汽车制动辅助系统的测试与评价

冯 赞，张 鑫，王子龙，沈林邦

(招商局检测车辆技术研究院有限公司 国家客车质量检验检测中心，重庆 401329)

制动辅助系统(BAS)是指能够根据驾驶员制动需求识别紧急制动事件，协助驾驶员实现最大程度的制动，迅速使防抱死系统(ABS)进入工作状态的辅助系统[1]。BAS能显著减小制动距离，降低发生危险的概率或衰减碰撞的激烈程度，对驾驶员腿部力量不足或制动不够果断的情况效果显著[2-5]。BAS有望在国内M1类车型上率先强制安装，但现阶段国内还缺乏BAS相关法规，只能参考ECE R139进行开发和测试。根据判断紧急制动状态条件不同，ECE R139将BAS分为A和B两类。由于当前企业配备的BAS主要是B类，所以本文主要阐述B类BAS的原理、测试及评价，期望为B类BAS的开发、整车匹配及国家法规制定提供参考。

1 B类BAS基本组成及原理

ECE R139定义B类BAS依据驾驶员施加制动踏板速度来判断紧急制动状态。B类BAS主要部件包括控制器和执行器两部分[6]。其工作原理如下：BAS控制器获取整车速度信号、制动主缸压力信号和制动踏板速度信号。①当车辆速度≤某一v0值时(文献[1]规定为15 km/h)，任何情况下BAS都不触发；②当车辆速度>该v0值时，若制动主缸压力≥某一P0值(即ABS触发压力值，由开发者设定)，则ABS被激活，此时无论制动踏板速度快还是慢，BAS都不被触发；③当车辆速度>该v0值时，若制动主缸压力<上述P0值不足以激活ABS，但若制动踏板速度高于BAS被触发限值，则触发BAS，由BAS执行器对制动主缸快速增压以执行紧急制动，瞬间提高制动压力输出并持续保持高制动压力，BAS实现辅助制动功能，从而激活ABS使其循环工作。BAS触发后，由BAS执行器对制动主缸增压并持续保持高制动压力，车辆制动减速度与制动踏板力大小无关(但需落在起作用的范围内)。

实际产品中，由于制动主缸压力上升速度与制动踏板速度直接相关，汽车制造商通常通过对制动主缸压力上升速度的标定来代替制动踏板速度信号，然后依据制动主缸压力上升速度来判定车辆是否处于紧急制动状态。

2 B类BAS测试及评价

2.1 测试法规要求

按照ECE R139，B类BAS的测试评价流程分为三步：

第一步，确定aABS和FABS。aABS是按照第1部分②中要求用慢踩制动踏板方式，不触发BAS但激发ABS后计算的车辆最大程度制动时的减速度；FABS是车辆达到aABS时的最小踏板力。试验过程如下：测试时车辆速度保持在100 km/h±2 km/h，试验中通过增加制动踏板力使ABS被激活。按照此要求进行5次相同测试。对所测得的5次制动减速度随制动踏板力变化的值进行平均，得到一条制动减速度随制动踏板力变化的曲线，即maF 曲线，如图1所示。该maF曲线上的最大制动减速度值为amax，将maF曲线上制动减速度值为90%amax和amax的两个值进行平均即为aABS，在maF曲线上对应aABS的最小踏板力即为FABS。

图1 maF曲线

第二步，判定所确定的aABS和FABS的有效性。该法规中定义制动踏板力为20 N的时刻为t0时刻，5次试验测试车辆都应该在t0时刻后的2.0 s±0.5 s内实现ABS循环工作，即随时间变化的减速度曲线应该落在(t0,0)、(t0+2，aABS)两点连线±0.5 s范围内，如图2所示，则所确定的aABS和FABS有效。若某次试验的减速度-时间曲线未在上述范围内，则应增加试验次数，重新计算aABS和FABS，并判定新的5次曲线是否都落在新的区间内。这样循环往复，直到满足要求为止。

图2 aABS通道范围

第三步，按照第1部分③中的要求进行一次BAS被触发验证试验。测试时车辆速度同样保持在100 km/h±2 km/h。首先进行快速制动以模拟紧急制动，使BAS被触发，在时刻t=t0+0.8 s至车辆速度降至15 km/h 时的时间内，制动踏板力应该维持在0.5FABS至0.7FABS之间，且该时段内车辆制动减速度绝对值大于0.85aABS，则该B类BAS满足法规要求。

2.2 样车测试及评价

1) 试验条件。装备B类BAS的测试样车(表1中SUV2车型一辆)，配备一名驾驶员和一名测试人员；其余条件符合法规要求。主要测试设备有CBAR1000制动机器人和RT3002G高精度陀螺仪。其中制动机器人通过执行预设的制动力或者制动行程实现精确制动，可以减少试验次数、提升试验效率和提高数据可靠性，还用于测量制动踏板力、制动踏板速度和制动踏板行程；陀螺仪用于准确测量试验时间、车速和制动减速度等信号。

2)aABS和FABS的确定。按2.1节对试验样车进行5次试验。以1 N为插值步长，对5次试验制动减速度随制动踏板力变化的数据进行3次样条拟合后插值，然后对5次插值结果进行平均后再拟合，得到制动减速度随制动踏板力变化的曲线，即maF 曲线，如图1所示，通过计算得到aABS为-9.4 m/s2，FABS为213 N。图2为试验样车上述5次试验制动减速度随时间变化的数据曲线，都落在(t0,0)、(t0+2，aABS)两点连线±0.5 s范围内，表明所确定的aABS和FABS有效。

3) 样车BAS评价。在计算获得aABS和FABS后，按2.1节对样车进行一次BAS触发验证试验，测试结果如图3所示。结果表明，在t=t0+0.8 s时刻至车辆速度降至15 km/h时的这段时间内，制动踏板力始终处于0.5FABS至0.7FABS之间，且测试车辆的制动减速度总是大于0.85aABS，所以该车型的BAS符合ECE R139的要求。

图3 B类BAS测试结果

另外，该车型试验BAS被触发后，在t=t0+0.8 s时刻后，无论制动踏板力较大还是较小(但均要落在0.5FABS～0.7FABS之间)，车辆制动减速度均处于同一水平。这也验证了只要BAS起作用，车辆制动强度与制动踏板力大小无直接关系的原理。

2.3 BAS系统激活和未激活对比

以表1中SUV2车型为例，逐步增加制动踏板速度，直到BAS被触发。图4示意了制动踏板速度为700 mm/s时BAS未触发和上升到791 mm/s时BAS触发的车辆制动性能对比。制动时间从4.39 s缩短为3.44 s，制动距离从64.6 m减小至51.3 m，峰值制动减速度从7.24 m/s2增加至10.26 m/s2。可见BAS被触发后能大幅减小制动距离，减小危险发生概率，提升汽车安全性能。

(a) 车速-时间

(b) 制动减速度-时间

2.4 B类BAS符合性评价准则讨论

在实际应用中，如果企业设定的BAS制动踏板速度触发限值过高，驾驶员常规踩的紧急制动踏板速度都难以触发BAS，则BAS失去实际意义。而ECE R139并未给出一个合理的BAS制动踏板速度触发限值。由此，本文对B类BAS的评价准则进行讨论。

表1给出了笔者测试的6个不同车型的结果。 6辆车的FABS在156～266 N，aABS在8.48～9.74 m/s2，测试时间内的制动踏板力和制动减速度都符合ECE R139的要求。6个车型对应的BAS制动踏板速度触发值在591～996 mm/s。实际应用中，企业为防止BAS被误触发，通常设置其制动踏板速度触发值较高。现有文献[6]表明，在紧急制动状态下，90%的驾驶员踩制动踏板速度不超过683.3 mm/s，而表1中的测试结果表明，仅有SUV1和CAR4两个车型的触发速度小于683.3 mm/s，即一般情况下仅有SUV1和CAR4的BAS才会被触发起作用。

表1 不同车型测试结果

另外，文献[7]表明，95%的驾驶员紧急制动时，踩制动踏板速度不超过800 mm/s。因此，本文综合考虑，建议在BAS性能评价指标中增加制动踏板速度触发阈值，并将其上限值定为800 mm/s。在该限值下，除SUV5外，其他车辆均可满足要求。确定一个合理的限值，既能够保证在紧急状态下BAS被触发，以发挥BAS作用，又能满足企业防止BAS被误触发的目的。

3 结束语

本文根据ECE R139法规对常见的B类BAS进行测试评价，并针对法规中缺乏BAS制动踏板速度触发限值这一不足，依据多个典型车型的试验结果提出了较为合理的制动踏板速度BAS触发限值，期望为BAS开发和匹配提供参考，并为BAS法规标准的制修订提供依据。