（动力机械及工程专业论文）摩托车abs试验台研制及试验研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 本文首先介绍了制动防抱死系统( a b s ) 的基本原理、摩托车a b s 试验台 的研制简介以及该项目与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较，由此设 计了摩托车a b s 试验台的总体设计方案。着重论述了摩托车a b s 试验台的试验 惯量加载系统，摩托车a b s 试验台动力驱动装置的选择，道路模拟系统设计， 摩托车a b s 试验台软件的开发，以及利用摩托车a b s 试验台进行的试验数据分 析。在惯量加载系统中介绍了其系统结构和工作原理，以及在设计旋转惯性质 量盘组时应注意的振动问题，详细地论述了旋转惯性质量盘组的临界转速，影 响旋转惯性质量盘组的临界转速的因索，以及旋转惯性质量盘组的临界转速的 计算方法和旋转惯性质量盘组的平衡问题，并最后确定了旋转惯量质量盘组的 设计。在试验台电机部分，作为试验台动力部分，本文对其做了详细的电机种 类选择，以及最终电机型号的选择计算。在道路模拟系统中，创造性地设计了 一种安全、实用的制动器一车轮转鼓( 模拟路面) 的系统。在摩托车a b s 试验台软件的开发中论述了摩托车a b s 试验台自动控制系统软件的研制思想， 以及在此基础上的基于、b 的控制系统软件的开发。对于试验数据方面，分析了 试验台应该采集的数据参数，以及其理论依据，并用、，b 语言编译程序对数据进 行处理。进行了一些a b s 产品的上试验台的测试，并对测试结果作了分析与评 价。 关键词：a b s ，质量盘组，电机，、r b ，测试 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t b a s i c p r i n c i p l e o ft h ea n t i - l o c k b r a k i n gs y s t e m ( a b s ) t h a tt h i s t e x th a s r e c o m m e n d e d a p p l y i n gt h eb r a k e a tf i r s t ，m o t o r c y c l ea b st e s t st h eb r i e f i n t r o d u c t i o n o f r e s e a r c ho f t h e p l a t f o r ma n d t h i sp r o j e c ti sc o m p a r e dw i t ht h ep r e s e n td o m e s t i ca n d i n t e r n a t i o n a ls y n t h e s i so fs i m i l a rr e s e a r c h , s i m i l a rt e c h n o l o g y , t h e r e f o r eh a sd e s i g n e d t h em o t o r c y d ea b so v e r a l ld e s i g np l a no f t e s t i n gp l a t f o m a h a v ee x p o u n d e dt h ef a c t e m p h a t i c a l l yt h em o t o r c y c l ea b se x p e r i m e n t a li n e r t i ao ft e s t i n gp l a t f o r ml o a d st h e s y s t e m ，m o t o r c y c l ea b s t e s t st h ec h o i c eo fap o w e r d r i v e ，t h es i m u l a t i o ns y s t e mo f t h er o a di sd e s i g n e d ，m o t o r c y c l ea b st e s t st h ed e v e l o p m e n to fas o f t w a r e ，a n du t i l i z e m o t o r c y c l ea b s t ot e s tt h et e s td a t a a n a l y s i sc a r r i e do n i np l a t f o r m h a v ei n t r o d u c e d i t ss y s t e m a t i cs t r u c t u r ea n do p e r a t i o n p r i n c i p l ei nt h es y s t e mo f l o a d i n g o f t h ei n e r t i a , a n dt h ev i b r a t i o nq u e s t i o nt h a ts h o d db ep a i da t t e n t i o nt ow h i l ed e s i g n i n gag r o u po f r o t a t o ri n e r t i a lm a s s , d e s c r i b eac r i t i c a lr o t a t i o n a ls p e e do f g r o u po f r o t a t o ri n e r t i a l m a s si nd e t a i l ，i n f l u e n c et h ef a c t o ro fac r i t i c a lr o t a t i o n a ls p e e do f g r o u po f r o t a t o r i n e r t i a lm a s s ，a n dr o t a t eac r i t i c a lr o t a t i o n a ls p e e dc o m p u t i n g t e c h n o l o g ya n dr o t a t i o n o f g r o u pa n dab a l a n c eq u e s t i o no fg r o u po fi n e r t i a l m a s so fi n e r t i a lm a s s ，a n d c o n f i r m e dad e s i g no fg r o u po fr o t a t o ri n e r t i aq u a l i t yf i n a l l y t e s t i n gt h ep a r to f e l e c t r i c a lm a c h i n e r y , a st e s t i n gam o t i v ef o r c ep a r t , t h i st e x td o e sd e t a i l e de l e c t r i c a l m a c l l i n e r y k i n dt oc h o o s et oi t ，a n dt h ec h o i c eo f t h ef i n a le l e c t r i c a lm a c m n e r yt y p ei s c a l c u l a t e d i nt h es i m u l a t i o ns y s t e mo ft h er o a d , h a v ed e s i g n e dak i n do fs a f e ， p r a c t i c a lb r a k ec r e a t i v e l y - - - w h e e l - t r a n s f e rt ot h es y s t e mo f t h ed r u m ( s i m u l a t i o n r o a ds u r f a c e ) a b st e s ts e t so f d e v e l o p m e n t o fs o f t w a r ee x p o u n dt h ef a c tm o t o r c y c l e a b st e s tp l a t f o r ma u t o m a t i c a l l yc o n t r o l l e dr e s e a r c ht h o u g h to f s y s t e m ss o f tw a r ei n m o t o r c y c l e , a n dt h ed e v e l o p m e n tb a s e do nc o n t r o ls y s t e m ss o f tw a r eo f v bo nt h i s b a s i s t ot e s td a t a , h a v ea n a l y z e dt h a tt e s t st h ed a t ap a r a m e t e r , w h i c hs h o u l db e g a t h e r e di np l a t f o r m , a n di t s t h e o r e t i c a lf o u n d a t i o n , a n dd e a lw i t ht h ed a t ai nv b l a n g u a g ec o m p i l e r h a v et e s t e dt h et e s to f t h ep l a t f o r mo ns o m ea b s p r o d u c t s ，a n d h a sd o n ea n a l y s i sa n da p p r a i s e dt ot h et e s tr e s u l t k e y w o l 诅：a b s 。t h eq u a l i t yo n eo r g a n i z i n g ，e l e c t r i c a lm a c h i n e r y , v b ，t e s t 武汉理工大学硕士学位论文 第一章绪论 我国摩托车工业起步晚，但发展很快。随着摩托车工业的发展，制动技术也 不断进步，然而，由于高速公路网的延伸和车辆速度的提高，对制动系统提出 了更高的要求，据对车辆安全性能研究揭示在道路交通事故中，大约有1 0 的事 故是由于车辆在制动一瞬河偏离原定轨道或甩尾产生的，因而探讨各种高性能 制动系统和完善制动性能是促进摩托车工业发展的重要措施之一。a b s 系统也是 在这种要求下产生的一种技术，但是国内还没有相关的检测设备来检测其合格 性，为了适应我国摩托车工业的发展，满足摩托车厂、制动器厂对制动器的要 求，规范制动器性能检测的标准，研制适合我国制动器生产厂使用的全自动性 能试验台就显得十分重要，此试验台的研制可以解决目前国内无摩托车a b s 试 验台的问题，填补我国摩托车带4 动器a b s 试验这一空白。 此试验台正是应厂家的要求而研制的，在研制成功交付厂家使用过程中，使 用效果很好，完全达到了设计的要求，并且运行良好，得到了厂家同行的好评。 1 1 制动防抱死系统( a b s ) 的基本工作原理 目前，世界上批量生产的a b s 装置产品种类虽多( 如按可监控车轮数或按制 动器压力调节器控制通道分类) ，但是它们所依据的基本原理是相同的。主要的 差异在性能水平上，如选用的控制参数、计算方法、系统结构等。 a b s 系统的英文全称为a n t i - l o c kb r a k es y s t e m ，即防抱死制动系统。它是 一个由测量、控制和压力调制三部分组成，自身具有液力蓄能器的完整的压力 调制系统。它具有以下特点：由控制制动时车轮与地面的滑移率。包括纵向及 横向滑移率，使车辆制动器的制动力在制动过程中始终保持在地面制动的最大 值附近。从而有效地减少了车辆制动距离和伟4 动时同；井使车辆保持较好的制 动时的方向稳定性。a b s 系统的基本工作原理是：由安装在车轮附近的测速传感 器在车辆制动时测量出车轮的瞬间转速( 轮速) 、角减速度等参数，根据这些参 数计算出此时的车辆的行驶速度( 车速) ，并依据瞬时车速与轮速计算出车辆的 滑移率，控制器依据一定的数学模型操纵压力调制器调整制动管路中的制动液 压力，改变制动器的制动力，使车轮的滑移率保持在一定水平上( 约为2 0 ) ，此 时制动器的制动力趋近地面制动力最大值。车轮处于半抱半滚的状态，此时车 武汉理工大学硕士学位论文 辆的制动的方向稳定性较好。车辆的制动性能处在最佳的状态下。a b s 系统的舫 抱死制动作用，通常是利用试错法来响应“抱死”和“松开”时的两个压力的 极值点，不断地调整制动管路压力。在反复逼近中实现的，有经验的驾驶员在 制动时，特别是在恶劣的路况和较高车速条件下制动时，都采用“点制动”的 方法，达到安全停车的目的，而不是采用一脚把制动踏板踩到底的全制动方式 就是这个道理。 常规的车辆制动器，无论是盘式的还是鼓式的，都是用气压或油压作为制动 动力。车辆的制动过程，实际上是以操纵力驱动制动蹄片，与安装于轮毂内同 车轮一起旋转的盘式制动装置摩擦，对旋转着的车轮施加摩擦力的过程；此外 在轮胎与路面的摩擦过程中，发生滑移时轮胎变形，发热消耗能量。车辆通过 这些摩擦过程，将自身动能转换成热能浦耗掉，才能平稳地停下来。当制动力 小于车轮附着力时，摩擦力和滑移摩擦力随制动力的增长而增长；当制动力等 于车轮附着力时，摩擦力和滑移摩擦力最大l 当制动力超过车轮附着力时，车 轮会抱死，与盘式制动装冕的摩擦力作用消失，仅靠轮胎与路面的滑移摩擦， 制动效能骤降，易出现危险情况。把制动力控制在使车轮附着系数接近最大范 围内，并保持最大的制动力时，就可以充分利用车轮附着力，大大提高制动效 能。 通过长期大量的试验， 人们得知：在制动过程中， 车轮滑移率的量“s ”( 简称 滑移率) 是一个能够表征制 动效能和可测算控制的量， 如图1 1 1 所示。滑移率计 算公式： s = 毕1 0 0 i 式中ls 一滑移率： v l 一一车速； - 轮速。 籁 _ i j 浆 菪 滑移率s ( ) 图i 1 1 附着系数与滑移率的关系 从式中可知；当轮速等于车速时，s = - o ；当车轮抱死时，轮速为0 ，s = 1 0 0 。 由圈可知，随着滑移率的增加，侧向附着系数很快下降，即摩托车保持转向 和防止侧滑的能力减小，为了获得较大的纵向和侧向附着系数，应维持滑移率s 2 武汉理工大学硕士学位论文 在l o 3 0 之间为宜。否则，当制动过程中若前轮先抱死滑拖。摩托车基本上 直线减速行驶直至停车，摩托车处于稳定状态，但在弯道上行驶时，摩托车丧 失转向能力；若后轮比前轮先抱死滑拖，且车速超过一定数值时，摩托车在轻 微的侧向力的作用下，就会发生后轮侧滑，摩托车处于不稳定状态。制动防抱 死的基本原理就是依据上述的研究成果，通过控制调节制动力。使在制动过程 中，轮速保持在适当的范围内，车轮滑移率控制在曲线峰值附近的稳定制动区 段上，以取得最佳的制动效果。 1 2 摩托车a b s 试验台的研制简介 该试验台是在广泛收集国内外有关资料的基础上。根据摩托车对制动器的 各种要求独立研制的，该试验台是高科技机电一体化测试设备，该设备集机械、 计算机、智能模拟、网络技术于一体，其自动化程度高，具有高精度、高稳定 性、以及结构简单、使用维护容易、操作方便等优点，可进行a b s 及常规的盘 式、鼓式制动器性能检测。专门对a b s 的性能进行道路模拟试验，a b s 性能试 验台特有的道路附着系数模拟系统可以模拟0 0 5 o 8 5 道路附着系数。双速度 ( 即车速、轮速) 模拟测试系统可以测出o 1 0 0 的滑移率。可对a b s 的控制 性能、适应范围进行测试。并能对常规的制动器进行磨合、制动效能、热衰退 及恢复、水衰退及恢复、基准校核等试验。试验时操作简便，操作者无须具备 任何计算机语言知识就可按屏幕提示操作，数据显示直观，控制界面友好，测 试精度高，可靠性好，输出数据可信度高，安全性好。它很适用于测试a b s 性 能以及盘式，鼓式制动器性能和对其零部件的测试分折，是大专院校、科研单 位、生产企业等进行新型a b s 研究、开发及生产部门进行质最检测控制的理想 设备，是我国a b s 的重要检测设备之一。a b s 试验台特有的道路附着系数模拟系 统、双速度模拟测试系统、双压力测试系统、自动测验气压调接控制，高精度 动态转速测量功能；使试验台在测试功能及精度上都有极大的提高，更好地满 足了行业需要。 1 3 该项目与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较 据湖北省科学技术情报研究所对国内外专利科技情报的检索，国内目前还 没有摩托车a b s 试验台的报导，国外只有车辆惯性试验台的报导。国内摩托车 武汉理工大学硕士学位论文 制动器试验大多采用台架试验方法，但是台架试验不能直接反映制动器装车行 驶的实际情况，为了得到制动器装车行驶的实际试验数据而采用道路试验，但 是道路试验由于车速受限，人为的情绪因素，人身安全等限制，再加上贵重设 备、高、精、尖设各无法应用，仅凭试车手的感觉，因此取得的控制精度，测 量精度都很低，无法满足摩托车的需要。而该项目研制的试验台，可选择任意 车速进行制动试验，测试精度也很高，试验后取得的表格数据具有不可更改性， 基本满足了摩托车的需要，可以做到直接控制制动器厂生产的制动器的质量， 同时还可进行产品的改进和材料热处理、工艺新结构等各方面的测试研究。 国外制动器试验据报刊所载一般在汽车惯性试验台上进行。我国也有几家 照此进行由于惯性试验台是针对汽车总质量设计的，因此，惯性质量的模拟 精度不适合摩托车的需要，测试的数据不能真实反映产品的质量，难以指导生 产。该项目研制的试验台是专门为摩托车制动器产品检测而设计的，各项指标 更符合摩托车的需要。 1 4 摩托车a b s 试验台在设计、生产中的应用 a b s 试验台对生产佃s 的制造厂是非常重要的。主要作用如下； t 、新产品的开发试验 a b s 产品，无论是部件或是整个系统均可在a b s 性能试验台上测试及调试， 比装车试验省时、省力、省费用。并可及时得到数据，以便快速进行修改、调 试。加速新产品的开发过程。 2 、产品的型式检验 a b s 的生产过程中，产品质量控制方法之一就是型式检验。a b s 性能试验台 完全可以胜任型式检验工作。 3 、生产中的闯题及时发现与查找 a b s 生产过程中可作阶段性试验台上抽检，可及时发现生产中的问题；或生 产中发生了问题在试验台上找到问题的根源。 另外此试验台在制动器设计和生产中也有很好的应用制动器在设计和生 产过程中，一般都应进行台架性能测试以确定制动器设计是否合理，生产过程 中质量是否稳定。没有试验台，基本无法对自己设计生产的制动器产品进行定 型试验，或生产过程中的定期抽查试验，无法对产品的性能有定量的了解，也 无从分析制动器各零部件的匹配情况，有些厂家为了了解自己产品的性能，委 4 武汉理工大学硕士学位论文 托其他厂家或研究部门对其产品进行性能测试，面这些单位往往不是研究和生 产制动器的，根本无法提供制动器生产厂所需的数据。另外有些厂家采用装车 试验的方法将制动器安装在车辆上以后进行整车试验，这样做不仅耗资大，同 时危险性也大，且整车试验的车速偏低，最根本的是整车试验所测数据是综合 参数，它与撼车载荷及载荷的分配，轮胎新旧程度，气压大小，操作人员的素 质都有很大关系，因而整车试验只能测试锘4 动器与所配套车辆的匹配性能，无 法确定制动器本身的各项参数。 因此，制动器生产厂家要想提高产品性能，自己开发设计新型制动器，此 试验台是必不可少的关键设备。 i 试验台在设计、研制新型制动器中的应用 目前我国制动器生产厂家，设计、研制新型制动器，均采用参照法进行， 即选用与将要设计的制动器参数相近的现有制动器，改变其中部分参数进行设 计，然后试制样品进行装车或台架试验，只要大概满足配用车辆的制动要求， 即告完成，如试验过程中达不到要求，则对某些参数进行调整，再进行试验， 直到符合设计指标，达到设计指标的制动器再进行装车试验可以避免大量道路 试验带来的风险。 将制动器直接装车进行熬车试验，是制动器设计、研制新型制动器必须进 行的一项工作，经过装车试验，可直接考核制动器与车辆的匹配性能，了解整 车的制动力及其分配情况，了解整车的制动距离是否达到国标要求，了解制动 时的噪声情况等，这些无疑对设计、研制工作有着重要意义，而且也是设计、 研制工作的最终耳的。然而，整车试验最大的弱点是无法准确判断制动器本身 设计参数是否合理，只能看出其最终结果，况且，整车试验中需要的转鼓试验 台，制动力测试台等专用设备同样十分昂贵。而台架试验却能解决设计过程中 某些具体参数的合理性，比如；摩擦副的磨擦系数，衬块的磨损基，力传动机 构的阻力等。以及各零件的匹配性能，以便为改进设计提供准确的技术参数， 缩短研制周期。同时此试验台的优点还在于，避免人为因素带来的测量误差， 提高测量数据的客观性，由于试验数据可在计算机上即时处理、存贮。这为厂 家今后的设计带来不可估量的好处。 除此之外，台架试验较整车试验节省人力、物力、财力及时间。 最为关键的是台架试验的安全性，往往由于新设计的制动器性能多半不那 么可靠，如果制动器总成关键部位设计有闯题，则会给道路试验埋下隐患，给 武汉理工大学硕士学位论文 路试安全带来危害在台架上试验则可避免类问题的发生。 2 台架试验在制动器生产中的作用 在制动器生产过程中，为控制产品品质各生产厂均对自己生产的零配件进 行严格的检验。检验的主要方面是其结构参数，即尺寸、公差是否符合图纸要 求，对其材料的物理、化学性能也进行抽查，此外在总成装配过程中，对机构 的操纵性能、摩擦剐的间隙进行检验。 然而，对制动器而言。仅仅从结构参数上进行检验是远远不够的，影响制 动器各方面性能，耐久性、可靠性的因素除结构参数外，主要还在于磨擦副的 匹配性能，衬片硬度、耐磨性，摩擦系数等有直接关系，因而在制动摩擦副中， 任何一个零部件的物理化学性能的改变均能对以上方面带来影响，所以制动器 生产厂应定期对制动器总成进行性能测试，以监控其产品品质的稳定。 1 5 本文的主要任务 ( 1 ) 分析摩托车a b s 试验台的研制技术方案。 ( 2 ) 在总体设计方案的基础上设计摩托车a b s 试验台的试验惯量模拟系统。 ( 3 ) 依据总体设计方案选择摩托车a b s 试验台动力驱动装露。 ( 4 ) 摩托车a b s 试验台软件的开发。 ( 5 ) 道路模拟系统的设计。 武汉理工大学硕士学位论文 第二章摩托车a b s 试验台的研制技术方案 经过周密分析和社会调研。该项目的总体思路是： 1 采用国际通行的惯性模拟试验方法，通过惯量盘的不同组合，实现台架 试验惯量与摩托车实车运行惯量相符。 2 实现微机数据采集、数据处理及程序控制功能。 3 测试结果精度要高，可信度与可靠度要好，试验台通用性要强，应能适 用国内绝大多数摩托车。 围绕总体思路，提出了如下技术方案； 采用先进的机械电控技术相结合的室内a b s 试验台架，具体包括机械部分和 微机电控部分。 2 1 机械部分 j丽i 日一 、 - - 而 l7 了广1 一 感器 压 器 图2 卜1 试验台转鼓部分示意图 7 武汉理工大学硕士学位论文 电机部分 惯性质量盘组部分 转鼓部分 图2 1 吨试验台机械部分示意图 试验台机械部分示意图如上图2 i - 1 和图2 1 吨所示，由动力传输方向来 说，其机械部分大体分为以下三个大部分：电机、惯性质量盘组和转鼓部分， 其中重要的有如下几个地方： 1 、利用回转惯量盘的旋转惯性质量，模拟摩托车行驶的惯性质量。它是主 轴与转鼓等旋转部件组成该试验台的基础惯量( 2 5k g m t ) ，另外设置七片活 动盘，通过机械拨叉或电磁离合，实现压嵌离合器与生轴的接合与分离。用不 同的惯量盘组合方式达到惯性质量的分级选择满足不同类型摩托车的模拟惯量 的需要。 2 、力矩测量，是该项目的关键部分。它是描述制动器性能的重要参数，直 接采用高精度的转矩传感器来测量，来保证试验台精度要求。 3 、操纵力是通过试验台模拟人操纵的作用力，它是描述制动器性能的重要 参数，所以为了保证操纵力测量的准确，采用双s 型传感器来测量，其测量精 度为万分之五。 4 、制动器定位夹具，必须保证拆装迅速可靠，不破坏被试件，并能保证操 纵力直接施在被试件上，如果其夹具设计不合理的话，则影响试验台的推广和 试验结果。 5 道路模拟系统中的转鼓设计。 武汉理工大学硕士学位论文 2 2 微枕电控部分 2 2 1 硬件部分 l 、缱建自动涮试系统，设鼹专用接口。 自渤测试系统选择带疆土邋用计算帆，编霹控测软始。一是利用标准接口； 二是自行设计的功能卡。自己设计的琦能卡髓完成多项测量控制任务。 2 、设计放火器。 放太器具有高增益、帮输入阻抗、低输出黻抗、零漂小，簸分输入单端输 燃，接近零输入电平和零输出电平的特性。根据这些特性，采用专用芯片来满 照商性熊要求。如该项嚣寝i 试制动蹄舜瀣度采瑶热电祸专用放大器。 3 、使用专用函数电路构成# 线性转换技术。 j 线性矗d 转换接术特剐适爝予数字式罪毫餐静灞慧靛矗内转换。程输入 输出电擞之间严格遵循指定的函数关聚的电路叫作函数电路，黼数电路可以由 光源或霄源元释组成，龟可戳疆数模转换嚣柬产生所蒜羽嚣数荚系。 4 、微机测激控制处理由微机、下饿机等组成，如2 2 1 所乐。 强2 - 2 。l 示意蟊 2 。2 2 软件部分 在雎托车k b s 试验臼及其艘制软件酌设计照举着产晶化的宗旨进行湃发的， 9 武汉理工大学硕士学位论文 其设计思想主要从以下几方面进行考虑： 1 ) 计算机界面应友好、直观、形象 在设计计算机界面时，主要考虑其功能性，同时要一目了然，屏幕菜单布 置要协调，各功能部分操作应有强大的帮助系统，其最终目的是要达到不懂计 算机的人也能很顺利地操作。换句话说，做试验的人，应该是本厂产品方面的 内行，而不要将注意力集中在计算机上，花时间去研究计算机、熟悉计算机。 设计者应该预先分析用户在使用该软件时将会产生的感觉与体验，也就是 说在界面具备合适性的同时要尽可能地迎合用户对美感的需求。所以界面的美 感常在于其画面清晰，布局和谐、线条得体、动感丰富等可视因素。 2 ) 充分发挥软件的容错功能 软件容错已成为当前特别是设备控制的热门话题，对设备各功能的诊断及 设备本身的参数都应由计算机软件进行判断，最后给出符合试验要求的结果。 只有这样的软件运行才是可靠的。试验过程中，人们才可放心地将精力集中在 被试的产品上，从而为提高自已的产品质量、研究产品的改进，提高可靠的数 据。 3 ) 其它质量因素 a 可靠性是指软件系统在特定的环境( 条件) 下，在给定的时间内， 不发生故障工作的概率。 b 效率是指对资源利用的合理程度，如软件的时空效率( 不同于开发 效率) 。 c 可移植性是指把软件产品转移到其它硬件环境的难易程度。 d 安全性是指软件系统的各个成分( 程序、数据和文档等) ，免受非授 权人员存取和修改的保护能力。 e 软构件的连续性在构件集成的系统中，当需求说明有些较小的修改 时，系统只要求对一个或少数几个相关的构件进行修改，而不必影晌整个系统 的结构与行为，这个性质称为软构件的连续性 基于设计思想指导具体的设计： 1 接口要少 接口要少的原则主张限制软系统中构件之间的通信链数目。接口要少的原 则是从构件连续性和可扩充性导出的。如果构件之问关联太多，则修改或出错 的影响可能会波及许多构件，这个原则也与构件可集成性有关，如果希望构件 武汉理工大学硕士学位论文 可以在新的环境中被重用，则它不应该过于依赖其它构件。 2 接口要小( 耦合要弱) 接口要小或耦合要弱是指两个构件通信对，它们所交换的住处应该尽可能 少。接口要小与通信链数目多少无关，这个需求主要来自构件的连续性与保护 性( 信息隐藏) 。一个极端的反例是f o r t r a n 程序的通信方法，在f o r t r a n 程序 中容许开辟一个公共区，其中存放的所有重要数据都可以共享。这种方法会带 来很多问题，程序对数据的误用会波及整个软件。接口明确原则要求任何两个 构件在通信时，其交换信息的内容要明确，亦即要求通信要“公开”。信息隐藏 原则可以表述为：有关构件的所有信息，除了明确说明了“公有的”那些信息 之外，其余的应该全为该构件私有。若对某个构件进行修改，只变动其私有部 分，而不影响其公有接口，那么通过公有接口与之通信的其它构件就不会受到 影响。用面向对象技术来设计与实现软构件是最有成效的，因为面向对象语言 的基本构成单元类，已经具备了软构件的许多特征，并在技术上完全可以 实现。 3 系统程序为分层设计。 系统程序包括主菜单、主程序、数据输入程序、显示程序、打印程序、绘 图程序，控制程序以及各种参数计算程序。子程序按功能单元分为参数输入、 单项试验、程序试验、数据处理、退出等模块。 4 软件采用二种语言编写，主界面程序则用、b 语言编写。 由于试验台涉及多种参数的测量、计算、输出，所以各部软件应用不同的 语言编程，利用各类软件的优势，如控制软件采用汇编语吉编写。图表采用数 据库，而主界面则采用、，b 语言等。这种软件最大的好处是可做到十分精于，运 行速度很快，而且可靠。 5 程序运行在w i n d o w s 环境下，全中文菜单及汉字提示，界面友好易于操 作。 6 实时检测处理数据，每次的试验数据是唯一的，试验完成后，仅只打印 一次表格和曲线，其数据试验完后可以重复出数据表，但不能对数据进行修改。 武汉理工大学硕士学位论文 第三章摩托车a b s 试验台惯量加载系统 质量惯性摸拟系统是摩托车a b s 试验台主机部分的心脏，它由组合式惯性 质量盘组成。驱动电机带动惯性质量达到设定转速后电机自动分离，相当于车 辆惯性质量的质量盘组就可以摸拟车辆行驶时的惯量。本试验台质量惯性摸拟 系统可通过不同质量盘组合，满足2 5 2 1 5 5l g 酊转动惯量范围内国产摩托 车鼓式和盘式制动器性能试验的要求。 3 1 质量惯性系统结构及工作原理 质量惯性系统是指摸拟各种车型实际行驶惯置的当量回转惯性质最( 质量 盘组合) 。其主要结构是一组旋转飞轮，利用飞轮的旋转惯量来模拟摩托车的直 线行驶惯量。飞轮的旋转由主电机通过一千式摩擦片电磁离合器来驱动主轴， 主轴通过压嵌式离合器来驱动离合飞轮的旋转来实现，当量回转惯性质量为分 级选择组合式，操纵方式可以采用机械拨叉机构或气动摆动缸机构，以及通过 电磁离合机构来实现离合。考虑到简单使用以及惯最操纵次数的因素，本台架 采用机械拨又机构操纵压嵌式离合器实现离合，活动盘安装在带压嵌的活动盘 毂上，且与花键套之间以一对滚动轴承支承，若离合器与活动盘毂压嵌不接合， 活动盘不随主轴转动，则不产生转动惯量。当需要某一盘的转动惯量时，由两 级杠杆式拨叉机构拨动压嵌离含器，使之与活动盘毂接合，将主轴旋转运动传 给质量盘，该盘转动惯量随之产生。 3 2 当量回转惯性质量 3 2 1 转动惯量级差j 的计算 当试验台主轴转速等于摩托车车轮转速时，则： ，= 氏x g x r 2 培- 卅2 式中；占0 _ 胡e 托车空挡回转质量转换系数( 1 0 7 4 ) ； g 瘁托车自重与载重之和( 单位：k g ) ； r 一车轮动力半径( 单位：m ) 。 由国产摩托车产品目录，得知常用5 0 系列摩托车的自重与载重之和g 。最 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 小为1 1 5k g 。在计算时，为提高分级精度，前轮轴载荷取整车静止状态质量分 布的百分之四十，即g 。= 0 4 x 6 。= o 4 1 1 5 = 4 6 k g 。重量级差a g = 2 g ，x 5 - - - - 2 x 4 6 x 5 = 4 6k g ( 5 为初定分级精度) 。 ，。氏a g r 2 1 , 0 7 4 x 4 6 x 0 2 7 8 2 = 0 3 8 1 8 瞎m 2 查国产摩托车产品目录和附录中的部分摩托车整车数据表( 2 0 0 0 年的数 据) ，得知6 m a x - - - - - 3 8 0k g ；设定摩托车制动时前、后轮轴载荷相等，由公式计算 出对应转动惯量j m a x = 1 5 7 7 0 5k g l n l ；为了使试验台具有更好的实用性，对国 内新出现的车型也能进行试验，特加大了惯量模拟，拟取j m a x = 2 0 5k g m ，。 又由本试验台采用七片活动盘来模拟转动惯鼙( 有1 2 8 种组合) ，考虑损失 效率的影响，为了进一步提高模拟精度，以及组合模拟最大惯量的需要，经多 次演算。决定取转动惯量级差j 为0 1 5k g 时，分级数为1 2 8 级，j m a x = 2 1 5 5 k g m l 。 3 2 2 模拟惯量质量盘设计 因为在摸拟惯量计算时，应考虑转动系统惯量，转动系统惯量由电机轴、 联轴嚣、固定转鼓、活动盘轴承座、牙嵌离合器、主轴和试件夹具的惯量之组 合。其中联轴器有6 个，固定转鼓有2 个，活动盘轴承座和牙嵌离合器个7 个。 经计算和优化后得出本试验台的基础惯量为2 5 姆心用j q 来表示， 七个活动盘a g 可构成1 2 8 种惯性质量组合，可覆盖转动惯量为2 5 2 1 5 5 k g h r 的摩托车，考虑系统本身的一些转动惯量和模拟转动惯量系统自身的平 衡( 原因详见后节3 3 ) ，后得； j q = 2 5 0k g m 2 j r = 1 j = 0 1 5k g m 2 j b 一2 j - - 0 3 0k g m 2 j c = 4 x j - - 0 6 0k g m 2 j d - - 8 j - - 1 2 0k g m 2 j e = 1 6 j = 2 4 0k g m 2 j f - - - - 3 2 xa j = 4 8 0k g m 2 j g - - - - 6 4 j - - 9 6 0k g m 2 下面就质量擞模拟转动惯量组合列举几种( 如下表表3 2 2 1 所示) ： 武汉理工大学硕士学位论文 表3 2 。2 1 j 虢j 鏊蘩_ _ ：，笺i i 囊童哦每i ? g旗潼誉i j ；舞? 誊壤毒1 。i 薯凌誊学褥蠢。雳誊藿i qj q2 5 0q + f j q + 3 2 x j 7 3 0 o 憎 3 q 七3 2 6 5o 叫i + fj q + 3 3 j7 4 5 0 + bj q + 2 j2 8 0q + b 十fj q + 3 4 x j7 6 0 q + j a _ 卜bj q + 3 j2 9 5q + a + b + fj q + 3 5 j7 7 5 q + cj q + 4 x j3 1 00 + d 卜fj i 砂3 6 j7 9 0 3 2 3 质鼍盘的几何尺寸计算 由公式： j = o 5 芹r 4 日+ p培珊2 得质量盘半径： 质量盘厚度： r ； ：旦历 盯r 4 p 式中p 为材料密度( p = 7 8 5 0k g m 3 ) 。r 和h 的实际值按结构要求调整确 定，本设计就是先确定厚度，再利用公式反算半径r ( 各个转动盘的转动惯量见 上节的设计值) 。 实例：经计算，摸拟惯量质量盘实际尺寸见表3 ，2 3 h t 表3 2 3 1 。虢孰蓥莨鹾_ | | 一攥攥缳萝ii 考摩系统、i 楚j 黟 醪0 j 占攀臻墼 爹攀j 蒸 ：j 荸晕冷骥?濑鹫盾雾薯 | 塌德 誓霉莳囊舞。二蘸镁藉噼 j 攀磋戡潭度m ao 1 50 1 51 5 9 0 5 2 0 o0 7 0 0 bo 3 00 3 0 1 8 7 9 62 0 o1 3 9 2 co 6 00 6 02 2 2 8 1 2 0 02 7 8 4 dl - 2 0 1 2 02 3 9 2 33 0 o5 5 6 8 e2 4 02 4 0 2 8 4 1 53 0 o1 1 1 3 7 f4 8 04 8 02 9 7 3 4 5 0 o2 2 2 7 4 g9 6 0 9 6 03 3 7 7 16 0 o 4 4 5 4 8 武汉理工大学硕士学位论文 各注： 1 ( a g ) 盘尺寸计算时，考虑活动盘毂惯量值和考虑到惯量盘中心有中1 5 0 的孔； 2 作为摩托车a b s 试验台主机的核心部分，质量惯性摸拟系统合理的结构 和准确的摸拟精度至关重要。本系统保证了摸拟惯蠡选择的连续性，故在耳前 国产车型的转动惯量在2 5 2 1 5 5 姆m i 之间的可进行任何模拟惯最不同的摩 托车制动器性能试验随着时问的推移和摩托车行业的发展，在各系列摩托车 质量有较大改交( 模拟惯量超过2 1 5 5k g m t ) 的情况下，本试验台的质量惯性 摸拟系统只需将质量盘的尺寸( 厚度h 和半径r ) 作适当调整，即可在保证摸拟 精度的前提下获得新的惯量组合。 3 3 旋转惯性质量盘组的振动问题 3 3 1 旋转惯性质量盘组的临界转速 旋转惯性质量组合在某个转速附近运行时，试验设备会引起剧烈振动，以 致造成设备的机械部分损坏。该转速所对应的频率与设备的固有频率往往很接 近。引起设备剧烈振动的特定转速通常称临界转速。下面分析影响旋转惯性质 量盘组的临界转速的因素，介绍旋转惯性质量盘组的临界转速的计算方法。 3 3 2 影响旋转惯性质量盘组的临界转速的因素 3 3 2 1 支承刚度的影晌 在常用的临界转速的计算公式和近似计算方法中，都假定支承为绝对剐性 的。但在实际中，轴承座、滚动轴承中的润滑油和基座都是弹性体，其刚度不 可能为无穷大，支承刚度越小，系统的临界转速越低。对于支承刚度比轴本身 刚度大得多的情况下，可忽略支承刚度的影响，按刚性支承计算临界转速。反 之，则应按弹性支承计算临界转速。 3 3 2 2 回转力矩的影响 在常用的临界转速的计算公式及计算方法中，都把圆盘简化为集中质量点， 即只计算重量，不考虑圆盘的几何尺寸，此时圆盘的质量对轴只产生离心作用。 圆盘无论处于轴的何部位，这种简化是适当的，如图3 3 2 2 - 1 所示：圆盘只在 自身的平面内作振动，圆盘的中心线与转动轴线在空问是重合的，圆盘对转动 1 5 武汉理工大学硕士学位论文 轴所产生的力矩矢量是一个常量，这种运动称作旋转运动，轴所受到的力矩称 为旋转力矩。而当圆盘不在轴的中央部位，且转动轴处于某一挠度时( 圆盘的离 心作用产生的) ，如图3 3 2 2 - 2 所示：圆盘的转动轴线在空间的轨迹是一个圆 柱面或是一个圆锥面，圆盘的自身平面将不断地偏转。因此，在这种情况下必 须考虑圆盘的角运动而产生的惯性力矩，此力矩通常称为回转力矩。当轴的转 速较高，圆盘的质蠡和半径较大，圆盘在轴上的位置偏离中部较远或悬伸端较长 时，回转力矩较大。一般来说回转力矩是使旋转轴的轴线与理论轴线的夹角0 减 小，从受力的情况来看，旋转盘的质量对转轴的离心作用，有一部分被两端的 支承所承受，我们可以这样认为：此时转轴的刚度增加了，提高了临界转速。 对于多盘转轴，外伸臂式转轴，圆盘尺寸较大以及计算高阶临界转速时应考虑 图3 3 2 2 - 1 无回转力矩的单盘转子图3 3 2 2 吨有回转力矩的单盘转予 回转力矩的影响。 3 3 2 3 联轴器的影响 图3 3 2 3 - i 所示，在用联轴器把装有圆盘的转轴与动力驱动装置联接成 惯性质量系统时，当联轴器为刚性联接，且动力驱动装置的支承座的剐度足够大 图3 3 2 3 - 1 惯性质量系统 图3 3 2 3 - 2 简化约束后的单盘转子 时，由于联轴器的位移约束作用，惯性质量系统的临界转速相对提高了。如果从 转轴的刚度的角度来考虑影响惯性质量系统的临界转速，我们可以将惯性质量 系统简化为如图3 3 2 3 - 2 所示的单盘转予。根据力学模型和数学计算可知其 武汉理工大学硕士学位论文 刚度为： 芷= 再3 丽e i l 厕3 ，卅 图3 3 2 3 - 3 刚性联轴器图3 3 2 3 - 4 挠性联轴器 与双铰支承座的单盘转子的刚度比较，其值是原来的4 l a ( 4 l - a ) 倍，因为 4 l 2 a ( 4 l - a ) l ，所以惯性质量系统的临界转速要比单独圆盘转子的临界转速 高；、由于联轴器的重量作用，惯性质量系统的临界转速要比单独圆盘转予的临 界转速低。因此，在计算有联轴器的惯性质量系统的临界转速时，应考虑联轴 器的影响。从制动力矩的测量精度的角度看，圆盘转轴采用刚性联轴器来联接 动力驱动装置，如图3 3 2 3 - 3 所示，这种联接方式的优点是结构简单，而且 可以提高惯性质量系统的临界转速。但是，剐性联轴器将对惯性质量系统产生 约束。这个约束力将对惯性质量系统的惯性产生衰减，从而引起制动力矩的测 量误差。对于测量精度较低的摩托车制动器耐久性试验台，这个制动力矩的测 量误差可忽略不计；但对于测量精度较高的摩托车a b s 试验台，这个制动力矩 的测量误差则不可忽略。因此，在摩托车a b s 试验台上，通常采用如图 3 3 2 3 4 所示的挠性联轴器。这种联轴器的两个半联轴器端面之间的间隙6 和弹性柱销的弹性变形能够消除联轴器对圆盘转轴的端部位移所产生的约束， 此时的惯性质量系统可班简化成双铰支承座的质量轴系。 3 3 3 旋转惯性质量盘组的临界转速的计算方法 旋转惯性质量盘组的临界转速的计算方法是利用动力学的基本原理：牛顿 第二定律来建立力学模型取铰支承座圆盘转子轴系，并在此基础上，用数 学工具来建立数学模型运动微分方程。这一过程实际上就是把实际系统理 1 7 武汉理工大学硕士学位论文 想化，离散化的力学模型转化为数学模型的过程。 利用牛顿第二定律建立运动微分方程应按如下步骤：建立广义坐标，一般 来说，对于单圆