试车场ABS测试路设计要点研究

袁涛 刘磊 张英鹏 李振杰

摘 要：本文通过对试车场ABS测试路的功能性需求为出发点，结合现有案例的相关技术特点以及使用过程中发生的问题和解决的成功经验，从路面附着系数的实现、路面材料的选择与规格参数的确定、线形、纵断面、横断面、道路结构、给排水配套设施七个方面综合论述了该测试道路的设计要点。

关键词：试车场 ABS测试路 设计

1 引言

汽车丧失制动稳定性和方向操纵性极易造成车辆安全事故，特别是在欧洲和中国北部地区，受气候条件影响汽车往往还需要经受积雪路面的考验，此时，也是最考验汽车ABS系统性能的最为典型的条件，然而试车场ABS测试路的低附路面就是对积雪路面附着系数的再现。随着汽车试验的发展，国内外建立了相对统一的检测标准，对应满足试验标准要求的ABS测试路也应运而生;然而，汽车测试路并没有统一的设计标准，因此，现有的道路设计多数为建设单位与设计单位摸索定制的产品。因此，对试车场ABS测试路进行深入研究可以促进该行业的发展。

2 试车场ABS测试路的功能性需求研究

根据试验标准的描述，主要有3种制动类型，5种制动形式，如下简图1所示：

类型一：

单一附着系数路面的制动试验，其中又分为低附着系数路面制动试验和高附着路面制动试验。

类型二：

不同附着系数的对接制动试验，其中又分为由高向低的附着系数路面对接制动试验和由低向高的附着系数路面对接制动试验。

类型三：

不同附着系数的对开制动试验，即为左、右侧车轮分别置于高、低附着系数路面的对开制动试验。

结合上述标准中的原文表述，可以直接转化为工程设计输入的参数有：测试区最高行车车速需满足120km/h;至少需要KH≥0.8（可兼顾KH≥0.5）和KL≤0.3的两种不同附着系数的路面;平面上须按照低附路面中置，高附路面環抱四周的形式，且测试车道的有效宽度不低于3.5m。

在正式使用前和后期维护过程中，需要定期对低附着路面的R值（最大附着系数kpeak与滑动附着系数klock的比值）进行标定，要求满足1.0≤R≤2.0，以确保该低附着路面上获取的最大附着系数kpeak不小于车轮抱死时的滑动附着系数klock。

实际试验过程中，车辆在进入试验区域前，需要一个起步加速的过程，当达到试验所需的车速后，同时需要3s左右的稳速时间，将车辆速度稳定在试验车速左右，最后进行制动试验。由此，在进行平面布置时，可分为加速区、稳速区、测试区，另外，为了保障制动故障时的测试安全性，应在测试区后方和两侧增加安全缓冲区，以及相对独立的返回车道。

3 ABS测试路设计要点研究

3.1 路面附着系数的实现

路面附着系数的实现，经过实地调研，ABS测试路中的低附路面较多采用了铸石砖或特殊工艺涂层加湿水的工艺。但特殊工艺涂层的方式，受限于制动试验的特性，频繁而又极限的摩擦，导致附着系数一致性与稳定性较差，因此应用案例较少。铸石砖加湿水系统的工艺被广泛应用，行业内接受度较高。因此，低附路面须采用铸石砖加湿水系统的方案是现有技术中最为成熟可靠的，可实现0.2～0.3的路面附着系数。

高附着系数路面，通常采用公路中常见沥青混凝土，可实现0.8～0.9的路面附着系数。

3.2 路面材料的选择与规格参数的确定

路面材料的选择，这里所指的主要是低附路面铸石砖的选择。玄武岩铸石砖已经在国内外各个试车场进行了多年的应用外，还与其自身特点有关，玄武岩石料具有抗压性强、压碎值低、抗腐蚀性强、耐磨、吸水率低、导电性能差的特点，被广泛用于公路工程的实践中，可以提供较为稳定的路面附着系数。减小试验误差，延长使用寿命，减少运维成本，增加运行效益。

3.3 线形设计

根据试验标准要求可将试验过程分为：停车等待—加速—稳速—制动—刹停（或无法刹停的减速缓冲）—起步—返回至停车等待区。其中稳速区、制动区、缓冲区要求最高，需要保持直线行驶，以避免方向改变导致无法达到所需的试验条件。因此，稳速区、制动区、缓冲区须将中线设计为直线段。

加速区，可根据地形情况设置，以直线的设计为最佳，条件不足时，可以考虑大半径的曲线设计。

其他区域无特殊要求，只需考虑适用车辆的最小转弯半径即可。

3.4 纵断面设计

纵断面的设计，以稳速区、制动区的要求最高，在试验过程中应尽可能平整，以减少对速度变化率的影响。因此，稳速区的纵坡宜设置为0，不宜大于1%，制动区的纵坡须设置为0，允许偏差不大于0.1%。

制动缓冲区的纵坡宜设置为0，地形受限的必要时，为了增强减速效果，可以考虑递增渐变。

3.5 横断面设计

横断面的设计，依据欧洲ECE R117对于汽车制动试验中的要求，尽管是对于湿地沥青路面的制动要求，允许的横向坡度为不大于2%，结合社会道路的一般情况，也存在1～2%的横向坡度，再结合可能出现的路面施工误差及工后变形，横向坡度宜设置为1%左右，不大于1.5%。

3.6 道路结构设计

道路结构设计主要包括地基处理、路基和路面的设计。考虑到低附试验路面平整度对水膜形成的均匀性以及路面附着系数一致性的影响因素，需要充分控制工后沉降变形量。应用传统的公路地基沉降计算，无法满足后期路面的使用要求。因此，设计时应谨慎考虑地基处理的设计方案，以尽可能减少因地基工后沉降所造成的路面变形。

路基设计可以参照二级以上公路路基设计标准执行。

路面设计，高附路面和低附路面的路面基层以下可以参照公路二级以上公路路面设计标准执行，低附路面的路面面层分为上面层和下面层，下面层即一般设置150mm的混凝土垫层（找平层），同时设置单层钢筋网片，伸缩缝处配置传力杆，上面层采用装配式玄武岩预制模块。玄武岩砖块手工铺贴，在工艺上很难达到测试精度的要求，因此，市场逐步被玄武岩预制模块安装的装配式工艺取代。关于预制模块的设计，经过国内相关场地的调研，总结为以下几点：

1、预制模块的长、宽尺寸宜设置为1～1.5m，既可以保证预制安装的便利性，也可以模板在重复使用的生产过程中变形量相对可控，从而确保玄武岩模块的平整度的有效保障。

2、预制模块需要预留吊装受力点、调平螺栓孔以及保障注浆饱满的注浆连通孔。

3、玄武岩砖块的布置需进行错缝布置。

4、预制模块与下面层的粘结需要采用高强无收缩水泥砂浆进行灌注。

5、预制模块的配筋与传统路面基本一致。

3.7 给排水配套设施设计

给排水配套设施的设计在ABS路的设计中，有着极其重要的意义，低附路面附着系数的实现，必须由一套稳定可靠的给排水系统作为保障。根据与某大型综合试车场现场调研以及业内的相关技术交流，分别从供水系统的设计、管路布置、水膜形成装置、运行水质管理等方面提炼相关设计要点。

3.7.1 供水系统

由于ABS道路水膜形成必须由一套稳定可靠的给排水系统作为保障，因此一般都采用蓄水池配套加压泵组的方式为系统供水。根据水泵与水池的相对位置，可以将水泵房分为以下几种形式：

（1）地下式泵房，即水泵在地下布置，采用潜污泵置于蓄水池中进行工作，工艺简单成熟，但使用维护的便利性不佳，存在安全隐患，不便于管理，仅适合配套小型道路。

（2）半地下式泵房，即将水泵置于蓄水池的隔间，水泵房环境干燥，水泵为自灌式供水，技术成熟可靠，检修便利，管理方便，适用于各种型号的道路要求。

（3）地上式泵房，即采用引水罐的方式，将水泵置于干燥的地上环境中，对设计与施工工艺要求较高，检修便利，管理方便，但容易出现因引水罐漏气造成无法完成抽吸的故障，并因其自身特点，存在减低蓄水池有效容积的问题，适合配套中、小型道路。

3.7.2 管路布置

（1）树桩布置，以多级管路中置分级布置为主要特点，尽可能平衡各级管路的出水压力，以达到减少各出水点的压降、压差问题。与环状布置相比，平衡压力的能力稍差，但可以通过增加分段调压阀的措施进行二次优化;但存在管道末端需要频繁经受起、停泵产生的水锤冲击作用，特别是采用高压喷水型的出水装置时尤其明显，存在管道末端设施受冲击破坏的可能。

（2）环装布置，以环形闭合回路的布置为主要特点，尽可能平衡管道出水压力，以达到减少各出水点的压降、压差问题。平衡压力的能力优于树桩布置，因其闭合回路的特点，受起停泵的影响较小。但管路中仍然存在压差的问题，增加分段调压阀可以更好的平衡出水口水压。

3.7.3 水膜形成装置

现有试车场ABS测试路的水膜形成装置，主要定义为以下三种类型：高压喷水型、中压流漫型、低压漫水型。

（1）高压喷水型包含4种不同的形式，分别为旋转高喷式、定向低喷式、定向花洒式、定向雾化式。高压喷水型的特点，需要的工作压力较高，出水时以喷射状为主;也因其管道工作压力要求较高，喷嘴孔径较小，对水质的过滤要求极高，维护成本相对较高。

1）旋转高喷式，水膜形成速度较快，抗风能力较差，且旋转喷头的机构极易出现故障，导致旋转效果不佳，稳定性不高，同时也因其工作时不停旋转的特点，导致水膜的一致性不佳。

2）定向花洒式，水膜形成速度较快，抗风能力优于旋转高喷式，喷嘴孔径稍大，稳定性较好，定向的特点使得其水膜一致性优于旋转高喷式。

3）定向雾化式，水膜形成速度一般，抗风能力差，喷嘴孔径极小，稳定性差，水膜一致性与定向花洒式相当，但因其雾化的特点，导致测试视线较差，存在安全隐患。

4）定向低喷式，因其喷射距离很短，导致其破坏砖面张力的能力有限，从而使得水膜形成的速度较慢，抗风能力强，喷嘴孔径与旋转高喷式相当，介于定向花洒式与定向雾化式之间，稳定性一般，因其完成喷水后，水膜由相邻喷头所出的水体汇流而成，因为水膜的一致性良好，但对路面的平整度与横向坡度有较大依赖。

（2）低压漫水型只有1种敞口溢流式。低压漫水型，需要的工作压力最低，出水时以出水口的整体溢流为主。也因其管道工作压力要求较低，对水质的过滤要求较低，维护成本相对较低。敞口溢流式，因其完全由出水口进行溢流后，依靠横向坡度进行重力自流，导致其在初期很难将砖面的表面张力破坏，最终导致其水膜形成的速度极慢，抗風能力强，稳定性高，但因其自身溢流的特点，对出水口的高程、平整度，以及路面平整度、横向坡度的要求极高。

（3）中压流漫型包含2种不同的形式，分别为管道穿孔式、支管引流式。中压流漫型，需要的工作压力适中，出水时以柱状水流为主。也因其管道工作压力要求较低，对水质的过滤要求较低，维护成本相对较低。

1）管道穿孔式，采用管道进行固定间距的打孔处理，后将管道明装于道路旁侧，以给路面提供一定量的柱状水流，水膜形成的速度介于高压喷水型与低压漫水型之间，抗风能力强，稳定性高，出水点取决于管道的开孔位置的准确性，对路面平整度、横向坡度的要求稍低于低压漫水型。但也因其管道明装于路面以上，存在安全隐患，易出现车辆碰擦的事故。

2）支管引流式，采用管道沟安装干管，并增加固定间距的支管，将水流引出管道沟，其他特点与管道穿孔式基本一致，但避免了管道安装于路面以上的缺陷。

3.7.4 水质控制

供水系统需要配备常规的物理过滤装置，用以过滤反复循环的水体中的杂质。但某试车场在实际使用过程中，出现了严重的水体富营养化，藻类滋生、微生物迅速繁殖，进而导致路面形成粘泥，局部附着系数严重下降，出水装置或喷嘴堵塞等等，无法满足正常的试验环境要求。因此，部分地区须考虑增加采用化学处理工艺，即通过向水池内投放药剂的方式杀菌除藻，进而控制水体质量最为直接有效。即在供水系统中增加设计自动投药设备。

4 结语

随着汽车工业的不断发展，试车场已成为汽车工业发展的必备场所，而对于试车场而言，ABS测试路是其极为核心的测试道路。在现今已有成熟试验标准的前提下，以上测试道路设计要点的提炼与总结，有利于该测试道路的设计标准化的建立;同时也可供类似项目的参考与借鉴。

参考文献：

[1]GB12676-2014《商用车制动系统技术要求及试验方法》.

[2]GB/T 13594-2003《机动车和挂车防抱制动性能和试验方法》.

[3]GB 21670-2008《乘用车制动系统技术要求及试验方法》.