試車場ABS測試路設計要點研究

袁濤 劉磊 張英鵬 李振杰

摘 要：本文通過對試車場ABS測試路的功能性需求為出發點，結合現有案例的相關技術特點以及使用過程中發生的問題和解決的成功經驗，從路面附著系數的實現、路面材料的選擇與規格參數的確定、線形、縱斷面、橫斷面、道路結構、給排水配套設施七個方面綜合論述了該測試道路的設計要點。

關鍵詞：試車場 ABS測試路 設計

1 引言

汽車喪失制動穩定性和方向操縱性極易造成車輛安全事故，特別是在歐洲和中國北部地區，受氣候條件影響汽車往往還需要經受積雪路面的考驗，此時，也是最考驗汽車ABS系統性能的最為典型的條件，然而試車場ABS測試路的低附路面就是對積雪路面附著系數的再現。隨著汽車試驗的發展，國內外建立了相對統一的檢測標準，對應滿足試驗標準要求的ABS測試路也應運而生;然而，汽車測試路并沒有統一的設計標準，因此，現有的道路設計多數為建設單位與設計單位摸索定制的產品。因此，對試車場ABS測試路進行深入研究可以促進該行業的發展。

2 試車場ABS測試路的功能性需求研究

根據試驗標準的描述，主要有3種制動類型，5種制動形式，如下簡圖1所示：

類型一：

單一附著系數路面的制動試驗，其中又分為低附著系數路面制動試驗和高附著路面制動試驗。

類型二：

不同附著系數的對接制動試驗，其中又分為由高向低的附著系數路面對接制動試驗和由低向高的附著系數路面對接制動試驗。

類型三：

不同附著系數的對開制動試驗，即為左、右側車輪分別置于高、低附著系數路面的對開制動試驗。

結合上述標準中的原文表述，可以直接轉化為工程設計輸入的參數有：測試區最高行車車速需滿足120km/h;至少需要KH≥0.8（可兼顧KH≥0.5）和KL≤0.3的兩種不同附著系數的路面;平面上須按照低附路面中置，高附路面環抱四周的形式，且測試車道的有效寬度不低于3.5m。

在正式使用前和后期維護過程中，需要定期對低附著路面的R值（最大附著系數kpeak與滑動附著系數klock的比值）進行標定，要求滿足1.0≤R≤2.0，以確保該低附著路面上獲取的最大附著系數kpeak不小于車輪抱死時的滑動附著系數klock。

實際試驗過程中，車輛在進入試驗區域前，需要一個起步加速的過程，當達到試驗所需的車速后，同時需要3s左右的穩速時間，將車輛速度穩定在試驗車速左右，最后進行制動試驗。由此，在進行平面布置時，可分為加速區、穩速區、測試區，另外，為了保障制動故障時的測試安全性，應在測試區后方和兩側增加安全緩沖區，以及相對獨立的返回車道。

3 ABS測試路設計要點研究

3.1 路面附著系數的實現

路面附著系數的實現，經過實地調研，ABS測試路中的低附路面較多采用了鑄石磚或特殊工藝涂層加濕水的工藝。但特殊工藝涂層的方式，受限于制動試驗的特性，頻繁而又極限的摩擦，導致附著系數一致性與穩定性較差，因此應用案例較少。鑄石磚加濕水系統的工藝被廣泛應用，行業內接受度較高。因此，低附路面須采用鑄石磚加濕水系統的方案是現有技術中最為成熟可靠的，可實現0.2～0.3的路面附著系數。

高附著系數路面，通常采用公路中常見瀝青混凝土，可實現0.8～0.9的路面附著系數。

3.2 路面材料的選擇與規格參數的確定

路面材料的選擇，這里所指的主要是低附路面鑄石磚的選擇。玄武巖鑄石磚已經在國內外各個試車場進行了多年的應用外，還與其自身特點有關，玄武巖石料具有抗壓性強、壓碎值低、抗腐蝕性強、耐磨、吸水率低、導電性能差的特點，被廣泛用于公路工程的實踐中，可以提供較為穩定的路面附著系數。減小試驗誤差，延長使用壽命，減少運維成本，增加運行效益。

3.3 線形設計

根據試驗標準要求可將試驗過程分為：停車等待—加速—穩速—制動—剎停（或無法剎停的減速緩沖）—起步—返回至停車等待區。其中穩速區、制動區、緩沖區要求最高，需要保持直線行駛，以避免方向改變導致無法達到所需的試驗條件。因此，穩速區、制動區、緩沖區須將中線設計為直線段。

加速區，可根據地形情況設置，以直線的設計為最佳，條件不足時，可以考慮大半徑的曲線設計。

其他區域無特殊要求，只需考慮適用車輛的最小轉彎半徑即可。

3.4 縱斷面設計

縱斷面的設計，以穩速區、制動區的要求最高，在試驗過程中應盡可能平整，以減少對速度變化率的影響。因此，穩速區的縱坡宜設置為0，不宜大于1%，制動區的縱坡須設置為0，允許偏差不大于0.1%。

制動緩沖區的縱坡宜設置為0，地形受限的必要時，為了增強減速效果，可以考慮遞增漸變。

3.5 橫斷面設計

橫斷面的設計，依據歐洲ECE R117對于汽車制動試驗中的要求，盡管是對于濕地瀝青路面的制動要求，允許的橫向坡度為不大于2%，結合社會道路的一般情況，也存在1～2%的橫向坡度，再結合可能出現的路面施工誤差及工后變形，橫向坡度宜設置為1%左右，不大于1.5%。

3.6 道路結構設計

道路結構設計主要包括地基處理、路基和路面的設計。考慮到低附試驗路面平整度對水膜形成的均勻性以及路面附著系數一致性的影響因素，需要充分控制工后沉降變形量。應用傳統的公路地基沉降計算，無法滿足后期路面的使用要求。因此，設計時應謹慎考慮地基處理的設計方案，以盡可能減少因地基工后沉降所造成的路面變形。

路基設計可以參照二級以上公路路基設計標準執行。

路面設計，高附路面和低附路面的路面基層以下可以參照公路二級以上公路路面設計標準執行，低附路面的路面面層分為上面層和下面層，下面層即一般設置150mm的混凝土墊層（找平層），同時設置單層鋼筋網片，伸縮縫處配置傳力桿，上面層采用裝配式玄武巖預制模塊。玄武巖磚塊手工鋪貼，在工藝上很難達到測試精度的要求，因此，市場逐步被玄武巖預制模塊安裝的裝配式工藝取代。關于預制模塊的設計，經過國內相關場地的調研，總結為以下幾點：

1、預制模塊的長、寬尺寸宜設置為1～1.5m，既可以保證預制安裝的便利性，也可以模板在重復使用的生產過程中變形量相對可控，從而確保玄武巖模塊的平整度的有效保障。

2、預制模塊需要預留吊裝受力點、調平螺栓孔以及保障注漿飽滿的注漿連通孔。

3、玄武巖磚塊的布置需進行錯縫布置。

4、預制模塊與下面層的粘結需要采用高強無收縮水泥砂漿進行灌注。

5、預制模塊的配筋與傳統路面基本一致。

3.7 給排水配套設施設計

給排水配套設施的設計在ABS路的設計中，有著極其重要的意義，低附路面附著系數的實現，必須由一套穩定可靠的給排水系統作為保障。根據與某大型綜合試車場現場調研以及業內的相關技術交流，分別從供水系統的設計、管路布置、水膜形成裝置、運行水質管理等方面提煉相關設計要點。

3.7.1 供水系統

由于ABS道路水膜形成必須由一套穩定可靠的給排水系統作為保障，因此一般都采用蓄水池配套加壓泵組的方式為系統供水。根據水泵與水池的相對位置，可以將水泵房分為以下幾種形式：

（1）地下式泵房，即水泵在地下布置，采用潛污泵置于蓄水池中進行工作，工藝簡單成熟，但使用維護的便利性不佳，存在安全隱患，不便于管理，僅適合配套小型道路。

（2）半地下式泵房，即將水泵置于蓄水池的隔間，水泵房環境干燥，水泵為自灌式供水，技術成熟可靠，檢修便利，管理方便，適用于各種型號的道路要求。

（3）地上式泵房，即采用引水罐的方式，將水泵置于干燥的地上環境中，對設計與施工工藝要求較高，檢修便利，管理方便，但容易出現因引水罐漏氣造成無法完成抽吸的故障，并因其自身特點，存在減低蓄水池有效容積的問題，適合配套中、小型道路。

3.7.2 管路布置

（1）樹樁布置，以多級管路中置分級布置為主要特點，盡可能平衡各級管路的出水壓力，以達到減少各出水點的壓降、壓差問題。與環狀布置相比，平衡壓力的能力稍差，但可以通過增加分段調壓閥的措施進行二次優化;但存在管道末端需要頻繁經受起、停泵產生的水錘沖擊作用，特別是采用高壓噴水型的出水裝置時尤其明顯，存在管道末端設施受沖擊破壞的可能。

（2）環裝布置，以環形閉合回路的布置為主要特點，盡可能平衡管道出水壓力，以達到減少各出水點的壓降、壓差問題。平衡壓力的能力優于樹樁布置，因其閉合回路的特點，受起停泵的影響較小。但管路中仍然存在壓差的問題，增加分段調壓閥可以更好的平衡出水口水壓。

3.7.3 水膜形成裝置

現有試車場ABS測試路的水膜形成裝置，主要定義為以下三種類型：高壓噴水型、中壓流漫型、低壓漫水型。

（1）高壓噴水型包含4種不同的形式，分別為旋轉高噴式、定向低噴式、定向花灑式、定向霧化式。高壓噴水型的特點，需要的工作壓力較高，出水時以噴射狀為主;也因其管道工作壓力要求較高，噴嘴孔徑較小，對水質的過濾要求極高，維護成本相對較高。

1）旋轉高噴式，水膜形成速度較快，抗風能力較差，且旋轉噴頭的機構極易出現故障，導致旋轉效果不佳，穩定性不高，同時也因其工作時不停旋轉的特點，導致水膜的一致性不佳。

2）定向花灑式，水膜形成速度較快，抗風能力優于旋轉高噴式，噴嘴孔徑稍大，穩定性較好，定向的特點使得其水膜一致性優于旋轉高噴式。

3）定向霧化式，水膜形成速度一般，抗風能力差，噴嘴孔徑極小，穩定性差，水膜一致性與定向花灑式相當，但因其霧化的特點，導致測試視線較差，存在安全隱患。

4）定向低噴式，因其噴射距離很短，導致其破壞磚面張力的能力有限，從而使得水膜形成的速度較慢，抗風能力強，噴嘴孔徑與旋轉高噴式相當，介于定向花灑式與定向霧化式之間，穩定性一般，因其完成噴水后，水膜由相鄰噴頭所出的水體匯流而成，因為水膜的一致性良好，但對路面的平整度與橫向坡度有較大依賴。

（2）低壓漫水型只有1種敞口溢流式。低壓漫水型，需要的工作壓力最低，出水時以出水口的整體溢流為主。也因其管道工作壓力要求較低，對水質的過濾要求較低，維護成本相對較低。敞口溢流式，因其完全由出水口進行溢流后，依靠橫向坡度進行重力自流，導致其在初期很難將磚面的表面張力破壞，最終導致其水膜形成的速度極慢，抗風能力強，穩定性高，但因其自身溢流的特點，對出水口的高程、平整度，以及路面平整度、橫向坡度的要求極高。

（3）中壓流漫型包含2種不同的形式，分別為管道穿孔式、支管引流式。中壓流漫型，需要的工作壓力適中，出水時以柱狀水流為主。也因其管道工作壓力要求較低，對水質的過濾要求較低，維護成本相對較低。

1）管道穿孔式，采用管道進行固定間距的打孔處理，后將管道明裝于道路旁側，以給路面提供一定量的柱狀水流，水膜形成的速度介于高壓噴水型與低壓漫水型之間，抗風能力強，穩定性高，出水點取決于管道的開孔位置的準確性，對路面平整度、橫向坡度的要求稍低于低壓漫水型。但也因其管道明裝于路面以上，存在安全隱患，易出現車輛碰擦的事故。

2）支管引流式，采用管道溝安裝干管，并增加固定間距的支管，將水流引出管道溝，其他特點與管道穿孔式基本一致，但避免了管道安裝于路面以上的缺陷。

3.7.4 水質控制

供水系統需要配備常規的物理過濾裝置，用以過濾反復循環的水體中的雜質。但某試車場在實際使用過程中，出現了嚴重的水體富營養化，藻類滋生、微生物迅速繁殖，進而導致路面形成粘泥，局部附著系數嚴重下降，出水裝置或噴嘴堵塞等等，無法滿足正常的試驗環境要求。因此，部分地區須考慮增加采用化學處理工藝，即通過向水池內投放藥劑的方式殺菌除藻，進而控制水體質量最為直接有效。即在供水系統中增加設計自動投藥設備。

4 結語

隨著汽車工業的不斷發展，試車場已成為汽車工業發展的必備場所，而對于試車場而言，ABS測試路是其極為核心的測試道路。在現今已有成熟試驗標準的前提下，以上測試道路設計要點的提煉與總結，有利于該測試道路的設計標準化的建立;同時也可供類似項目的參考與借鑒。

參考文獻：

[1]GB12676-2014《商用車制動系統技術要求及試驗方法》.

[2]GB/T 13594-2003《機動車和掛車防抱制動性能和試驗方法》.

[3]GB 21670-2008《乘用車制動系統技術要求及試驗方法》.