完整性和科學性有待進一步提高。

參考文獻:

［1］ 趙津，王婷. ABS技術及其在轎車的實現［J］.貴州工業大學學報（自然科學版），2001，30（4）：97~99.

［2］ 丁傳龍.交通事故再現中ABS汽車制動痕跡的研究與應用［D］.哈爾濱:哈爾濱工業大學.2005.

［3］ 張明.軍用汽車ABS試驗方法與測試系統研究［D］.南京:南京理工大學.2008.

［4］ 馮如只，趙榮珍，楊娟，鄧林峰.汽車制動系統測試系統研究［J］.武漢理工大學學報（交通科學與工程版），2011，35（1）：130~132.