乘用车ABS 系统冰雪路面试验方法研究

覃秋 吴昊 关娇

中汽研汽车检验中心（呼伦贝尔）有限公司 内蒙古自治区呼伦贝尔市 022150

1 引言

汽车防抱死系统ABS(Anti-lock Braking System)是一种重要的汽车主动安全装置，可防止车辆在紧急制动时出现车轮抱死、侧滑、甩尾等现象[1]。汽车ABS 系统由车速传感器、轮速传感器、压力传感器、制动器温度传感器、速度传感器及制动踏板力传感器等组成。通过轮速传感器及车速传感器判定行驶车轮的滑移率，并根据路面附着系数与车轮滑移率的关系强制性地把车轮滑移率控制在临界稳定点附近，提高车辆附着系数利用率，得到最佳的制动距离和制动稳定性[2]。

2 冰雪路面对ABS 系统影响

我国受冰雪影响的地区较大，特备是西北、东北等地区。在冬季，降雪会给路面造成各种路面形态，比如雪路面、冰路面、冰雪混合路面等。其中以压实雪和冰面最为常见，存在时间也最长。因此很多零部件厂家，如博士公司和大陆公司都将压实雪和冰面作为低附路面的典型道路对ABS的制动性能进行评价。

在低附着路面，判断力、运算力、响应速度都对乘用车的ABS 系统提出了更高的要求。以冰雪路面为代表的低附路面的制动试验主要考察ABS 控制器的附着识别能力、低附条件下的压力调节能力、对滑移率的识别能力以及附着识别错误时控制程序的鲁棒性。

3 乘用车ABS 系统试验方法

3.1 ABS 标准法规介绍

在乘用车国家强制性检验认证方面，我国国标GB 21670-2008《乘用车制动系统技术要求及试验方法》和GB/T 13594—2003《机动车和挂车防抱制动性能和试验方法》都对于车辆的ABS 系统进行明确的要求并提出了检测方法。依据不同路面的制动效能、稳定性及车辆是否抱死的试验结果，对 ABS 的性能进行评价。国际上第一个强制要求安装ABS 的国家是美国，在1971 年颁布的FMVSS 121 号法规就规定气制动载货汽车必须安装ABS[3]。但是由于早期ABS 技术不成熟，该标准在1978 废止，但是后来又屡次对FMVSS 121 进行了修订。欧洲ECE-R13 法规没有对ABS 的安装做出强制性要求，但是规定凡是安装ABS 的车辆应该满足该法规对有关ABS 性能要求的规定。我国的国家标准GB/T 13594《机动车和挂车防抱制动性能和试验方法》就是参考ECE-R13 第04 系列的要求制定的。

3.2 ABS 系统冰雪路面性能测试方法

目前国内外没有ABS 系统的冰雪路面测试方法相关标准。在以冰、雪路为代表的低附路面，目前主要参考博世、大陆等ESC 系统主流研发公司推荐的测试方法，常见测试道路包括冰面、μ-Split 对开路面、压实积雪路面、对接路面等，评价ABS 系统好坏的指标有很多，其中包括附着系数利用率、剩余制动效能、车轮抱死、制动减速度、制动距离、稳定性与操控性等。其中制动距离和最大横摆角速度是定量测量的参数指标。

综合考虑冬季试验场的人员、设备、试验方法、环境条件等基本情况以及各种参数指标在冰雪路面上测量的可实现性，提出以冰雪路面为代表的低附着路面下ABS 系统如下测试方法：

表1 ABS 系统低附路面性能测试方法

冰面制动和压实积雪路面制动主要考察ABS 控制器对于路面附着系数的识别能力以及低附条件下的压力调节能力、对滑移率的识别能力以及附着识别错误时控制程序的鲁棒性。对接路面制动试验主要考察附着识别模块识别算法的快速性，对开路面制动主要考察ABS 控制器对路面附着系数的识别准确性以及各轮独立控制的压力调节能力。制动距离用于评价车辆ABS系统在不同路面下的制动效能，最大横摆角速度和车辆保持轨迹用于评价车辆制动时方向的稳定性。

4 ABS 实车试验测试与结果

为研究乘用车ABS 系统冰雪路面试验方法，我公司在2021 至2022 年测试季，于内蒙古呼伦贝尔牙克石市凤凰山庄上凤湖测试场地，对ABS 系统在冰雪路面性能的测试方法进行验证，利用上文提出的测评方案得出的评价结果与专业测试人员得出的评价结果作对比。推测所设计的测试方案的合理性。

图1 中汽中心冬季试验场

4.1 试验场地

中汽中心冬季试验场位于内蒙古牙克石市凤凰山庄上凤湖西侧，全年温度小于-20℃的天数达到100 天。中汽中心冬季试验场上凤湖汽车试验场有冰广场和雪广场。冰广场加速段300m，冰面段120m，冰面道路的路面附着系数小于0.2。雪广场最大直线段630m。冰面制动试验选择中汽中心冬季试验场冰广场作为实验场地。冰面测试道表层保证光滑平整、清洁均匀，任意方向坡度不超过1%。压实雪面制动选择中汽中心冬季试验场雪广场作为雪面道路制动试验场地，雪广场附着系数稍高于冰面，约0.3[3]。雪的压缩程度和剪切强度对轮胎雪地牵引性能有很大的影响，可以通过对垂直和水平的压实试验来定量这两个方面的变化[4]。一般使用CTI 雪地硬度测试仪来测量雪面压实度，通过测量雪面压实度来控制试验道路的一致性。左右对接路面制动和对开路面选择中汽中心冬季试验场的ABS 测试道路进行测试。ABS 测试道路是由沥青块和冰面组成的对接和对开路面。冰面附着系数小于0.2，沥青附着系数大于0.8。

不同的冰雪路面环境对应的摩擦系数如表2 所示：

表2 各种路面形态对应的摩擦系数范围

4.2 试验方法

为了验证所提出乘用车ABS 系统低附路面性能测试方法的可操作性和合理性。结合冰雪道路场景的实际情况，并参考乘用车制动系统技术要求及试验方法中发动机脱开情况下的试验方法。提出如下试验方案：

试验所需要用到的仪器设备包括：胎压表、气象站、汽车综合测试仪、轴荷仪、卷尺、组合惯导测试系统、红外测温仪等。试验所用到的场地包括中汽中心冬季试验场上凤湖汽车试验场冰广场、雪广场、ABS 性能路等。

将试验车辆的轮胎气压调整至轮胎标准气压[6-7]，将车辆调整为整备状态，试验负载为1 名驾驶员、1 名记录员和试验设备。制动试验按照GB 21670-2008《乘用车制动系统技术要求及试验方法》0 型制动试验的方法进行。启动驻车前保证制动器的温度小于90℃，制动初速度误差不超过1km/h。

车辆加速到试验初速度时保持稳定一段时间，然后挡位置于空挡，用大而快的力踩制动踏板激活ABS 系统并维持制动踏板力直至车辆停止，同时记录员开启汽车综合测试仪和组合惯导测试系统，车辆停止后记录汽车制动过程中的制动距离和最大横摆角速度。同时观察车辆是否均能保持在3.6m 宽的车道内。当初速度为60km/h 组合式惯性导航的曲线图如图2所示，对图像进行后处理，取曲线段内绝对值最大的数即为最大横摆角速度。

图2 组合式惯性导航横摆角速度曲线图

制动距离则是通过汽车综合测试仪测得。在汽车综合测试仪内部模块设置触发条件，设置初速度和末速度作为制动距离开始和结束的条件。记录各测量结果，ABS 系统冰雪路面的客观评价指标和结果如表3 所示：

分析表3 中各项数据，各个试验项目的试验条件都能较好地得到控制，试验结果容易得出，测试结果均在其他公司的评测结果范围内。同时评测结果比较全面得考察了乘用车ABS 系统各方面性能。因此该方法可以作为ABS 系统冰雪路面试验方法研究的参考方法。

表3 ABS 系统冰雪路面的客观评价指标和结果

5 总结

本文参考高附和普通低附路面下车辆ABS 的试验方法提出了乘用车在冰雪路面这类附着系数极低的路面工况下试验方法和评价指标。并通过冰雪道路下的实车试验验证了所提出方法的合理性，填补乘用车冰雪路面试验方法的空白。

当然除了制动距离、最大横摆角速度、车辆保持轨迹等参数能评价乘用车ABS 性能外，车轮抱死状态、制动减速度、制动过程中的方向盘输入角、驾驶主观感受等也是表征ABS 性能的重要指标。因此乘用车ABS 系统的多维度评价也将会是重要的研究课题。

实车试验中需要注意的是环境温度、空气湿度、太阳辐射强度、风速等条件组成的气象系统都会影响试验结果的复现性，由于当前的试验条件限制，还很难明确其中的影响规律。因此需要严格限制试验环境条件的范围、试验流程来控制试验结果的误差。