袁濤 劉磊 張英鵬 李振杰

摘 要：本文通過(guò)對(duì)試車場(chǎng)ABS測(cè)試路的功能性需求為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有案例的相關(guān)技術(shù)特點(diǎn)以及使用過(guò)程中發(fā)生的問(wèn)題和解決的成功經(jīng)驗(yàn)，從路面附著系數(shù)的實(shí)現(xiàn)、路面材料的選擇與規(guī)格參數(shù)的確定、線形、縱斷面、橫斷面、道路結(jié)構(gòu)、給排水配套設(shè)施七個(gè)方面綜合論述了該測(cè)試道路的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：試車場(chǎng) ABS測(cè)試路 設(shè)計(jì)

1 引言

汽車喪失制動(dòng)穩(wěn)定性和方向操縱性極易造成車輛安全事故，特別是在歐洲和中國(guó)北部地區(qū)，受氣候條件影響汽車往往還需要經(jīng)受積雪路面的考驗(yàn)，此時(shí)，也是最考驗(yàn)汽車ABS系統(tǒng)性能的最為典型的條件，然而試車場(chǎng)ABS測(cè)試路的低附路面就是對(duì)積雪路面附著系數(shù)的再現(xiàn)。隨著汽車試驗(yàn)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外建立了相對(duì)統(tǒng)一的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)滿足試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求的ABS測(cè)試路也應(yīng)運(yùn)而生;然而，汽車測(cè)試路并沒(méi)有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，因此，現(xiàn)有的道路設(shè)計(jì)多數(shù)為建設(shè)單位與設(shè)計(jì)單位摸索定制的產(chǎn)品。因此，對(duì)試車場(chǎng)ABS測(cè)試路進(jìn)行深入研究可以促進(jìn)該行業(yè)的發(fā)展。

2 試車場(chǎng)ABS測(cè)試路的功能性需求研究

根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的描述，主要有3種制動(dòng)類型，5種制動(dòng)形式，如下簡(jiǎn)圖1所示：

類型一：

單一附著系數(shù)路面的制動(dòng)試驗(yàn)，其中又分為低附著系數(shù)路面制動(dòng)試驗(yàn)和高附著路面制動(dòng)試驗(yàn)。

類型二：

不同附著系數(shù)的對(duì)接制動(dòng)試驗(yàn)，其中又分為由高向低的附著系數(shù)路面對(duì)接制動(dòng)試驗(yàn)和由低向高的附著系數(shù)路面對(duì)接制動(dòng)試驗(yàn)。

類型三：

不同附著系數(shù)的對(duì)開(kāi)制動(dòng)試驗(yàn)，即為左、右側(cè)車輪分別置于高、低附著系數(shù)路面的對(duì)開(kāi)制動(dòng)試驗(yàn)。

結(jié)合上述標(biāo)準(zhǔn)中的原文表述，可以直接轉(zhuǎn)化為工程設(shè)計(jì)輸入的參數(shù)有：測(cè)試區(qū)最高行車車速需滿足120km/h;至少需要KH≥0.8（可兼顧KH≥0.5）和KL≤0.3的兩種不同附著系數(shù)的路面;平面上須按照低附路面中置，高附路面環(huán)抱四周的形式，且測(cè)試車道的有效寬度不低于3.5m。

在正式使用前和后期維護(hù)過(guò)程中，需要定期對(duì)低附著路面的R值（最大附著系數(shù)kpeak與滑動(dòng)附著系數(shù)klock的比值）進(jìn)行標(biāo)定，要求滿足1.0≤R≤2.0，以確保該低附著路面上獲取的最大附著系數(shù)kpeak不小于車輪抱死時(shí)的滑動(dòng)附著系數(shù)klock。

實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中，車輛在進(jìn)入試驗(yàn)區(qū)域前，需要一個(gè)起步加速的過(guò)程，當(dāng)達(dá)到試驗(yàn)所需的車速后，同時(shí)需要3s左右的穩(wěn)速時(shí)間，將車輛速度穩(wěn)定在試驗(yàn)車速左右，最后進(jìn)行制動(dòng)試驗(yàn)。由此，在進(jìn)行平面布置時(shí)，可分為加速區(qū)、穩(wěn)速區(qū)、測(cè)試區(qū)，另外，為了保障制動(dòng)故障時(shí)的測(cè)試安全性，應(yīng)在測(cè)試區(qū)后方和兩側(cè)增加安全緩沖區(qū)，以及相對(duì)獨(dú)立的返回車道。

3 ABS測(cè)試路設(shè)計(jì)要點(diǎn)研究

3.1 路面附著系數(shù)的實(shí)現(xiàn)

路面附著系數(shù)的實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)實(shí)地調(diào)研，ABS測(cè)試路中的低附路面較多采用了鑄石磚或特殊工藝涂層加濕水的工藝。但特殊工藝涂層的方式，受限于制動(dòng)試驗(yàn)的特性，頻繁而又極限的摩擦，導(dǎo)致附著系數(shù)一致性與穩(wěn)定性較差，因此應(yīng)用案例較少。鑄石磚加濕水系統(tǒng)的工藝被廣泛應(yīng)用，行業(yè)內(nèi)接受度較高。因此，低附路面須采用鑄石磚加濕水系統(tǒng)的方案是現(xiàn)有技術(shù)中最為成熟可靠的，可實(shí)現(xiàn)0.2～0.3的路面附著系數(shù)。

高附著系數(shù)路面，通常采用公路中常見(jiàn)瀝青混凝土，可實(shí)現(xiàn)0.8～0.9的路面附著系數(shù)。

3.2 路面材料的選擇與規(guī)格參數(shù)的確定

路面材料的選擇，這里所指的主要是低附路面鑄石磚的選擇。玄武巖鑄石磚已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外各個(gè)試車場(chǎng)進(jìn)行了多年的應(yīng)用外，還與其自身特點(diǎn)有關(guān)，玄武巖石料具有抗壓性強(qiáng)、壓碎值低、抗腐蝕性強(qiáng)、耐磨、吸水率低、導(dǎo)電性能差的特點(diǎn)，被廣泛用于公路工程的實(shí)踐中，可以提供較為穩(wěn)定的路面附著系數(shù)。減小試驗(yàn)誤差，延長(zhǎng)使用壽命，減少運(yùn)維成本，增加運(yùn)行效益。

3.3 線形設(shè)計(jì)

根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求可將試驗(yàn)過(guò)程分為：停車等待—加速—穩(wěn)速—制動(dòng)—?jiǎng)x停（或無(wú)法剎停的減速緩沖）—起步—返回至停車等待區(qū)。其中穩(wěn)速區(qū)、制動(dòng)區(qū)、緩沖區(qū)要求最高，需要保持直線行駛，以避免方向改變導(dǎo)致無(wú)法達(dá)到所需的試驗(yàn)條件。因此，穩(wěn)速區(qū)、制動(dòng)區(qū)、緩沖區(qū)須將中線設(shè)計(jì)為直線段。

加速區(qū)，可根據(jù)地形情況設(shè)置，以直線的設(shè)計(jì)為最佳，條件不足時(shí)，可以考慮大半徑的曲線設(shè)計(jì)。

其他區(qū)域無(wú)特殊要求，只需考慮適用車輛的最小轉(zhuǎn)彎半徑即可。

3.4 縱斷面設(shè)計(jì)

縱斷面的設(shè)計(jì)，以穩(wěn)速區(qū)、制動(dòng)區(qū)的要求最高，在試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)盡可能平整，以減少對(duì)速度變化率的影響。因此，穩(wěn)速區(qū)的縱坡宜設(shè)置為0，不宜大于1%，制動(dòng)區(qū)的縱坡須設(shè)置為0，允許偏差不大于0.1%。

制動(dòng)緩沖區(qū)的縱坡宜設(shè)置為0，地形受限的必要時(shí)，為了增強(qiáng)減速效果，可以考慮遞增漸變。

3.5 橫斷面設(shè)計(jì)

橫斷面的設(shè)計(jì)，依據(jù)歐洲ECE R117對(duì)于汽車制動(dòng)試驗(yàn)中的要求，盡管是對(duì)于濕地瀝青路面的制動(dòng)要求，允許的橫向坡度為不大于2%，結(jié)合社會(huì)道路的一般情況，也存在1～2%的橫向坡度，再結(jié)合可能出現(xiàn)的路面施工誤差及工后變形，橫向坡度宜設(shè)置為1%左右，不大于1.5%。

3.6 道路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

道路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括地基處理、路基和路面的設(shè)計(jì)?？紤]到低附試驗(yàn)路面平整度對(duì)水膜形成的均勻性以及路面附著系數(shù)一致性的影響因素，需要充分控制工后沉降變形量。應(yīng)用傳統(tǒng)的公路地基沉降計(jì)算，無(wú)法滿足后期路面的使用要求。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎考慮地基處理的設(shè)計(jì)方案，以盡可能減少因地基工后沉降所造成的路面變形。

路基設(shè)計(jì)可以參照二級(jí)以上公路路基設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

路面設(shè)計(jì)，高附路面和低附路面的路面基層以下可以參照公路二級(jí)以上公路路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，低附路面的路面面層分為上面層和下面層，下面層即一般設(shè)置150mm的混凝土墊層（找平層），同時(shí)設(shè)置單層鋼筋網(wǎng)片，伸縮縫處配置傳力桿，上面層采用裝配式玄武巖預(yù)制模塊。玄武巖磚塊手工鋪貼，在工藝上很難達(dá)到測(cè)試精度的要求，因此，市場(chǎng)逐步被玄武巖預(yù)制模塊安裝的裝配式工藝取代。關(guān)于預(yù)制模塊的設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)相關(guān)場(chǎng)地的調(diào)研，總結(jié)為以下幾點(diǎn)：

1、預(yù)制模塊的長(zhǎng)、寬尺寸宜設(shè)置為1～1.5m，既可以保證預(yù)制安裝的便利性，也可以模板在重復(fù)使用的生產(chǎn)過(guò)程中變形量相對(duì)可控，從而確保玄武巖模塊的平整度的有效保障。

2、預(yù)制模塊需要預(yù)留吊裝受力點(diǎn)、調(diào)平螺栓孔以及保障注漿飽滿的注漿連通孔。

3、玄武巖磚塊的布置需進(jìn)行錯(cuò)縫布置。

4、預(yù)制模塊與下面層的粘結(jié)需要采用高強(qiáng)無(wú)收縮水泥砂漿進(jìn)行灌注。

5、預(yù)制模塊的配筋與傳統(tǒng)路面基本一致。

3.7 給排水配套設(shè)施設(shè)計(jì)

給排水配套設(shè)施的設(shè)計(jì)在ABS路的設(shè)計(jì)中，有著極其重要的意義，低附路面附著系數(shù)的實(shí)現(xiàn)，必須由一套穩(wěn)定可靠的給排水系統(tǒng)作為保障。根據(jù)與某大型綜合試車場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研以及業(yè)內(nèi)的相關(guān)技術(shù)交流，分別從供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、管路布置、水膜形成裝置、運(yùn)行水質(zhì)管理等方面提煉相關(guān)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

3.7.1 供水系統(tǒng)

由于ABS道路水膜形成必須由一套穩(wěn)定可靠的給排水系統(tǒng)作為保障，因此一般都采用蓄水池配套加壓泵組的方式為系統(tǒng)供水。根據(jù)水泵與水池的相對(duì)位置，可以將水泵房分為以下幾種形式：

（1）地下式泵房，即水泵在地下布置，采用潛污泵置于蓄水池中進(jìn)行工作，工藝簡(jiǎn)單成熟，但使用維護(hù)的便利性不佳，存在安全隱患，不便于管理，僅適合配套小型道路。

（2）半地下式泵房，即將水泵置于蓄水池的隔間，水泵房環(huán)境干燥，水泵為自灌式供水，技術(shù)成熟可靠，檢修便利，管理方便，適用于各種型號(hào)的道路要求。

（3）地上式泵房，即采用引水罐的方式，將水泵置于干燥的地上環(huán)境中，對(duì)設(shè)計(jì)與施工工藝要求較高，檢修便利，管理方便，但容易出現(xiàn)因引水罐漏氣造成無(wú)法完成抽吸的故障，并因其自身特點(diǎn)，存在減低蓄水池有效容積的問(wèn)題，適合配套中、小型道路。

3.7.2 管路布置

（1）樹(shù)樁布置，以多級(jí)管路中置分級(jí)布置為主要特點(diǎn)，盡可能平衡各級(jí)管路的出水壓力，以達(dá)到減少各出水點(diǎn)的壓降、壓差問(wèn)題。與環(huán)狀布置相比，平衡壓力的能力稍差，但可以通過(guò)增加分段調(diào)壓閥的措施進(jìn)行二次優(yōu)化;但存在管道末端需要頻繁經(jīng)受起、停泵產(chǎn)生的水錘沖擊作用，特別是采用高壓噴水型的出水裝置時(shí)尤其明顯，存在管道末端設(shè)施受沖擊破壞的可能。

（2）環(huán)裝布置，以環(huán)形閉合回路的布置為主要特點(diǎn)，盡可能平衡管道出水壓力，以達(dá)到減少各出水點(diǎn)的壓降、壓差問(wèn)題。平衡壓力的能力優(yōu)于樹(shù)樁布置，因其閉合回路的特點(diǎn)，受起停泵的影響較小。但管路中仍然存在壓差的問(wèn)題，增加分段調(diào)壓閥可以更好的平衡出水口水壓。

3.7.3 水膜形成裝置

現(xiàn)有試車場(chǎng)ABS測(cè)試路的水膜形成裝置，主要定義為以下三種類型：高壓噴水型、中壓流漫型、低壓漫水型。

（1）高壓噴水型包含4種不同的形式，分別為旋轉(zhuǎn)高噴式、定向低噴式、定向花灑式、定向霧化式。高壓噴水型的特點(diǎn)，需要的工作壓力較高，出水時(shí)以噴射狀為主;也因其管道工作壓力要求較高，噴嘴孔徑較小，對(duì)水質(zhì)的過(guò)濾要求極高，維護(hù)成本相對(duì)較高。

1）旋轉(zhuǎn)高噴式，水膜形成速度較快，抗風(fēng)能力較差，且旋轉(zhuǎn)噴頭的機(jī)構(gòu)極易出現(xiàn)故障，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)效果不佳，穩(wěn)定性不高，同時(shí)也因其工作時(shí)不停旋轉(zhuǎn)的特點(diǎn)，導(dǎo)致水膜的一致性不佳。

2）定向花灑式，水膜形成速度較快，抗風(fēng)能力優(yōu)于旋轉(zhuǎn)高噴式，噴嘴孔徑稍大，穩(wěn)定性較好，定向的特點(diǎn)使得其水膜一致性優(yōu)于旋轉(zhuǎn)高噴式。

3）定向霧化式，水膜形成速度一般，抗風(fēng)能力差，噴嘴孔徑極小，穩(wěn)定性差，水膜一致性與定向花灑式相當(dāng)，但因其霧化的特點(diǎn)，導(dǎo)致測(cè)試視線較差，存在安全隱患。

4）定向低噴式，因其噴射距離很短，導(dǎo)致其破壞磚面張力的能力有限，從而使得水膜形成的速度較慢，抗風(fēng)能力強(qiáng)，噴嘴孔徑與旋轉(zhuǎn)高噴式相當(dāng)，介于定向花灑式與定向霧化式之間，穩(wěn)定性一般，因其完成噴水后，水膜由相鄰噴頭所出的水體匯流而成，因?yàn)樗さ囊恢滦粤己?，但?duì)路面的平整度與橫向坡度有較大依賴。

（2）低壓漫水型只有1種敞口溢流式。低壓漫水型，需要的工作壓力最低，出水時(shí)以出水口的整體溢流為主。也因其管道工作壓力要求較低，對(duì)水質(zhì)的過(guò)濾要求較低，維護(hù)成本相對(duì)較低。敞口溢流式，因其完全由出水口進(jìn)行溢流后，依靠橫向坡度進(jìn)行重力自流，導(dǎo)致其在初期很難將磚面的表面張力破壞，最終導(dǎo)致其水膜形成的速度極慢，抗風(fēng)能力強(qiáng)，穩(wěn)定性高，但因其自身溢流的特點(diǎn)，對(duì)出水口的高程、平整度，以及路面平整度、橫向坡度的要求極高。

（3）中壓流漫型包含2種不同的形式，分別為管道穿孔式、支管引流式。中壓流漫型，需要的工作壓力適中，出水時(shí)以柱狀水流為主。也因其管道工作壓力要求較低，對(duì)水質(zhì)的過(guò)濾要求較低，維護(hù)成本相對(duì)較低。

1）管道穿孔式，采用管道進(jìn)行固定間距的打孔處理，后將管道明裝于道路旁側(cè)，以給路面提供一定量的柱狀水流，水膜形成的速度介于高壓噴水型與低壓漫水型之間，抗風(fēng)能力強(qiáng)，穩(wěn)定性高，出水點(diǎn)取決于管道的開(kāi)孔位置的準(zhǔn)確性，對(duì)路面平整度、橫向坡度的要求稍低于低壓漫水型。但也因其管道明裝于路面以上，存在安全隱患，易出現(xiàn)車輛碰擦的事故。

2）支管引流式，采用管道溝安裝干管，并增加固定間距的支管，將水流引出管道溝，其他特點(diǎn)與管道穿孔式基本一致，但避免了管道安裝于路面以上的缺陷。

3.7.4 水質(zhì)控制

供水系統(tǒng)需要配備常規(guī)的物理過(guò)濾裝置，用以過(guò)濾反復(fù)循環(huán)的水體中的雜質(zhì)。但某試車場(chǎng)在實(shí)際使用過(guò)程中，出現(xiàn)了嚴(yán)重的水體富營(yíng)養(yǎng)化，藻類滋生、微生物迅速繁殖，進(jìn)而導(dǎo)致路面形成粘泥，局部附著系數(shù)嚴(yán)重下降，出水裝置或噴嘴堵塞等等，無(wú)法滿足正常的試驗(yàn)環(huán)境要求。因此，部分地區(qū)須考慮增加采用化學(xué)處理工藝，即通過(guò)向水池內(nèi)投放藥劑的方式殺菌除藻，進(jìn)而控制水體質(zhì)量最為直接有效。即在供水系統(tǒng)中增加設(shè)計(jì)自動(dòng)投藥設(shè)備。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，試車場(chǎng)已成為汽車工業(yè)發(fā)展的必備場(chǎng)所，而對(duì)于試車場(chǎng)而言，ABS測(cè)試路是其極為核心的測(cè)試道路。在現(xiàn)今已有成熟試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，以上測(cè)試道路設(shè)計(jì)要點(diǎn)的提煉與總結(jié)，有利于該測(cè)試道路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的建立;同時(shí)也可供類似項(xiàng)目的參考與借鑒。

參考文獻(xiàn)：

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