（车辆工程专业论文）汽车abs试验台整车测试技术及数据分析研究.pdf

摘要 随着汽车运输业的发展和汽车行驶速度的不断提高，汽车行驶的安全性问题 越来越得到关注。装有a b s 的汽车，在制动时可以极大地提高汽车制动过程中 的操纵稳定性，但是随着车辆的使用以及其它一些因素都可能导致汽车a b s 工 作性能下降或失灵。因此，这就需要对在用车辆的a b s 进行检测。鉴于现有的 汽车a b s 检测手段虽能进行检测，但要么操作繁琐复杂、费时费力；原有的滚 筒式试验台，经过改进有些虽能对a b s 的整体性能进行检测，但无法模拟不同 附着系数的路面来实现快速准确检测，不能满足高效率、智能化检测的需求。因 此，新型汽车a b s 检测试验台的研发有着重要意义。 本论文是长安大学汽车a b s 试验台不解体检测课题组的延续论文。前期的 研究人员已经设计出初期的试验台模型，并与企业合作生产出了第一台样机，包 括自主开发出的一套试验台配套的测试软硬件系统。本论文是在该样机的基础上 根据现代自动化检测的实际需要，对汽车a b s 检测试验台设计方案进行了改进 设计，尤其加强了车辆安全方面的设计；在改进后的试验台上进行实际车辆的数 据采集并最后进行了数据比较分析。通过测试数据较为准确地描述了两种测试车 辆在低附着路面上制动的每个过程，并分析出a b s 的工作性能情况。 通过本论文的研究，为汽车a b s 整车工作性能室内台架检测提供了一种新 的检测方法和检测装备，经过进一步的规范化、标准化后，就能够按照工业化检 测标准，准确完成在用汽车检测线上对装有a b s 的车辆进行制动性能的测试。 关键词：汽车a b s ，检测试验台，不解体测试，低附着路面 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fa u t o m o b i l et r a n s p o r t a t i o na n di n c r e a s eo fr u n n i n g v e l o c i t yo fa u t o m o b i l e ，s e c u r i t yp r o b l e mi nr u n n i n gp r o c e s si sp a i dm o r ea n dm o r e a t t e n t i o n m a n i p u l a t i n gs t a b i l i t yi si m p r o v e di nt h eb r a k i n gp r o c e s so fa u t o m o b i l e w i t ha b s h o w e v e r , t h eu s eo fv e h i c l ea n ds o m eo t h e rf a c t o r sm a y b er e s u l ti nt h e d e c l i n eo fa u t o m o b i l ea b s w o r k i n gp e r f o r m a n c e t h e r e f o r e ，i ti sn e c e s s a r yf o rt h e a u t o m o b i l ea b st ob ed e t e c t e d d e t e c t i o nm e t h o d sf o ra u t o m o b i l ea b sa r e c o m p l i c a t e di nm a n i p u l a t i n gp r o c e s s t h ep r i m i t i v e r o l l e r - t e s t e rf o ra b sc a n t s i m u l a t ev a r i o u sr o a ds u r f a c e sw i t hc e r t a i na t t a c h m e n tt o e 伍c i e n t ，s oi tc a nn o tm e e t t h ed e t e c t i o nr e q u i r e m e n tf o rh i g he f f i c i e n c ya n di n t e l l i g e n c ee v e na f t e ru p d a t e d s oi t i ss i g n i f i c a n tt od e s i g nan e wt e s t e rw i t ha d v a n c e df u n c t i o nf o rv e h i c l ew i t ha b s t h i sp a p e rw h i c ht a l k sa b o u ti n d i s s o l u b l et e s t i n gt e s t - b e do fv e h i c l ew i t ha b si s r e n e w a lo n eo fc h a n g a nu n i v e r s i t y p r e v i o u sr e s e a r c h e r sh a v ed e s i g n e dt h ei n i t i a l t e s tm o d e l ，p r o d u c e dt h ep r o t o t y p ec o o p e r a t i n gw i t he n t e r p r i s e s ，a n dw ed e v e l o p e da t e s t i n gh a r d w a r ea n ds o f t w a r es y s t e ms u p p o r t i n gt h et e s t - b e d b a s e do nt h ep r o t o t y p e ， t h i sp a p e ra d a p t i n gt h ea c t u a ln e e d so fm o d e ma u t o m a t e dd e t e c t i o ni si m p r o v i n gt h e d e s i g np l a n so fa b st e s t - b e d e s p e c i a l l ys t r e n g t h e nd e s i g np l a n so nv e h i c l es e c u r i t y d u r i n gt e s ts t a g e w eh a v ed o n ed a t aa c q u i s i t i o na n dp r o c e s s i n gw i t ha c t u a lv e h i c l e s ， f m a l l ya n a l y z e do u rd a t a b ya n a l y z i n gd a t a , w ew e r es u c c e s si nd e s c r i b i n gt h et w o t e s tv e h i c l e sb r a k i n gi nl o wa t t a c h m e n ts u r f a c eo fe a c hp r o c e s s ，a n da n a l y z i n gw o r k p r o c e s so f a b s a tt h ee n d an e wm e t h o da n dan e wt e s t i n ge q u i p m e n tt o t e s tt h ea b sw o r k i n g p e r f o r m a n c eo nv e h i c l ei nr o o mw e r ea d v a n c e dt h r o u g h t h i s p a p e r a f t e r n o r m a l i z a t i o na n ds t a n d a r d i z a t i o n ，t h es y s t e mc a ns o l v et h ep r o b l e mt h a tc u r r e n t d o m e s t i ct e s t i n gs y s t e ma r eu n a b l et o p e r f o r mv e h i c l ea b sa b i l i t yw i t h o u t d i s a s s e m b l i n g ，w h i c hh a sp u z z l e dt h ew h o l ev e h i c l et e s t i n gi n d u s t r yf o ral o n gt i m e k e y w o r d s ：a n t i - - l o c kb r a k i n gs y s t e m ；t e s t - b e d ；i n d i s s o l u b l et e s t ； l o wa t t a c h m e n ts u r f a c e 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者徘嘶威 砷年b , 9 占日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 诉斌 川年占月6 日 膨也z 7 年占月，髟日 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 当今世界汽车的主动安全性越来越受到重视，a b s 己经成为载客车辆上的 必备配置，在其它各类汽车上推广应用将是必然趋势。2 1 世纪汽车的发展将是 电子控制的时代，汽车在电子系统控制下将变得更加清洁、安全与舒适。我们 国家目前对a b s 做了很多研究。但是汽车有了a b s ，并不表示其制动就再也不 会有任何问题。a b s 系统虽然是高科技的结晶，但并不是万能的，a b s 的确能 提高汽车制动安全性，但其本身也是一种装置，不可避免地会出现一些问题或 故障。a b s 一但失灵或性能下降，必将给汽车的安全行驶带来隐患【1 】。 1 1 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 性的维修措施和处理方法。在汽车发展的早期，人们主要是通过“望”( 眼看) 、 “闻”( 耳听) 、“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【2 】【3 1 。 在国外，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 第一章绪论 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己经实现了“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。 标准化是指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。 智能化、自动化检测是与科学技术的大力发展分不开的。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。 在我国，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 反o 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) 。 2 长安大学硕士学位论文 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日俱增。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。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，加强在 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理) 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1 0 多个省市、自治区交通厅( 局) 筹建汽车检测站，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、诊断设备。目前全国生产汽车综合性能检测设备 的厂家己达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，国内己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 第一章绪论 目前，国内外汽车制动检测试验台按检测时支承受检车轮方式可分为两种： 一种为滚筒式制动试验台，另一种为平板式制动试验台；而根据制动台检测制 动性的原理，可将制动台分为惯性式制动检验台和反力式制动试验台两类【4 1 。 1 2 汽车a b s 检测的意义和目的 a b s 在汽车运行过程中，由于种种原因，可能出现各种故障，例如：轮速 传感器出现故障、制动压力调节器出现故障、自我诊断系统出现故障等等。为 了车辆驾驶人员出行更加安全，车辆的a b s 检测就显得非常有意义。主要体现 在以下几点： ( 1 ) 有些车辆a b s 没有自动检测功能，系统本身无法检测到a b s 的工作 是否正常。因此，通过检测试验台对a b s 是否正常工作进行检测是非常必要的。 ( 2 ) 有些车辆，虽然具有a b s 自我诊断系统，但当切断电源或a b s 自动 终止本身工作，调节器不能恢复到常态或不给调节器通电，调节器就回不到保 证制动管路畅通无阻、且泄漏不严重的状态，其原因可能是调节器的电器故障 或是其机械故障。上述情况，a b s 自我诊断系统不能或不能全部显示，需要通 过a b s 检测试验台对a b s 是否正常工作进行准确检测、判断。 ( 3 ) a b s 自我诊断系统失效，可能一直显示a b s 没有故障而a b s 己经 不能正常工作，或者一直显示某一部位出现故障，而a b s 工作正常，这些情况 都需通过a b s 检测试验台对a b s 是否正常进行检测。 国内的许多交通事故，肇事车辆中也不乏因a b s 性能不良造成的，这就需 要对装有a b s 的汽车进行a b s 性能检测。 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。 一 现有的汽车a b s 检测手段主要有： ( 1 ) 车载自我诊断系统 主要用于诊断轮速传感器、液压泵、液压马达和电磁阀线圈电路的短路和 断路。当其中某一部位发生故障时，诊断系统的监视电路检测到发生故障的部 位，并且将检测结果传输到诊断系统，并以故障码的形式进行记录，同时故障 4 长安大学硕士学位论文 灯报警，维修人员可通过解码器解读在哪发生短路和断路故障。这种方法只能 检测电路的故障，而不能检测泵油压力、管路阻塞或泄漏、电磁液压阀卡滞、 车轮制动器卡滞等故障【5 1 。 ( 2 ) 仪表检测 主要是用仪表测量a b s 控制器插脚，根据有关故障诊断编码来确定电路故 障的部位，也只能检测电路的故障。 ( 3 ) 路试检测 路试检测是评定装有a b s 的汽车的制动性能的最基本的方法，国外和国内 对道路试验的场地、试验时的气候条件、试验程序等都有明确、具体的要求。 欧洲国家按联合国欧洲经济委员会( e c e ) 组织制定的“采用制动防抱死装置的车 辆的试验要求”进行道路检验，我国按国标g b l 3 5 9 4 2 0 0 3 机动车和挂车防抱 死制动系统性能和试验方法进行道路试验。但国内拥有专门用于t c s 和a b s 试验的试验场地的不多，其造价高和占用土地面积巨大成为推广的阻力。汽车 进行路试，还要采用自诊断系统或仪表测量来确定故障的原因及其部位。路试 检测，需要专门的试验场地，容易受客观条件限制，而且必须有人员亲自驾驶， 需要人员较多，危险性增加，且测试时间较长，效率低，检 测结果可信度降低，这给车辆检测造成一定的难度，也无法满足汽车性能现代 检测线的要求【6 1 。 ( 4 ) 出厂新车台架检测 目前，国外如德国、日本汽车厂都采用分阶段检测方法，即通过试验台的 外部计算机的接口串接在汽车的e c u ( 电子计算机控制单元) 与a b s 执行器之 间。汽车在试验台上高速制动阶段，由外部计算机检测轮速传感器和e c u 输入 输出的工作情况，并由外部计算机接管e c u 向a b s 执行器发出缓慢减速的指 令，此时，踏板制动力不能直接到达车轮制动器，车轮不抱死。待车速降至5k m h 以下时，试验台进入低速制动测试阶段，在滚筒带动车轮的情况下，检测每个 车轮的最大制动力，此时，踏板制动力能够直接到达车轮制动器，车轮可抱死【6 】。 这种方法采用的是大型专用系统，价格十分昂贵，近千万人民币。因此， 只适合于大规模汽车厂检测下线车使用。况且这种方法并不是在真正高速情况 下检测a b s 制动的全过程，难以用于在用车的检测。 5 第一章绪论 ( 5 ) 滚筒、平板式制动力台架检测 无论是滚筒式还是平板式制动力检验台都是在低于5k m h 速度下检测的， 汽车a b s 制动防抱死系统还根本没有参与工作，更谈不上对a b s 进行检测。即 使采用高速滚筒，但也因滚筒附着系数较高且又固定，没有创造足够的条件， 让汽车a b s 制动系统产生增压保压减压工作的多次循环。因此，也无 法实现检测整车a b s 制动性能的目的。 1 3 国内外汽车a b s 制动检测试验台现状 1 3 1 平板式制动试验台 平板式制动试验台的结构原理如图1 1 所示，平板式制动试验台是2 0 世纪 8 0 年代中期发展起来的，由测试平板、数据采集系统等构成，集侧滑、悬架效 能、轴重、制动性能测试为一体的汽车检测设备。检测时，被检车辆以5 1 0 k m h 的车速驶上测试平板，操作员根据显示信号踩下制动踏板，车轮制动器产生的 制动力使车轮l 在平板2 上附加一个与车轮制动力( 地面制动力大小相等、 方向相反的作用力只，推动平板2 沿纵 向位移，经拉力传感器3 ( 水平方向的力传感器) 就测出了车轮的制动力，并由 显示、打印装置输出检测结果。 图1 1 平板式试验台试验原理 图1 1 中的1 为车轮；2 为平板；3 为力传感器；4 为压力传感器用以测量 垂直方向的力( 如车轮载荷) ；5 为支承钢球。 为平板对车轮的径向反力：，为车轴对车轮的力。 平板制动台可以由四块板组成，也可以有两块板构成。四块板的平板台能 6 长安大学硕士学位论文 同时检测前后轴车轮的制动力，两块板的平板台一次就只能检测一根轴的制动 力。四块板的平板台主要用于轴距差别不大的m 类客车。 从检测原理上来看，图1 1 平板式制动试验台属于惯性式平板台，惯性式平 板台是当前平板制动试验台市场上的主流产品，通常所说的平板台就是指它。 它是在汽车行驶制动状态下经由汽车惯性检测制动力，是动态的检测，只要保 证力传感器能准确无误地把测试平板上受到的水平制动力与垂直力测量下来， 平板式制动试验台就完全可以如实地把汽车制动过程( 力系及变化) 检测出来。平 板式制动试验台在理论上的优势己经得到一致公认。 但平板式也有其致命的弱点：( 1 ) 在实际检测过程中，制动初速度及制动踏 板力不易控制，测试工况不稳定，重复性差；( 2 ) 检测技术尚不成熟，定量分析 技术仍未完全解决，传感技术和计算机后处理技术要求很高，有待电子技术应 用的进一步提高；( 3 ) 不能测试车轴的阻滞力、失圆度，而且适用车型较少。不 容易对轴距变化大的汽车作四轮同时检测，。且测试货车后轴的制动性能也不够 理想，多轴车不能测试7 1 ；( 4 ) 不能检测a b s 系统的性能，因为a b s 起作用的车 速一般在1 0 k m h 以上，车速低于1 0 k m h 时，a b s 将停止作用。 1 3 2 滚筒式试验台 ( 1 ) 反力式滚筒制动试验台 反力式滚筒制动试验台( 见图1 2 ) 是最普通的检测设备。检测时，汽车一轴 车轮停驻在滚筒上，由电机通过减速器驱动滚筒，滚筒带动车轮，达到预定检 测速度后，驾驶员急踩制动踏板制动车轮，电机仍继续驱动滚筒转动，向车轮 施加一个与制动力矩方向相反的转矩，直至受检车轮被制动而停止转动，滚筒 相对车轮滑转时，电机才停止转动，截断滚筒的驱动力。测力杠杆将制动力传 给测力传器，此时，测力传感器测得的力值就是该检测条件下的车轮最大制动 力。这种借助滚筒向制动车轮施加一反力矩检测制动力的方法就是反力式检测。 7 第一章绪论 1 滚筒机构：2 一减速器；3 电机；4 测力杠杆 图1 2 反力式滚筒制动试验台示意图 反力式滚筒制动台检测时，汽车不动，只是滚筒带动车轮转动，是一种静 态检测，不能检测汽车动态制动状况( 轴荷转移) 下的制动力。检测车速较低，一 般在5 k m h 以下，且只有一个固定的车速。由于速度太低，反力式滚筒制动台 也不适合用于检测a b s 系统的性能【引。 表1 1 为日制式与欧制式反力滚筒试验台比较。 表1 1日制式与欧制式反力滚筒试验台比较 反力滚筒 式 日制式 欧制式 试验台类 型 低转速( o 1 , - 一0 2 5 k m h ) 小滚 高转速( 2 o 5 o k 无厢) ：大滚筒( 直 筒( 直径1 2 0 1 8 0 m m ) 。早期 特征 径1 9 0 - 3 0 0 m m ) ：滚筒表面以粘砂为 均为齿槽式滚筒，现多为粘砂 主。 滚筒。 滚筒表面粘砂或采取其它先进处理工 造价低；齿槽式滚筒( 表面经 艺，附着系数高；测试速度比日制式 优点镀铬或其它耐磨处理) 耐磨性 高，测试稳定性好：滚筒直径大，使 好，使用寿命长；对胎磨损小。 车轮与滚筒接触面增大，迟滞损失减 小。 检测制动力重复性较差( 汽车 造价较高；滚筒耐磨性不及齿槽式滚 制动器一般在2 k m h 以上速时 筒，使用寿命短；对轮胎磨损较大； 缺点后轮驱动的微型车在大型车线( 1 0 t 处于稳定，低速时稳定性较 级制动台) 上因无举升装置，前桥出 差) ；检测的协调时间偏长。 乍困难。 8 长安大学硕士学位论文 ( 2 ) 惯性式滚筒制动检验台 惯性式滚筒制动检验台是模拟道路行驶动能检测车辆制动性能的装置。汽 车在惯性式滚筒制动检验台检测制动性，与在反力式滚筒制动台上一样，汽车 对地面无相对运动，也是一种静态检测。 l l - 前滚筒；2 后滚筒；3 飞轮：4 变速器 5 离合器；6 电动机；7 传动链 图1 3 惯性式滚筒制动检验台结构简图 图1 3 为单轴检测的滚筒惯性式制动试验台。受检车轮分别支承在前、后两 滚筒上，前、后滚筒通过链条联接为滚筒组。左右滚筒组分别由驱动电机经离 合器和变速器驱动。左右滚筒组还分别设置了飞轮，以增加滚筒系统的惯量。 检测时分别起动驱动电机带动受检车轮一滚筒系统转动，达到设定检测速度后， 切断驱动力，并急踩制动踏板，车轮一滚筒系统依靠自身的转动动能将继续转 动，直至其转动动能全部被车轮制动器吸收，才停止转动。显然，车轮紧急制 动时，滚筒转过的转数对应制动距离；滚筒的圆周速度即为车身的运动速度【9 】【1 们。 惯性式滚筒制动台的滚筒相当于移动路面，检测时，转动的滚筒系统具有 转动动能，相当于汽车在道路上行驶的平动动能。受检汽车制动时，虽然切断 了滚筒系统的驱动力，轮胎对滚筒表面又产生阻力( 制动力) ，滚筒系统借自身的 惯性( 转动动能) 克服车轮施加的阻力，仍将继续转动，直至其转动动能全部被车 轮制动器吸收，才停止转动。显然，滚筒转动的转数多少、转动的快慢和时间 的长短，在滚筒系统惯量一定时，完全受车轮制动力的制约。因此，在车轮与 滚筒间无滑移的条件下，通过测得滚筒在受检车制动过程的转数、快、慢和时 间，即等同受检车的制动距离、制动减速度和制动时间。受检车制动系状况一 定时，用惯性式滚筒制动台测得的制动距离、制动减速度和制动时间就随滚筒 系统的惯性质量而异。为使测得的结果可靠、可信，就必须使车轮在惯性滚筒 台上制动时吸收的汽车动能与在道路上制动时吸收的动能致，即惯性式滚筒 9 乒 第一章绪论 制动台要能模拟汽车道路行驶时的动能。惯性式滚筒台的基本测量参数是滚筒 转角和时间，车轮转角和时间。 惯性式滚筒台的转速比反力式滚筒台的转速高得多，滚筒线速度一般都大 于4 0 k m h ，适合a b s 的检测要求。因为汽车制动过程是在持续制动阶段才出现 车轮抱死滑移现象，低速运行汽车急制动的制动过程很短，制动力一旦达到峰 值汽车就停住了，没有持续制动阶段。要评定a b s 防抱死系统的状况，需要采 用高车速工况检测，以使受检汽车经持续制动阶段后才停住，以创造防抱死系 统发挥作用的条件【1 1 】。 1 4 本文研究的主要内容 针对以上情况，陕西省科技厅决定将本课题列为陕西省2 0 0 5 年重点科技攻 关项目，并下拨大量研究经费对本课题的研究进行重点支持。同时本课题组接 受成都成保发展有限公司、中原电测仪器股份有限公司( 陕西汉中) 、西安一运 汽车保修机械厂等企业的委托，着手汽车a b s 整车性能检测试验台及其试验分 析系统的设计与开发工作。 本课题组利用我校多年从事a b s 技术研究的成果和大量a b s 产品试验、检 验工作的实践经验，并在吸收国内外a b s 试验台技术的基础上，提出了利用扭 矩控制器模拟道路附着系数，利用飞轮组模拟车身平动动能，利用计算机测控 系统分析计算出车身速和轮速曲线、制动距离、制动减速度、车轮滑移率、整 车附着系数利用率等用来评价a b s 性能的关键技术指标。同时，该实验台把汽 车性能检测中的速度表校验，轴重检测，制动性能检测这三个分离的试验台合 为一体，成为一个集成度高的、多功能的复合试验台。该试验台的研制成功将 填补我国在整车a b s 制动性能检测方面的空白，而且对于推动我国汽车检测技 术及设备的发展将具有十分重要的意义。 本课题的主要研究内容有以下两个：即a b s 制动性能试验台机械台架系 统，该台架系统从机械结构上不但能完成对汽车的轴重测量、反力式制动性能 测试、车速表校验，还能完成对装a b s 车辆制动性能的动态模拟测试；和a b s 制动性能试验台计算机测试系统，完成对速度、轴重及反力式制动信号的采集 处理，完成对a b s 制动状况的动态模拟侧试，台架控制及分析评价等功能。 1 0 长安大学硕士学位论文 本论文将根据汽车a b s 性能检测方案，在根据原有设计生产出的汽车a b s 试验台上，着重对试验台的测试方案和数据的采集分析进行研究。 本文的研究工作分为四部分： 第一、比较国内外a b s 试验台研发情况和汽车a b s 检测试验台的检测原理。 第二、讨论汽车a b s 试验台架的布置方案。介绍试验台机械结构总体设计 情况和测试系统硬件的设计原则。 第三、设计试验台检测的流程。采用w i n d o w s 2 0 0 0 作为开发平台，以v i s u a l c + + 6 0 为开发工具，利用动态链接库等技术，按照软件工程的思想完成测控软 件的设计开发，实现车辆管理、车辆报检、检测模块、系统设置、硬件测试、 数据管理六项功能。 第四、利用数据的预处理手段对测控系统中过程通道各种输入输出信号进行 软件处理后，进行台架实际车辆测试得出数据，并对数据进行分析比较。 第二章汽车a b s 试验台检测原理 2 1 引言 第二章汽车a b s 试验台检测原理 汽车行驶时，能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一 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。汽车制动性能直接关 系着汽车的行车安全。只有在保证行车安全的前提下才能充分发挥汽车的其他使用性 能，诸如提高汽车车速、汽车的机动性能等。汽车的制动性不仅取决于制动系的性能， 还与汽车的行驶性能、轮胎的机械特性、道路的附着条件以及与制动操作有关的人体工 程特性有密切关系【1 2 】。本章论述汽车a b s 试验台发展现状、汽车a b s 试验台工作原理 及试验台的功能和特点。 2 2 汽车a b s 试验台工作原理 汽车在道路上运行过程中存在着运动动能、行驶阻力，要在试验台上模拟汽车道路 运行状况，首先要解决模拟汽车整车的运动动能和行驶阻力问题，才能在台架上测试汽 车运行时的动态性能。为此，在台架上利用惯性飞轮的转动动能来模拟汽车旋转体的转 动动能及汽车直线运动质量的平动动能。路面附着系数的模拟是通过扭矩控制器控制滚 筒来实现的，即以滚筒表面代替路面，车轮在滚筒表面旋转运行，通过控制系统可以对 路面附着系数模拟系统进行自动控制，实现对车辆制动过程的动态模拟，在车辆固定装 置等安全措施保障下，完成车辆a b s 系统工作性能的检测【1 3 1 。 试验台工作原理【1 4 】如图2 1 ，图中a b s 系统( 包括轮速传感器、压力调节器、电子 控制器等全套零部件) 与汽车制动系统实物( 包括压力源、管路、分泵、制动器、轮胎等) 按照在车辆上的运行要求进行连接，e c u 的控制指令同时传至测控系统( 包括驾驶员模 型、信号采集分析等模块) 。 电动机通过离合器与模拟惯量系统连接，进行测试时，电动机带动惯性系统转动到 达某速度后离合器分离。驾驶员模块发出制动命令开始制动测试直到车轮停止。在这个 过程中转鼓上的车速传感器及车轮上的轮速传感器测得的数据传至a b s 测控系统。试 验台快速高效地对不同车型的a b s 制动系统进行测试。检测所测试的a b s 是否正常工 作以及滑移率变化的情况。 1 2 长安大学硕上学位论文 图2 1 试验台工作原理 2 2 1 道路模拟系统 汽车在干燥滚筒上的驱动过程是一个摩擦过程，总摩擦力由若干分力构成，表示为： f 总= ，附着斗，阻滞 ( 2 1 ) 式中：f 苗一总摩擦力；f 附瑚触面之间由于摩擦而产生的附着力； f 阻i i r 轮胎弹性变形引起的弹性迟滞阻力。 f 附着与f 阻滞两项分力的大小取决于轮胎材料、结构和温度以及整车参数。附着系数 会随速度增加而下降，其原因较为复杂，一方面是因为随着滚筒圆周速度提高，橡胶与 滚筒之间的嵌合程度越来越差，在未达到平衡状态之前便可能产生滑动和振动；另一方 面，随着速度的提高，接触面温升加快，很快就会在滚筒表面形成一层橡胶膜，降低了 滚筒的表面粗糙度，使附着系数降低【1 5 】。 2 2 2 车轮安置角 车轮安置角是指汽车车轮与滚筒接触点的切线方向与水平方向的夹角。 1 3 第二章汽车a b s 试验台检测原理 g 一车轮所受的载荷； f l 车桥对车轮轴的水平推力； n l 、n r 滚筒对车轮的支反力； l f x i 、f x z - - 滚筒对车轮的切向摩擦力， i i f - _ 尹o t f x l 、f x r - 车轮对滚筒的切向反作用 力； p 一滚筒与节轮表面的附着系数； t 。i _ 一制动器摩擦力矩； t n 、t r 车轮滚动阻力矩； 越轮安置角口- s i n - ( 南) 5 一车轮滚动角速度； l r 一台架同步滚筒轴距。 d 一车轮直径。 图2 2 在试验台上试验时的车轮受力 图2 2 所示为被测车轮在滚筒试验台上进行制动测试时的受力情况。根据力平衡原 理可列出下列关系式： n l ( s i n 口+ c o s o ) - n 2 ( s i n 口- c o s a ) = f n i ( c o s z - r o s i n 口) + n 2 ( c o s a + 伊s i n 口) = g 当车轮制动时，试验台所能提供的附着力为： 耶州n + n 2 细高惫q 2 j 在试验过程中，车轮安置角必须满足以下两个条件： ( 1 ) 车轮带动装有惯性飞轮的滚筒以最大加速度加速时，不得驶出滚筒； ( 2 ) 当台架滚筒制动后，保证车辆仍可顺利驶出滚筒。 在扭矩控制器闭合且带动惯性飞轮的条件下，汽车以最大加速度加速时，要确保车 轮不得驶出滚筒，以此确定其最小安置角。最大驱动力所满足的条件为： n 1 0 且f = o ， 也即： nl：一f(cosct+sina)-g(q)cosct-sinct)0 ( 2 3 ) ( q 2 + 1 ) s i n 2 a 化简以后得： s i n q 一( d c o so 【0 1 4 长安大学硕士学位论文 即： s l n 口、 2 平 c o s 仅 ( 2 4 ) 检测结束后，应该保证车辆能够正常驶出试验台，车轮不能卡死，以此确定最大安 置角。 2 2 3 试验台测试原理 试验台可以完成传统的制动项目( 车轮阻滞力、过程差、最大制动力、制动踏板力、 制动系协调时间等g b 7 2 5 8 - - - 0 4 规定的相关参数) 的检测【1 6 】。 在进行汽车a b s 性能的台架检测时，将扭矩控制器的输入电流调整为控制电流厶， 此时对应的扭矩控制器的控制扭矩为必，由制动器产生并由车轮传递给滚筒。在检测 过程中，由于轮胎与滚筒之间的摩擦系数非常高，传递的制动器制动力矩慨可大于扭 矩控制器的控制扭矩尬，一旦慨 尥，扭矩控制器的主动转子和从动转子将发生相对 滑动，路面上制动时车轮与地面之间的运动关系便转化成试验台上扭矩控制器的主动转 子与从动转子之间的运动关系【1 7 】。对应前面提到的路面制动时的滑移率计算公式： 名：u w - - r r o ( 1 ) w 1 0 0 o 以= 一x “w 可以得出在试验台上的滑移率计算公式： a ：竺二竺1 0 0 ( 2 5 ) 缈 式中，t 0 为轮的转速； c o i 为滚筒的转速。 附着系数利用率计算公式： 口 s2 一 ( 2 6 ) 式中，a 为制动平均减速度；t 为设定的附着系数。 在台架上进行检测时，汽车处于静止状态，用旋转的飞轮来模拟出汽车在对应车速 下的平动惯量，并且高速旋转的飞轮在汽车进行制动时转速逐渐降低，同时台架上还能 够如实反映出在a b s 系统进行压力调节时的各轮轮速的大小及其与车速的关系，能够 根据测出的车速计算出滑移率。 2 2 4 汽车能量补偿控制分析 汽车在试验台上检测时，试验台的滚筒相当于移动路面，试验台的转动滚筒及其它 1s 第二章汽车a b s 试验台检测原理 转动装置所具有转动动能，相当于汽车在道路上行驶时的平动动能。被检汽车制动时， 轮胎对滚筒表面产生制动力，滚筒及其它转动装置借自身的惯性克服车轮施加给滚筒的 制动力，仍将继续转动，直至转动动能被车轮制动器完全吸收才能停止不转【1 8 】。 由于不同的汽车质量不同，在同一速度下，其平动动能不同。为了使车轮在试验台 上制动时吸收的汽车动能和在道路上制动时吸收的动能一致，那么就要求试验台能模拟 各种汽车在道路上行驶时的动能。 汽车在道路上行驶的动能为汽车的平动动能与转动动能之和( 忽略有级变速器齿轮 或无级变速器旋转元件、传动轴与主减速器齿轮的转动惯量) ，可以表示为： e c = 一1 mv2+1zi(_02+li(igioco)22 2 ( 2 7 ) 式中：聊汽车平动质量，k g ； 1 k 一汽车行驶速度，m s ； k _ 汽车车轮的转动惯量，k g m 2 ； c o 汽车车轮角速度，r a d s ； ，广发动机飞轮的转动惯量，k g 珑； 卜变速器的传动比： 卜主减速器的传动比。 汽车在试验台上检测时，车台系统的动能为汽车的转动动能和检测试验台系统的转 动动能之和，即： 晟：三y i c 0 2 + b ( 2 8 ) 1 一 式中：研一试验台旋转部分的转动动能，在没有考虑能量补偿时，主要是飞轮的转动 动能、滚筒的转动动能及驱动电机转子的动能，即： b = l l f ( 1 ) f 2 - 1 - l l g ( t ) 9 2 - f - i 1 五缈：2 ( 2 9 ) 式中：卜飞轮转动惯量，办= 寺珊彤2 ； 量一滚动转动惯量，厶= 去历如2 ： 1 6 长安大学硕士学位论文 置一驱动电机转子的转动惯量， 厶= 2 - - m z r ：2 ； f 、c o g 、广飞轮、滚筒和电机转子的角速度，r a d s 。 检测试验台要模拟汽车在道路上行驶的动能，就必须使汽车在检测试验台上运转 时，车台系统的动能与汽车在道路上行驶时的动能相一致( 忽略发动机飞轮转动惯量) ， 即： e c = e t ( 2 1 0 ) 将式( 2 7 ) 、式( 2 8 ) 、式( 2 9 ) 代入式( 2 1 0 ) ，整理得： l m v = 三拗2 + 丢厶( 2 3 9 2 + j 1 础2 c 2 m ) 也就是说，检测试验台上旋转部分的转动动能应等于汽车在道路上行驶时的平动动 能。 在检测试验台上，滚筒及驱动电机转子的转动惯量是固定不变的，以往的制动检测 试验台是通过改变飞轮的个数组成飞轮组来达到模拟不同汽车动能的目的，但是使用飞 轮组结构复杂，成本也不小，而且检测试验台的转动动能不可能准确地等于被检车的平 动动能，这样的检测和汽车在路面上行驶时检测的结果就会有所差异，也就没有达到真 正检测的目的。 汽车a b s 检测试验台设计时考虑能量补偿，目的就是为了模拟汽车在路面上制动 时，汽车制动器吸收汽车制动时的动能，使汽车减速直至停止的全部工作过程【1 9 】。 在此检测试验台的设计中，考虑只用一个固定飞轮，飞轮只能够模拟部分汽车的动 能，剩下那部分汽车动能由电能量来模拟，即： 三川1 5 2 - - 三i f l f 2 ) f 1 2 + 丢厶缈9 2 + 三五国：2 + e d c 2 2 ， 式中：玩一电动机所补偿的能量，j ； 矗此检测试验台中设计的飞轮转动惯量，办。= 丢聊。母。2 ； c o f l 飞轮角速度，r a d s 。 检测试验台系统中，飞轮和电动机是刚性连接，两者转速一致。 用施加电能量的方法来模拟汽车动能的变化，具有调节迅速、准确、方便等特点， 更可以无级调整能量的变化，能够满足不同汽车在不同制动条件下所要求的动能的实时 第二章汽车a b s 试验台检测原理 模拟。 汽车在道路上制动时，能量变化可由下式