知識文章
三輪機車ABS應用研究
2022 / 07 / 08
車輛中心 研究發展處 魏嘉樂
三輪機車由於其在前軸或後軸添加第三輪，使得在操駕穩定性比二輪機車更具優勢，而穩定性的提高意味著能降低事故發生的風險，因此至今已有許多三輪機車上市販售。 雖然三輪機車有較佳的穩定性，但若未配備防鎖死煞車系統（Anti-lock Braking System, ABS），於緊急煞車時仍容易因車輪鎖死而打滑，且機車不具備封閉式車輛結構件可保護駕駛者，發生嚴重事故的機率相對提高。因此於機車上的ABS搭載應用更須受到重視，透過防止車輪鎖死以維持車輪滾動與保持車輛的轉向能力並提高煞車效率，可有效提高行車安全。 車輛中心（ARTC）於2017年開始投入機車ABS技術發展，並且透過實車搭載進行相關功能測試與調校，驗證ABS符合車輛安全檢測基準43-2之要求。
ABS控制技術
ARTC應用於三輪機車上的ABS控制技術，在軟體層面主要由訊號處理、車速估測、ABS控制演算法所組成，其中各項功能說明如下：
1.訊號處理
ABS須時時監控車輪狀態，因此透過輪速感測器取得輪速訊號以計算輪加減速度數值，然而為了避免ABS由於雜訊造成誤作動，因此須進行濾波減少訊號中的雜訊。
2.車速估測
在緊急煞車過程中，可能因為煞車力過大而導致輪速快速降低甚至鎖死，發生車速與輪速不同步的狀況。為了有準確的車速作為ABS系統控制依據，故發展估測技術，透過輪速訊號進行車速估測，確保ABS作動時有準確的車速可參考。
3.ABS控制演算法
上述輪速、輪加減速度、估測車速等訊號將作為ABS控制演算法的輸入訊號，ABS控制演算法將依據各車輪狀態計算出對應的壓力控制命令並考量整車穩定性，驅動液壓控制單元（Hydraulic Control Unit, HCU）進行各輪的煞車壓力調節，直到ABS退出控制為止。
三輪機車ABS控制響應分析
ABS實車測試情境包含高摩擦、低摩擦、高摩擦至低摩擦、低摩擦至高摩擦等路面，在上述路面以50 km/h進行急煞為例至觸發ABS作動，再由各輪輪速、車速呈現ABS控制響應。
在摩擦係數為0.8的高摩擦路面時，從50 km/h至煞停為2.07 s，煞停距離為13.21 m，量測其平均減速度（Mean Fully Developed Deceleration, MFDD）為8.26 m/s2，法規要求在高摩擦路面煞停距離≦15.75 m或MFDD≧6.17 m/s2，且車輪不應鎖死並保持在測試道內，測試結果滿足法規要求。
圖1、三輪機車ABS作動於高摩擦路面之各輪輪速變化
圖2、三輪機車ABS作動於低摩擦路面之各輪輪速變化
在摩擦係數為0.2的低摩擦路面時，從50 km/h至煞停為6 s，煞停距離為43.67 m，平均減速度MFDD為2.08 m/s2，法規要求在低摩擦路面其煞停距離≦70 m或MFDD≧1.374 m/s2，且車輪不應鎖死並保持在測試道內，測試結果滿足法規要求。
在低摩擦至高摩擦路面其摩擦係數從0.2提升至0.8，如下圖在402.65 s進入路面交換後，車輛減速度明顯增加而造成車速快速降低，因此圖中呈現車速的斜率變化，而法規要求當跨越不同路面時之減速度需為上升的趨勢，且不可偏離其行駛路線，測試結果已達到法規要求。
圖3、三輪機車ABS作動於低摩擦至高摩擦路面之各輪輪速變化
圖4、三輪機車ABS作動於高摩擦路面至低摩擦路面之各輪輪速變化
在高摩擦至低摩擦路面之控制響應，其摩擦係數從0.8變化至0.2，在372.15 s經過交界處時因ABS的控制使所有輪速都無鎖死，甚至在整個測試過程也無鎖死現象發生，對照法規要求之車輪無鎖死，且車輛保持在測試道上，測試結果滿足法規要求。
小結
ABS主要用於緊急情況下的煞車控制，它通過反覆調節各車輪的煞車壓力，避免由於煞車壓力過高使車輪鎖死造成打滑等危險情況，且ABS作動時需同步考量機車穩定性與駕駛者感受等議題。透過實車調校與測試，ARTC所發展ABS系統在各情境下之測試響應均滿足法規要求，有效提高三輪機車於緊急煞車的穩定性，且相關控制技術已移轉至國內電控煞車系統廠，建構自主產業供應鏈。
