基于整車道路測試的幾次ABS事故分析

張鵬程，吳波勇，安鐘福，李 祥，楊愛民，薛家勝，趙 俊，楊 浩

（國家汽車質量監(jiān)督檢驗中心[襄陽]，襄陽 441004）

基于整車道路測試的幾次ABS事故分析

張鵬程，吳波勇，安鐘福，李 祥，楊愛民，薛家勝，趙 俊，楊 浩

（國家汽車質量監(jiān)督檢驗中心[襄陽]，襄陽 441004）

分析了幾次ABS測試不合格的試驗數(shù)據(jù)，指出輪速差異過大是造成ABS不合格的主要原因。主要體現(xiàn)為兩方面：左右輪速差異對車輛橫擺有不利影響，易造成車輛滑出規(guī)定的車道寬度；前后輪速差異中的后輪過度制動則會惡化車輛的制動穩(wěn)定性，易造成甩尾等嚴重事故。根據(jù)積累的各種數(shù)據(jù)和駕駛員主觀感受，提出整車道路測試時的風險評估方法，并給出幾起ABS不合格的改進建議。

ABS；輪速；道路測試

1 前言

在汽車檢測領域，制動性能的檢測是一項重要工作，其中防抱死制動系統(tǒng)（anti-locking brake system，ABS）是一項風險性極高的強制性檢驗項目。在國內外檢測機構中，由ABS不合格而引發(fā)測試安全事故是常見的，有必要對這些測試事故中采集到的原始數(shù)據(jù)進行深入研究，以減少或避免安全事故的發(fā)生。

本文搜集了4次ABS不合格的原始測試數(shù)據(jù)，綜合分析了車輛處于失控臨界狀態(tài)下的整車姿態(tài)，指出其ABS存在的問題，并根據(jù)駕駛員的主觀感受和客觀數(shù)據(jù)，總結出適用于檢測認證領域的風險評估方法。

2 關于ABS性能的各種試驗方法

目前，國外標準中的ECE R13、ADR35/03、71/320/EEC和國內標準中的GB/T13594-2003、GB21670-2008都明確規(guī)定了對裝備ABS車輛性能要求，所采用的試驗方法也基本一致，主要分為附著系數(shù)利用率的測定和附加檢查兩部分內容，其中附加檢查的工作是風險較大的。

在整車道路試驗中，對于ABS系統(tǒng)的附加檢查，主要是試驗樣車以空載和滿載兩種狀態(tài)，在高附著系數(shù)kH和 低附著系數(shù)kL兩種試驗路面上，分別以法規(guī)中規(guī)定的低速（40 km/h）和高速（最高設計車速的80%，但不超過法規(guī)中規(guī)定的限值）兩種試驗車速，按照單一路面、對接路面、對開路面等多種形式來進行ABS性能方面的附加檢查，以確認ABS工作狀態(tài)的可靠性。

檢測機構對試驗樣車進行ABS附加檢查時，需要分別測量車輛行駛車速和所有直接控制車輪的輪速數(shù)據(jù)，以檢查車輪是否抱死、車輛是否滑出規(guī)定的車道、以及車輛橫擺角和方向盤修正角度是否超過限值等內容。為保證檢測數(shù)據(jù)的客觀性與獨立性，對車速、輪速的測量應由車載ABS系統(tǒng)之外的第三方測試系統(tǒng)來完成。根據(jù)測試經驗，從高附路面對接進入低附路面的高速測試工況危險性最高，本文提到的4次ABS性能不合格中，有3次出現(xiàn)于此工況中。

3 幾起ABS不合格的事故分析

3.1 案例一

圖1是某轎車在低附著系數(shù)路面上發(fā)生的車輪抱死現(xiàn)象，對應的測試工況是：空載，40 km/h，低附著系數(shù)kL路面?？梢钥吹杰囁俳抵良s24 km/h時，4個車輪全部抱死。從總體上看ABS控制器僅循環(huán)一次即停止工作，根據(jù)GB21670-2008中條款3.1.31的規(guī)定，這屬于典型的ABS性能不符合項。條款3.1.23同時規(guī)定車速在15 km/h以上時車輪抱死的時間不能超過500 ms，這也是本案例的一個不符合項。由于試驗車速較低，車輛未滑出3.5 m車道，但已明顯側滑。

車輪抱死是一種比較低級的ABS系統(tǒng)故障，如果這種情況發(fā)生在較高車速時，就會產生甩尾、掉頭甚至翻車等惡劣事故。本案例在發(fā)生車輪抱死后，根據(jù)ECU中的故障代碼和產品維修手冊確認為ABS液壓調節(jié)器本體故障。

隨著汽車技術的發(fā)展，車輪抱死這種極端情況已很少見，更常見的是下面幾種制動力分配不合理所導致的ABS不合格。

3.2 案例二

圖2是某轎車在對接路面上發(fā)生的滑出3.5 m車道，對應的測試工況是：滿載，120 km/h，從高附路面對接進入低附路面。在實際測試中，以稍高于120 km/h的初速度在高附路面上開始制動，以保證樣車在對接進入低附路面的瞬間達到法規(guī)中規(guī)定的120 km/h的試驗車速。

在實測曲線中標記有abcde五個關鍵時刻點，如表1中描述。

就上述整個制動過程而言，高附路面上車輪一般不會打滑，因此在a-b和d-e兩個時間段ABS處于非工作狀態(tài)（OFF），在c-d時間段車輛處于滑行狀態(tài)，ABS也不工作。只有在b-c時間段內ABS處于工作狀態(tài)（ON），因此b-c時間段是分析本次ABS性能不合格的關鍵所在。

表1 制動過程中的時刻詳情表

在b時刻，車輛進入低附路面，瞬時車速為120 km/h，而兩前輪的輪速則急劇降低。數(shù)據(jù)顯示在370 ms的時間里左前輪降至70.7 km/h，右前輪降至83.4 km/h，兩者偏差達到12.7 km/h，這是兩前輪首次出現(xiàn)輪速偏差較大的現(xiàn)象，這會對整車姿態(tài)產生較為明顯的影響，據(jù)駕駛員反映，此時主觀感覺有車輪抱死現(xiàn)象，而客觀數(shù)據(jù)則顯示為不完全抱死。在b時刻之后的370 ms，ABS已進入工作狀態(tài)并初步體現(xiàn)出了制動力調節(jié)效果。

到了c時刻，車速降至87.5 km/h，左右前輪的輪速再次出現(xiàn)很大偏差，左前輪72.6 km/h，右前輪83.7 km/h，偏差達到11.1 km/h，這直接導致車輛向左滑出3.5 m車道。

根據(jù)上述分析，發(fā)現(xiàn)該車配備的ABS在制動力調節(jié)方面存在問題，左前輪的制動力總是大于右前輪，兩前輪的輪速偏差過大，在b時刻出現(xiàn)的首次輪速偏差過大導致車輛產生一定的橫擺，令駕駛員感覺有車輪抱死，但尚能試圖通過修正方向盤來控制車輛姿態(tài)，而在c時刻再次發(fā)生的輪速偏差過大則使車輛橫擺進一步加劇，在c-d時間段內車輛完全失去控制。

在制動過程中的車輪滑移率計算公式（1）如下：

式中：λb為車輪制動滑移率；ω為車輪角速度；rdyn為車輪動態(tài)轉動半徑；v為參考車速。

在整車道路實測過程中，車速和輪速都是實測值，因此能更客觀的檢查ABS的性能[2]。對于左右前輪，在b時刻后的370 ms時，滑移率分別為37.6%和26.4%，在c時刻，滑移率分別為17.0%和4.3%，并且在c時刻之前的1 160 ms的時間里，右側前輪的輪速幾乎完全等于車速，這表明在這1 160 ms的時間內，右側前輪的制動器所提供的制動力幾乎為零，而只有左側前輪的制動器產生有制動力，該制動力與整車質心處的慣性力組成一個力矩（見圖3），該力矩導致整車向左急劇扭轉，最終致使駕駛員無法控制車輛姿態(tài)而滑出3.5 m車道。

對于本案例，認為是連續(xù)出現(xiàn)的兩次超過10 km/h的左右輪速偏差導致整車明顯橫擺，并且左側前輪的制動力明顯大于右側車輪，在制動后期車輛右側前輪的制動力幾乎完全消失，最終導致車輛滑出3.5 m車道，建議對ABS的兩前輪制動力分配進行重新匹配設計。

3.3 案例三

在本案例中，某轎車在ABS測試中滑出了3.5 m車道，失控車輛側滑并甩尾，車輛左側撞擊了試驗道路右側的防護欄，車輛受損嚴重，出現(xiàn)事故的工況是：滿載，120 km/h，從高附路面對接進入低附路面。

由于測試設備非正常關機，事故數(shù)據(jù)保存不完整，圖4是此前采集到的另外兩組數(shù)據(jù)，測試工況分別是：①滿載，120 km/h，低附著系數(shù)kL路面；②滿載，40 km/h，從高附路面對接進入低附路面。下面嘗試從兩組已測數(shù)據(jù)來分析事故工況中發(fā)生了什么。

測試工況①的制動初速度與事故工況的試驗車速同為120 km/h，制動初期（時刻a）駕駛員感覺有車輪抱死，結果顯示左右前輪的滑移率在制動器產生制動力后210 ms的時刻分別為21.8%和12.3%。另外根據(jù)駕駛員反映，在測試工況①中，在制動距離約100 m的時候車身發(fā)生明顯側滑，整車存在向左滑出3.5 m車道的趨勢。從實測曲線上看，在時刻b左右前輪輪速差異較大，左前輪88.3 km/h，右前輪101.2 km/h，偏差達到12.9 km/h，左右滑移率分別為13.3%和0.6%，并且根據(jù)實測車速可以計算出時刻b對應的距離為112.0 m，這與駕駛員主觀感覺完全一致，可以確認在時刻b車身發(fā)生了明顯的側滑。此后在b-c時間段內，還存在另外3次類似情況。在本次測試結束后，測試工程師根據(jù)駕駛員反饋的信息核查了四個輪速的原始數(shù)據(jù)，根據(jù)法規(guī)未能發(fā)現(xiàn)問題，然而在接下來的測試中發(fā)生了上述事故。

測試工況②的路面狀況與事故工況相同，都是從高附路面對接進入低附路面。在該工況中駕駛員感覺良好，未感覺較明顯的車身側滑和車輪抱死現(xiàn)象。從實測曲線上看，在從高附路面對接進入低附路面（時刻a）后的200 ms時，車速降至37.6 km/h，左右前輪的輪速降至8.8 km/h和7.6 km/h，滑移率分別為76.6%和79.8%，此時其縱向附著系數(shù)和側向附著系數(shù)都很低，見圖5所示的滑移率與附著系數(shù)的關系曲線，此時特別是側向附著系數(shù)是極低的，樣車極易發(fā)生側滑。本次測試中樣車之所以未滑出3.5 m車道，完全是試驗車速較低的原因。

2.2.2 大學生職業(yè)希望自我問卷 采用由牛媛媛[18]編制的《大學生職業(yè)可能自我問卷》中的大學生職業(yè)希望自我分量表，該量表共14個項目，將職業(yè)希望自我劃分為個人發(fā)展、創(chuàng)造力、自主性、能力運用四個維度，并采用7點計分方法，衡量題項描述與被試情況的符合程度，1表示“完全不符合”，7表示“完全符合”。該量表在大學生中已經得到應用，其內部一致性系數(shù)為0.8745[18]。本研究中，該問卷的Cronbach’s α的系數(shù)為0.83。

根據(jù)上述工況①和②的分析，對事故工況推斷如下：在以120 km/h從高附路面對接進入低附路面時，兩前輪的滑移率較高，側向風、路面等不確定因素可能已造成車身側滑，在低附路面上駕駛員努力通過修正方向盤來控制車輛姿態(tài)，但在ABS調節(jié)制動力的過程中，可能存在多次制動力分配不合理的問題，從而導致兩前輪輪速偏差過大，致使駕駛員無法有效控制車輛轉向，并最終滑出3.5 m車道，造成本次ABS測試事故。

在本次ABS附加檢查中，駕駛員的主觀感覺已預知車況不穩(wěn)，但在事故發(fā)生之前，單純從法規(guī)角度來看，由于不存在車輪抱死現(xiàn)象，因此不能判斷ABS不合格。這種情況在檢測認證工作中是比較常見的，建議在駕駛員主觀判斷的基礎上增加對客觀數(shù)據(jù)的分析，對比主客觀評價的指向性是否相吻合。在本案例中，主觀與客觀兩方面的指向性是一致的，在今后的工作中應提高對該問題的認識。

3.4 案例四

圖6是某SUV從3.5 m車道滑出并甩尾的一起ABS性能事故，車輛甩尾后掉頭，從車尾方向沖進車道左側的排水溝，測試設備全程記錄了本次事故。本案例測試工況與案例三相同：滿載，120 km/h，從高附路面對接進入低附路面。

根據(jù)實測曲線，兩前輪之間的輪速基本是一致的，兩后輪輪速也是一致的，但前后輪的輪速出現(xiàn)較大差異。根據(jù)在b-c時間段的輪速曲線，在發(fā)生側滑的瞬間（時刻c），車速101.6 km/h，兩前輪輪速為94.8 km/h和95.3 km/h，兩后輪輪速為78.3 km/h和77.1 km/h，即后輪相對于前輪慢了16.5 km/h以上，這表明在ABS調節(jié)時后輪過度制動，而后輪過度制動則表明后輪的側向附著系數(shù)顯著低于前輪，這是一種極危險的工況，會嚴重影響制動穩(wěn)定性，在車輛使用過程中，側向風、路面、旋轉機構的不平衡量等諸多不可預知的因素都可能對車輛姿態(tài)造成干擾而引發(fā)安全事故，因此，在制動系統(tǒng)設計過程中，必須極力避免出現(xiàn)后輪過度制動的現(xiàn)象，在ABS出現(xiàn)之前，工程設計人員通常會采用限壓閥、比例閥等手段來解決該問題，在裝用ABS之后，首先也必須要滿足避免后輪過度制動的基本要求之后才能進行制動力分配方面的優(yōu)化設計。

需要特別指出的是，在道路測試工況中，這種后輪過度制動的現(xiàn)象已持續(xù)了1 740 ms以上，到達時刻c時，車輛失控側滑，到達時刻d時，車輛開始甩尾，車輛甩尾必然導致車速急劇下降，到達時刻e時車輛已轉過180°左右（掉頭），到達時刻f時，車尾沖進道路左側的排水溝，之后測試設備受到震蕩產生了圖示中的異常信號。

4 ABS道路測試中的風險評估

根據(jù)前述幾種ABS性能測試的事故分析，發(fā)現(xiàn)在前后或左右輪速偏差超過10 km/h時都導致了ABS性能不合格。如果按照法規(guī)，這種不合格在低速測試工況是不易判定的，因為車速較低車輛很少會滑出3.5 m車道，并且案例一中的車輪抱死現(xiàn)象也是十分罕見的，而只有在高速測試工況中才能檢查出ABS不合格，但得出該結論的代價是巨大的，車輛的損壞也會給事故原因的調查和ABS性能的改進與驗證造成不便。因此，在測試過程中及時發(fā)現(xiàn)ABS不合格并避免車輛損失就顯得尤為重要，本文試圖在整理各類原始數(shù)據(jù)的基礎上提出一種ABS道路測試的風險評估方法。

（1）后輪輪速低于前輪輪速是一種較為危險的工況，這說明后輪過度制動，極易發(fā)生甩尾，在出現(xiàn)該情況時應立即中止試驗，并根據(jù)GB21670-2008中條款5.6.3.3.6或GB/T13594-2003中條款5.2.3的規(guī)定，判定該ABS性能不合格。

（2）兩前輪之間的輪速偏差過大（如超過10 km/h）會使駕駛員主觀判斷為某車輪已抱死，當在同一工況中反復出現(xiàn)該現(xiàn)象時，建議對駕駛員主觀感覺與客觀數(shù)據(jù)進行比對分析，如果主觀感覺與客觀數(shù)據(jù)的指向性一致，應中止試驗，并判定該ABS不合格。

（3）對于道路測試中的輪速曲線，如果某車輪輪速曲線與車速曲線完全重合，則表明該車輪的制動器制動力幾乎為零，因此路面所提供的制動力也是不存在的，此時如果另一側車輪的制動器仍然產生有制動力，那么車輛極易發(fā)生橫擺并滑出規(guī)定的車道，根據(jù)GB21670-2008中條款5.6.3.3.6或GB/T13594-2003中條款5.2.3的規(guī)定，出現(xiàn)該現(xiàn)象也應判定ABS不合格。

（4）ABS作為一種制動力調節(jié)方式，滑移率是其重要的控制變量，在初次循環(huán)出現(xiàn)較高的滑移率（如超過50%）時應謹慎對待。根據(jù)經典控制理論和相關的文獻資料[3]，所有的控制算法本質上都是基于反饋方式工作的，因此這種初次循環(huán)出現(xiàn)較高的滑移率是不能從根本上消除的，而只能將其限制在一個合適的范圍內。資料[4]表明，在ABS中，控制周期Tc一般選取為5ms，再考慮到ABS作為一個控制系統(tǒng)，從控制指令發(fā)出到車輛產生響應，兩者也會存在時間滯后的現(xiàn)象，建議根據(jù)實測輪速曲線中所顯示的響應時間來研究ABS系統(tǒng)的控制策略[5][6]的合理性。

5 結束語

本文根據(jù)幾起ABS性能不合格的原始測試數(shù)據(jù)，分析了事故的產生原因，提出一種適用于檢測認證領域的風險評估方法。由于性能故障無法重現(xiàn)，在風險評估方法中的評價限值尚不能確定，接下來期望把測試數(shù)據(jù)與仿真分析相結合，以進行深入研究。

[1]楊財,宋健.ABS∕TCS∕AYC中參考車速和滑移率算法研究[J].汽車工程,2009,(1):24～27.

[2]丁能根,王偉達,余貴珍,張為,徐向陽.基于試驗知識的ABS自適應控制策略研究與驗證[J].汽車工程,2009,(1):28～32.

[3]李進,歐陽明高.電控柴油機動力系統(tǒng)竄振控制策略研究[J].汽車工程，2006,(3):238～241.

[4]劉國福,張玘,王躍科,董志.ABS輪速信號測量誤差分析及等周期采樣方法研究[J].汽車技術,2006(10):25～29.

[5]吳利軍,王躍建,李克強.面向汽車縱向安全輔助系統(tǒng)的路面附著系數(shù)估計方法[J].汽車工程,2009,(3):239～243.

[6]余卓平,左建令,張立軍.路面附著系數(shù)估算技術發(fā)展現(xiàn)狀綜述[J].汽車工程,2006,(6):546～549.

專家推薦

閆仕軍：

防抱死制動系統(tǒng)（ABS）檢驗的安全風險較高，由ABS不合格而引發(fā)測試安全事故是常見的。論文對實際工作中ABS測試事故中采集到的原始數(shù)據(jù)進行了研究，指出輪速差異過大是造成ABS不合格的主要原因，提出了ABS整車道路測試時的風險評估方法，并給出幾起ABS不合格的改進建議。

論文思路清楚，論據(jù)充分，實踐中有一定使用價值。

Analysis of Several ABS Accidents Based on Vehicle Road Test

ZHANG Peng-cheng, WU Bo-yong, AN Zhong-fu, LI Xiang, YANG Ai-min, XUE Jia-sheng, ZHAO Jun, YANG Hao
(National Automobile Quality Supervision and Test Center[Xiangyang], Xiangyang 441004, China)

Several ABS test data was investigated, pointed out that the difference of wheel speed can lead to failure of ABS test.When left wheel speed was faster or slower than right wheel, vehicle would transverse sway and slip out from the initial lane.When rear wheel speed was slower than front wheel, the braking stability would be deteriorated and vehicle was prone to whipping.According to the test data and the subjective evaluation of driver, an evaluation method of road test and some suggestion were given out.

ABS; wheel speed; road test.

U467.1

A

1005-2550（2014）05-0045-06

10.3969/j.issn.1005-2550.2014.05.010

2014-07-30