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1、1海 南 大 学本科课程论文（设计）汽车 ABS 台架检测技术研究Research of ABS Highlights Bench Testing Technology学 院： 机电工程学院 专业年级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 2008 年 7 月 1 日2摘 要本文根据汽车制动防抱死系统 ABS 的基本原理以及对汽车制动稳定性的影响，重点讲述汽车 ABS 台架检测技 术， 对检测基本原理， 发 展现状，以及检测台架作了基本的描述。通过检测汽车制动时，车轮线 速度下降变化曲线形状来确定整个制动防抱死系统（ABS）工作性能是否正常。为更加准确的测量 ABS 各部件的 稳定性与安全性， 应
2、进一步开发出更加完善的 ABS 检测实验台。关键词：汽车制动防抱死系统（ABS） 检测实验台 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 descrip
3、tion. By detecting 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 ex
4、periments of ABS examines the laboratory bench.Keywords ： Automotive anti-lock braking system (ABS) ； Examines the laboratory bench ； Detection of a test method31 绪 论 随着汽车技术的飞速发展和人们安全意识的提高，汽车防抱死系统 ABS（Anti-Lock Braking System）在汽车上的 应用越来越普及。 ABS 是汽车在任何路面上进行较大制动力刹车时，防止 车轮完全抱死的系 统，是具有良好制 动效果的刹车装置。 这种系统
5、利用电子电路自动控制车轮制动力，可以充分发挥制动器的效能，提高制动减速度和缩短制动距离，并能有效的提高车辆制动的稳定性，防止车辆侧滑和甩尾，减少车祸，因此被 认为是当前提高汽车行驶安全性的有效措施之一。全面评价 ABS 的性能主要是依据其性能评价指标，目前对 ABS 性能评价在国内外尚无统一的标准，作为依据国外汽车 ABS 的评价方法主要为道路试验法,较权威的是欧洲 ECER13 法规。我国国家标准 GB13594-2003机动车和挂车防抱制动性能和试验方法也是参照欧洲 ECER13 法规制定的。作为对 GB12676-1999汽车制动系统结构、性能和试验 方法的补充， GB13594-200
6、3 是目前我国对汽车 ABS 性能检测的主要技术依据。而用计 算机作为控制和分析中枢的 ABS 检测台架，能快速、准确的 检测出汽车防抱死系统实际工作时有关参数变化，对汽车制动防抱死系统的实际工作性能做出准确的分析和判断，为汽 车的维护与保养提供可靠的理论依据，为制动防抱死系统提供可靠有效的检测手段及检测设备，进一步实现对现代汽车技术性能全方位检测的目的。2 ABS 基本原理以及对 行使稳定性影响为了更好的了解汽车 ABS 台架检测技术，首先需了解 ABS 工作原理以及它对汽车行驶稳定性的影响。2.1 ABS 基本工作原理首先，我们先了解滑移率的定义。滑移率：制动时车轮速度减小，在车速和轮速之
7、间产生一个速度差。车速和车轮之间存在着速度差称为滑移现象。滑移的程度用滑移率表示，即：滑移率（车速轮速）车速100%从上式可以看出，当车速等于车轮边缘线速度时，滑移率为零。汽 车制动时，两者速度差别越大，滑移率越大，轮速为零，滑移率达到 100。只有当汽车滑移率保持在 8%25%时，汽车 才能取的很好的制 动效果。如 图 1 所示。4图 1 滑移率与附着系数的关系当汽车制动时，ABS 将起作用， ABS 电脑根据所接收的信号向执行机构发出指令，控制各制动轮缸内的制动压力，以使各车轮保持理想的制动状态。当某一车轮的滑移率过大需要减小制动压力时，ABS 电脑接通相应电磁阀的电磁线圈电源，电 磁阀在
8、磁力作用下 动作，使其到制 动主缸的通道关闭，而 电磁阀到制动轮缸和储液器的通道接通，这样制动轮 缸内的制动液经电磁阀流回储液器，从而减小该车轮上的制动力，防止车轮抱死；同时 ABS 电脑接通液压泵电动 机电源，将 储液器内的制动液送到制动主缸。制动液不能经止回 阀从制动主缸流向制动轮缸或回流到液压泵，也不能经止回阀从液压泵回流到储液器。此工作过程称为“减压”。当某一车轮滑移率过小需要增大制动压力时，ABS 电脑切断相应电磁阀的电磁线圈电源，液压泵 停止工作，电磁阀回到普通制动模式时的工作位置，来自制动主缸的制动液经电磁阀进入制动轮缸，以增大 该轮上的制动压力。此工作过程称为“ 增压”。当车轮
9、滑移率在控制范围之内时，ABS 电脑给相应电磁阀提供一个较小的电流，使 电磁阀处于中间位置，电磁阀 到制动主缸和储液器的通道均关闭，同时切断液压泵电动机电源使液压泵停止工作，从而使制动轮缸内的制动压力保持现有状态。此工作过程称为“ 保持”。2.2 ABS 对行使稳定性影响当只有前轮抱死时，由于前轮的转弯力基本为零， 驾驶员无法进行正常的转向操作，汽车运动方向沿着行驶道路的切线方向驶出。当只有后轮抱死时，后轮的侧向力接近于零，汽 车不能保持原来的行驶方向，由于离心力和前轮转向力的作用，汽 车将一面旋转一面沿曲线行驶（这种运动叫做外旋转）。5当车轮全部被抱死时，转弯力和侧向力基本为零，汽车完全失去
10、操纵性和方向稳定性，它的运动轨迹兼有前、后轮单 独抱死时的两种运动轨迹，即一面作与驾驶无关的不规则运动，一面沿曲线的切线方向滑行。当有 ABS 作用时，可防止车轮抱死，使滑移率保持在一定的范 围，从而使汽车具有理想的制动效果。如图 2 所示。图 2汽车 ABS 系统的工作特性2.3 ABS 检测原理通过对汽车在有无 ABS 制动防抱死系统情况下运 动时速度变化分析，我 们可以清晰的看出，车轮线速度下降曲 线形状明显不同，在无 ABS 制动防抱死系统的作用时， 车轮速度下降较快，无有波动变化形状。而在有在 ABS 制 动防抱死系统的作用时， 车轮速度下降相对较慢，并且有波动变化状况。为此，我们可
11、以通 过检测制动时，车轮线速度下降变化曲线形状来确定整个制动防抱死系统（ABS）工作性能是否正常。3 ABS 检测台架模拟通过前面分析，我们知道通过检测车轮线速度下降曲线的变化可以确定汽车制动防抱死系统（ABS）工作性能是否正常。为了在检测试验 台上实现对汽车 ABS 工作性能的检测，必须在台架上模拟汽车制动时车轮实际受力以及运动状况。3.1 汽车制动时车轮运动状况分析6图 3 汽车制动时车轮受力分析W 汽车作用在车轮上的重力；Fp 汽车作用在车轮轴上的惯性推力；r 车轮半径；Fz 地面对车轮的法向支持力；Fxp 地面制动摩擦力力；T 制动器制动力矩。从上图可以看出，控制车轮转动变化有两个力矩
12、：阻止车轮转动的制动器制动力矩和地面制动力产生的促使车轮旋转的车轮转矩。为了实现在检测试验台上对汽车 ABS 检测，必须在台架上模拟汽车实际制动时控制车轮线速度变化的制动器制动力矩和车轮转矩。3.2 车轮转矩的模拟汽车制动时，制动器制动力矩和车轮转矩同时作用在车轮上。制动器制动力矩由制动器提供。车轮转矩等于地面制 动力与车轮半径的乘积。而地面制动力的大小等于汽车制动时产生惯性力的大小。因此，我们在模拟车轮在运动过 程中制动时实际受力，只要在 车轮边缘提供一个地面制动力即可以。地面制动力大小等于作用于汽车制动时产生的惯性力大小。由上面的分析可知，模拟实际制动过程中的车轮转 矩，只需在 车轮边缘施
13、加一个方向与车轮旋转方向相反，大小同汽车惯性力相等的力即可。而为了能够真实检测具有不同转速车轮的线速度变化，只需 飞轮具有一定的转动慣量，就可以模拟代替具有一定质量而不同运动速度汽车的能量。73.3 制动力的模拟采用高速旋转的飞轮，受到汽车制动器制动力矩通过轮胎表面作用在连接装置上制动飞轮时， 飞轮产生的惯性力反作用车轮轮胎表面，模拟运动汽车实际制动时， 车轮受到地面提供的制动力。图 4 车轮在滚筒上受力分析T 制动器制动力矩；Fz1飞轮作用在车轮轮胎表面促使车轮旋转的力；Fz2车轮作用在飞轮上阻止飞轮旋转的力。飞轮带动汽车车轮高速旋转，飞轮具有较大的运动能量。当驾驶员踏下制动器踏板，制动器开
14、始对车轮施加制动力，车轮通过轮胎表面作用于飞轮上制动飞轮旋转，由于飞轮旋转时具有较大的运动慣量，所以对车轮轮胎表面产生一个惯性作用力，其大小等于车轮作用于飞轮上的作用力。即：Fz1 =Fz2在汽车制动过程中，若只考虑车轮的运动为滚动与抱死拖滑两种状况。当制动器踏板力 较小时 ，制动器摩擦力矩不大，地面与轮胎之间的摩擦力即地面制动力，足以克服制动器摩擦力矩而使车轮滚动。 显然， 车轮滚动时的地面制动力就等于制动器制动力，而地面制动力等于具有一定运动能量的汽车制动时产生的惯性力大小，此惯性力等于具有相同运动能量的飞轮受到制动时产生的惯性力大小，因此旋转飞轮受到车轮制动时产生的惯性力能够真实模拟代替
15、具有相同运动能量汽车车轮制动时地面提供的地8面制动力。制动器制动力等于：F=T/r式中：T制动器制动力矩；r车轮 半径。随着制动器踏板力的不断增加，地面制动力随着制动器制动力的增加而增加，但是地面的制动力 Fxp 受到地面与 车轮之间的附着系数限制，即：FxpFkk Fz式中：Fk 地面提供最大附着力；k 轮胎与地面间附着系数；Fz 地面作用在轮胎上的法向支持力。当制动器踏板力或制动器制动力增加到某一值，地面制动力 Fxp 达到最大地面附着力Fk，车轮 出现 抱死和滑拖现象。继续增加制 动器踏板力，制动器制动力继续增加，而地面制动力不再增加。飞轮与汽车车轮之间的相互间接接触，相互作用。制动车轮
16、时， 车轮会将制动器制动力矩传递给飞轮，高速旋转 的飞轮会将受制动时产生的惯性力反作用与车轮轮胎外表面，实现模拟汽车制动时，地面作用于车轮轮胎外表面的地面制动力。以上通过同车轮间接接触的高速旋转的飞轮，实现模拟不同运动速度汽车具有不同运动能量，以及汽车制动时地面提供给车轮的地面制动力，进而模拟汽车制动时控制车轮线速度变化的地面制动力。通 过以上方法， 实现了在台架上对汽车制动时控制车轮速度变化条件的真实模拟，在台架上 对车轮线速度信号变化的采集分析，从而实现在台架上对汽车ABS 的性能进行检测。4 ABS 检测台架基本结 构根据以上原理设计的检测台架现以得到应用，基本结构如下图 5 所示。9图 5 ABS 检测实验 台基本组成其
