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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，应进一步开发出更加完善的ABS检测实
2、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 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 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
5、，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，GB13594-2003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
6、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
7、%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。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
8、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
9、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）。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，
10、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
11、。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：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
12、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。3.3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
13、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
14、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具有相同运动能量汽车车轮制动时地面提供的地面制动力。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
15、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
