李向瑜1
，高振海1
，杨建磊1
，袁昌碧2
，谯艳娟
2
(1.吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室，长春 130022; 2.长安汽车股份有限公司汽车工程研究院，重庆 401120)
摘要：结合ABS 系统对汽车侧向稳定性能的影响，对转弯制动等适用于ABS 系统侧向稳定性能评价的典型试验方法进行了介绍，并通过转弯制动工况的仿真分析，分析对比了整车装备ABS 系统前后侧向稳定性能的改善。
关键词:AB S；侧向稳定性；转弯制动；评价
中图分类号:U461.6 文献标识码:A 文章编号:1006-0006(2008)03-0006-02
La te ra l S tab ility Eva l ua ti o n M e tho d o f Veh i c l e w ith AB S
L I X iang 2yu 1
,GAO Zhen 2ha i 1
,YAN G J ian 2lei 1
,YUAN Chang 2bi 2
,Q I AO Yan 2juan
2
(1.State Key Laborat ory of Aut omobile Dynam ic Si m ulati on,J ilin University,Changchun 130022,China;
2.Chang ’an Aut omobile Holding L td .Aut omotive Engineering I nstitute,Chongqing 401120,China )
Ab s tra c t:Thr ough the analysis of lateral stability influenced by ABS,s ome typ ical experi m ental methods such as
braking 2in 2turn were intr oduced,and with the si m ulati on of braking 2in 2turn,the i m p r ove ment of lateral stability was contrasted bet w een vehicle with ABS and without ABS .
Key wo rd s:ABS;Lateral stability;B raking 2in 2turn;Evaluati on
汽车防抱死制动系统(Anti 2l ock B raking Syste m，简称ABS，下同)可以在车辆制动时，及时识别一个或多个车轮的抱死倾向而自动地保持、增加或减少制动压力来防止车轮抱死，提高制动过程中的操纵稳定性，有效地缩短制动距离[1]。
近年来,ABS 系统已成为国际汽车市场上整车标准配置，技术非常成熟，博世、大陆等汽车电子产品供应商都具备了ABS 产品的模块化批量化供货能力，并占据市场的主要份额。国内的ABS 系统研究始于上世纪80年代前后。经过近20多年的努力，国内已有部分厂商具备ABS 产品的供货能力。但总体而言，研究重心仍集中在控制策略的理论研究，如针对制动液压系统的非线性特性建立模糊或神经网络控制等智能控制算法等。国内整车厂商在整车性能开发设计阶段(包括虚拟样机开发阶段和物理样机试验测试阶段)选择匹配ABS 产品时，由于无法全面准确地提出对ABS 等底盘电控系统的产品设计要求、关键控制参数及性能评价试验方法，多直接委托博世等供应商进行整车装备ABS 后的性能试验。
目前，如何建立完善的ABS 等底盘电控系统的试验测试与性能评价方法，已成为近年来国内研究人员关注的热点问题。2003年修订的G B /T 13954-2003“机动车和挂车防抱制动性能和试验方法”虽然规定了装备ABS 系统的M ,N 类汽车和O 类挂车所要求的制动性能和试验方法，但这些试验大多是测试整车装备ABS 系统后的直线制动性能，对侧向稳定性能的测试考虑得不多[2]。而且国标规定的试验方法仅仅是从产品质量认证的角度设置试验项目，远远不能满足整车制动性能设计开发的研究需求[3]。ECE-R13法规也仅规定了ABS 直线制动试验测试方法，尚没有形成国际通行的整车装备
ABS 后的侧向稳定性能测试试验标准。
为此，本文针对目前ABS 性能评价测试中侧向稳定性能试验方法的不足，基于ABS 系统对汽车侧向稳定性能的影响分析，对转弯制动等适用于ABS 系统侧向稳定性能评价的典型试验工况进行了介绍，最终通过装备ABS 前后的整车转弯制动工况的仿真分析对
比，探讨了ABS 系统引起的侧向加速度等侧向稳定性能评价指标的变化。
1 AB S 对汽车侧向稳定性的影响
汽车侧向稳定性取决于车轮与路面间的侧向附着系数。侧向附着系数越大，路面所能提供的侧向力就越大，侧向稳定性就越好。转弯制动的顺利实施，不仅取决于驾驶员施加的转向盘力矩，更取决于转向轮
是否可以从路面获得足够的侧向力。如果转向轮在制动时抱死，侧向力为零，不足以提供汽车转向所需的侧向力。此时即使驾驶员使得转向车轮发生偏转，汽车也不会按预期方向转向，即丧失制动时转向操纵能力。
ABS 就是使得汽车在制动过程中车轮不再抱死而具有一定侧向
附着系数，此时车轮可以提供一定的侧向力，使得在紧急制动时汽车仍可按驾驶员操纵意图实现转向。
由轮胎摩擦椭圆概念可知：汽车制动力与转弯侧向力的合力不能超过摩擦极限。由侧纵向附着系数的变化关系可知:ABS 系统主要工作在汽车大制动力附近的极限区域内，即ABS 系统的核心是充分利用轮胎与路面之间的纵向附着系数来最大限度地提高制动能力，同时在制动时兼顾侧向附着系数来保持侧向稳定性。综上可知：在制动过程中侧向稳定性能与汽车制动性能存在一定的矛盾关系。
随着车辆高速化和驾驶员的非职业化趋势的发展，道路交通的危险状况越来越集中体现在行驶工况的忽然变化，如忽然出现的障碍物或附着系数突变等路况，这使得躲避或变换车道且全制动的操纵驾驶行为越来越重要。电子稳定性程序ESP 系统即应运而生。
ESP 系统是当汽车在物理极限范围内且驾驶员即将丧失对汽车的操
控性时，有效地利用车辆与路面的附着系数潜力，通过在单一车轮上施加制动力来产生横摆力矩，使汽
车产生附加的转向来修正即将产生的不足或过度转向。从ESP 的控制机理和研发现状上讲,ESP 也是利用ABS 对单个车轮的制动力的控制来保证侧向稳定性能。
收稿日期:2007-12-14
基金项目：国家863高技术研究发展计划资助项目(2006AA110102)
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6・第35卷第3期 拖拉机与农用运输车 Vol .35No .32008年6月 Tract or &Far m Trans porter June,200
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但就国内目前发展现状而言,ESP 系统的装车率尚非常低。为此，本文认为：鉴于国内现有的情况，可
以针对如何提高汽车侧向稳定性能，进一步研究和探索ABS 系统的控制逻辑和整车装备ABS 产品后的侧向稳定性能，如是否可以牺牲一些制动强度来保证适度的侧向稳定性能。这也使得侧向稳定性评价方法的研究变得非常重要和迫切。
2 基于转弯制动的AB S 系统侧向稳定性能的测试评价
目前国际较为通用且权威的整车装备ABS 后的性能评价方法是欧洲ECE R13法规。我国的G B /T 13954-2003基本上是遵循
ECE R13制定的，其主要评价方法是进行单一附着系数或高低附着
系数对接或对开路面上的直线制动试验，并采用附着系数利用率来描述ABS 系统性能的优劣。在侧向稳定性能试验测试上，目前尚无国际通行的测试方法，研究人员推荐采用转弯制动和避障制动等试验来实施ABS 系统侧向稳定性能测试评价。
避障制动试验是根据设定的本车与障碍物之间距离，实施不同制动初速度下的汽车规避障碍物的换道操纵。该试验最为直观且符合实际操纵工况，但由于试验完成效果的好坏与试验司机的驾驶技术密切相关，属于人车路闭环试验，为此很难形成试验测试标准。目前研究人员推荐是采用通过基于转向盘转角阶跃试验来评价汽车横摆角速度等转向响应特性，从而间接评价避障制动性能的好坏。
转弯制动试验测试方法可参照I S O7975:2006“Passenger Car 2
B raking in a turn 2open 2l oop test method ”
(乘用车转弯制动开环试验方法)确定。由于该试验仅仅要求驾驶员维持汽车在预先给定的车道上行驶，对试验人员的驾驶技术要求不高，为此可以更为客观准确地评价汽车侧向稳定性能的优劣。
转弯制动的试验测试方法大致如下：首先，固定汽车转向盘转角，使车辆绕一定半径的圆周以最大可能的弯道行驶速度的80%车速行驶；然后，进行紧急制动使ABS 起作用(进行ABS 全循环工况)。此时要求试验司机保持汽车在弯道上制动。转弯制动试验需分别在不同附着系数的路面上进行。性能评价时选用侧向加速度、横摆角速度、横摆力矩、车轮和质心侧偏角、航向角、转向盘力矩等评价指标。
图1和图2分别为国内某车型选装ABS 系统前后转弯制动中侧向加速度和转向盘转角的仿真曲线。初始车速为80km /h 。其中采用的整车动力学模型为整车7自由度动力学模型及其相关的制动器模型与制动迟滞模型等,ABS 控制逻辑采用模糊控制器实现[4]。由仿真曲线可见：装备ABS 后，整车的侧向加速度处于驾驶员可控范围内，汽车可以合理地按照弯道转向，有效地避免甩尾或侧滑等失控情况的发生
。
图1 转弯制动的侧向加速度
F i g .1La te ra lAcce l e ra ti o n o f B ra ki ng 2i n 2tu
rn
图2 转弯制动的转向盘转角
F i g .2Ang l e o f S te e ri ng W he e l o f B raki ng 2i n 2tu rn
3 结论
本文从汽车动力学和轮胎摩擦椭圆角度出发，分析了ABS 系统对侧向稳定性能的影响，并对现有的适用于ABS 系统侧向稳定性能评价的试验方法进行了总结和分析，最终通过转弯制动试验的仿真分析，分析了整车匹配ABS 产品后侧向加速度等可以有效反映侧向稳定性能的行驶状态变量的变化规律。在下一步研究中，将进一步研究避障制动测试方法，从而更为直观地评价整车装备ABS 系统后的侧向稳定性能。参考文献:
[1] 程军.汽车防抱死制动系统的理论与实践[M ].北京：北京理工大学出
版社,1999.
[2] G B /T 13954-2003，机动车和挂车防抱制动性能和试验方法[S].[3] 靳旗，林毅.汽车防抱死制动系统试验研究[J ].天津汽车,2006(4):21～24.[4] 李向瑜.基于模糊控制理论的汽车防抱制动系统仿真研究[D ].长春：吉
林大学,2001.
(编辑 姜洪君)
作者简介：李向瑜(1972-)，男，吉林长春人，工程师，硕士，主要研究方向为汽车动态仿真与控制；高振海(1973-)，男，吉林长春人，教授，博士，主要研究方向为汽车动态仿真与控制。
(上接第5页)
3 参数优化匹配
绘出燃油经济性-加速时间曲线，纵坐标为汽车原地起步加速时间(车速0～96.6km /h 的)，横坐标为按照JB 3352-83标准六工况的道路循环试验进行计算得出的燃油经济性(km /L )。下图是以3套发动机和传动系匹配方案为例，做出其燃油经济性-加速时间曲线，从图中可以看出，选择方案B
能兼顾汽车的燃油经济性和动力
图2 汽车燃油经济性-加速时间曲线
F i g .2Acce l e ra ti o n Ti m e a nd Fue l Eco nom y C u rve o f Au t om o b il e
性；若以动力性为主要目标，则可选方案A；若以燃油经济性为主要设计目标，则可选方案C 。
4 结论
从不同发动机和不同传动系得到多方案的匹配结果中择优，虽然计算浩繁，但是借助于计算机的强大计算功能，就可以克服计算复杂的问题，同时，我们可以通过进一步完善数据库，使匹配的方案尽可能地达到最优，还可以克服其他优化软件不考虑发动机和传动系零部件参数离散化的缺点。参考文献:
[1] 余志生.汽车理论[M ].北京：机械工业出版社,2001.[2] 刘惟信.汽车设计[M ].北京：清华大学出版社,2001.
(编辑 姜洪君)
汽车制动作者简介：陈燕(1964-)，女，山东青岛人，教授，研究领域为车辆工程。
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7・李向瑜等:
汽车装备制动防抱死系统的侧向稳定性能评价方法
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