基于不锈钢板的ABS试验路面研究

姜旭，赵诚，贾佳奇，陈传阳（1.国家工程机械质量监督检验中心，102100）

基于不锈钢板的ABS试验路面研究

姜旭，赵诚，贾佳奇，陈传阳
（1.国家工程机械质量监督检验中心，102100）

本文对比分析常规ABS（汽车防抱死制动系统）试验路面及试验方法适应性。提出一种基于不锈钢板的多轴大型车辆ABS试验路面建设方案，实施后，试验路面通过交通部公路工程检测中心检测及实车试验验证，满足GB/T 13594-2003有关低附着系数路面的要求。填补了国内超限车ABS试验路面的空白，在超大型汽车ABS试验路面的建设和改进方面具有重要的指导意义。

ABS；附着系数；超限车

姜旭

大连理工大学机械工程专业毕业，现任国家工程机械质量监督检验中心特种设备检验研究室主任，主要从事汽车和流动式起重机试验检测研究、汽车产品3C认证工厂检查、营运货车燃料消耗量检测等工作。

引　言

随着车辆技术及电子技术的飞速发展，大型特种车辆在民品及军用装备上的运用越来越广泛，多轴特种车辆的使用安全性显得愈加重要，制动性能的重要性就愈加明显。GB 7258-2012、GB/T 13594-2003和GB 12676-1999是我国现行主要针对ABS的强制性法规，明确了不同车辆ABS安装时间和性能要求。GB/T 13594-2003明确规定了附着系数利用率是评价ABS性能的主要指标，并以两轴车为例提供了具体试验方法，但未明确指出三轴以上的车辆附着系数利用率的测量方法。关于多轴车，FMVSS 121，ECE R13和N146也没有明确规定其道路试验方法；此外，大型特种车辆多为大吨位、多轴超限车，常规ABS试验道路不适用于超大吨位车辆的ABS试验需求。汽车在防抱死制动性能方面的飞速发展，使得现有的试验基础理论和试验设施已经远远不能满足要求。因此，非常有必要全面深入的进行多轴大型特种车辆ABS试验路面设施建设及ABS试验和性能评价方法的应用技术研究。

1　试验路面研究

防抱死制动系统主要目的是防止车辆在紧急制动时因后轮抱死发生侧滑和前轮抱死丧失转向能力，提高整车稳定性。在评价车辆ABS系统性能时，必须使用满足要求的低附着系数路面（附着系数≤0.3）。自然状态下的冰雪和结冰路面最能反映车辆实际制动情况，但是受地域、季节、高附着系数路面与低附着系数路面组合等因素影响，类似的试验路面在技术和成本上有一定的难度，适用性也受限。目前国内外的ABS试验道路大多采用模拟路面，即：1、特种瓷片铺装的路面（洒水后，路面附着系数为0.12左右）；2、Basalt铺装路面（玄武岩路面，洒水后路面附着系数为0.25左右）；3、打磨水泥混凝土路面（洒水后路面附着系数为0.4～0.5左右）；4、一般干燥水泥路面（路面附着系数为0.65～0.8左右）。上述几种低附着系数路面的建造成本高且用于小吨位车辆ABS试验，大多不适用于多轴车辆超限车辆。目前ABS试验设施迫切需求，但是研制能够满足超大吨位车辆ABS试验的基础设施需要花费大量的时间以及人力、物力。本文在对ABS试验路面条件进行全面研究后，提出一种基于不锈钢板的ABS试验路面建设方案，建成后进行了多次的试验验证满足试验要求，对我国ABS试验路面建设具有重要的指导意义。

2　不锈钢板ABS试验路面

2.1摩擦系数测试

采用摆式摩擦系数测定仪及牵引法对洒水的不锈钢板路面进行摩擦系数测试。先采用牵引法测量不锈钢板洒水路面的摩擦系数，试验选取F4.5、F15两种改装的后勤综合保障牵引车，试验过程中选取F4.5牵引车（总质量：8100kg，轮胎型号：12.50R20，驱动形式2×2）作为动力源，F4.5牵引车及F15牵引车之间用钢丝绳连接并安装拉力传感器。F4.5牵引车停在喷洒清水及不同浓度的洗涤液的钢板上，F15牵引车停在干燥的混凝土路面上，F4.5牵引车运行至轮胎滑转，整个过程F15牵引车依靠自身制动力及反向的驱动力停在原地不动，动态平衡后记录拉力传感器峰值读数。分别测试试验车辆在浸水路面、浓度为50%洗涤剂水路面及干燥路面下的道路摩擦系数，见图1。在不锈钢板上喷洒均匀水膜，经交通部公路交通试验场摆式摩擦系数测定仪测试得到摩擦系数为0.28，试验结果如表1：

表1　钢板摩擦系数测试结果

试验表明，在不锈钢板上洒水的方案能够大幅的降低钢板的摩擦系数。选取混凝土路面，纵坡不大于0.1%，道路长2 600 m，宽8 m作为基础路面，在基础道路上用厚4 mm、宽1.5 m、长6 m规格的不锈钢板，铺设两条长240 m、宽1.5 m的试验路面，见图3、图4。经交通部公路交通试验场道路检测车测试得横向力系数SFC系数为0.201，测试过程见图2：

结果表明，采用钢板上洒水的方案能够使钢板路面的摩擦系数在0.3以下，若进行合理的布置，作为ABS低附着系数试验路面的方案可行。

2.2道路附着系数测试

为了进一步验证ABS低附着系数路面符合ABS试验关于低附着路面附着系数的要求，进行附着系数测试。试验车辆两轴货车，后轴驱动，总质量P=5280Kg，前轴轴重2440Kg，后轴轴重2840Kg，重心高度h=980mm，轴距E=5200mm；试验车辆安装4S4M类型ABS系统，工作正常，无跑偏现象；分别在试验车辆前后气室总管路上安装调压阀。参照GB/T 13594-2003相关试验方法进行附着系数测试。

试验车辆ABS正常工作，直线加速，以55km/h 车速低附着系数路面开始制动直至车辆停下，车速由45km/h降至15km/h的时间t1为5.27s；0.849/t1得到最大制动强度ZABS工作=0.1611，试验曲线见图6。然后脱开ABS系统，关闭前轴制动气路，调节后轴制动管路的压力至最大。制动过程中发现后轴车轮有抱死则降低后轴制动管路压力，直至无车轮抱死，进行三次制动，分别记录车速由40km/h降至20km/h的时间t，选取三次测试的最小值tmin为前制动失效制动时间t2为5.93s，0.566/ t2得到后轴最大制动强度Z后=0.0954，试验曲线见图7。同样关闭后轴制动气路，调节前轴制动管路的压力直至无车轮抱死，进行三次制动，记录车速由40km/h降至20km/h的时间t，选取三次测试的最小值tmin为后制动失效制动时间t3为5.00s；0.566/ t3得到最大制动强度Z前=0.1132，试验曲线见图8。分别计算得到由前轴制动时确定的附着系数Kf，由后轴制动时确定的附着系数 Kr。

式（1）、（2）中：F1为前轴法向静态反力；F2为后轴法向静态反力；g取9.8 m/s2。计算前后轴制动时的动态法向反力Ffdyn、Frdyn；

动态轴荷加权后计算得到附着系数：

试验过程及P×试g验结果见图5～图8，图6～图8中，红色—车速，黄色—左前轮轮速，蓝色—左后轮轮速，紫色—右前轮轮速，绿色—右后轮轮速。

经过对不锈钢板路面的系统研究，说明在不锈钢板路面上喷洒均匀水膜的方案可行，且路面的附着系数在0.2左右，能够满足相关标准及技术指标关于低附着系数路面的要求；此外，能够满足大吨位车辆对于ABS试验路面的要求，该道路实施方案具有良好的经济性、适用性，道路的维护成本相对较低。

2.3不锈钢板ABS试验路面铺设与成本分析

针对单块不锈钢板的尺寸，设计制作了多个钢板的存放及运输工装，能够方便快捷的进行叉装、吊装。路面铺设过程中选用了焊接、螺栓连接和直接对接的方式进行钢板的固定，分别对三种连接方式进行了实车的制动试验，试验表明，不锈钢板采用直接对接的方式已经具有良好的适用性，考虑到螺栓连接对路基有一定的损坏，焊接技术要求较高，且钢板容易出现变形、锈蚀等问题，最终选取对接的方式连接。

采用玄武岩或陶瓷等材料建设ABS路面，则需要修建新的路基，施工周期长，建设成本近千万元。铺设不锈钢板试验路面能够利用现有的直线跑道，对路基的损坏小，安装和拆卸方便且建设周期很短，成本不超过百万元。因此，不锈钢板洒水的ABS试验路面建设方案具有良好的经济性和适用性。

3　结论

本文在对比分析了诸多的ABS低附着系数试验路面后，确定了在硬质路基上铺设不锈钢板并适当洒水的路面建设方案，通过大量的试验验证了方案可行，且能够满足超大吨位车辆的ABS试验，形成了一套ABS试验路面的选取和验证流程，为ABS试验路面及试验方法的进一步研究工作提供良好的基础设施支持和理论技术依托。ABS试验路面及方法是一个系统的研究工作，相辅相成，多轴车辆ABS的匹配及试验方法以及更为适用可靠的ABS试验路面研究是ABS系统研究的重点和难点，是今后ABS发展的重要方向。

［1］余志生.汽车理论［M］.北京：机械工业出版社，2005.

［2］刘彦戎，金约夫，王志煌，等.GB/T 13594-2003机动车和挂车防抱死制动性能和试验方法［S］.北京.中国标准出版社，2003.

［3］刘地，刘兆英，金约夫，等.GB/T 12676-2014商用车辆和挂车制动系统技术要求及试验方法［S］.北京.中国标准出版社，2014.

［4］ECE R13 Uniform Provisions Concerning Approval of Vehicles of Categories M， N and O with Regard to Braking.

［5］ECE R13-H Uniform Provisions Concerning the Approval of Passenger Car with Regard to Braking.

专家推荐

熊恭祥：

该文针对目前开展多轴大型特种车辆的ABS试验缺乏低附试验路面的现状，探索采用不锈钢板铺设路面代替传统的特种瓷片铺装路面和玄武岩铺装路面，并通过实车验证表明：洒水后的不锈钢板铺设路面能够满足汽车的ABS试验要求。这对我们开展多轴大型特种车辆的ABS试验研究工作具有一定的指导意义，也为我们开展该项研究工作提供了良好的基础

Research of ABS Test Pavement -based on Stainless Steel Plate

JIANG Xu， ZHAO Cheng， JIA Jia-qi， CHEN Chuan-yang
（ 1.China National Construction Machinery Quality Supervision Testing Centre， 102100 ）

In this paper， the adaptability of conventional ABS （anti-lock braking system） test pavement and test method was compared and analyzed. A multi axis large vehicle ABS test pavement construction scheme based on stainless steel plate was put forward， after implementation， it passed testing and Vehicle detection of the China national center for quality supervision and inspection of roads & bridges， also met the relevant requirements of low adhesion coefficient road in GB / T 13594-2003. It filled the domestic blank on over-limit vehicle and had an important guiding significance to the construction and improvement on over-limit vehicleABS test pavement.

Anti-lock braking system； Adhesion coefficient； Over-limit vehicle

U416.2

A

1005-2550（2015）05-0067-04

10.3969/j.issn.1005-2550.2015.05.013

2015-05-25