汽車工程畢業(yè)論文：汽車ABS臺架檢測技術(shù)研究

1、海 南 大 學(xué)本科課程論文（設(shè)計）汽車abs臺架檢測技術(shù)研究research of abs highlights bench testing technology學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)年級： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 2008 年 7 月 1 日摘 要本文根據(jù)汽車制動防抱死系統(tǒng)abs的基本原理以及對汽車制動穩(wěn)定性的影響，重點講述汽車abs臺架檢測技術(shù)，對檢測基本原理，發(fā)展現(xiàn)狀，以及檢測臺架作了基本的描述。通過檢測汽車制動時，車輪線速度下降變化曲線形狀來確定整個制動防抱死系統(tǒng)（abs）工作性能是否正常。為更加準(zhǔn)確的測量abs各部件的穩(wěn)定性與安全性，應(yīng)進(jìn)一步開發(fā)出更加完善的abs檢測實

2、驗臺。關(guān)鍵詞：汽車制動防抱死系統(tǒng)（abs） 檢測實驗臺 方法研究 abstractautomobile anti-lock brake system abs, as well as the basic tenets of vehicle braking stability, abs highlight bench testing technology, the basic principles of detection, the current state of development detection bench and a basic description. by detecting

3、vehicle braking, wheel velocity drop curve to determine the shape of the entire anti-lock braking system (abs) performance of normal. for a more accurate measurement of the various components of the abs stability and security, should further develop more comprehensive detection experiments of abs ex

4、amines the laboratory bench.keywords ： automotive anti-lock braking system (abs) ； examines the laboratory bench ； detection of a test method1 緒 論 隨著汽車技術(shù)的飛速發(fā)展和人們安全意識的提高，汽車防抱死系統(tǒng)abs（anti-lock braking system）在汽車上的應(yīng)用越來越普及。abs是汽車在任何路面上進(jìn)行較大制動力剎車時，防止車輪完全抱死的系統(tǒng)，是具有良好制動效果的剎車裝置。這種系統(tǒng)利用電子電路自動控制車輪制動力，可以充分發(fā)揮制動器的效能

5、，提高制動減速度和縮短制動距離，并能有效的提高車輛制動的穩(wěn)定性，防止車輛側(cè)滑和甩尾，減少車禍，因此被認(rèn)為是當(dāng)前提高汽車行駛安全性的有效措施之一。全面評價abs的性能主要是依據(jù)其性能評價指標(biāo)，目前對abs性能評價在國內(nèi)外尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，作為依據(jù)國外汽車abs的評價方法主要為道路試驗法,較權(quán)威的是歐洲ecer13法規(guī)。我國國家標(biāo)準(zhǔn)gb13594-2003機(jī)動車和掛車防抱制動性能和試驗方法也是參照歐洲ecer13法規(guī)制定的。作為對gb12676-1999汽車制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗方法的補(bǔ)充，gb13594-2003是目前我國對汽車abs性能檢測的主要技術(shù)依據(jù)。而用計算機(jī)作為控制和分析中樞的abs檢

6、測臺架，能快速、準(zhǔn)確的檢測出汽車防抱死系統(tǒng)實際工作時有關(guān)參數(shù)變化，對汽車制動防抱死系統(tǒng)的實際工作性能做出準(zhǔn)確的分析和判斷，為汽車的維護(hù)與保養(yǎng)提供可靠的理論依據(jù)，為制動防抱死系統(tǒng)提供可靠有效的檢測手段及檢測設(shè)備，進(jìn)一步實現(xiàn)對現(xiàn)代汽車技術(shù)性能全方位檢測的目的。2 abs基本原理以及對行使穩(wěn)定性影響為了更好的了解汽車abs臺架檢測技術(shù)，首先需了解abs工作原理以及它對汽車行駛穩(wěn)定性的影響。2.1 abs 基本工作原理首先，我們先了解滑移率的定義?；坡剩褐苿訒r車輪速度減小，在車速和輪速之間產(chǎn)生一個速度差。車速和車輪之間存在著速度差稱為滑移現(xiàn)象。滑移的程度用滑移率表示，即：滑移率（車速輪速）車速100

7、%從上式可以看出，當(dāng)車速等于車輪邊緣線速度時，滑移率為零。汽車制動時，兩者速度差別越大，滑移率越大，輪速為零，滑移率達(dá)到100。只有當(dāng)汽車滑移率保持在8%25%時，汽車才能取的很好的制動效果。如圖1所示。圖1 滑移率與附著系數(shù)的關(guān)系當(dāng)汽車制動時，abs將起作用，abs電腦根據(jù)所接收的信號向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，控制各制動輪缸內(nèi)的制動壓力，以使各車輪保持理想的制動狀態(tài)。當(dāng)某一車輪的滑移率過大需要減小制動壓力時，abs電腦接通相應(yīng)電磁閥的電磁線圈電源，電磁閥在磁力作用下動作，使其到制動主缸的通道關(guān)閉，而電磁閥到制動輪缸和儲液器的通道接通，這樣制動輪缸內(nèi)的制動液經(jīng)電磁閥流回儲液器，從而減小該車輪上的制動

8、力，防止車輪抱死；同時abs電腦接通液壓泵電動機(jī)電源，將儲液器內(nèi)的制動液送到制動主缸。制動液不能經(jīng)止回閥從制動主缸流向制動輪缸或回流到液壓泵，也不能經(jīng)止回閥從液壓泵回流到儲液器。此工作過程稱為“減壓”。當(dāng)某一車輪滑移率過小需要增大制動壓力時，abs電腦切斷相應(yīng)電磁閥的電磁線圈電源，液壓泵停止工作，電磁閥回到普通制動模式時的工作位置，來自制動主缸的制動液經(jīng)電磁閥進(jìn)入制動輪缸，以增大該輪上的制動壓力。此工作過程稱為“增壓”。當(dāng)車輪滑移率在控制范圍之內(nèi)時，abs電腦給相應(yīng)電磁閥提供一個較小的電流，使電磁閥處于中間位置，電磁閥到制動主缸和儲液器的通道均關(guān)閉，同時切斷液壓泵電動機(jī)電源使液壓泵停止工作，從

9、而使制動輪缸內(nèi)的制動壓力保持現(xiàn)有狀態(tài)。此工作過程稱為“保持”。2.2 abs對行使穩(wěn)定性影響當(dāng)只有前輪抱死時，由于前輪的轉(zhuǎn)彎力基本為零，駕駛員無法進(jìn)行正常的轉(zhuǎn)向操作，汽車運動方向沿著行駛道路的切線方向駛出。當(dāng)只有后輪抱死時，后輪的側(cè)向力接近于零，汽車不能保持原來的行駛方向，由于離心力和前輪轉(zhuǎn)向力的作用，汽車將一面旋轉(zhuǎn)一面沿曲線行駛（這種運動叫做外旋轉(zhuǎn)）。當(dāng)車輪全部被抱死時，轉(zhuǎn)彎力和側(cè)向力基本為零，汽車完全失去操縱性和方向穩(wěn)定性，它的運動軌跡兼有前、后輪單獨抱死時的兩種運動軌跡，即一面作與駕駛無關(guān)的不規(guī)則運動，一面沿曲線的切線方向滑行。當(dāng)有abs作用時，可防止車輪抱死，使滑移率保持在一定的范圍，

10、從而使汽車具有理想的制動效果。如圖2所示。圖2汽車abs系統(tǒng)的工作特性2.3 abs 檢測原理通過對汽車在有無abs 制動防抱死系統(tǒng)情況下運動時速度變化分析，我們可以清晰的看出，車輪線速度下降曲線形狀明顯不同，在無abs 制動防抱死系統(tǒng)的作用時，車輪速度下降較快，無有波動變化形狀。而在有在abs 制動防抱死系統(tǒng)的作用時，車輪速度下降相對較慢，并且有波動變化狀況。為此，我們可以通過檢測制動時，車輪線速度下降變化曲線形狀來確定整個制動防抱死系統(tǒng)（abs）工作性能是否正常。3 abs檢測臺架模擬通過前面分析，我們知道通過檢測車輪線速度下降曲線的變化可以確定汽車制動防抱死系統(tǒng)（abs）工作性能是否正常

11、。為了在檢測試驗臺上實現(xiàn)對汽車abs 工作性能的檢測，必須在臺架上模擬汽車制動時車輪實際受力以及運動狀況。3.1汽車制動時車輪運動狀況分析圖3 汽車制動時車輪受力分析 w 汽車作用在車輪上的重力；fp 汽車作用在車輪軸上的慣性推力；r 車輪半徑；fz 地面對車輪的法向支持力；fxp 地面制動摩擦力力；t 制動器制動力矩。從上圖可以看出，控制車輪轉(zhuǎn)動變化有兩個力矩：阻止車輪轉(zhuǎn)動的制動器制動力矩和地面制動力產(chǎn)生的促使車輪旋轉(zhuǎn)的車輪轉(zhuǎn)矩。為了實現(xiàn)在檢測試驗臺上對汽車abs 檢測，必須在臺架上模擬汽車實際制動時控制車輪線速度變化的制動器制動力矩和車輪轉(zhuǎn)矩。3.2車輪轉(zhuǎn)矩的模擬汽車制動時，制動器制動力矩

12、和車輪轉(zhuǎn)矩同時作用在車輪上。制動器制動力矩由制動器提供。車輪轉(zhuǎn)矩等于地面制動力與車輪半徑的乘積。而地面制動力的大小等于汽車制動時產(chǎn)生慣性力的大小。因此，我們在模擬車輪在運動過程中制動時實際受力，只要在車輪邊緣提供一個地面制動力即可以。地面制動力大小等于作用于汽車制動時產(chǎn)生的慣性力大小。由上面的分析可知，模擬實際制動過程中的車輪轉(zhuǎn)矩，只需在車輪邊緣施加一個方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相反，大小同汽車慣性力相等的力即可。而為了能夠真實檢測具有不同轉(zhuǎn)速車輪的線速度變化，只需飛輪具有一定的轉(zhuǎn)動慣量，就可以模擬代替具有一定質(zhì)量而不同運動速度汽車的能量。3.3制動力的模擬采用高速旋轉(zhuǎn)的飛輪，受到汽車制動器制動力矩通

13、過輪胎表面作用在連接裝置上制動飛輪時，飛輪產(chǎn)生的慣性力反作用車輪輪胎表面，模擬運動汽車實際制動時，車輪受到地面提供的制動力。 圖4 車輪在滾筒上受力分析 t 制動器制動力矩；fz1飛輪作用在車輪輪胎表面促使車輪旋轉(zhuǎn)的力；fz2車輪作用在飛輪上阻止飛輪旋轉(zhuǎn)的力。飛輪帶動汽車車輪高速旋轉(zhuǎn)，飛輪具有較大的運動能量。當(dāng)駕駛員踏下制動器踏板，制動器開始對車輪施加制動力，車輪通過輪胎表面作用于飛輪上制動飛輪旋轉(zhuǎn)，由于飛輪旋轉(zhuǎn)時具有較大的運動慣量，所以對車輪輪胎表面產(chǎn)生一個慣性作用力，其大小等于車輪作用于飛輪上的作用力。即： fz1 =fz2在汽車制動過程中，若只考慮車輪的運動為滾動與抱死拖滑兩種狀況。當(dāng)制

14、動器踏板力較小時，制動器摩擦力矩不大，地面與輪胎之間的摩擦力即地面制動力，足以克服制動器摩擦力矩而使車輪滾動。顯然，車輪滾動時的地面制動力就等于制動器制動力，而地面制動力等于具有一定運動能量的汽車制動時產(chǎn)生的慣性力大小，此慣性力等于具有相同運動能量的飛輪受到制動時產(chǎn)生的慣性力大小，因此旋轉(zhuǎn)飛輪受到車輪制動時產(chǎn)生的慣性力能夠真實模擬代替具有相同運動能量汽車車輪制動時地面提供的地面制動力。制動器制動力等于：f=t/r式中：t制動器制動力矩；r車輪半徑。隨著制動器踏板力的不斷增加，地面制動力隨著制動器制動力的增加而增加，但是地面的制動力fxp 受到地面與車輪之間的附著系數(shù)限制，即：fxpfkk fz

15、式中：fk 地面提供最大附著力；k 輪胎與地面間附著系數(shù)；fz 地面作用在輪胎上的法向支持力。當(dāng)制動器踏板力或制動器制動力增加到某一值，地面制動力fxp 達(dá)到最大地面附著力fk，車輪出現(xiàn)抱死和滑拖現(xiàn)象。繼續(xù)增加制動器踏板力，制動器制動力繼續(xù)增加，而地面制動力不再增加。飛輪與汽車車輪之間的相互間接接觸，相互作用。制動車輪時，車輪會將制動器制動力矩傳遞給飛輪，高速旋轉(zhuǎn)的飛輪會將受制動時產(chǎn)生的慣性力反作用與車輪輪胎外表面，實現(xiàn)模擬汽車制動時，地面作用于車輪輪胎外表面的地面制動力。以上通過同車輪間接接觸的高速旋轉(zhuǎn)的飛輪，實現(xiàn)模擬不同運動速度汽車具有不同運動能量，以及汽車制動時地面提供給車輪的地面制動力

16、，進(jìn)而模擬汽車制動時控制車輪線速度變化的地面制動力。通過以上方法，實現(xiàn)了在臺架上對汽車制動時控制車輪速度變化條件的真實模擬，在臺架上對車輪線速度信號變化的采集分析，從而實現(xiàn)在臺架上對汽車abs 的性能進(jìn)行檢測。4 abs檢測臺架基本結(jié)構(gòu)根據(jù)以上原理設(shè)計的檢測臺架現(xiàn)以得到應(yīng)用，基本結(jié)構(gòu)如下圖5所示。圖5 abs檢測實驗臺基本組成其設(shè)計原理是，通過旋轉(zhuǎn)飛輪及其他旋轉(zhuǎn)部件的運動為汽車提供了與實際制動時等效的車輪轉(zhuǎn)矩。采用粘沙滾筒支撐車輪，由于計算機(jī)控制電磁滑差離合器結(jié)合程度，為車輪提供不同的制動阻力，以模擬在不同附著系數(shù)路面上的制動過程。測速滾筒與車輪緊密接觸，測速滾筒裝有速度傳感器，從而能測出車輪

17、的實際運動線速度。4.1 abs檢測實驗臺主要作用及特點對于此種abs檢測實驗臺，它可以通過對汽車制動時車輪受力的模擬，有以下幾個方面的作用：不解體檢測汽車abs是否正常工作abs 在汽車運行過程中，由于種種原因，可能出現(xiàn)各種故障，例如：車輪傳感器出現(xiàn)故障，制動壓力調(diào)節(jié)器出現(xiàn)故障、自我診斷系統(tǒng)出現(xiàn)故障等等。而自我診斷系統(tǒng)失效，可能一直顯示abs 無有故障而abs 已經(jīng)不能正常工作，或者一直顯示某一部位出現(xiàn)故障，而abs 工作正常，這都可以通過此abs 檢測試驗臺對abs 是否正常進(jìn)行準(zhǔn)確檢測判斷。對abs 在各種路面條件下工作性能進(jìn)行檢測此檢測臺架可以通過對不同路面的模擬來檢測abs在各種路面

18、條件下的工作性能。而模擬量的改變則通過控制滾筒的轉(zhuǎn)動速度來實現(xiàn)，從而控制滾筒輸出扭矩的大小，實現(xiàn)了在不同路面上汽車所受到的最大附著力的改變。此實驗臺架可前后四輪同時檢測，可測試出滑移率、附著系數(shù)利用率、制動距離等參數(shù)，對汽車abs系統(tǒng)性能作出比較全面的評價。左右輪最大制動力、不平衡率(過程差)、過程差最大差值點制動力、阻滯力、駐車制動力等相關(guān)參數(shù)都可以通過實驗臺信號處理系統(tǒng)計算出來。實驗臺自動化程度高，在選定abs工作性能檢測或常規(guī)制動性能檢測后，系統(tǒng)可在臺架控制系統(tǒng)的控制下自動完成測試過程。并具有設(shè)備標(biāo)定、查詢和檢測信息的統(tǒng)計功能。也可以動態(tài)或靜態(tài)顯示、打印制動力過程曲線等功能。4.2實驗臺

19、主要檢測項目及方法根據(jù)臺架上模擬道路行駛制動過程得到的車身速度和各個車輪速度在制動過程中的變化情況以及汽車在減速過程中的時間和距離曲線就可以評價汽車abs制動系統(tǒng)的性能。汽車在道路上制動時，車身減速度曲線近似一條直線。在汽車abs制動系統(tǒng)工作正常時，各個車輪速度圍繞此直線上下波動，直至汽車速度降低至abs停止工作為止，如圖（二）所示。因此，只要在各種附著系數(shù)和起始速度條件下，測試車身速度和各個車輪速度變化以及所需時間及距離，由各瞬時速度量可以進(jìn)行abs系統(tǒng)在制動過程中的滑移率、附著系數(shù)利用率和制動距離等的評價。以此為依據(jù)并參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，就能夠評價汽車abs制動系統(tǒng)的性能。4.3信號采集abs檢

20、測試驗臺檢測原理主要是通過分析車輪線速度的變來確定abs的性能，因此，車輪線速度信號的采集對整個檢測系統(tǒng)的檢測性能至關(guān)重要。信號采集內(nèi)容一般包括以下幾個：（1）abs反應(yīng)時間裝用abs 的汽車制動時，一踏下制動器踏板，abs 就進(jìn)入準(zhǔn)工作狀態(tài)。abs 的反應(yīng)時間主要由以下幾個方面決定：控制器的計算和操作循環(huán)的快慢、壓力調(diào)節(jié)器的換向時間和制動系的技術(shù)狀態(tài)。（2）abs 速度脈沖信號采樣時間由于脈沖傳感器得到的不是連續(xù)信號，因此不但要確定采樣間隔，而且必須確定采樣時間，以計算采樣時間內(nèi)所獲得的累計脈沖數(shù)。根據(jù)shannon采樣定理，采樣間隔頻率要大于2 倍的循環(huán)頻率，即abs 制動壓力變化頻率。一

21、般的abs 波動為1020hz，則脈沖采樣時間間隔為t0.050.025s。（3）信號采集頻率為了能夠真正檢測和觀察車輪線速度在abs 作用一周期內(nèi)的變化，測速滾筒采集信號的采樣頻率必須大于abs 作用周期的頻率。一般abs 波動頻率為1020hz，為了能精確觀察abs 作用周期內(nèi)速度變化，將測速滾筒采樣頻率定為10 倍的abs 波動頻率，即采樣頻率為100200hz，采樣周期t0.010.005s。4.4信號處理計算機(jī)采集速度傳感器傳輸進(jìn)來的車輪線速度信號，建立數(shù)學(xué)模型，直到車輪線速度為零為止。計算機(jī)將建立的數(shù)學(xué)模型同內(nèi)部已建成的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行對比，對abs制動防抱死系統(tǒng)工作是否正常作出判

22、斷。5 臺架檢測法的特點及發(fā)展前景相對于道路試驗檢測來說，臺架檢測方法具有許多突出的優(yōu)點：（1）檢測過程簡單，時間短。針對abs系統(tǒng)制動性能的檢測，每輛車只需要3 -5分鐘，因此，如果將abs檢測試驗臺安裝到目前國內(nèi)的汽車性能檢測線上使用，對整條檢測線的檢測速度影響很小。（2）設(shè)備占地面積小，可以作為一個單獨的工位加裝在目前我國正在普遍使用的汽車性能檢測線上，從而能夠在汽車年檢中完成對汽車abs系統(tǒng)的性能檢測。（3）檢測過程受環(huán)境因素影響較小。由于臺架檢測是在室內(nèi)進(jìn)行，所以不會受到天氣、側(cè)向風(fēng)等自然條件的影響。（4）設(shè)備耗資低，根據(jù)市場需求可實行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。臺架檢測法有許多道路檢測法所不具備的優(yōu)點，但是也存在一些不足，由于臺架檢測法所采用的方法是模擬路