摩托车ABS 系统及测试中的影响因素分析*

2019-02-28

小型内燃机与车辆技术 2019年6期

（国家摩托车质量监督检验中心（天津）天津 300072）

引言

随着全球经济的发展，人们对生活品质的要求越来越高。近年来，摩托车向娱乐化方向发展的趋势越来越明显，使得大排量、高性能的摩托车市场占有率越来越高。这种趋势造成了摩托车事故的安全隐患增大，考虑到这种情况，在大排量摩托车上越来越多的主动安全系统被应用，以此来保护使用者的安全，ABS 就是最为有效的手段之一。世界范围内一些大型的公司和机构（AZT、BOSH 和NHTSA 等）在欧盟、印度和美国等地，对摩托车ABS 系统进行了长时间的调查和研究，结果表明，安装ABS 的车辆制动稳定性和安全性更高，事故率明显降低，ABS 对保护驾驶员安全起到了积极的作用。

1 ABS 制动系统的应用

由于ABS 对安全的影响巨大，世界范围内的发达国家和摩托车使用大国，都先后对摩托车安装ABS 制动系统做出了强制要求，具体实施情况见表1。中国作为一个摩托车生产和使用大国，也对摩托车ABS 制动系统做出了强制性要求，在最新的GB 20073-2018《摩托车和轻便摩托车制动性能要求及试验方法》中，要求“两轮摩托车（L3 类，发动机实际排量＞250 mL），前、后轮均应安装防抱死制动系统”。因此，本文对ABS 系统的工作原理、测试方法和影响因素做一些简要介绍。

2 摩托车ABS 系统工作原理

2.1 摩托车ABS 系统

防抱死制动系统（antilock brake system）简称ABS。它是一种具有防滑、防锁死等优点的摩托车安全控制系统。防抱死制动系统（ABS）是一种当车辆制动时，使地面与摩托车车轮的滑动摩擦尽可能转变为静摩擦（制动时车轮与地面的接触部分保持相对静止，车辆没有停止时，车轮是滚动而不是抱死的，制动系统可在车辆上实施接近于最大静摩擦力大小的制动力，这时保持转动的车轮与地面的静摩擦是滚动摩擦），以此增大制动效力，达到更好的制动效果。同时，由于车轮不会抱死，能使车辆保持直线行驶，不发生侧滑和偏移而导致事故发生。

表1 世界范围内制动法规的导入情况和高级制动系统的安装要求[1-3]

2.2 摩托车ABS 系统的构成

ABS 系统由控制单元、车轮速度传感器、码盘（传感器转子）、制动油缸、制动卡钳和制动油管组成，如图1 所示。

图1 ABS 系统的构成

简单来说就是，通过车轮速度传感器的信号来判断车轮滑移状态，控制单元通过调节油压对卡钳的开合进行控制，从而达到控制制动过程的目的。

2.3 ABS 系统的安装位置

根据车辆的结构差异，ABS 控制系统安装位置主要为前立管下方、座垫下部或燃油箱下部，振动和温度对于控制单元的影响较大，通常需加装橡胶垫和隔热板；车轮速度传感器和码盘（传感器转子）分别位于前后车轮上；制动控制器和制动卡钳通过制动油管和控制单元相连接，构成完整的制动系统。图2 为典型的控制单元在座椅下方的ABS 系统布置图。

图2 ABS 系统布置图

2.4 ABS 系统的控制原理

如图3 所示，当制动器进行制动，ABS 不工作时，常开电磁阀打开，常闭电磁阀关闭，油压直接通过常开电磁阀，进入制动卡钳，达到制动效果；当ABS 工作时，常闭电磁阀开启，常开电磁阀关闭，油压通过常闭电磁阀流入容积可变的储液罐，然后通过控制单元电机（控制两个单向阀的开启和闭合，起到泵的作用）将制动液泵回主油路。通过控制2 个电磁阀的开启和关闭频率，达到控制制动卡钳的开合频率，来达到防抱死的效果。

图3 ABS 系统的控制原理

3 摩托车ABS 的测试方法和要求（新国标）[1]

3.1 试验路面的要求

高摩擦系数路面:试验区域应保持清洁、干燥，试验路面应水平，坡度不大于1%；试验路面的峰值制动力系数（PBC）为0.9±0.1。

低摩擦系数路面:试验区域应保持清洁，试验路面应水平，坡度不大于1%；试验路面的峰值制动力系数（PBC）不大于0.45。

3.2 试验条件的要求

环境温度：环境温度应在4 ℃和45 ℃之间；

制动器初始温度：55～100 ℃；

试验质量条件：高摩擦系数路面：整备质量+75 kg+15 kg；

低摩擦系数路面：整备质量+75 kg+30 kg。

3.3 ABS 警示灯要求

安装一个黄色警示灯，警示灯的位置应方便驾驶员观察。当车辆点火开关打开时点亮，功能检查完毕后熄灭。如防抱死制动系统出现故障，警示灯应予以指示。并且只要故障存在且点火开关处于“开”位置，警示灯应一直指示。

3.4 试验流程[1]

国家标准中针对ABS 的试验项目主要包括以下几项：

1）高摩擦系数路面制动试验；

2）高摩擦系数路面车轮制动抱死检查试验；

3）低摩擦系数路面制动试验；

4）低摩擦系数路面车轮制动抱死检查试验；

5）高摩擦系数路面到低摩擦系数路面车轮制动抱死检查试验；

6）低摩擦系数路面到高摩擦系数路面车轮制动抱死检查试验；

7）ABS 失效试验。

相关流程及主要关注点如表2 所示，从表中可以看出，各项目的试验初速度、制动系统控制状态、性能限值、车辆状态判定、试验次数的要求均给出了明确的要求。在高摩擦系数路面和低摩擦系数路面车轮制动抱死检查试验中，给出了对制动器效率的性能要求。在低摩擦系数路面到高摩擦系数路面车轮制动抱死检查试验中，明确规定了减速度变化的要求。

表2 ABS 试验流程及主要关注点

4 ABS 试验的影响因素

4.1 ABS 性能影响因素的分析

通过以上介绍，可以清楚摩托车ABS 性能的好坏，取决于2 个方面，一是摩托车与路面本身的摩擦系数，摩擦系数越大，制动距离会越短，停下来得越快；二是摩托车ABS 的效率，效率越高，我们得到的真实摩擦系数越大，越接近摩托车的峰值摩擦系数。

4.2 摩擦系数影响因素

因为摩擦系数取决于接触面的摩擦力和物体的质量，摩擦力又是由接触面的材料及粗糙度决定的。因为路面性质是一定的，所以对摩擦系数的影响因素，分析2 个方面，一是车辆的质量，二是轮胎。车辆的质量又包括整车的整备质量和车辆前后轴荷分配，这将最终决定每个轮胎垂直地面的质量，这个主要是通过厂家的设计可以进行优化。轮胎主要是与地面接触面的宽度、轮胎花纹、轮胎材质等决定接触面粗糙度的因素，这些调整可以通过企业的轮胎选型来优化。图4 为进行ABS 试验的一些轮胎数据分析。