冰雪对车辆ABS制动性能评价的影响

覃 秋，董晓菲，何俊南Qin Qiu，Dong Xiaofei，He Junnan

冰雪对车辆ABS制动性能评价的影响

覃 秋，董晓菲，何俊南
Qin Qiu，Dong Xiaofei，He Junnan

（中汽研汽车检验中心（呼伦贝尔）有限公司，内蒙古 呼伦贝尔 021000）

制动性能是汽车各项驾乘性能中非常重要的部分，车辆在冰雪路面上直线制动是评价ABS（Anti-lock Braking System，防抱死制动系统）性能的主要评测试验之一。由于环境因素对于冰雪路面一致性影响较大，所以会影响评价结果的公正性。在各种冰雪路面上进行制动测试，分析试验数据的一致性，得出某些路面一致性较低的结论，查找原因并提出改进方法和建议。

ABS；
冰雪路面；
制动试验

ABS（Anti-lock Braking System，防抱死制动系统）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[1-2]。

我国受冰雪影响的范围较大，特别是西北、东北等地。降雪会使路面形成各种形态，例如雪路面、冰路面、冰雪混合路面等，其中路面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会将压实雪和冰面作为低附路面的典型道路，进行ABS制动性能评价。

以冰雪路面作为低附路面的典型代表进行制动试验，评价ABS控制器的附着识别能力、低附条件下的压力调节能力、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。

冰面道路是小雪融化后使路面产生了浮冰，其附着系数约为0.2，要求ABS控制器产生较小的制动压力以维持较为理想的滑移率；
压实积雪路面同样是冬天常见路面，其附着系数稍高于冰面，约为0.3[3]，用于评价ABS在附着系数较低且路面颠簸路况下的控制效果。

冰面道路的特征较多，一般通过钢直尺测量冰面厚度和温度计测量冰面温度来表征。阳光辐射、空气湿度以及冰面上浮雪碎粒都是影响路面附着系数的重要因素。

雪的压缩程度和剪切强度对轮胎雪地牵引性能有很大影响，可以通过垂直和水平的压实试验进行定量分析[4]。一般使用雪地硬度测试仪测量雪面压实度（雪地压实指数），进而控制试验道路的一致性。

不同冰雪路面的摩擦系数见表1。

表1 各种路面形态对应的摩擦系数范围

CCRT（China Car Consumer Research and Testing Programme，中国汽车消费者研究与评价规程）将驾乘性能中制动性能分为制动距离和制动体验两个评价指标。进行制动距离测试时，环境、气候、温度等因素会使相同冰雪路面的附着系数和摩擦系数发生变化，进而影响试验结果的一致性和评价的公正性；
因此，冰雪路面分析显得尤为重要。

冰雪路面制动试验选择中汽中心冬季试验场，其位于内蒙古牙克石市凤凰山庄上凤湖西侧，全年温度低于－20 ℃的天数达到100天，试验场地包括冰广场和雪广场，其中冰广场加速段长300 m，冰面长度为120 m，雪广场最大直线段长630 m。

试验场地冰广场的冰面表层保证光滑平整、清洁均匀，任意方向坡度不超过1%。

试验所需仪器设备包括胎压表、气象站、汽车综合测试仪、轴荷仪、卷尺等。将试验车辆的轮胎气压调整至轮胎标准气压[5-6]，试验负载为车辆整备质量加上1名驾驶员和1名记录员。试验过程为车辆从0加速至40 km/h，之后保持匀速，当车辆进入冰面时，挂空挡，全力踩下制动踏板[7]，触发ABS工作，同时记录员开启汽车综合测试仪，车辆停止后记录汽车制动过程中的制动距离，并计算制动减速度。

选取不同气温的两个工作日进行试验，每组进行8次有效试验，根据ECE （Economic Commission for Europe，欧洲经济委员会） R117[8]附录 7要求进行数据处理，剔除最优及最差结果，将剩余6次数据作为评价数据。试验中尽量使每次制动过程的行驶轨迹不重叠。

平均制动减速度D为

式中：为初速度，m/s；
为制动距离，m。

平均制动减速度的标准偏差D为

平均制动减速度的变异系数v为

分别计算两组制动减速度的平均值1、2，最后计算两组试验的相对误差

式中：1为第1组制动减速度的平均值，m/s2；
2为第2组制动减速度的平均值，m/s2；
平均为两组制动减速度平均值的均值，m/s2，平均=（1+2）/2。

冰面测试的两组试验数据及评价结果见表2～4。

表2 冰面第1组试验数据

表3 冰面第2组试验数据

表4 冰面测试评价结果

由表2、表3可知，在单组试验过程中，光照和相对湿度等环境因素相对稳定，但在冰面上的制动轨迹不完全相同，使车轮轧过后冰面状态不完全相同，且每次制动试验中试验员的踏板力很难保持一致；
因此，同一组试验中制动减速度有一定的变异系数。不同组试验过程中，光照、湿度、温度、风速等环境因素变化会影响冰面摩擦系数，因此不同时间下试验结果有一定的误差。

选择中汽中心冬季试验场雪广场作为试验场地，雪地压实指数为75～85。试验所需仪器设备包括雪地硬度测试仪、胎压表、气象站、汽车综合测试仪、轴荷仪、卷尺等。将试验车辆的轮胎气压调整至轮胎标准气压[5-6]，试验负载为车辆整备质量加上1名驾驶员和1名记录员。试验过程为车辆从0加速到80 km/h，之后保持匀速，当车辆进入雪面时，挂空挡，全力踩下制动踏板[7]，触发ABS工作，记录车辆从80 km/h减速至0的制动距离，并计算制动减速度。选取不同气温的两个工作日进行试验，每组进行8次有效试验，根据ECE R117附录7要求进行数据处理，剔除最优及最差结果，将剩余6次数据作为评价数据。试验中尽量使每次制动过程的行驶轨迹不重叠。

压实雪面测试的两组试验数据及评价结果见表5～7。

表5 雪面第1组试验数据

表6 雪面第2组试验数据

表7 雪面测试评价结果

由表7可知，在压实雪路面制动试验中，两组制动减速度的变异系数分别为4.1%和2.4%，相对冰面两组制动减速度变异系数4.4%和5.9%均减小，雪面两组试验结果的相对误差为3.6%，与冰面对应值16.9%相比也减小，说明在雪地压实指数基本一致的情况下，环境变化对雪面摩擦系数的影响比冰面要大，这是因为轮胎和冰面接触时冰面上会有“冰膜”。温度、湿度以及光照等环境条件的变化会直接影响冰膜的形态，冰膜使地面产生流体动力润滑从而影响了路面的附着系数。

从以上分析可知，在低附路面车辆ABS制动性能评价过程中，压实雪面的制动测试结果变异系数相对冰面较小，受环境因素影响较小；
室外冰面的制动测试结果一致性较差，受环境因素影响较大。设置专门的室内测试篷房进行冰面测试，以避免外界光、风、雪、扬尘等不确定因素的影响。

室内测试在专业轮胎测试篷房进行，控制并调节测试区域空间环境条件，试验前保证冰面测试道表层光滑平整、清洁均匀。因测试篷房长度有限，试验时以20 km/h初速度在冰面上全力制动至车速为0，记录制动距离并计算减速度。每组进行8次有效试验，剔除最优及最差结果，将剩余6次数据作为评价数据。两组试验数据及评价结果见表8～10。

表8 篷房冰面第1组试验数据

表9 篷房冰面第2组试验数据

表10 篷房冰面测试评价结果

由表10可知，篷房内单组冰面测试的变异系数为2.7%，相对误差6.6%，小于表4中室外冰面的变异系数和相对误差，说明篷房可以有效避免外界环境对冰面的影响。表10中不同试验日期的数据仍有一定相对误差，主要由于不同日期的温度和湿度不相同，导致冰面水膜状况不一样，对比表4，相对误差率的降幅超过10%，进一步说明篷房能够很大程度降低环境因素对试验结果的影响。

目前，车辆ABS制动性能的客观评价指标以制动距离和制动减速度为主。冰雪路面受环境因素变化，路面附着系数和摩擦系数的一致性会受到影响，导致试验客观性降低，影响评价结果。

冰雪路面，特别是室外冰面，受温度、湿度、光照等环境因素影响特别明显，不同试验日期得到试验结果相对误差较大；
轮胎篷房中进行冰面测试，可以在一定程度上减小试验环境的不利影响。压实雪路面测试的一致性和复现性相对冰面更好。

[1]刘建房，李以农，郭旭，等.汽车ABS动态试验台的开发设计[J].重庆大学学报（自然科学版），2006（12）：1-4.

[2]于庆.浅谈ABS测试车辆防侧翻支架设计与安装[J].摩托车技术，2020（6）：39-41.

[3]刘彦君. 用于ESP的汽车操纵稳定性试验与评价方法研究[D].北京：清华大学，2014.

[4]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.轿车轮胎雪地抓着性能试验方法：GB/T 33829—2017[S].北京：中国标准出版社，2017.

[5]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.轿车轮胎：GB 9743—2015[S]. 北京：中国标准出版社，2015.

[6]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.轿车轮胎规格、尺寸、气压与负荷：GB/T 2978—2014[S]. 北京：中国标准出版社，2014.

[7]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.乘用车制动系统技术要求及试验方法：GB 21670—2008[S]. 北京：中国标准出版社，2008.

[8]ECE.Uniform Provisions Concerning the Approval of Tyres with Regard to Rolling Sound Emissions and/or to Adhesion on Wet Surfaces and/or to Rolling Resistance：ECE R117-2013[S].2013.

2022-08-03

1002-4581（2022）06-0009-04

U467.1+5

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2022.06.003

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