ABS是在汽车制动过程中提高操纵稳定性和转向控制能力的主动安全装置。ABS正常工作对汽车行驶安全至关重要。滚筒式惯性检测实验台是检测汽车ABS系统性能的实验台，它可以替代路测，实现ABS测试系统在室内测试的要求。滚筒式惯性检测实验台主要有三部分组成，电机驱动部分、滚筒转鼓部分、飞轮组部分，本文主要针对其各部分的结构进行设计的。

本文介绍了ABS系统滚筒式惯性检测实验台主要部件的设计方法及设计过程。论述了ABS系统的工作原理，分析了现在存在的各种汽车性能检测实验台，确定了总体设计方案及各部分零件的型号的选取。本文ABS系统滚筒式惯性检测实验台采用滚筒带动车轮转动，同时根据车轮的尺寸及汽车的重量分析设计滚筒的结构及尺寸。ABS系统滚筒式惯性检测实验台主要采用飞轮模拟汽车在道路上行驶的惯量，根据模拟的原理对飞轮进行分析计算，确定飞轮的数量及结构尺寸，并且对实验台进行一定的校核。最后使用AutoCAD 进行平面制图。

关键词：ABS系统；飞轮；滚筒；实验台；转动惯量

ABSTRACT

ABS in the auto brake process improve handling stability and steering control ability of active safety device. ABS normal work is crucial for automobile driving safety. Roller-type inertial testing experiment platform is testing the car ABS system performance test rig, it can replace the road test, realize ABS test systems in indoor test requirements. Roller-type inertial testing experiment platform is made up of three main parts, motor drive part, roller drum part, fly wheel part, this article mainly aims at the structure of its parts design.

This paper introduces the ABS system roller-type inertia detection experiments of the main parts of machine design method and design process. Discusses the working principle of the ABS system, analyzes the existing of auto performance testing experiment platform, determine the overall design scheme and various parts of the type of selected. This paper ABS system inertial testing experiment platform adopt cylinder cylinder driving wheel rotation, and based on the size and weight of the car analysis and design of roller structure and size. ABS system roller-type inertial detection experiments Taiwan mainly USES the flywheel simulation cars in road, according to the principle of rotary inertia of the flywheel simulation is analyzed, the quantity and structure to determine the flywheel of size, and experiments Taiwan perform some of the check. Finally using AutoCAD for plane drawings.

Key words:ABS system; The flywheel; Roller; Experimental stage; inertia

摘要I

AbstractII

第1章绪论1

1.1 概述1

1.1.1汽车ABS系统概述1

1.1.2 ABS性能检测试验台的原理2

1.1.3 ABS性能检测试验台设计的要求2

1.2 ABS性能检测试验台设计方案的确定2

1.2.1 ABS性能检测试验台整体方案的确定2

1.2.2 滚筒方案的确定4

1.2.3 飞轮方案的确定4

1.3 本章小结5

第2章实验台部件的选择6

2.1电机的选择6

2.1.1 电机功率的计算6

2.1.2 驱动元器件的选择6

2.2 联轴器的选择7

2.3 轴承的选择8

2.3.1 轴承载荷的计算8

2.3.2 轴承型号的选择9

2.4 本章小结9

第3章滚筒设计10

3.1 概述10

3.2 滚筒结构分析10

3.3滚筒尺寸的选择11

3.4 本章小结13

第4章飞轮设计14

4.1 概述14

4.2 飞轮转动惯量分析14

4.3飞轮结构分析15

4.4飞轮计算16

4.5 本章小结18

第5章总体设计与校核19

5.1 概述19

5.2 总体结构设计19

5.3滚筒轴校核20

5.4飞轮轴校核22

5.5 本章小结22

结论23

参考文献24

致谢26

附录27

1.1 概述

1.1.1汽车ABS系统概述

随着我国汽车工业的飞速发展以及高速公路、高等级公路的大规模建设，车辆密集化和车辆高速化对车辆的安全性能提出了更高要求。汽车制动防抱死系统ABS就是为适应这一要求迅速发展起来的。ABS性能的好坏直接影响到行车的安全。

ABS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)，计算出此时车轮角减速度和车辆的行驶速度(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节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20% )，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, 此时车辆的制动方向稳定性较好，车辆的制动性能处在最佳的状态下。因此防抱死系统ABS就是控制汽车滑移率的控制系统，滑移率是一个能表征制动效能和可以测算的量，滑移率计算公式为：由图1.1可以看出滑移率在15%~20%时，汽车的制动性能最好，因此ABS系统的功能就是保证滑移率在15%~20%这个范围内。

1.1.2 ABS性能检测试验台的原理

判断ABS 有没有发挥作用的关键指标就是制动时的滑移率。因此，我们把试验台对ABS性能测试的主要指标定为测试制动时车轮的滑移率。根据式(1-1)滑移率主要由车速与轮速计算得到的，因此实验台测试时，主要测试汽车制动时车轮的转速与汽车的行驶速度，再根据式(1-1)计算出滑移率是否达到15%~20%这个范围内，就可以测得ABS系统的性能是否达到要求，这就是ABS性能检测实验台的基本工作原理，其具体的结构就是这次研究主要设计的内容。

1.1.3 ABS性能检测试验台设计的要求

ABS性能检测实验台的设计要求是：

（1）设计汽车ABS制动性能检测试验台，具体设计试验台的机械部分。主要包括驱动电机、联轴器及滚筒轴承的选取，增速器、滚筒的设计；

（2）根据被测汽车的质量范围，计算设计能够模拟这些质量范围内的汽车的转动惯量进行ABS性能测试；

（3）具有足够的强度和刚度，通过驱动电机驱动滚筒转动，带动滚筒上的待检车辆达到检测速度，然后通过车辆的ABS对滚筒进行制动，通过检测系统对ABS的性能进行检测；

（4）使用方便，测量精度高，控制操作便捷，结构简单，制造容易，维修，调整方便。

1.2 ABS性能检测试验台设计方案的确定

1.2.1 ABS性能检测试验台整体方案的确定

由于汽车的制动性能对车辆运行的安全性起着至关重要的作用。随着汽车安全检测设备的应用和发展，普遍采用制动试验台检测制动力来评价汽车的制动性，可以根据这些制动力检测试验台结构的分析来确定ABS性能检测实验台的方案。

（1）滚筒反力式制动力检测台

滚筒反力式制动力检测台是最普通的检测设备，如图1.2所示。我国使用的滚筒反力式制动检测台有两大类，其一是引进日本弥荣公司、日产公司的；其二是引入西欧国家的。它们都是由电机通过传动装置驱动滚筒，滚筒带动车轮，并在汽车制动时，利用测力杠杆将制动力传给测力传感器。为增大车轮与滚筒间的附着系数，通常采用在滚筒表面刻槽或粘砂的办法。

滚筒反力式制动力检测台的缺点是驱动转速较低，滚筒表面的线速度一般为5km/h左右，无法测到汽车在高速情况下的制动性能。这里就要采用一种滚筒式惯性检测实验台，其主要的工作部分如图1.4所示，主要有三部分组成，电机驱动部分、滚筒转鼓部分、飞轮组部分，其基本的工作原理如下：

当电机带动转鼓转动时，滚筒相当于一个滚动的路面，同时滚筒上面的车轮也随之转动，汽车相当于在路面上行驶，滚筒和飞轮组的惯性质量与受检汽车的惯性质量相当，由于受检汽车型号不同，质量各异，所以要通过选择不同的飞轮组合来进行匹配，因此滚筒传动系统具有相当于汽车在道路上行驶的惯量。在汽车车轮转动起来后，启动离合器，使电机与实验台脱离，汽车采取制动，制动时轮胎对于滚动路面产生阻力，但由于滚筒传动系统具有一定的惯性，因而滚动路面将相对于车轮转过一定距离，该距离相当于汽车在道路试验时的制动距离，以此可以模拟道路制动时的情况。第2章实验台部件的选择

2.1电机的选择

2.1.1 电机功率的计算

由于ABS系统在汽车速度达到10km/h时才会工作，因此实验台提供的转速必须使车轮的线速度达到10km/h。这里设汽车的速度是60km/h，由于汽车车轮的线速度与滚筒的线速度相同，则实验台运转工作时，滚筒的线速度为60km/h。由于车轮的直径一般在600~700mm，这里先设滚筒的直径为300mm，则滚筒的转速根据可以计算出，，由于实验台的工作转矩比较大，设转矩为40Nm，，电机的选择要根据以上数据选择。

2.1.2 驱动元器件的选择

根据计算出来的电机的功率，以及需要达到的转速选择电机。这里选用松下伺服电机。松下伺服电机具有高性能的实时自动调整增益，它可以根据负载惯量的变化，与自适应滤波器配合，从低刚性到高刚性都可以自动地调整增益，正好适应实验台不同车型时的转动惯量，并且还具备一场速度检测功能，可以将增益调整过程中产生的异常速度调整到正常，通过面板的操作可以在监控实时调整情况的同时，进行设定和确认；松下伺服电机还具有高速高响应特性，它内置瞬时速度观测器，可以快速、高分辨率地检测出电机转速，而且能实现高速定位；而且松下伺服电机还具有振动抑制控制，是一个高性能的电机，如图2.1所示，为松下电机。实验台的结构参数对制动性能的测量结果有着重要的关系，只有合理选用惯性实验台的设计参数，才能提高实验台测试的准确性和可靠性。滚筒是实验台中直接与车轮相接触的部件，因此滚筒的结构参数设计与实验的准确性十分重要。滚筒的结构可以根据汽车车轮的尺寸以及汽车的重量，设计合理的滚筒尺寸和形式，使得实验台工作更加的稳定。

由于滚筒要带动汽车轮胎转动，因此滚筒的结构设计要保证轮胎可以随着滚筒一同转动，一般选择在滚筒上粘砂或者刻槽的方式来增加滚筒与轮胎的摩擦系数，使得滚筒和轮胎有着更好的同步性。

3.2 滚筒结构分析

滚筒结构的正确选择直接影响着实验台的工作效率和性能，因此滚筒机构分析至关重要。为了减小滚筒的重量及转动惯量，选择采用薄壁筒形结构，采用圆板支撑，为减少滚筒的转动惯量只采用两个圆板支撑。具体结构形式如图3.1所示。

ABS检测试验台机械系统设计.gif

常用飞轮.gif

飞轮1.gif

飞轮4.gif

滚筒.gif

内容简介：: 毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目: ABS检测试验台机械系统设计院系名称: 汽车与交通工程学院专业班级: 学生姓名: 导师姓名: 开题时间: 指导委员会审查意见：签字：年月日开题报告撰写要求一、“开题报告”参考提纲1. 课题研究目的和意义；2. 文献综述（课题研究现状及分析）；3. 基本内容、拟解决的主要问题；4. 技术路线或研究方法；5. 进度安排；6. 主要参考文献。二、“开题报告”撰写规范请参照黑龙江工程学院本科生毕业设计说明书及毕业论文撰写规范要求。字数应在4000字以上，文字要精练通顺，条理分明，文字图表要工整清楚。毕业设计（论文）开题报告学生姓名刘森系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程07-8班指导教师姓名安永东职称副教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称ABS检测试验台机械系统设计一、课题研究现状、选题目的和意义1研究现状随着我国汽车工业的飞速发展以及高速公路、高等级公路的大规模建设，车辆密集化和车辆高速化对车辆的制动系统提出了更高要求。对车辆安全性能的研究揭示，在道路交通事故中大约有lO的事故是由于车辆在制动一瞬间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汽车工业发展的重要措施之一。汽车制动防抱死系统ABS 就是为适应这一要求迅速发展起来的. ABS性能的好坏直接影响到行车的安全.ABS性能的检测通常采用道路试验, 道路试验需要建造ABS性能专用跑道, ABS 性能专用跑道投资大, 而且每次ABS性能测试前, 对试验路段要进行仔细地清洗, 准备试验路段的时间较长、试验费用较高. 随着汽车市场对ABS需求的大量增加, 为快速、有效、经济地对ABS性能进行检测, 室内试验台将成为汽车ABS试验研究的重要手段之一汽车制动防抱死系统ABS(Antilock Braking system，简称ABS就是为适应这一要求迅速发展起来的)。ABS是在车辆制动过程中防止车轮抱死造成轮胎在地面上打滑的一种机电一体化控制装置。ABS可以明显提高制动过程中的操纵稳定性并同时缩短制动距离，大大提高了行驶安全性，是一种主动安全性技术国外从70年代就开始开发ABS产品，致力于在汽车制动时避免车轮过早抱死。80年代随着电子技术的不断发展，ABS不断完善并得以广泛应用。随着世界汽车工业的迅速发展，汽车的安全性、舒适性日益受到人们的重视。目前，西方发达国家己广泛采用ABS，而且已成为汽车的必要装备。有关资料表明，美国白60年代末、70年代初开始在汽车上安装ABS，70年代末、80年代初，欧洲国家开始批量采用ABS。近年来，ABS在我国也正在推广和应用，如一汽大众、二汽富康、重庆长安、陕飞汉江、沈飞昌河、西安奥拓等车，均开始采用ABS，以缩短制动距离，防止侧滑，提高制性，从而大大改善了汽车的制动性能，减少了车祸，提高了汽车运行的安全性。汽车生产商在推出一款新车型时对ABS性能进行定型试验，一般须将新车型的样车送往海南。对于汽车ABS生产厂家批量生产的汽车ABS产品的质量检测和在用汽车的ABS性能定期测试，目前只有在道路上进行行车紧急制动，凭驾驶员的感觉来判断ABS的工作是否正常。随着汽车市场对ABS需求的大量增加，为快速、有效、经济地对ABS性能进行检测，迫切需要采用室内试验台来对汽车ABS性能进行试验研究。2004年04月国家交通部发布了交通行业标准FJTT5lO2004“汽车防抱制动系统检测技术条件”，标准规定了具有防抱制动装置的汽车制动系统的技术要求及检测方法。该标准的出台，为汽车ABS检测试验台的研究开发提供了依据。2目的和意义由于ABS装置的广泛应用，检测ABS性能也显得越来越重要。ABS性能的好坏直接影响到行车的安全。我国现有的各种制动检验台都无法检测装有ABS汽车的制动性能。目前装有ABS装置的汽车，测试制动性能只能采用路试，道路试验需要建造ABS性能专用跑道，ABS性能专用跑道投资大，而且每次ABS性试前，对试验路段要进行仔细地清洗，准备试验路段的时间较长、试验费用较高，而且道路试验过程存在一定安全风险。所以，设计的汽车ABS制动性能检测试验台，可以对汽车ABS的工作性能进行模拟检测，以测定汽车ABS各工作性能参数，评价其性能的好坏，保证汽车具有良好的制动性。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题1基本内容设计汽车ABS制动性能检测试验台，主要是设计试验台的机械部分，其主要包括驱动电机，联轴器及滚筒轴承的选取，增速器、飞轮、滚筒的设计。通过驱动电机驱动滚筒转动，带动滚筒上的待检车辆达到检测速度，然后通过车辆的ABS对滚筒进行制动，通过检测系统对ABS的性能进行检测。2. 拟解决的主要问题：（1）首先了解传统制动的组成和基本原理，找出ABS制动系统与传统制动系统的不同。（2）分析研究现有的非ABS制动系统制动性能检测试验台（3）确定适合ABS制动性能检测的试验台的基本结构组成，然后计算其机械的部分的数据，再选择选择驱动电机、联轴器和滚筒轴承（4）最后确定增速器、飞轮和滚筒的设计三、技术路线（研究方法）资料收集整理飞轮，滚筒的设计电机型号选择电机类型选择选择滚筒轴承选择联轴器选择驱动电机计算机械系统主要设计参数确定适合ABS制动性能检测的试验台的基本结构组成分析研究现有的非ABS制动系统制动性能检测试验台四、进度安排1、进行文献检索查，查看相关资料，对课题的基本内容有一定的认识和了解。完成开题报告。第1-2周（2月28日3月11日）2、初步确定设计的总体方案，讨论确定方案；对试验台的机械部分进行设计和选件。第3-6周（3月14日4月8日）3、提交设计草稿，进行讨论，修定。第7周（4月11日4月15日）4、完善试验台的设计，绘制装配图及相应零件图。第8-12周（4月18日5月20日）5、提交正式设计，教师审核。第13-14周（5月23日6月3日）6、按照审核意见进行修改。第15周（6月6日6月10日）7、整理所有材料，装订成册，准备答辩。第16周（6月13日6月17日）五、参考文献1陈晓鹏汽车ABS性能台架测试技术的研究D广州：华南理工大学，20032王欢九十年代汽车制动试验台发展评述J汽车杂志，19993邵祖峰3种制动试验台比较与常见检测问题的分析J天津汽车，2004，4罗日兴等，欧式制动试验台的应用与探讨J汽车运输，20005刘少林，许沧粟，黄德中汽车ABS滚筒式惯性检测台架的设计J机电工程，20046华文林，滚筒式制动试验台检测汽车制动性能真实性探讨J黄石高等专科学校学报，20037蔡健，关于反力式滚筒制动试验台检测制动力的探讨J交通标准化，2004，8田国华，张学利，何勇等汽车动力性检测M北京：人民交通出版社，9陈友谊汽车ABS台架检测方法研究D吉林：吉林工业大学，200310方锡邦汽车检测技术与设备M北京：人民交通出版社，200511程军汽车防抱死制动系统的理论与实践M北京：北京理工大学出版社，12王维，刘建农，何光里汽车制动性检测M北京：人民交通出版社，2005：13魏朗，王囤现代汽车制动防抱 ,200514林怡青，林秀君，彭美春等一种汽车ABs试验台的等效惯量模型及误差分析J汽车技术，200515陈焕江汽车行驶动能台架模拟的研究J西安公路学院学报，1994，六、备注指导教师意见：签字：年月日黑龙江工程学院本科生毕业设计摘要ABS是在汽车制动过程中提高操纵稳定性和转向控制能力的主动安全装置。ABS正常工作对汽车行驶安全至关重要。滚筒式惯性检测实验台是检测汽车ABS系统性能的实验台，它可以替代路测，实现ABS测试系统在室内测试的要求。滚筒式惯性检测实验台主要有三部分组成，电机驱动部分、滚筒转鼓部分、飞轮组部分，本文主要针对其各部分的结构进行设计的。本文介绍了ABS系统滚筒式惯性检测实验台主要部件的设计方法及设计过程。论述了ABS系统的工作原理，分析了现在存在的各种汽车性能检测实验台，确定了总体设计方案及各部分零件的型号的选取。本文ABS系统滚筒式惯性检测实验台采用滚筒带动车轮转动，同时根据车轮的尺寸及汽车的重量分析设计滚筒的结构及尺寸。ABS系统滚筒式惯性检测实验台主要采用飞轮模拟汽车在道路上行驶的惯量，根据模拟的原理对飞轮进行分析计算，确定飞轮的数量及结构尺寸，并且对实验台进行一定的校核。最后使用AutoCAD 进行平面制图。关键词：ABS系统；飞轮；滚筒；实验台；转动惯量ABSTRACTABS in the auto brake process improve handling stability and steering control ability of active safety device. ABS normal work is crucial for automobile driving safety. Roller-type inertial testing experiment platform is testing the car ABS system performance test rig, it can replace the road test, realize ABS test systems in indoor test requirements. Roller-type inertial testing experiment platform is made up of three main parts, motor drive part, roller drum part, fly wheel part, this article mainly aims at the structure of its parts design.This paper introduces the ABS system roller-type inertia detection experiments of the main parts of machine design method and design process. Discusses the working principle of the ABS system, analyzes the existing of auto performance testing experiment platform, determine the overall design scheme and various parts of the type of selected. This paper ABS system inertial testing experiment platform adopt cylinder cylinder driving wheel rotation, and based on the size and weight of the car analysis and design of roller structure and size. ABS system roller-type inertial detection experiments Taiwan mainly USES the flywheel simulation cars in road, according to the principle of rotary inertia of the flywheel simulation is analyzed, the quantity and structure to determine the flywheel of size, and experiments Taiwan perform some of the check. Finally using AutoCAD for plane drawings.Key words:ABS system; The flywheel; Roller; Experimental stage; inertia目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1 概述11.1.1汽车ABS系统概述11.1.2 ABS性能检测试验台的原理21.1.3 ABS性能检测试验台设计的要求21.2 ABS性能检测试验台设计方案的确定21.2.1 ABS性能检测试验台整体方案的确定21.2.2 滚筒方案的确定41.2.3 飞轮方案的确定41.3 本章小结5第2章实验台部件的选择62.1电机的选择62.1.1 电机功率的计算62.1.2 驱动元器件的选择62.2 联轴器的选择72.3 轴承的选择82.3.1 轴承载荷的计算82.3.2 轴承型号的选择92.4 本章小结9第3章滚筒设计103.1 概述103.2 滚筒结构分析103.3滚筒尺寸的选择113.4 本章小结13第4章飞轮设计144.1 概述144.2 飞轮转动惯量分析144.3飞轮结构分析154.4飞轮计算164.5 本章小结18第5章总体设计与校核195.1 概述195.2 总体结构设计195.3滚筒轴校核205.4飞轮轴校核225.5 本章小结22结论23参考文献24致谢26附录2740第1章绪论1.1 概述1.1.1汽车ABS系统概述随着我国汽车工业的飞速发展以及高速公路、高等级公路的大规模建设，车辆密集化和车辆高速化对车辆的安全性能提出了更高要求。汽车制动防抱死系统ABS就是为适应这一要求迅速发展起来的。ABS性能的好坏直接影响到行车的安全。ABS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)，计算出此时车轮角减速度和车辆的行驶速度(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节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20% )，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, 此时车辆的制动方向稳定性较好，车辆的制动性能处在最佳的状态下。因此防抱死系统ABS就是控制汽车滑移率的控制系统，滑移率是一个能表征制动效能和可以测算的量，滑移率计算公式为：（1.1）式中：为滑移率；为车速；为轮速，即车轮转速与车轮半径的乘积。车轮与道路之间能传递的力称为道路附着力，与车轮正压力之比称为附着系数：（1.2）道路附着系数受道路、车轮材料结构和接触状况影响。道路附着系数与制动时车轮滑移率的关系曲线如图1所示。图1.1 关系曲线由图1.1可以看出滑移率在15%20%时，汽车的制动性能最好，因此ABS系统的功能就是保证滑移率在15%20%这个范围内。1.1.2 ABS性能检测试验台的原理判断ABS 有没有发挥作用的关键指标就是制动时的滑移率。因此，我们把试验台对ABS性能测试的主要指标定为测试制动时车轮的滑移率。根据式(1-1)滑移率主要由车速与轮速计算得到的，因此实验台测试时，主要测试汽车制动时车轮的转速与汽车的行驶速度，再根据式(1-1)计算出滑移率是否达到15%20%这个范围内，就可以测得ABS系统的性能是否达到要求，这就是ABS性能检测实验台的基本工作原理，其具体的结构就是这次研究主要设计的内容。1.1.3 ABS性能检测试验台设计的要求ABS性能检测实验台的设计要求是：（1）设计汽车ABS制动性能检测试验台，具体设计试验台的机械部分。主要包括驱动电机、联轴器及滚筒轴承的选取，增速器、滚筒的设计；（2）根据被测汽车的质量范围，计算设计能够模拟这些质量范围内的汽车的转动惯量进行ABS性能测试；（3）具有足够的强度和刚度，通过驱动电机驱动滚筒转动，带动滚筒上的待检车辆达到检测速度，然后通过车辆的ABS对滚筒进行制动，通过检测系统对ABS的性能进行检测；（4）使用方便，测量精度高，控制操作便捷，结构简单，制造容易，维修，调整方便。1.2 ABS性能检测试验台设计方案的确定1.2.1 ABS性能检测试验台整体方案的确定由于汽车的制动性能对车辆运行的安全性起着至关重要的作用。随着汽车安全检测设备的应用和发展，普遍采用制动试验台检测制动力来评价汽车的制动性，可以根据这些制动力检测试验台结构的分析来确定ABS性能检测实验台的方案。（1）滚筒反力式制动力检测台滚筒反力式制动力检测台是最普通的检测设备，如图1.2所示。我国使用的滚筒反力式制动检测台有两大类，其一是引进日本弥荣公司、日产公司的；其二是引入西欧国家的。它们都是由电机通过传动装置驱动滚筒，滚筒带动车轮，并在汽车制动时，利用测力杠杆将制动力传给测力传感器。为增大车轮与滚筒间的附着系数，通常采用在滚筒表面刻槽或粘砂的办法。滚筒反力式制动力检测台的缺点是驱动转速较低，滚筒表面的线速度一般为5km/h左右，无法测到汽车在高速情况下的制动性能。1.滚筒机构 2.减速器 3.电机 4.测力杠杆图1.2 滚筒反力式制动力检测台示意图（2）平板式制动力检测台平板式制动力检测台，如图1.3所示，它由测试平板、数据采集系统等构成，集侧滑、悬架效能、轴中、制动性能测试为一体的汽车检测设备。测试平板共6块：前端左、右两块为制动平板，用于测量沿汽车行驶方向平板作用于轮胎的制动力；后端两块，一块为侧滑板，用于测量汽车的侧滑，一块为空板（不起测试作用）。从原理上来看，平板式制动实验台是主动、动态的检测，它是汽车行驶制动状态下进行检测的，检测时，被检车辆以510km/h的车速驶上测试平板上，操作员根据现实信号踩下制动踏板，使车辆在测试平板上制动直至停车。于此同时，数据采集系统采集制动过程中的全部数据，并作分析处理，然后把自动性能的测试结果显示出来。1.控制柜 2.侧滑式平板 3、5.制动-轴荷-悬架磁而是平板 4.空板图1.3平板式制动力检测台示意图滚筒反力式和平板式制动力检测台是我国目前最常用的评价汽车制动性能的检测设备，而ABS起作用的车速一般在10km/h以上，也就是说车低于10km/h的速度时，ABS系统将停止作用，以上两种检测台都是工作在10km/h以下的，因此要用于ABS性能检测还需要一定的改进。这里就要采用一种滚筒式惯性检测实验台，其主要的工作部分如图1.4所示，主要有三部分组成，电机驱动部分、滚筒转鼓部分、飞轮组部分，其基本的工作原理如下：当电机带动转鼓转动时，滚筒相当于一个滚动的路面，同时滚筒上面的车轮也随之转动，汽车相当于在路面上行驶，滚筒和飞轮组的惯性质量与受检汽车的惯性质量相当，由于受检汽车型号不同，质量各异，所以要通过选择不同的飞轮组合来进行匹配，因此滚筒传动系统具有相当于汽车在道路上行驶的惯量。在汽车车轮转动起来后，启动离合器，使电机与实验台脱离，汽车采取制动，制动时轮胎对于滚动路面产生阻力，但由于滚筒传动系统具有一定的惯性，因而滚动路面将相对于车轮转过一定距离，该距离相当于汽车在道路试验时的制动距离，以此可以模拟道路制动时的情况。图1.4 滚筒式惯性实验台组成1.2.2 滚筒方案的确定滚筒式惯性检测实验台主要是由8个滚筒组成，每两个滚筒支撑汽车的一个轮胎，其中一个滚筒用于传递运动，另一个滚筒用于辅助支撑的作用，并且在实验时可以用于测量车轮的实时转速。根据滚筒反力式制动力检测台中的情况，为增大车轮与滚筒间的附着系数，通常采用在滚筒表面刻槽或粘砂的办法，因此这里采用刻槽的方法增加表面的附着系数。滚筒的尺寸的设计主要根据汽车轮胎的尺寸进行具体设计。1.2.3 飞轮方案的确定飞轮组主要是又来模拟汽车在道路上行驶时的转动惯量，其转动惯量的大小直接与汽车的质量相关，飞轮组的安装要使这个实验台上汽车运动的动能与汽车行驶在道路上的动能相当，飞轮组的尺寸要根据汽车质量范围来确定。1.3 本章小结本章首先进行了汽车ABS系统的概述，根据ABS系统的工作原理对ABS的工作原理进行分析，并且提出设计过程中的主要要求。通过对现在常用的制动力检测台（滚筒反力式制动力检测台和平板式制动力检测台）的分析确定滚筒式惯性检测实验台的设计方案，并且根据实验台的方案确定滚筒以及飞轮的设计方案。第2章实验台部件的选择2.1电机的选择2.1.1 电机功率的计算由于ABS系统在汽车速度达到10km/h时才会工作，因此实验台提供的转速必须使车轮的线速度达到10km/h。这里设汽车的速度是60km/h，由于汽车车轮的线速度与滚筒的线速度相同，则实验台运转工作时，滚筒的线速度为60km/h。由于车轮的直径一般在600700mm，这里先设滚筒的直径为300mm，则滚筒的转速根据可以计算出，由于实验台的工作转矩比较大，设转矩为40Nm，电机的选择要根据以上数据选择。2.1.2 驱动元器件的选择根据计算出来的电机的功率，以及需要达到的转速选择电机。这里选用松下伺服电机。松下伺服电机具有高性能的实时自动调整增益，它可以根据负载惯量的变化，与自适应滤波器配合，从低刚性到高刚性都可以自动地调整增益，正好适应实验台不同车型时的转动惯量，并且还具备一场速度检测功能，可以将增益调整过程中产生的异常速度调整到正常，通过面板的操作可以在监控实时调整情况的同时，进行设定和确认；松下伺服电机还具有高速高响应特性，它内置瞬时速度观测器，可以快速、高分辨率地检测出电机转速，而且能实现高速定位；而且松下伺服电机还具有振动抑制控制，是一个高性能的电机，如图2.1所示，为松下电机。图2.1 松下伺服电机松下伺服电机有多种型号，分别为超小惯量系列（MAMA型）、小惯量系列（MSMD型、MQMA型、MSMA型）、中惯量系列（MDMA型、MGMA型、MFMA型）、大惯量系列（MHMD型、MHMA型），由于转台转矩较高并且转速不大，因此选用MGMA型伺服电机，它是一种低速大转矩的电机，额定输出功率为4.5kW，额定转速为1000r/min，最大转矩为107Nm，满足需求。驱动部分还有一个离合器，在该设计方案中采用了磁粉离合器这一自动控制元件磁粉离合器是以磁粉为工作介质，以激磁电流为控制手段，达到控制制动或传递转矩的目的。其输出转矩与激磁电流呈良好的线性关系而与转速或滑差无关，并具有响应速度快，结构简单的优点。磁粉类器件所传递的转矩值与激磁电流大小大致上呈线性关系。一般而言，在5 95的额定转矩内，激磁电流与转矩成正比例线性关系。当激磁电流保持不变时，转矩将会稳定的传递，不受滑差的影响。因此，只要控制电流，即能控制转矩的大小，因此可以将其用于其测量转矩的实验中。2.2 联轴器的选择联轴器是用来实现轴与轴之间的连接，进行运动和动力的传递的。用联轴器连接的两轴轴线在理论上应该是严格对中的，但在制造、安装和环境的影响下，也会有一定的误差。联轴器的类型有很多，可以划分为刚性联轴器和挠性联轴器两大类，刚性联轴器要求被连接两轴轴线严格对中，因为它不能补偿两轴的相对位移，常用类型有：套筒联轴器、夹壳联轴器和凸缘联轴器。a) b)图2.2 凸缘联轴器在本设计中，实验台要传递比较大的扭矩，因此应该选用刚性联轴器，因为刚性联轴器的刚度比较好，能够传递比较大的扭矩。常用的联轴器主要有三种，这里选用了凸缘联轴器，如图2.2所示为凸缘联轴器。由于凸缘联轴器属于固定式刚性联轴器，对所连接两轴间的位移缺乏补偿能力，故对两轴对中性的要求很高。但由于其结构简单、成本低、传递转矩大，因此在固定式刚性联轴器中应用最广。凸缘联轴器是把两个带有凸缘的半联轴器用键分别与两轴连接，然后用螺栓把两个半联轴器联成一体，以传递运动和转矩。螺栓可以用半精制的普通螺栓（图2.2a），亦可以用铰制孔用螺栓（图2.2b）。采用普通螺栓连接时，联轴器用一个半联轴器上的凸肩与另一个半联轴器上的凹槽相配合而对中，转矩靠半联轴器结合面间的摩擦力矩来传递。采用铰制孔用螺栓连接时，靠铰制孔用螺栓来实现两轴对中，靠螺栓杆承受剪切及螺栓杆与孔壁承受挤压来传递。本设计中主要采用第一种形式的凸缘联轴器。由于凸缘联轴器也是标准件，因此在选择时，可以根据连接轴的尺寸选择相应的型号，联轴器具体的尺寸就可以确定了。2.3 轴承的选择2.3.1 轴承载荷的计算一般家用汽车的重量是14t，在轴承载荷计算时，滚筒上轴承所承担的载荷根据汽车的重量来计算。由于实验台主要承受的是汽车的重力，因此轴承主要承受径向载荷，轴承的支撑相当一个简支梁，每个滚筒上都支撑一个车轮，因此每个轴承要支撑1/4汽车的重量，如图2.3所示。图2.3 轴承支撑简图因此可以计算出轴承的支撑力是1/8汽车的重量，汽车最大是4t，则轴承所受到的支撑力最大为0.5t（500kg），都是径向力，所以轴承所受的当量静载荷为，查得有关资料，轴承当量动载荷与当量静载荷的就算公式如式(2-1)所示： (2-1)式中、轴承的径向载荷和轴向载荷；、动载荷径向系数和动载荷轴向系数。查表可得=1，因此当量动载荷，=5009.8=4.9kN。2.3.2 轴承型号的选择由于只受到径向载荷，选用深沟球轴承就可以达到支撑的要求，轴承是标准件，根据计算出的轴承的载荷，查相关手册，选用适当的轴承。滚筒轴选用轴承6308，它的额定载荷为24kN，足够达到支撑的能力，轴承各部分尺寸，如图2.4所示，都可以查表得到。图2.4 深沟球轴承2.4 本章小结本章主要根据实验台工作的需求及载荷的大小，分析计算了实验台的驱动电机的功率及型号；再根据联轴器的性能以及实验台的工作情况，选择了合适的联轴器的类型；最后根据实验台的载荷情况，计算出轴承的承载能力，选择了轴承的类型以及滚筒轴轴承的型号。第3章滚筒设计3.1 概述实验台的结构参数对制动性能的测量结果有着重要的关系，只有合理选用惯性实验台的设计参数，才能提高实验台测试的准确性和可靠性。滚筒是实验台中直接与车轮相接触的部件，因此滚筒的结构参数设计与实验的准确性十分重要。滚筒的结构可以根据汽车车轮的尺寸以及汽车的重量，设计合理的滚筒尺寸和形式，使得实验台工作更加的稳定。由于滚筒要带动汽车轮胎转动，因此滚筒的结构设计要保证轮胎可以随着滚筒一同转动，一般选择在滚筒上粘砂或者刻槽的方式来增加滚筒与轮胎的摩擦系数，使得滚筒和轮胎有着更好的同步性。3.2 滚筒结构分析滚筒结构的正确选择直接影响着实验台的工作效率和性能，因此滚筒机构分析至关重要。为了减小滚筒的重量及转动惯量，选择采用薄壁筒形结构，采用圆板支撑，为减少滚筒的转动惯量只采用两个圆板支撑。具体结构形式如图3.1所示。图3.1 滚筒结构图汽车在实验台上测试时，车轮与滚筒的接触面积小于车轮与地面的接触面积，且比压增大，因其滚动阻力增加，附着系数值下降。因此只有提高车轮与滚筒见得附着系数，才能在滚筒实验台上较真实的再现汽车在路面上的制动状况。但的提高受到滚筒表层结构和材料的限制。目前采用较多的是表面带有沟槽的钢制滚筒，其表面附着系数在0.6-0.8之间，结构如图3.1所示。3.3滚筒尺寸的选择实验台中滚筒的中心距一般是不可调试的。因此减小滚筒直径，可使车轮在实验台上的安置角增大，增加实验台的稳定性，提高车轮与滚筒间的附着力，节省驱动电机的功率。但滚筒直径也不能太小，否则车轮的滚动损耗将明显增加，一般低速实验台时，选取较小的滚筒直径，一般为100-200mm，但是本实验台要达到10km/h以上的速度，因此选用的滚筒直径为300mm，车轮的宽度一般为200-300mm，因此滚筒的长度选择为500mm。要对滚筒的尺寸进行设计，首先要对实验台的制动过程有深入的了解，才能分析车轮与滚筒的受力情况，根据受力情况设计合理的滚筒尺寸。检测制动时会出现以下几种情况：（1）未制动时，车轮被滚筒驱动而转动，仪表显示的是该轮阻滞力，阻滞力应不大于该轴荷的8%。（2）完全制动（制动踏板踏到底）时，被检车辆随滚筒转动，若指示装置显示的制动力很小，达不到标准要求，制动性能不好，则ABS系统不合格，汽车也不合格。（3）完全制动时，被检车轮在滚筒上略有转动，检测出来的滑移率达到要求。（4）完全制动时，被检车轮开始脱离前滚筒，后移至主动滚筒一侧，车轮在滚筒上打滑，这时是最大制动力，如果继续下去，整车出现后移爬轮现象，实验将无法进行，严重影响了汽车的检测情况。因此在滚筒设计是，根据制动力最大的情况设计滚筒，以免出现实验无法进行的情况。车轮在实验台上测试时的受力情况如图3-2所示，分析时忽略了非测试车轮约束反力的影响，并假设测试车轮为刚性。车轮制动时，车轮受到制动器制动力矩MT的作用（G为车轮所受的载荷，、为前后滚筒对车轮的法向反力）产生车轮与滚筒间的摩擦力即制动力和。若车轮在两滚筒上的安置角过小，车轮将离开前滚筒沿后滚筒移动，即出现抱死状态。随着制动力矩Mt的增加，和增大，测试车轮的最大制动力应出现在抱死状态，即车轮刚离开前滚筒（=0）而未沿后滚筒滑移的时刻，这是上述所说的第四种情况，也是制动力最大的情况，此时有式(3.1)所示的等式。图3.2 车轮受力图 (3-1)由式(3-1)可以解得： (3-2)而车轮与滚筒的最大制动力与滚筒对车轮的法向反力之比等于车轮与滚筒间的附着系数，故=。因为一般附着系数在0.6-0.8之间为最佳，因此最佳安置角在，即最佳安置角为3138.6之间。由于，因此确定了滚筒直径之后，可以根据最佳安置角的大小选择滚筒间的间距，这里选用滚筒间距=500mm，取车轮半径=300mm，滚筒半径=150mm，因此可以计算出安置角为33.8，在最佳安置角范围内，该设计的结构尺寸最为合理，保证实验台能够正常安全的运行。3.4 本章小结本章对滚筒进行了结构分析与设计，根据车轮的尺寸与滚筒支撑形式对滚筒的尺寸进行了计算与设计，对滚筒的附着系数进行了分析，在满足附着系数的条件下对滚筒的安置角进行了分析计算，根据最佳安置角计算了滚筒的安装尺寸。第4章飞轮设计4.1 概述实验台上的惯性飞轮组的设计目的是增加汽车总体的转动惯量，以达到增加惯力的目的，使得汽车在实验台上运转时的惯性与汽车在路面上行驶的时候相同，使得实验台能更准确的模拟汽车行驶时的状况，实验结果也就更为准确。由于要模拟不同的车型，因此选用一组飞轮，选用不同的飞轮就可以模拟不同的的车型，使得实验台具有更加灵活的适应性，飞轮的尺寸与结构由以下分析计算可以得到。4.2 飞轮转动惯量分析当实验台在运行时，滚筒的旋转带动汽车车轮的旋转，滚筒相当于一个滚动的路面，滚筒与飞轮组的惯性质量与受检汽车的惯性质量相当，由于受检汽车型号不同，质量各异，所以要通过选择不同的飞轮组合来进行匹配，因此滚筒传动系统具有相当于汽车在道路上相识的质量。制动时轮胎对于滚动路面产生阻力，但由于滚筒传动系统具有一定的惯性，因而滚动路面将相对于车轮转过一定距离，该距离相当于汽车在道路试验时的制动距离，因此可以模拟道路制动时的试验工况。汽车在道路上运行时，车速与汽车动能的关系为： (4-1)式中汽车动能，W；汽车质量，kg；车轮角速度，rad/s；前后车轮转动惯量，kgm2；汽车传动心痛旋转动能，W。汽车在滚筒惯性实验台上运行时，在同一车速下，汽车、滚筒、飞轮系统及其他旋转部件所具有的动能表达式如下： (4-2)式中飞轮转动惯量，kgm2；飞轮的角速度，rad/s；滚筒转动惯量，kgm2；滚筒的角速度，rad/s；链轮及链的转动惯量，kgm2；链轮的角速度，rad/s。汽车在实验台上运行时的动能等于汽车在道路上行驶的动能，即式(4-2)与式(4-1)相等，有：。整理得： (4-3)当汽车在滚筒惯性实验台上运行时，轮胎外边缘的线速度等于滚筒边缘的线速度，即： (4-4)式中轮胎半径；滚筒半径。在惯性实验台中飞轮、链轮、滚筒的角速度有如下的关系： (4-5)式中增速器的增速比。将式(4-4)、(4-5)代入式(4-3)，整理得： (4-6)式(4-6)就是飞轮转动惯量的计算公式。4.3飞轮结构分析飞轮采用轮辐式结构，如图4.1所示，它由轮缘、轮辐及轮毂3部分组成，由于轮毂和轮辐的质量很小，回转半径也较小，可以将它们的转动惯量略去，认为飞轮的质量集中于轮缘。设轮缘的平均直径为Dm，则飞轮的转动惯量则可以表达为式(4-7)所示。图4.1 飞轮结构 (4-7)飞轮的质量也可由以下表达式表示： (4-8)式中飞轮轮缘厚度，m；飞轮轮缘宽度，m；飞轮材料密度，kg/m3；将式(4-8)代入式(4-7)中，可以得到飞轮结构设计时需要的表达式： (4-9)可以先选定飞轮轮缘平均直径，由式(4-7)可以求出飞轮的质量，再选定比值，便可以确定飞轮轮缘的截面尺寸，因此飞轮的机构尺寸就可以计算出来。4.4飞轮计算根据以上的分析，可以对飞轮进行计算，因为实验台要对不同的车型进行测试实验，每一车型都对应有一个飞轮转动惯量值，设计时，若每个车型都采用一个飞轮，显然是不可能实现的。因此惯量模拟用的飞轮采用的是一组飞轮，以便测试不同质量的汽车，首先根据测量汽车的质量范围，在保证测试精度前提下使用飞轮数目尽可能少，因此要进行飞轮数量的计算。这里主要测量的是家用型汽车，汽车一般的质量在14t，设飞轮系统对汽车质量的最大模拟误差为=100kg，飞轮系统最小的模拟质量为=1100kg，如果该质量用一常用飞轮模拟，其所测车型的质量范围为（即1000kg1200kg），质量在其他范围内的各车型可用常用飞轮与自由接合飞轮的组合模拟。所需自由接合飞轮的数目及转动惯量大小取决于和。可以证明：若各个自由接合飞轮模拟质量的排列符合首相为2、公比为2的等比数列，则通过不同的飞轮组合模拟给定质量范围内的所有车型时，模拟误差均不大于且所需飞轮数最少。即： (4-10) (4-11)显然可以得到下面的表达式： (4-12)将式(4-11)与式(4-12)联立，可以求出自由接合飞轮数n，进而由式(4-10)确定各飞轮的模拟质量，把代入式(4-6)得到常用飞轮转动惯量，再把与之和代入式(4-6)得到常用飞轮转动惯量与第i号自由接合飞轮转动惯量之和，进而求出的值。根据以上表达式可以求出n=4，分别为200kg、400kg、800kg、1600kg，根据式(4-6)可以得到各个自由接合飞轮转动惯量计算表达式为： (4-13)因此由上式可以得到各个飞轮转动惯量的数值，分别为=1.125kgm2，=2.25 kgm2，=4.5 kgm2，=9 kgm2。进而可以根据式(4-7) (4-9)计算出各个飞轮的结构尺寸，这里取为1.2，飞轮各部分尺寸如表4-1所示。根据飞轮的计算出来的尺寸可以设计飞轮其他部分的尺寸，具体结构可以参照零件图。表4.1 飞轮结构尺寸飞轮名称转动惯量（kgm2）平均直径（mm）质量（kg）轮缘宽度（mm）轮缘厚度（mm）常用飞轮3.5550056.766275飞轮11.12540028.1254958飞轮22.2545044.45870飞轮34.5500727084飞轮4960010075904.5 本章小结本章对飞轮做了设计计算。根据汽车在道路上行驶时的动能，模拟实验台具有相同的动能，得到模拟飞轮转动惯量的表达式。根据转动惯量的表达式对飞轮进行了结构尺寸的设计。为了实现模拟多种车型的转动惯量，分析设计了一组飞轮的转动惯量，并且根据结构情况计算出各个飞轮的结构尺寸。第5章总体设计与校核5.1 概述在实验台模拟汽车道路运行状况，要解决模拟汽车整车的运动动能和行驶阻力问题，这个通过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均动能。路面附着系数的模拟则是通过扭矩传感器控制滚筒来实现的，即以滚筒代表了路面，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，完成ABS系统工作性能的检测。滚筒、飞轮等零部件的结构尺寸设计在前几章中已经完成，整体的实验台就是将这些零部件统一应用为一个整体。由于汽车、滚筒及飞轮都要在这个实验台上运转，因此实验台的稳定性、支撑能力以及刚度都要达到一定的要求，因此对于实验台整体结构的设计也是至关重要的。其中实验台上滚筒轴及飞轮轴受到的力矩是最大的，因此对这两个轴的结构的校核也是对整个实验台运行能力的校核，是检验实验台性能的关键步骤。5.2 总体结构设计ABS性能检测实验台是一个整车检测实验台，因此实验台整体要有一个稳定的实验台基座，这里设计的实验台的基座主要是由一个矩形框形的支架组成，矩形框这种形式可以增加基座的刚度和稳定性，根据元器件的选择设计实验台整体的结构尺寸，实验台的整体如图5.1所示。图5.1 ABS性能检测实验台结构图为减小实验台体积，将驱动部件及飞轮组的支撑台单独设置，其结构也是矩形框结构，这样也增加了实验台结构的稳定性，但是要注意保持实验台安装时的各个轴的同轴度。图5.2 实验台局部图如图5.2所示为实验台局部图，图中表示了实验支撑架的高度，为了保证各部分的同轴度选用了同等高度的支撑架，并且保证轴心有足够的高度可以支撑起滚筒及飞轮，避免其与地面发生碰撞。5.3滚筒轴校核整个实验台主要是由4对滚筒支撑着汽车的4个车轮，因此在滚筒设计完成后要对滚筒轴进行强度的校核。两个滚筒要支撑一个车轮，平均一个滚筒要承受1/8汽车的重量，根据滚筒的结构可以得到滚筒周受到的弯矩情况，如图5.3所示。图5.3 滚筒轴弯矩图根据弯矩图可以得到滚筒周受到的最大弯矩，最大弯矩表达式如下所示： (5-1)式中 G汽车重量，为受检汽车的质量，N；滚筒支撑点到轴承的距离，m。其中=0.125m，由于汽车质量是14t，因此计算是按照最大值计算，即m=4t，则根据式(5-1)可以计算出弯矩最大值为306.25N。可以根据弯矩值计算出滚筒轴的弯曲应力，其计算表达式如下所示： (5-2)式中 M滚筒轴弯矩，Nm；W截面弯曲惯量，其中d为轴截面的直径，d=50mm；根据式(5-2)计算可以得到滚筒轴弯曲应力=24.5MPa。由于滚筒旋转时，还要受到扭矩，因此滚筒轴还要受到扭转应力，对滚筒轴校核是也要考虑扭转应力的作用，扭转应力的计算表达式如下所示： (5-3)式中 T滚筒轴上的扭矩，Nm，其中，P为转动时需要的功率，单位是kW，n是轴的转速，单位是r/min；扭转截面惯量，其中。根据第2章的分析可以知道，实验台各轴的转速n=530r/min，功率为2.2kW，这里按3kW计算，则通过式(5-3)可以得到滚筒轴的扭转应力为2.16MPa，计算出了截面的各种应力，下面要对截面进行校核，可以根据式(5-4)进行计算。 (5-4)其中=0.3，计算出=24.53MPa，校核滚筒轴必须保证，可以查找相应参考书得到，它与轴的材料有关，这里选用的轴是碳素刚，可以查得=45MPa，因此，滚筒轴满足强度要求，结构设计合理。5.4飞轮轴校核由于飞轮的质量也很大，因此飞轮轴上也承担的较大的应力，对飞轮轴的校核也是必须的。由于飞轮轴上最多安装有常用飞轮、自由结合飞轮14共有5个飞轮，并且每个飞轮安装的轴径尺寸各不相同，为了计算方便，这里将以最小轴径进行计算，如果最小轴径也满足要求，那么飞轮轴其他部分也都满足要求。根据第4章地计算，5个飞轮的质量分别为56.76kg、28.125kg、44.4kg、72kg、100kg，总和约为302kg，为计算方便将飞轮轴上受到的力简化为滚筒受力的形式，其中受到302kg重量的力，其受力的弯矩图也如图5.2所示的形式，其中L为飞轮到轴承的距离，L=100mm，d=36mm，可以计算出=31.7MPa，同样可以根据扭矩公式计算出飞轮截面受到的扭转应力，计算结果是12.08MPa。根据式(5-4)同样可以就算出=34MPa，可以查找相应参考书得到，它与轴的材料有关，这里选用的轴是碳素刚，可以查得=45MPa，因此，飞轮轴满足强度要求，结构设计合理。这里的计算根据飞轮轴上直径最小的部分计算校核，因此飞轮轴整体也满足校核的要求。5.5 本章小结本章对实验台进行了整理的结构设计，并对滚筒轴和飞轮轴进行了校核。根据已经计算出的滚筒、飞轮及选择的零部件，将实验台的整体结构进行了设计。根据汽车的重量及滚筒的结构对滚筒承受的载荷进行了分析和计算，并对滚筒轴进行了校核。再根据飞轮计算出的质量也对飞轮轴进行了计算以及校核。结论本设计根据ABS系统的工作原理，并结合现代已存在的各种汽车性能检测实验台的结构和原理，确定了ABS惯性检测实验台的总体设计方案，并且根据实验台的要求及检测车辆的重量的条件选择合理的驱动部件、联轴器及轴承，再根据选择的各个零部件及实验台的要求对滚筒、飞轮进行了结构的设计及尺寸的计算，并对实验台进行了整体的结构设计，最后对滚筒轴和飞轮轴进行强度校核，并运用AutoCAD软件绘制出主要零部件的工程图和装配图。本实验台设计结构合理，符合实际应用，具有很好的稳定性和经济性，实验台的驱动部件及各个零部件的设计能尽量满足零件的标准化、部件的通用化和产品的系列化及汽车检测的要求，修理、保养方便，机件工艺性好，制造容易。但此设计过程仍有许多不足，在设计结构尺寸时，有些设计参数是按照以往经验值得出，这样就带来了一定的误差。另外，在某些方面，由于时间问题，做得还不够仔细，恳请各位老师同学给予批评指正。参考文献1刘建房，李以农，郭旭，谢敏松.汽车ABS动态试验台的开发设计. 重庆大学学报，2006，29(12):1-4.2魏胜. 汽车ABS测试系统的开发与试验研究. 吉林大学硕士学位论文，2005.3林秀君，林怡青，彭美春，刘小康，朱占胜. 汽车ABS检测试验台机械系统的设计方案. 广东工业大学学报，2006，23(4):31-34.4陈友谊，苏建，康皓，林慧英，翟乃斌. 汽车ABS台架检测方法研究. 武汉科技大学学报，2007，30(3):271-272.5董良. 汽车ABS台架检测理论与技术研究. 长安大学硕士学位论文，2005.6刘石鸣. 汽车ABS性能的台架测试方法研究. 武汉理工大学硕士学位论文，2006.7周茹波，苏建，张立斌，戴建军，杨运生. 基于模糊控制器的整车ABS检测试验台技术研究. 汽车技术，2006， (6):22-23.8刘少林，许沧粟，黄德中. 汽车ABS滚筒式惯性检测台架的设计. 机电工程，2004，21(4):16-19.9陈焕江，郭晓汾. 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Mauer. A Fuzzy Logic Controller for an ABS Braking System. Transactions on Fuzzy Systems, 1996,3(4):381-383.16J.P.Pauwelussen, L.Gootjes, C.Schr.oder, K.-U.Kohne, S.Jansen, A.Schmeitz. Full vehicle ABS braking using the SWIFT rigid ring tyre model. Control Engineering Practice, 2003, (11):199-207.17Yuen-Kwok Chin,William C.Lin,David M.Sidlosky,David S.Rule. SLIDING-MODE ABS WHEEL-SLIP CONTROL. General MIotors Research Laboratories Warren, 1992: 1-3.18Byung-Ryong Lee,Kyu-Hyun Sin. Slip-Ratio Control of ABS Using Sliding Mode Control. School of Mechanical and Automotive Engineering University of Ulsan, 1996:72-74.致谢在本文即将完成之际，首先感谢我的指导老师安永东老师，从选题到设计的展开到设计的完成，一直得到安永东老师的支持和鼓励，他渊博的学识、严谨的治学态度都给我留下了深刻的印象。通过这次的设计，我更深刻地了解了机械设计、机械制造的各方面知识，对汽车设计有了全新且比较全面的深刻认识，达到了前所未有的高度，并锻炼了独立思考解决问题的能力。再次向安老师表示衷心的感谢！感谢帮助我的所有老师和同学，他们在设计过程中给我提出了宝贵建议和CAD的指导。感谢宿舍的朋友一直以来对我的关心和支持。感谢汽车工程系所有老师和同学的帮助和勉励。同窗之谊，终生难忘！感谢我的家人多年来对我无微不至的关怀、始终如一的支持，感谢他们对我的鼓励和生活上的诸多照顾，感谢他们督促我接受良好的教育。最后，向参加设计审阅、答辩的专家和老师表示感谢。附录附录A.Car ABS Technology and Development TrendIn the car before the emergence of abs, used car is the open loop brake system. Its characteristic is the brake torque only and drivers of the size of the manipulation of the force, braking force distribution regulation and the size of the brakes on and type. With no wheel the motion of feedback signal measurement, cant know during wheel brake speed and holding in death, car you may adjust accordingly wheel cylinder or the gas chamber of the size of the brake pressure. So in an emergency brake, inevitably appear wheel on the ground, holding in death dragged the phenomenon of sliding. When the wheel lock, the ground of the performance was poor, the lateral attached can provide the lateral adhesion is small, car by external force in any minute under the action of will appear direction, easily happened instability problems of traffic accidents. In the wet pavement or snow and ice on the road, the direction of brake the instability of the phenomenon can more serious. towing It is through the basic function of sensors wheel each transient state of motion, and according to the motion correspondingly adjust the size of the brake torque in to avoid the wheels holding in death, it is a phenomenon of closed-loop brake system.It is the electronic control technology in cars of the most successful application project, one of auto brake antilock brake systems can make the car in the braking maintain stability and shorten the direction braking distance, effectively improve the driving safety. Car ABS can say is the most important car safety history of the three great inventions (the other two are airbag with seat belt), ABS is also other safety device (such as ESP driving dynamic stability system and EBD braking forces based distribution system) Because money spent too big, ABS the practical use of the early railway vehicle or aircraft. 70 s, digital electronic technology and large scale integrated circuit, for the rapid development of ABS system lays a foundation to practical application. Bosch company in 1978 first launched the digital electronic control unit of the brake system, and ABS2 Bosch holding device in the Mercedes Benz, which opened on the modern ABS system development sequence Although the Bosch ABS2 of electronic control device is a separation of the components, but due to the digital electronic control device and analog electronic control device, the reaction speed, compared to the control accuracy and reliability are significantly improved, therefore, Bosch ABS2 control effect already is quite good. From then on, Europe, America and Japan, many professional company and brake car companies have developed a variety of ABS system. According to statistics, the whole world has more than 60% of new cars equipped with ABS device. When the car brake wheel speed and the differences between body speed, can lead to the wheel and the road, when the wheel slippage between produce pure rolling way and the pavement at contact, the slip rate is zero, and wheel lock the slip rate is 100%. When the slip rate between 10% 30%, the largest transfer of power. The basic principle of braking antilock brake system (2, 3 is based on the above research, through the control regulation system in power, braking process, to the wheel in the slip rate control, within the scope of the right to obtain the best braking effect. ABS system hardware mainly by the wheel sensor, electronic control devices, brake pressure regulator three major components, constitute a to the slip rate is the control of the target of the closed-loop control system. The wheel speed sensor and the data transfer to the electronic control device. Control device is a microprocessor, according to the wheel speed sensor signal to calculate the speed of the car. In the braking process, reducing speed and control device of programmed ideal reducing the speed of characteristic curve in comparison. If control device judge the wheel reducing speed too large and the wheel will embrace died, signal to hydraulic regulator, hydraulic regulator is according to the control device of the signal to the brake wheel cylinder of hydraulic control (the boost, the pressure or blood pressure). Brake pressure to adjust the frequency of the cycle up to 6 20 H z. ABS technology at the core of theproblem is the control algorithm of research. The control car ABS is a complex, essential nonlinear control problem. In recent years, domestic and foreign scholars in the control of ABS calculate Method on the many theoretical research, mainly in the following several control methods. Now automotive ABS system most of the products are the addition, subtraction speed control, and additional threshold some auxiliary threshold, not involve specific mathematical model. Threshold control for nonlinear systems is an effective control method. In the braking process, can be a primary angular velocity threshold, when actual angular velocity over the threshold, the controller order to release, the wheel brake pressure to rotate faster; A Angle acceleration, when the threshold of angular velocity to reach this threshold, controller and issue commands to control moment, increased, and the wheel as slow movement. Can use a wheel angular velocity sensor as a single wheel signal, and electronic controller in set reasonable add, subtract speed threshold method, can come true to the embrace of the brake cycle. Logic threshold control the fault is that control system of the various threshold and the holding time is from repeated test that experience, and no sufficient data the theoretical basis of the stability of the system and the quality is difficult to evaluation. The optimal control method is based on state space method of modern control theory method. The optimal control method and threshold control method is different, it is a kind of based on the analysis of the model control method. The idea is based on the abs all the control requirements, according to the principle of optimization for brake antilock brake system optimal control goals. This control method is considered the control process of state changes course and make the control process smoothly; Defect is the control effect of quality mainly depends on the mathematical model of the system, quality control is difficult to accurately. The classic of PID control parameters setting is set up on the basis of gather together in try, as long as the scene setting PID parameters, you can get right better control effect. In the ABS in a definition of the expected sliding rate S and actual sliding rate for the input of the difference of the PID, the PID control algorithm is calculate control air pressure value feedback to brake system, a typical feedback control. Its defect is control effect quality depends on the accuracy of the parameter setting. Fuzzy control is based on experience of the rules of the control, and have not rely on the mathematical model of the object, easy to use the experience, knowledge is robust and simple practical. Control rules to the law of thinking. Defect is no effective general calculation method, can only rely on industrial automation instrument and a plan of the device experience and repeated test. By automobile braking antilock brake the basic principle of the braking process, it is known that the nature of the problem is to the wheel the slip rate control adhesion coefficient in the peaks of the Sk, the sliding mode variable structure according to the system of the state, and deviation and at that time, in different derivative value area, in order to control the ideal switch mode switch control the amount of and symbols, in order to ensure that the system in sliding area is small, within the scope of the state trajectory S sliding in the pitch curve sliding into a control target tsinghua university song jian and other car braking process according to the physical nature of international proposed first to brake dissipation power as the target of the control method. Considering the car of the deceleration process, in fact, is the average kinetic energy of the car into other forms of energy dissipation process. Accordingly, if you take the reasoning brake friction power (or says dissipation power) maximum control targets of ABS, have the potential to give consideration to the braking stability and brake performance. This method than the threshold method has good stability, high efficiency of braking, strong adaptability and control of road surface features obvious etc. Characteristics. Research shows that the control method can have a good application prospect. Drive torque system (hereinafter referred to the ASR) is perfect and added. ABS ASR system can improve the car is in the most slippery road stability and acceleration of the electronic device. Its role is mainly through the control engine torque and a car braking system means to control the driving force, to prevent the wheels idling sliding, maintain the best driving force. ABS guarantee The car braking process, the stability of the direction is guaranteed the car ASR process (beginning, the direction of the acceleration) stability and handling. Many of the cars, the modern electronic control device equipped with ABS ASR electronic control signal devices to exchange interface. And ASR and a major part of the ABS (such as electronic controller, wheel sensor, brake pressure regulators) can be used with or Shared with the car with the ABS ASR system, just the premise, differential control valves and engine control cylinder engine can. This shows, ABS and ASR combination, can make full use of the relevant parts of the car, and active safety will be more assured. Vehicle stability control device (hereinafter referred to as VSC) use two sensors were sensor car yaw-rate and lateral acceleration, and car will shift to Angle and the actual direction are compared. When it found the car is not according to the intention of motorists road, immediately sent to the ASR and ABS correction signal, indicating they take measures to make the car to the correct direction. These system although functions and the structure is different, but the work is similar to the process is sensor signal, she is calculated, the execution processing ECU institutions take corresponding actions. In the system composition, pick the accuracy of the sensor signal directly influence the results of ECU, additional, wheel sensor most is installed in the bad environment, especially near to heat resistant, vibrationresistant sex, the magnetic, corrosion resistance has high request, to the improvement of the performance of the sensor is very important. ABS and electronic throttle control system, electronic all control type (or half controlled) suspension, electronic control four-wheel steering, electronic control hydraulic turn To the electronic control, automatic transmission, cruise control system, global positioning system, etc. Various kinds of electronic control system, can make the combined use of car movement remains in the best state. Along with the electronic control units in car has more and more application, vehicle electronic equipment of the data communication between becomes more and more important, the distributed control system for infrastructure automobile vehicle electronic network system is very necessary. Large amounts of data exchange, high reliability and rapid sex is cheap to automobile electronic network system requirements. The network system, the processor independent operation, the control to improve the performance of the car on something, and in the other processors need to provide according to service. When The structure of the network inside the car relies mainly on the bus transmission technology. Car through a kind of communication is bus transfers of agreement will car electronic control units (engine, ABS, automatic transmission, etc.), intelligent sensor, intelligent instrument, and link up a car interior network. Its advantages are: reduced the number of cable and wire harness in volume, improve the electronic system reliability and maintainability; The general sensors, achieve the purpose of sharing data; Improve the flexibility of the system, that is, through the system software can realize the change of system function. Car ABS technology has been acknowledged as the world, ABS change Good the car brake performance, and the shorter the braking distance. Avoid the wheel lock so as to avoid the loss of car to ability, lose the direction stability of the phenomenon. It would be expected that the recent all kinds of vehicles will be equipped with the technology. Of course, ABS technology is still have defects, such as the stability of system still need to improve, control algorithm of further research and improvement. Through the simulation shows, in the design of fuzzy controller, through the adjustment of the fuzzy controller membership functions, the error in the basic fuzzy subsets of domain non-uniform distribution and ZO interval of the retreat to small enough, without any increase in the control strategy of the case, make the steady-state error of the fuzzy controller is greatly reduced, has the good control effect, short setting time, no overshoot, the improved fuzzy controller in steady precision at the same time, continued to parameter time-variance and fuzzy controller of interference has strong adaptability. All in all, this method improves the fuzzy control the system steady control precision, to improve the system dynamic and static quality. Due to the adjustment of the fuzzy controller membership function is very convenient, and therefore, this method is simple and useful for the fuzzy controller is widely used, provide an easy method.附录B.汽车ABS技术及其发展趋势在汽车防抱死制动系统出现之前, 汽车所用的都是开环制动系统。其特点 1, 2 是制动器制动力矩的大小仅与驾驶员的操纵力、制动力的分配调节以及制动器的尺寸和型式有关。由于没有车轮运动状态的反馈信号, 无法测知制动过程中车轮的速度和抱死情况, 汽车就不可能据此调节轮缸或气室制动压力的大小。因此在紧急制动时, 不可避免地出现车轮在地面上抱死拖滑的现象。当车轮抱死时, 地面的侧向附着性能很差, 所能提供的侧向附着力很小, 汽车在受到任何微小外力的作用下就会出现方向失稳问题, 极易发生交通事故。在潮湿路面或冰雪路面上制动时, 这种方向失稳的现象会更加严重。汽车防抱死制动系统( Antilock Braking System简称ABS)的出现从根本上解决了汽车在制动过程中的车轮抱死问题。它基本功能就是通过传感器感知车轮每一瞬时的运动状态, 并根据其运动状态相应地调节制动器制动力矩的大小以避免出现车轮的抱死现象, 因而是一个闭环制动系统。它是电子控制技术在汽车上最有成就的应用项目之一, 汽车制动防抱死系统可使汽车在制动时维持方向稳定性和缩短制动距离, 有效提高行车的安全性。汽车ABS可以说是汽车安全历史上最重要的三大发明之一(另外两个是安全气囊与安全带),ABS也是其他安全装置(如ESP行车动态稳定系

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