基于整车道路测试的几次ABS事故分析

张鹏程，吴波勇，安钟福，李 祥，杨爱民，薛家胜，赵 俊，杨 浩

（国家汽车质量监督检验中心[襄阳]，襄阳 441004）

基于整车道路测试的几次ABS事故分析

张鹏程，吴波勇，安钟福，李 祥，杨爱民，薛家胜，赵 俊，杨 浩

（国家汽车质量监督检验中心[襄阳]，襄阳 441004）

分析了几次ABS测试不合格的试验数据，指出轮速差异过大是造成ABS不合格的主要原因。主要体现为两方面：左右轮速差异对车辆横摆有不利影响，易造成车辆滑出规定的车道宽度；前后轮速差异中的后轮过度制动则会恶化车辆的制动稳定性，易造成甩尾等严重事故。根据积累的各种数据和驾驶员主观感受，提出整车道路测试时的风险评估方法，并给出几起ABS不合格的改进建议。

ABS；轮速；道路测试

1 前言

在汽车检测领域，制动性能的检测是一项重要工作，其中防抱死制动系统（anti-locking brake system，ABS）是一项风险性极高的强制性检验项目。在国内外检测机构中，由ABS不合格而引发测试安全事故是常见的，有必要对这些测试事故中采集到的原始数据进行深入研究，以减少或避免安全事故的发生。

本文搜集了4次ABS不合格的原始测试数据，综合分析了车辆处于失控临界状态下的整车姿态，指出其ABS存在的问题，并根据驾驶员的主观感受和客观数据，总结出适用于检测认证领域的风险评估方法。

2 关于ABS性能的各种试验方法

目前，国外标准中的ECE R13、ADR35/03、71/320/EEC和国内标准中的GB/T13594-2003、GB21670-2008都明确规定了对装备ABS车辆性能要求，所采用的试验方法也基本一致，主要分为附着系数利用率的测定和附加检查两部分内容，其中附加检查的工作是风险较大的。

在整车道路试验中，对于ABS系统的附加检查，主要是试验样车以空载和满载两种状态，在高附着系数kH和 低附着系数kL两种试验路面上，分别以法规中规定的低速（40 km/h）和高速（最高设计车速的80%，但不超过法规中规定的限值）两种试验车速，按照单一路面、对接路面、对开路面等多种形式来进行ABS性能方面的附加检查，以确认ABS工作状态的可靠性。

检测机构对试验样车进行ABS附加检查时，需要分别测量车辆行驶车速和所有直接控制车轮的轮速数据，以检查车轮是否抱死、车辆是否滑出规定的车道、以及车辆横摆角和方向盘修正角度是否超过限值等内容。为保证检测数据的客观性与独立性，对车速、轮速的测量应由车载ABS系统之外的第三方测试系统来完成。根据测试经验，从高附路面对接进入低附路面的高速测试工况危险性最高，本文提到的4次ABS性能不合格中，有3次出现于此工况中。

3 几起ABS不合格的事故分析

3.1 案例一

图1是某轿车在低附着系数路面上发生的车轮抱死现象，对应的测试工况是：空载，40 km/h，低附着系数kL路面。可以看到车速降至约24 km/h时，4个车轮全部抱死。从总体上看ABS控制器仅循环一次即停止工作，根据GB21670-2008中条款3.1.31的规定，这属于典型的ABS性能不符合项。条款3.1.23同时规定车速在15 km/h以上时车轮抱死的时间不能超过500 ms，这也是本案例的一个不符合项。由于试验车速较低，车辆未滑出3.5 m车道，但已明显侧滑。

车轮抱死是一种比较低级的ABS系统故障，如果这种情况发生在较高车速时，就会产生甩尾、掉头甚至翻车等恶劣事故。本案例在发生车轮抱死后，根据ECU中的故障代码和产品维修手册确认为ABS液压调节器本体故障。

随着汽车技术的发展，车轮抱死这种极端情况已很少见，更常见的是下面几种制动力分配不合理所导致的ABS不合格。

3.2 案例二

图2是某轿车在对接路面上发生的滑出3.5 m车道，对应的测试工况是：满载，120 km/h，从高附路面对接进入低附路面。在实际测试中，以稍高于120 km/h的初速度在高附路面上开始制动，以保证样车在对接进入低附路面的瞬间达到法规中规定的120 km/h的试验车速。

在实测曲线中标记有abcde五个关键时刻点，如表1中描述。

就上述整个制动过程而言，高附路面上车轮一般不会打滑，因此在a-b和d-e两个时间段ABS处于非工作状态（OFF），在c-d时间段车辆处于滑行状态，ABS也不工作。只有在b-c时间段内ABS处于工作状态（ON），因此b-c时间段是分析本次ABS性能不合格的关键所在。

表1 制动过程中的时刻详情表

在b时刻，车辆进入低附路面，瞬时车速为120 km/h，而两前轮的轮速则急剧降低。数据显示在370 ms的时间里左前轮降至70.7 km/h，右前轮降至83.4 km/h，两者偏差达到12.7 km/h，这是两前轮首次出现轮速偏差较大的现象，这会对整车姿态产生较为明显的影响，据驾驶员反映，此时主观感觉有车轮抱死现象，而客观数据则显示为不完全抱死。在b时刻之后的370 ms，ABS已进入工作状态并初步体现出了制动力调节效果。

到了c时刻，车速降至87.5 km/h，左右前轮的轮速再次出现很大偏差，左前轮72.6 km/h，右前轮83.7 km/h，偏差达到11.1 km/h，这直接导致车辆向左滑出3.5 m车道。

根据上述分析，发现该车配备的ABS在制动力调节方面存在问题，左前轮的制动力总是大于右前轮，两前轮的轮速偏差过大，在b时刻出现的首次轮速偏差过大导致车辆产生一定的横摆，令驾驶员感觉有车轮抱死，但尚能试图通过修正方向盘来控制车辆姿态，而在c时刻再次发生的轮速偏差过大则使车辆横摆进一步加剧，在c-d时间段内车辆完全失去控制。

在制动过程中的车轮滑移率计算公式（1）如下：

式中：λb为车轮制动滑移率；ω为车轮角速度；rdyn为车轮动态转动半径；v为参考车速。

在整车道路实测过程中，车速和轮速都是实测值，因此能更客观的检查ABS的性能[2]。对于左右前轮，在b时刻后的370 ms时，滑移率分别为37.6%和26.4%，在c时刻，滑移率分别为17.0%和4.3%，并且在c时刻之前的1 160 ms的时间里，右侧前轮的轮速几乎完全等于车速，这表明在这1 160 ms的时间内，右侧前轮的制动器所提供的制动力几乎为零，而只有左侧前轮的制动器产生有制动力，该制动力与整车质心处的惯性力组成一个力矩（见图3），该力矩导致整车向左急剧扭转，最终致使驾驶员无法控制车辆姿态而滑出3.5 m车道。

对于本案例，认为是连续出现的两次超过10 km/h的左右轮速偏差导致整车明显横摆，并且左侧前轮的制动力明显大于右侧车轮，在制动后期车辆右侧前轮的制动力几乎完全消失，最终导致车辆滑出3.5 m车道，建议对ABS的两前轮制动力分配进行重新匹配设计。

3.3 案例三

在本案例中，某轿车在ABS测试中滑出了3.5 m车道，失控车辆侧滑并甩尾，车辆左侧撞击了试验道路右侧的防护栏，车辆受损严重，出现事故的工况是：满载，120 km/h，从高附路面对接进入低附路面。

由于测试设备非正常关机，事故数据保存不完整，图4是此前采集到的另外两组数据，测试工况分别是：①满载，120 km/h，低附着系数kL路面；②满载，40 km/h，从高附路面对接进入低附路面。下面尝试从两组已测数据来分析事故工况中发生了什么。

测试工况①的制动初速度与事故工况的试验车速同为120 km/h，制动初期（时刻a）驾驶员感觉有车轮抱死，结果显示左右前轮的滑移率在制动器产生制动力后210 ms的时刻分别为21.8%和12.3%。另外根据驾驶员反映，在测试工况①中，在制动距离约100 m的时候车身发生明显侧滑，整车存在向左滑出3.5 m车道的趋势。从实测曲线上看，在时刻b左右前轮轮速差异较大，左前轮88.3 km/h，右前轮101.2 km/h，偏差达到12.9 km/h，左右滑移率分别为13.3%和0.6%，并且根据实测车速可以计算出时刻b对应的距离为112.0 m，这与驾驶员主观感觉完全一致，可以确认在时刻b车身发生了明显的侧滑。此后在b-c时间段内，还存在另外3次类似情况。在本次测试结束后，测试工程师根据驾驶员反馈的信息核查了四个轮速的原始数据，根据法规未能发现问题，然而在接下来的测试中发生了上述事故。

测试工况②的路面状况与事故工况相同，都是从高附路面对接进入低附路面。在该工况中驾驶员感觉良好，未感觉较明显的车身侧滑和车轮抱死现象。从实测曲线上看，在从高附路面对接进入低附路面（时刻a）后的200 ms时，车速降至37.6 km/h，左右前轮的轮速降至8.8 km/h和7.6 km/h，滑移率分别为76.6%和79.8%，此时其纵向附着系数和侧向附着系数都很低，见图5所示的滑移率与附着系数的关系曲线，此时特别是侧向附着系数是极低的，样车极易发生侧滑。本次测试中样车之所以未滑出3.5 m车道，完全是试验车速较低的原因。

2.2.2 大学生职业希望自我问卷 采用由牛媛媛[18]编制的《大学生职业可能自我问卷》中的大学生职业希望自我分量表，该量表共14个项目，将职业希望自我划分为个人发展、创造力、自主性、能力运用四个维度，并采用7点计分方法，衡量题项描述与被试情况的符合程度，1表示“完全不符合”，7表示“完全符合”。该量表在大学生中已经得到应用，其内部一致性系数为0.8745[18]。本研究中，该问卷的Cronbach’s α的系数为0.83。

根据上述工况①和②的分析，对事故工况推断如下：在以120 km/h从高附路面对接进入低附路面时，两前轮的滑移率较高，侧向风、路面等不确定因素可能已造成车身侧滑，在低附路面上驾驶员努力通过修正方向盘来控制车辆姿态，但在ABS调节制动力的过程中，可能存在多次制动力分配不合理的问题，从而导致两前轮轮速偏差过大，致使驾驶员无法有效控制车辆转向，并最终滑出3.5 m车道，造成本次ABS测试事故。

在本次ABS附加检查中，驾驶员的主观感觉已预知车况不稳，但在事故发生之前，单纯从法规角度来看，由于不存在车轮抱死现象，因此不能判断ABS不合格。这种情况在检测认证工作中是比较常见的，建议在驾驶员主观判断的基础上增加对客观数据的分析，对比主客观评价的指向性是否相吻合。在本案例中，主观与客观两方面的指向性是一致的，在今后的工作中应提高对该问题的认识。

3.4 案例四

图6是某SUV从3.5 m车道滑出并甩尾的一起ABS性能事故，车辆甩尾后掉头，从车尾方向冲进车道左侧的排水沟，测试设备全程记录了本次事故。本案例测试工况与案例三相同：满载，120 km/h，从高附路面对接进入低附路面。

根据实测曲线，两前轮之间的轮速基本是一致的，两后轮轮速也是一致的，但前后轮的轮速出现较大差异。根据在b-c时间段的轮速曲线，在发生侧滑的瞬间（时刻c），车速101.6 km/h，两前轮轮速为94.8 km/h和95.3 km/h，两后轮轮速为78.3 km/h和77.1 km/h，即后轮相对于前轮慢了16.5 km/h以上，这表明在ABS调节时后轮过度制动，而后轮过度制动则表明后轮的侧向附着系数显著低于前轮，这是一种极危险的工况，会严重影响制动稳定性，在车辆使用过程中，侧向风、路面、旋转机构的不平衡量等诸多不可预知的因素都可能对车辆姿态造成干扰而引发安全事故，因此，在制动系统设计过程中，必须极力避免出现后轮过度制动的现象，在ABS出现之前，工程设计人员通常会采用限压阀、比例阀等手段来解决该问题，在装用ABS之后，首先也必须要满足避免后轮过度制动的基本要求之后才能进行制动力分配方面的优化设计。

需要特别指出的是，在道路测试工况中，这种后轮过度制动的现象已持续了1 740 ms以上，到达时刻c时，车辆失控侧滑，到达时刻d时，车辆开始甩尾，车辆甩尾必然导致车速急剧下降，到达时刻e时车辆已转过180°左右（掉头），到达时刻f时，车尾冲进道路左侧的排水沟，之后测试设备受到震荡产生了图示中的异常信号。

4 ABS道路测试中的风险评估

根据前述几种ABS性能测试的事故分析，发现在前后或左右轮速偏差超过10 km/h时都导致了ABS性能不合格。如果按照法规，这种不合格在低速测试工况是不易判定的，因为车速较低车辆很少会滑出3.5 m车道，并且案例一中的车轮抱死现象也是十分罕见的，而只有在高速测试工况中才能检查出ABS不合格，但得出该结论的代价是巨大的，车辆的损坏也会给事故原因的调查和ABS性能的改进与验证造成不便。因此，在测试过程中及时发现ABS不合格并避免车辆损失就显得尤为重要，本文试图在整理各类原始数据的基础上提出一种ABS道路测试的风险评估方法。

（1）后轮轮速低于前轮轮速是一种较为危险的工况，这说明后轮过度制动，极易发生甩尾，在出现该情况时应立即中止试验，并根据GB21670-2008中条款5.6.3.3.6或GB/T13594-2003中条款5.2.3的规定，判定该ABS性能不合格。

（2）两前轮之间的轮速偏差过大（如超过10 km/h）会使驾驶员主观判断为某车轮已抱死，当在同一工况中反复出现该现象时，建议对驾驶员主观感觉与客观数据进行比对分析，如果主观感觉与客观数据的指向性一致，应中止试验，并判定该ABS不合格。

（3）对于道路测试中的轮速曲线，如果某车轮轮速曲线与车速曲线完全重合，则表明该车轮的制动器制动力几乎为零，因此路面所提供的制动力也是不存在的，此时如果另一侧车轮的制动器仍然产生有制动力，那么车辆极易发生横摆并滑出规定的车道，根据GB21670-2008中条款5.6.3.3.6或GB/T13594-2003中条款5.2.3的规定，出现该现象也应判定ABS不合格。

（4）ABS作为一种制动力调节方式，滑移率是其重要的控制变量，在初次循环出现较高的滑移率（如超过50%）时应谨慎对待。根据经典控制理论和相关的文献资料[3]，所有的控制算法本质上都是基于反馈方式工作的，因此这种初次循环出现较高的滑移率是不能从根本上消除的，而只能将其限制在一个合适的范围内。资料[4]表明，在ABS中，控制周期Tc一般选取为5ms，再考虑到ABS作为一个控制系统，从控制指令发出到车辆产生响应，两者也会存在时间滞后的现象，建议根据实测轮速曲线中所显示的响应时间来研究ABS系统的控制策略[5][6]的合理性。

5 结束语

本文根据几起ABS性能不合格的原始测试数据，分析了事故的产生原因，提出一种适用于检测认证领域的风险评估方法。由于性能故障无法重现，在风险评估方法中的评价限值尚不能确定，接下来期望把测试数据与仿真分析相结合，以进行深入研究。

[1]杨财,宋健.ABS∕TCS∕AYC中参考车速和滑移率算法研究[J].汽车工程,2009,(1):24～27.

[2]丁能根,王伟达,余贵珍,张为,徐向阳.基于试验知识的ABS自适应控制策略研究与验证[J].汽车工程,2009,(1):28～32.

[3]李进,欧阳明高.电控柴油机动力系统窜振控制策略研究[J].汽车工程，2006,(3):238～241.

[4]刘国福,张玘,王跃科,董志.ABS轮速信号测量误差分析及等周期采样方法研究[J].汽车技术,2006(10):25～29.

[5]吴利军,王跃建,李克强.面向汽车纵向安全辅助系统的路面附着系数估计方法[J].汽车工程,2009,(3):239～243.

[6]余卓平,左建令,张立军.路面附着系数估算技术发展现状综述[J].汽车工程,2006,(6):546～549.

专家推荐

闫仕军：

防抱死制动系统（ABS）检验的安全风险较高，由ABS不合格而引发测试安全事故是常见的。论文对实际工作中ABS测试事故中采集到的原始数据进行了研究，指出轮速差异过大是造成ABS不合格的主要原因，提出了ABS整车道路测试时的风险评估方法，并给出几起ABS不合格的改进建议。

论文思路清楚，论据充分，实践中有一定使用价值。

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