（光学工程专业论文）汽车abs台架检测理论与技术研究.pdf

摘要 随着汽车行驶车速的提高及人们对道路交通安全的日益重视，a b s 系统在 汽车上的装车率逐步提高，随之而来的问题是如何对数量庞大的在用车辆a b s 系统的工作性能进行不解体台架检测，以确保其发挥应有的作用，这也是目前国 内的汽车检测行业所面临的一道难题。论文在综合研究汽车a b s 系统工作原理 以及道路测试方法的基础上，设计出了汽车a b s 检测试验台，该试验台能够对 在用车辆的a b s 系统工作性能进行精确的不解体测试。同时，在试验台结构设 计方面，还充分考虑了我国汽车检测行业的现状，将其设计为一个单独的工位， 可以直接安装在汽车性能检测线上使用。 论文在详细研究a b s 系统的理论基础、结构及控制原理的基础上，分析了 a b s 系统的各种测试方法及其优、缺点；提出了汽车a b s 系统性能的台架化不 解体检测方法，完成了台架检测的理论推导与可行性论证；以扭矩控制器作为控 制元件实现了在a b s 作用下汽车制动过程的台架动态模拟，将汽车制动时车轮 与地面之间的运动关系通过扭矩控制器的主、从动转子的转动关系表现出来，便 于a b s 滑移率的测试；完成了汽车a b s 检测试验台的结构及控制系统设计。 初步调查表明，目前国内还没有关于汽车a b s 检测试验台的相关设备及专 利，所以本论文所设计的汽车a b s 检测试验台具有一定的先进性，能够较好的 解决目前国内面临的a b s 不解体台架测试的难题，对于我国汽车检测行业的发 展以及公路交通安全状况的改善具有重要的现实意义。 关键词：a b s ；试验台；不解体测试；扭矩控制器；动态模拟 a b s t r a c t w i t ht h ec o n s t a n t l yb o o s t i n gv e h i c l es p e e da n dt h ei n c r e a s i n g l ya t t e n t i o nt or o a d t r a f f i cc o n d i t i o n ，m o r ea n dm o r ev e h i c l eh a v ee q u i p p e da n t i l o c kb r a k i n gs y s t e m ，a n d n o wt h eq u e s t i o ni sh o wt ou n d i s a s s e m b l i n gt e s tt h el a r g en u m b e ro fa b s u s i n go n v e h i c l e ，t h i si sa ne x i g e n tp r o b l e mf o rd o m e s t i cv e h i c l et e s tc a l l i n g t h i sp a p e r d e s i g n sa na b s t e s t b e do nt h eb a s i so f s y n t h e t i c a l l yr e s e a r c h i n gt h ew o r kp r i n c i p i u m o fa u t o m o b i l ea b sa n dt h er o a dt e s tm e a s u r e s t h et e s t - b e dc a l l a c c u r a t e l y u n d i s a s s e m b l i n gt e s tt h ep e r f o r m a n c eo fa b su s e do na u t o m o b i l e s t h ec o n s t r u c t i o n d e s i g nh a sa d e q u a t e l yc o n s i d e r e dt h ec o n d i t i o no fd o m e s t i cv e h i c l et e s t ，i tc a l lb e i n s t a l l e do nt h ev e h i c l ep e r f o r m a n c et e s t - l i n ea sas i n g l ew o r ku n i t t h i sp a p e rd e t a i l e d l yi n t r o d u c e sa b s t h e o r yb a s e ，c o n s t r u c t i o na n dc o n t r o l p r i n c i p i u m ；a n a l y s e sd i f f e r e n tt e s tm e a s u r e s ，m e r i ta n dd e f e c to fe a c hm e a s u r e ；p u t s f o r w a r dt h et e s t b e dt e s tm e a s u r e ，f i n i s h se d u c i n gt h et h e o r y , d e m o n s t r a t e st h e f e a s i b i l i t yo fa b s p e r f o r m a n c et e s to nt h et e s t b e d ；s e l e c t st h et o r q u ec o n t r o l l e ra s t h ek e yc o m p o n e n t ，r e a l i z e st h ed y n a m i c a ls i m u l a t i o no fv e h i c l eb r a k ep r o c e s s c o n t r o l e db ya b s ，e x h i b i t st h em o v e m e n tr e l a t i o nb e t w e e nw h e e la n dr o a ds u r f a c e d u r i n gb r a k i n gp r o c e s sb yt h ea c t i v er o t o ra n dd r i v e nr o t o ro ft o r q u ec o n t r o l l e r , a n d t h i si sh e l f l f u lt ot e s tt h es l i p p a g er a t eo fa b s ；f i n i s h st h ec o n s t r u c t i o na n dc o n t r o l s y s t e md e s i g no f a b s t e s t - b e d a c c o r d i n gt ot h ep r i m a r ys u v e r y , t h e r ei sn od o m e s t i cp r o d u c t i o na n dp a t e n t a b o u tu n d i s a s s e m b l i n gp e r f o r m a n c et e s to fa b su s e do na u t o m o b i l e s ，s ot h et e s t - b e d d e s i g n e di n t h i sp a p e rh a sd e f i n i t es u p e r i o r t y , i tc a ns o l v et h ee x i g e n tp r o b l e mo f d o m e s t i cv e h i c l et e s tc a l l i n g ，i th a si m p o r t a n ts i g n i f i c a n c ef o rt h ev e h i c l et e s tc a l l i n g s d e v e l o p m e n ta n dt h er o a dt r a c f i cs a f e t yc o n d i t i o n si m p r o v e m e n t k e yw o r d s ：a n t i 1 0 c kb r a k i n gs y s t e m ；t e s t - b e d ；u n d i s a s s e m b l i n gt e s t ；t o r q u e c o n t r o l l e r ；d y n a m i c a l l ys i m u l a t e 第1 章绪论 1 1 本课题的研究背景 汽车行驶速度的不断提高和道路行车密度的增大，对汽车行驶安全性提出了 越来越高的要求，汽车防抱死制动系统a b s ( a n t i l o c kb r a k i n gs y s t e m ) 就是 在这种要求下产生和发展的。a b s 装置通过控制和调节车轮的制动力，防止车轮 在制动时的滑转，最大限度的利用路面附着系数以缩短制动距离，防止侧滑，提 高制动时的方向稳定性，从而大大改善汽车的制动性能，提高汽车的安全性“1 。 目前，由防抱死制动系统a b s 和防滑驱动系统a s r 共同组成的防滑控制系统已经 成为汽车向电子化发展的一个重要方面。 1 1 1a b s 的发展历程及发展趋势 防抱死制动系统的发展可以追溯到本世纪初期，早在1 9 2 8 年制动防抱死理 论就被提出，3 0 年代机械式防抱死制动系统就开始在火车和飞机上获得应用凹 。 1 、3 0 年代前 铁路机车由于车轮和道轨的摩擦，就会在车轮外圆上磨出一些小平面，这叫 做平面现象。小平面产生后，车轮就不能平稳的旋转而产生噪声和振动。为了防 止这种现象的发生，1 9 0 8 年j e f r a n c i s 设计了一种装置，把它安装在机车上 以后，意外的发现制动距离也缩短了，这种装置就是最初的a b s 装置。1 9 3 6 年， 德国波许( b o s c h ) 公司第一个获得了用电磁式车轮转速传感器获取车轮转速的防 抱死制动系统的专利权。 2 、4 0 年代期间 1 9 4 8 年美国的w e s t i n g h o u s e a i rb r a k e 公司开发了铁路机车专用的a b s 装 置。该装置利用安装在车轴上的转速传感器测出车轴的减速度( 用飞轮控制检测 开关) ，然后使电磁阀动作控制制动气压，防止车轴磨损。 飞机着陆时如果制动强度过大，车轮抱死、轮胎磨损严重，有破裂的危险。 如果跑道上结冰，车轮打滑，难以保持直线行驶性能，飞机会产生侧滑或机体旋 转等不规则运动。为防止这种危险工况的发生，开始考虑在飞机上安装a b s 系统。 真正应用a b s 装置还是在第二次世界大战的末期，即1 9 4 5 年。最初，德国f r i t z o s t w a l d 的设计思想被美国政府用在喷气式飞机上，后来也在轿车、载货车和摩 托车上采用。接着是1 9 4 8 年，波音公司生产的b - 4 7 飞机装上了h y d r oa i r e 公 司的a b s 初期产品。该装置利用脉冲进行控制，转速传感器测出车轮开始抱死的 时刻，电磁阀动作使液压下降，车轮转动后液压又升高，反复上述动作。 喷气式飞机着陆速度很快，加之初期的飞机没有逆喷减速装置，着陆后的减 速过程只能靠轮子制动。高纬度地区的飞机跑道上常常结冰，飞机着陆时，侧 的轮子在结冰的路面上，另一侧在干燥的路面上，要求飞行员必须有预见性，谨 慎控制制动过程才能避免发生事故。因此，迫切希望开发出性能优良的a b s 装置。 3 、5 0 年代以后 从5 0 年代后半期到1 9 6 0 年，g o o dy e a r 公司和h y d r oa i r e 公司分别开发出 各有特点的a b s 装置。这种装置不是象开关一样，把液压控制在零或最大，而是 根据车轮的减速情况，阶段性地控制液压。并采用了初期的电子计算机，使a b s 得性能得到了很大的改善。目前，在北美，政府部门规定所有的民航飞机都必须 安装a b s 装置。 进入5 0 年代，汽车防抱死制动系统丌始受到较为广泛的关注。1 9 5 4 年，福 特( f o r d ) 公司首次将法国生产的民航机用防抱死制动系统移置在林肯( l i n c o n ) 轿 车，这次试装虽然以失败告终，但揭开了汽车应用a b s 的序幕。凯尔塞海伊斯 ( k e l s e h a y e s ) 公司在1 9 5 7 年对称为“a u t o m a i c ”的防抱死制动系统进行了试验 研究，研究结果表明防抱死制动系统确实可以在制动过程中防止汽车失去方向控 制，并且能够缩短制动距离；克莱斯勒( c h r y s l e r ) 公司在这一时期也对称为“s “d c o n t r o l ”的防抱死制动系统进行了试验研究。由于这时期的各种防抱死制动系 统采用的都是机械式车轮转速传感器和机械式制动压力调节装置。因此，获取的 车轮转速信号不够精确，制动压力调节的适时性和精确性也难于保证，控制效果 并不理想。 随着电子技术的发展，电子控制防抱死制动系统的发展成为可能。在6 0 年 代后期和7 0 年代初期，一些电子控制的防抱死制动系统开始进入产品化阶段。 凯尔塞海伊斯公司在1 9 6 8 年研制生产了称为“s u r e t r a c k ”的两轮防抱死制动 系统，该系统由电子控制装置根据电磁式转速传感器输入的后轮转速信号，对制 动过程后轮的运动状态进行判定，通过控制由真空驱动的制动压力调节装最对后 制动轮缸的制动压力进行调节。并在1 9 6 9 年被福特公司装备在雷鸟( t h u n d e r b i r d ) 和大陆马克i h ( c o n t i n e n t a lm k ) 轿车上。克莱斯勒公司与本迪克斯( b e n d i x ) 公司合作研制的称为“s u r e b r a k e ”的能防止4 个车轮被制动抱死的系统，在1 9 7 1 年开始装备帝国( i m p e r i a l ) 轿车，其结构原理与凯尔塞海伊斯的“s u r e t r a c k ” 基本相同，只是“s u r e t r a c k ”只能对两个后制动轮缸进行防抱死制动压力调节。 波许公司和坦威斯( t e v e s ) 公司在这一时期也都研制了各自的第一代电子控制 防抱死制动系统，这两种防抱死制动系统都是由电子控制装嚣对设置在制动管路 中的电磁阀进行控制，直接对各制动轮缸的制动压力进行调节。 瓦布科( w a b c o ) 公司与奔驰( b e n z ) 公司合作，在1 9 7 5 年首次将防抱死 制动系统装备在气压制动的载货汽车上。 进入7 0 年代后期，数字式电子技术和大规模集成电路的迅速发展，为防抱 死制动系统向实用化发展奠定了技术基础。波许公司在1 9 7 8 年率先推出了采用 数字式电子控制装置的波许a b s2 s 型防抱死制动系统，并且装备在奔驰轿车上， 由此揭开了现代制动防抱死控制系统发展的序幕。尽管波许a b s2 s 的电子控制 装置仍然是由分离元件组成的控制装置。但由于数字式电子控制装置与模拟式电 子控制装置相比其反应速度、控制精度和可靠性都显著提高，因此，波许a b s2 s 的控制效果已相当理想。从此之后，欧、美、目的许多制动器专业公司和汽车公 司相继研制了形式多样的防抱死制动系统。 在现代防抱死控制系统的发展历程中，以下几种防抱死制动系统的出现具有 里程碑意义。 瓦布科公司和奔驰公司合作于1 9 8 1 年推出了大客车和载货汽车用的气压式 现代防抱死制动系统。 波许公司在1 9 8 3 年推出了在波许a b s 2 s 基础上改进的波许a b s5 s 型防抱 死制动系统。波许a b s5 s 更适合于批量生产，而且质量也比波许a b s2 s 小。 而更有代表意义的是波许a b s2 s 的电子控制装置首次采用了大规模集成电路替 代分离元件，从而使电子控制装置中的元器件数量减少到6 0 个，这还不及波许 a b s2 s 电子控制装置中元器件数量的一半。在电子控制装件中采用了两个完全 一样的微处理器，利用冗余方法提高了系统的工作可靠性。 坦威斯公司在1 9 8 4 年首次推出了整体式防抱死制动系统一坦威斯m ki i ， 该系统将防抱死制动压力调节装置与制动主缸和液压制动助力器组合为一个整 体，而在该系统出现以前，所有的防抱死制动系统都是将制动压力调节装置作为 一个单独的整体，附加在常规的制动系统中，即采用的都是分离式结构。坦威斯 m k1 1 在1 9 8 5 年首先被装备在福特公司生产的林肯马克型轿车上。 自8 0 年代中期以来，防抱死制动系统向着提高效能成本比的方向发展。波 许公司在1 9 3 5 年对其a b s2 s 进行了结构简化和系统优化。推出了经济型的防 抱死制动系统一波许a b s2 e 。格林( o i r l i n g ) 公司为了适应中级轿车装备防抱死 制动系统的要求。曾在1 9 8 7 年推出了一种机械式防抱死制动系统一格林s c s 型 防抱死制动系统，并装备在英国福特公司生产的护卫者( e s c o r t ) 轿车上。凯尔 寒海伊斯公司在1 9 8 8 年推出了适用于轻型货车和客货两用汽车的后轮防抱死 制动系统。德尔科( d e l c o ) 公司也于1 9 9 0 年推出了更为经济的四轮防抱死制动系 统一德尔科a b s 防抱死制动系统。这些努力都为防抱死制动系统的迅速普及 创造了条件。 随着计算机及控制技术的进步，a b s 系统必将会有更大的发展。预计今后a b s 技术会向以下几个方向发展： l 、a b s 和驱动控制装置的一体化。a b s 和驱动控制装置的组合装置目前已经 投入生产，安装在部分高级轿车上。a b s 是以防止车轮抱死为目的，与此相反、 驱动控制装置是为了防止车轮的空转。从另一方面来看，a b s 是为了缓解制动， 而驱动控制装置则是为了施加制动。这是非常相近的技术，当然也可以说它们都 是采用了电子计算机、轮速传感器、电子控制装置的组合系统e i i 。 2 、a b s 与电子全控式( 或半控式) 悬挂、电子控制四轮转向、电子控制液压 转向、电子控制自动变速器等行驶系统和动力传动系统的组合装置。汽车行驶 系统之所以采用电子控制，是因为传感技术的高度发展和车用高速数字通信系统 已达到实用化程度，把这些系统和a b s 组合起来，可以使汽车的运动保持最佳状 态o “。 3 、a b s 与自动制动器的组合。自动控制器的作用是识别出前方的障碍物弗自 动地施加制动，避免车祸发生，它和a b s 组合起来能够进一步提高车辆的行驶安 全性m 1 。 4 、改进电磁阀的磁路设计和结构设计，提高电磁阀的响应速度。 5 、消除a b s 工作过程中的“踏板反冲”现象，提高制动舒适性。 6 、减小体积，降低重量，提高集成度以降低成本和销售价格，并简化安装。 为了提高汽车的安全性能，增加了一些装置，汽车重量也随之增加，对燃料经济 性不利。所以新增设的各种装景必须在保证安全性的前提下，尽量减少重量”。 1 1 _ 2 国内外汽车检测技术发展概况 汽车检测技术是利用各种检测设备，对汽车在不解体情况下确定其技术状况 或工作能力进行的检查和测量。汽车技术状况是定量测得表征某一时刻汽车外观 和性能的参数值的总和。 汽车检测主要是依靠先进的传感技术与检测技术，采集汽车的各种具有某些 特征的动态信息，并对这些信息进行各种分析处理，区分、识别并确认其异常表 现，预测其发展趋势，查明其产生原因、发生部位和严重程度，提出针对性的维 修措旌和处理方法。 汽车检测的目的是为了判断汽车整体及各总成的技术状况，查明在当前规定 的期限内到下次检测前，其运动副、组合件和总成可能发生的故障，确定其技术 状况参数的允许变化量。 汽车检测技术是伴随着汽车技术的发展而发展的。在汽车发展的早期，人们 主要是通过有经验的维修人员发现汽车的故障并有针对性的修理，即过去人们常 常讲的“望”( 眼看) 、“闻”( 耳昕) 、“切”( 手摸) 方式。随着现代科学技术的 进步，特别是计算机技术的进步，汽车检测技术也飞速发展。目前人们已能依靠 各种先进的仪器设备，对汽车进行不解体检测，而且安全、迅速、准确聃。 1 、国外汽车检测技术发展概况 汽车检测技术是从无到有逐步发展起来的，早在5 0 年代，在一些工业发达 国家就形成以故障诊断和性能调试为主的单项检测技术和生产单项检测设备。6 0 年代初期进入我国的汽车检测试验设备有美国的发动机分析仪、英国的发动机点 火系故障诊断仪和汽车道路试验速度分析仪等，这些都是国外早期发展的汽车检 测设备。6 0 年代后期，国外汽车检测诊断技术发展很快，并且大量应用电子、 光学、理化与机械相结合的光机电、理化机电一体化检测技术。例如：非接触式 车速仪、前照灯检测仪、排气分析仪等都是光机电、理化机电一体化的检测设备。 进入7 0 年代以来，随着计算机技术的发展，出现了汽车检测诊断、数据采 集处理自动化、检测结果直接打印等功能的汽车性能检测仪器和设备。在此基础 上，为了加强汽车管理，各工业发达国家相继建立汽车检测站和检测线，使汽车 检测制度化。 概括的讲工业发达国家的汽车检测在管理上已经实现了“制度化”；在检测 基础技术方面已经实现了“标准化”；在检测技术上向“智能化、自动化检测” 方向发展。 ( 1 ) 制度化 在德国，汽车的检测工作由交通部门统一领导，在全国各地建有由交通部门 认证的汽车检测场( 站) ，负责新车的登记和在用车的安全检测，维修厂维修过 的汽车也要经过汽车检测场的检测，以确定其安全性能和排放是否符合国家标 准。 在日本，汽车的检测工作由运输省( 相当于交通部) 统一领导。运输省在全 国设有“国家检车场”和经过批准的“民间检车场”，代替政府执行车检工作。 其中“国家检车场”主要负责新车登记和在用车安全检测；“民问检车场”通常 设在汽车维修厂内，经政府批准并受政府委托对汽车进行安全检测。 ( 2 ) 标准化 工业发达国家的汽车检测有一整套的标准。判断受检汽车技术状况是否良 好，是以标准中规定的数据为准则，检测结果是以数字显示，有量化指标，以避 免主观上的误差。国外比较重视安全性能和排放性能的检测，如美国规定，修理 过的汽车必须经过严格的排放检测方能出厂。 除了对检测结果有严格完整的标准以外，国外对检测设备也有标准规定，如 检测设备的检测性能、具体结构、检测精度等都有相应标准。对检测设备的使用 周期、技术更新等也有具体要求。 由于检测制度、技术的标准化，不仅提高了检测效率，也保证了检测质量。 ( 3 ) 智能化、自动化检测 随着科学技术的进步，国外汽车检测设备在智能化、自动化、精密化、综合 化方面都有新的发展，应用新技术开拓新的检测领域，研制新的检测设备。 随着电子计算机技术的进步，出现了汽车检测诊断、控制自动化、数据采集 处理自动化、检测结果直接打印等功能的现代综合性能检测技术与设备。例如： 国外生产的汽车制动检测仪、全自动前照灯检测仪、发动机分析仪、发动机诊断 仪、计算机四轮定位仪等检测设备，都具有较先进的全自动功能。进入8 0 年代 后，计算机技术在汽车检测领域的应用进一步向深度和广度发展，已经出现集检 测工艺、操作、数据采集和打印、存储、显示等功能于一体的系统软件，使汽车 检测线实现了全自动化，这样不仅可以避免人为的判断错误，提高检测准确性； 而且可以把受检汽车的技术状况存储在计算机中，既可作为下次检验的参考，还 可以供处理交通事故的参考。 2 、国内汽车检测技术发展概况 我国从6 0 年代开始研究汽车检测技术，为满足汽车维修需要，当时交通部 主持进行了发动机气缸漏气量检测仪、点火正时灯等检测仪器的研究、开发。 7 0 年代，我国大力发展了汽车检测技术，汽车不解体检测技术及设备被列 为国家科委的开发应用项目。由交通部主持研制开发了反力式汽车制动试验台、 惯性式汽车制动试验台、发动机综合检测仪和汽车性能综合检验台( 具有制动性 检测、底盘测功、速度测试等功能) 。 进入8 0 年代，随着国民经济的发展，科学技术的各个领域都有了较快的发 展，汽车检测及诊断技术也随之得到快速发展，加之我国的汽车制造业和公路交 通运输业发展迅猛，对汽车检测诊断技术和设备的需求也与曰俱增。我国机动车 保有量迅速增加，随之而来的是交通安全和环境保护等社会问题。如何保证车辆 快速、经济、灵活，并尽可能不造成社会公害等问题，逐渐被提到政府有关部门 的议事日程，因而促进了汽车诊断与检测技术的发展。交通部主持研制开发了汽 车制动试验台、侧滑试验台、轴( 轮) 重仪、速度试验台、灯光检测仪、发动机 综合分析仪、底盘测功机等等。国家在“六五”期间重点推广了汽车检测与诊断 技术。 在单台检测设备研制成功的基础上，为了保证汽车技术状况良好，女h 强在用 汽车的技术管理，充分发挥检测设备的作用，交通部1 9 8 0 年开始有计划地在全 国公路运输和车辆管理系统( 交通部当时负责汽车监t n ) 筹建汽车检测站，检测 内容以汽车安全性检测为主。 2 0 世纪8 0 年代初，交通部在大连市建立了国内第一个汽车检测站。从工艺 上提出将各种单台检测设备安装联线，构成功能齐全的汽车检测线，其检测能力 为3 0 0 0 0 辆次年。继大连检测站之后，作为“六五”科技项目，交通部先后要 求l o 多个省市、自治区交通厅( 局) 筹建汽车检测站的任务，8 0 年代中期，汽 车监理由公安部主管，公安部在交通部建设汽车检测站的基础上，进行了推广和 发展，形成了全国的汽车检测网。 1 9 9 0 年交通部发布第1 3 号部令汽车运输业车辆技术管理规定和1 9 9 1 年交通部发布第2 9 号部令汽车运输业车辆综合性能检测站管理办法以后， 全国又掀起了建设汽车综合性能检测站的高潮。 与此同时，汽车的检测技术和设备也得到了大力发展。2 0 世纪7 0 年代国内 仅能生产少量的简单的检测、渗断设备。目前全国生产汽车综合性能检测设备的 厂家已达6 0 多个，除交通部门外，机械、城建、高等院校等部门也进入汽车检 测设备研制、开发、生产、销售领域。我国己能自己生产全套汽车检测设备，如 大型的技术复杂的汽车底盘测功机、发动机综合分析仪、四轮定位仪、悬挂检测 台、制动检验台、排气分析仪、灯光检验仪等。 为了配合汽车检测工作，国内已发布实施了有关汽车检测的国家标准、行业 标准、计量检定规程等1 0 0 多项。从汽车综合性能检测站建站到汽车检测的具体 检测项目，都基本做到了有章可依。 3 、我国汽车综合性能检测水平的发展方向 我国汽车综合性能检测经历了从无到有、从小到大；从引进技术、引进检测 设备，到自主研究开发推广应用；从单一性能检测到综合性能检测，取得了很大 的进步。尤其是检测设备的研制生产得到了快速发展，缩小了与先进国家的差距。 虽然已经取得了很大的进步，但与世界先进水平相比，还有一定的距离。我国汽 车检测技术要赶超世界先进水平，应该从汽车检测技术基础、汽车检测设备智能 化和汽车检测管理网络化等方面进行研究和发展。 ( 1 ) 汽车检测技术基础规范化 我国检测技术发展过程中，普遍重视硬件技术，忽略或轻视了难度大、投入 多、社会效益明显的检测方法、限值标准等基础性技术的研究。随着检测手段的 完善，与硬件相配套的检测技术软件将进一步完善。 今后我国应重点开展下述汽车检测技术基础研究： 制定和完善汽车检测项目的检测方法和限值标准，如驱动轮输出功率、 底盘传动系的功率损耗、滑行距离、加速时间和距离、发动机燃料消耗率、悬架 性能、可靠性等； 制定营运汽车技术状况检测评定细则，统一规范全国各地的检测要求及 操作技术； 制定用于综合性能检测站的大型检测设备的形式认证规则，以保证综合 性能检测站履行其职责。 ( 2 ) 汽车检测设备智能化 目前国外的汽车检测设备己大量应用光、机、电一体化技术，并采用计算机 测控，有些检测设备具有专家系统和智能化功能，能对汽车技术状况进行检测， 并能诊断出汽车故障发生的部位和原因，引导维修人员迅速排除故障。 我国目前的汽车检测设备在采用专家系统和智能化诊断方面与国外相比还 存在较大的差距。如四轮定位检测系统、电喷发动机综合检测仪等，还主要依靠 进口。今后我们要在汽车检测设备智能化方面加快发展速度。 ( 3 ) 汽车检测管理网络化 目前我国的汽车综合性能检测站部分已实现了计算机管理系统检测，虽然计 算机管理系统检测采用了计算机测控，但各个站的计算机测控方式干差万别。即 使采用计算机网络系统技术的，也仅仅是一个站内部实现网络化。 随着技术和管理的进步，今后汽车检测将实现真正的网络化( 局域网) ，从 而做到信息资源共享、硬件资源共享、软件资源共享。在此基础上，利用信息高 速公路将全国的汽车综合性能检测站联成一个广域网，使上级交通管理部门可以 及时了解各地区车辆状况。 1 1 3 汽车a b s 检测技术发展概况 世界汽车工业迅猛发展的同时，人们对于汽车的安全性能的关注日益提高， a b s 系统的装车率也随着汽车工业的发展及其自身技术的进步逐年提高。是否装 有a b s 装置，已经成为车辆性能评价时的一个重要依据乜”。自9 0 年代开始，一 些知名汽车公司( 如通用、奔驰、宝马等) 已在其生产的轿车上1 0 0 地装备了 防抱死制动系统a b s 。到9 0 年代末，美、日、欧等发达国家及地区基本上每一 辆新生产的汽车都装有a b s 。近年来，a b s 在我国也得到快速推广和应用，如一 汽大众、二汽富康、上汽通用、奇瑞、重庆长安、陕西汉江等汽车生产厂家，均 早已在其生产的汽车上加装了a b s 。机械工业部在“九五期间重点发展的6 0 种 9 零部件及被推荐的生产企业”目录中，将制动系统的防抱死装罨和防滑装置列在 第二项( 第一项是汽油机电控系统) ，且该项是仅有的三项无被推荐的生产企业 的产品之一。由此，我国的a b s 产品开始进入重点发展时期。随着a b s 装置的快 速发展和广泛应用，如何对其工作性能进行全面的检测就是得越来越重要。 我国从8 0 年代以来就开始实施对在用汽车的整车性能进行定期强制性检 测，9 0 年代以来开始对汽车制造企业也要求进行整车出厂性能的全面综合测试。 为此，在国内的公安、交通及汽车制造部门分别建立了大量的汽车安全性能、综 合性能以及出厂质量检测线。在这些检测线中，对汽车的制动性能检测是最为重 要的检测项目。虽然经过了近2 0 年的发展，目前在国内各种汽车检测线中，对 汽车制动性能的检测方法，仍然都是利用反力式制动试验台来测试汽车的最大制 动力、制动协调时间、制动力过程差、驻车制动力、制动拖滞力等参数以评价汽 车的制动性能。但是，对于目前大量的安装有a b s 的车辆，这些参数的测量根本 不能反映其实际的制动效果。因为装有a b s 的汽车，其制动过程与未装a b s 的汽 车有较大区别。装有a b s 的汽车在进行制动时，其制动力上升到一定程度后，a r s 装置开始自动调节制动缸的制动压力，使车轮始终保持在一定的滑移率范围之 内，从而获得最大地面制动力。在这一过程中，制动缸中的液压处于不停的变化 之中，汽车车轮的减速度也随之不断变化。反力式制动试验台只能对未装a b s 的车辆的制动性能进行检测，其滚筒转速较低，制动测试时的车速较低，如果对 装有a b s 的车辆进行制动性能检测，在此低速下a b s 根本不可能工作，同时轮胎 与滚筒之间的附着系数也是一个固定值，不能模拟测试在路面附着系数发生变化 时a b s 的工作性能。 因此，如何实现对装有a b s 车辆的制动性能进行不解体台架测试的问题就成 为我国汽车安全和综合性能检测行业以及汽车制造企业急需解决的问题。目前国 内一些研究院所及大专院校的相关研究部门虽然针对该问题在理论上进行了一 些探讨，但还没有真正地进行相关设备的研究与开发。国外像日本弥荣以及德国 的少数企业虽然已生产出成套的a b s 检测台，但是其检测台只能完成某种单一路 面情况下的制动效能模拟试验，不能完成国内外a b s 试验标准中规定的不同路面 组合工况下对a b s 系统性能的全面测试，并且价格昂贵，像日本弥荣每套产品约 人民币4 0 0 ) s - 元，显然不适合中国国情。 国内对汽车a b s 工作性能的检测广泛采用的方法是路试。路面虽然能较全面 地检测装配a b s 的车辆在各种路面上的制动性能，但是该方法试验费用高、周期 长、精度低，受环境及道路条件的影响大，难以实现对所有车辆的定期测试。为 了有效克服a b s 装车路试过程中存在的缺陷，实现对a b s 工作性能检测的精确化 与台架化无疑是最佳途径。目前国内对a b s 试验台架的研究，多是利用计算机对 其中的某一或某些部分进行仿真，并不能如实反应a b s 系统在汽车制动时的动态 控制情况。现阶段对a b s 检测台的理论研究方法大体类似，主要在模拟汽车的平 动惯性和路面的附着系数变化上有一些区别，具体提出了三种形式： 1 、以飞轮组的转动惯量模拟汽车的平动惯量，采用补偿电贯量的方案实现 连续模拟：通过专门的控制电路及模拟施加不同的车轮制动力实现对道路附着系 数的有效模拟。 2 、直接用电机驱动汽车车轮，采用自藕变压器来调整电机工作电压，从而 调整电机与车轮转速来模拟各种行驶车速；通过调节带传动中皮带的松紧来调整 摩擦力的大小，以模拟汽车在不同附着系数路面上的制动情况。 3 、以飞轮组的转动惯量模拟汽车的平动惯量，通过调节变频调速电机输入 电流的频率实现连续模拟；用扭矩控制器控制滚筒实现对道路附着系数的有效模 拟。 据初步调查统计，目前国内还没有真正进行汽车a b s 试验台及测试分析系统 的产品化开发研制，也没有相关的专利问世。 1 2 本课题的研究目的和意义 a b s 技术在世界上属于尖端技术，a b s 产品还属于高利润、高附加值产品， 装配a b s 装置会直接增加车辆的制造成本。因此不论是汽车生产厂商还是车辆用 户，都非常关心装配在车上的a b s 系统的使用性能。想要确切知道a b s 装置装配 到汽车上以后的实际使用性能，必须通过全面的检测。目前国内对a b s 性能的检 测主要是采用电气性能测试和道路试验这两种方法。第一种方法，采用模拟装置 代替车辆向a b s 装置发送轮速信号和车身信号，通过观察a b s 的输出信号来判断 a b s 是否工作正常，这种方法由于是对a b s 进行装车前的单独检测，即使a b s 的 各项参数都在正常值范围内，仍然无法保证a b s 装配到车辆后，仍然能充分发挥 其功效。对于第二种方法，虽然能较全面地检测装配a b s 的车辆在各种路面上的 制动性能，但是试验费用高、周期长、精度低，受环境及道路条件的影响大。为 了克服以上方法中存在的缺陷，实现对a b s 工作性能检测的精确化和台架化无 疑是最佳途径。 国内现阶段普遍采用的反力式制动台无法对装配a b s 的车辆的制动性能进 行检测。目前国外少数厂家已经开发出惯性式转鼓制动试验台来检测a b s 制动性 能，但这种设备价格昂贵，而且只能完成单一路面附着系数情况下的制动效能试 验，根本无法完成国内外a b s 试验标准中规定的不同路面组合工况下对a b s 系统 性能的考核。 随着a b s 装置的广泛应用，检测a b s 性能也显得越来越重要。但是到目前为 止，还没有出现真正能全面检测a b s 综合性能的试验台，而随着对车辆制动性能 检测要求的提高，实行a b s 性能检测的台架化r 益重要，所以，国内急需开发出 一种价格适中、功能齐全、测试精度较高，并且完全拥有知识产权的对装车后的 a b s 制动性能进行全面检测的设备，以满足国内整个汽车检测行业的需要。 本课题是集“机、电、气”于一体的新产品开发项目，其目的是根据国家有 关a b s 性能标准要求，在深入研究汽车a b s 工作性能的室内台架试验方法的基础 上，开发研制出能够对安装a b s 装嚣的车辆的制动性能进行动态检测和评价的试 验台及其计算机测试分析系统，并联合四川禾嘉集团成都成保发展股份有限公司 ( 原交通部成都汽车保修机械厂) 进行台架机械部分的加工生产。该试验台根据 a b s 的工作原理，能够模拟出汽车在不同附着系数路面上进行制动时的动态制动 过程，测试出汽车的各个车轮在路面附着系数发生变化时a b s 的工作状态，从而 全面地检测出安装a b s 的车辆在各种路面上的制动性能，并进行综合评价。 该试验台及测试分析系统的研制成功，可以有效地解决我国现有各种试验台 架无法对装有a b s 的车辆的制动性能进行测试的这一困扰我国汽车检测行业多 年的技术难题，从而填补我国在汽车a b s 不解体室内台架试验方面的空白。该项 目的研制成功，对于推动我国汽车检测技术及设备的发展，促进整个汽车检测行 业的技术进步将起到重要作用；对于满足我国汽车检测市场的迫切需要，改善我 国车辆安全技术状况，降低交通事故的发生也将具有十分重要的现实意义。 1 2 1 3 论文所完成的工作 本论文在详细分析汽车防抱死制动系统( a b s ) 的结构及工作原理的基础上， 讨论了a b s 系统的检测方法，提出了台架检测理论并完成了汽车a b s 检测试验 台的机械结构设计与实现。 论文完成了以下几个方面的工作： 1 、汽车a b s 系统的控制原理及过程分析； 2 、汽车a b s 性能检测方法的探讨； 3 、道路试验法检测a b s 工作性能的特点分析； 4 、台架检测法的原理及实现方法； 5 、用扭矩控制器作为控制元件实现对装有a b s 汽车制动过程的动态模拟； 6 、台架法检测a b s 工作性能的特点分析： 7 、a b s 检测试验台的结构设计： 8 、台架检测流程设计； 9 、试验台控制系统的总体设计。 第2 章a b s 的基本理论 2 1 汽车制动基本理论 2 1 1 汽车制动基本概念 汽车行驶时，能够在短距离内迅速停车且维持行驶方向稳定性和在下长坡时 能维持定车速，以及在坡道上长时间保持停驻的能力称为汽车的制动性。汽车 的制动性能由制动效能( 制动距离与制动减速度) 、制动效能的恒定性( 抗热衰 退性能) 和制动时汽车的方向稳定性( 制动时汽车不发生跑偏、侧滑以及失去转 向能力的性能) 三个方面来评价”1 。 汽车在制动过程中人为地使汽车受到一个与其行驶方向相反的外力，汽车在 这一外力的作用下迅速的降低车速以致停车，这个外力称为汽车的制动力。制动 力是评价汽车制动性能的最基本因素。 制动距离与汽车的行驶安全有直接的关系，它指的是汽车行驶过程中，从驾 驶员丌始操作制动控制装置( 制动踏板) 到汽车完全停住为止所驶过的距离。决 定汽车制动距离的主要因素是：制动器起作用的时间、最大制动减速度即附着力 ( 或最大制动器制动力) 以及起始制动车速。 图2 - 1 汽车制动减速度一时间曲线 汽车制动距离的理论公式为9 1 ： s2 s l + 岛+ s 35 1 1 1 ! ：垫独。筮 3 6 2 5 9 ，。 ( m )( 2 1 ) 式中：s ，、s ：、岛一分别表示 、r 2 、t 3 内走过的距离( m ) ( 图2 - 1 ) g o 一制动的初速度( k m h ) 。 1 4 在评价汽车的制动时，由于瞬时减速度曲线的形状复杂，很难用某一点的值 来代表汽车的减速度，所以我国行业标准采用平均减速度的概念，即 口= 一 ( 2 2 ) i a ( o d t ，2 一f 式中：为制动压力达到7 5 最大压力p 。的时刻； f ，为到停车时总时间的2 1 3 的时刻。 e c er 1 3 和g b 7 2 5 8 采用的是充分发出的平均减速度m f d d ： m f d d ：坠二堡( 肌s 2 )( 2 3 ) 2 5 9 2 ( s 。一s ) 式中：v 6 0 8 v 。，车辆制动的末速度，k m h ； v 。一o 1 v 。，车辆制动的末速度，k m h ； v 。一制动初速度，k m h ； “一在速度v 。和v 。之间车辆驶过的距离，m ； s 。一在速度v 。和v 。之间车辆驶过的距离，m 。 制动效能的恒定性是指抵抗制动效能的热衰退和水衰退的能力。即汽车在高 速行驶或下长坡以及涉水连续制动时制动效能的稳定程度。制动效能降低的程度 用热衰退率n 。表示： 1 1 , ：! 生! 垫1 0 0 = ! 堡二垒1 0 0 ( 2 4 ) j 始s 赘 式中：凡一制动器冷状态( 制动起始温度在1 0 0 。c 以下) 下的制动减速度( m s 2 ) ； 一制动器温度升高以后的制动减速度( m s 2 ) ； j 。一制动器冷状态( 制动起始温度在1 0 0 。c 以下) 下的制动距离( m ) ： 一制动器温度升高以后的制动距离( m ) 。 2 1 2 汽车制动特性 l 、轮胎一路面附着特性 在良好的硬路面上制动时车轮受力状况如图2 - 2 所示口1 。 忽略阻力偶矩、减速时车轮自身的惯性力和惯性力偶矩，由车轮的受力平衡 可得： 皿= m u r i ( 2 5 ) 式中，r ，为车轮的滚动半径。 若定义制动器制动力f 。为 作用于车轮周缘上克服制动器摩 擦力矩m 。所需要的力，则有： 瓦= m u 辟 ( 2 6 ) 制动器制动力相当于把汽车 车轮架离地面，踩下制动踏板， 在车轮周缘沿切线方向推动车轮 直至它能转动所需的力。制动器 制动力仅由制动器结构参数所决 定，其大小取决于制动器的形式、 结构尺寸、制动器摩擦副的摩擦 系数、踩下制动踏板的制动踏板 力以及车轮半径尺寸等。 乍 f ： 1 。+ ； 图2 - 5 峰值附着系数不同时的车轮运动状态 对应于同一制动器制动力矩，最大附着系数值不同时，车轮减速度、车轮滑移率 1 9 及车轮速度的变化趋势都不一样。显然，对于最大附着系数值小的路面来说，汽 车车轮在制动过程中的运动状态更趋不稳定，更难控制。 图2 - 6 所示为峰值附着系数所对应的滑移率( 滑移率最佳值) o p 不同时对 车轮旋转运动状态的影响情况。对应于同