（交通信息工程及控制专业论文）汽车ABS试验台测试分析软件系统的研究与实现.pdf

摘要 汽车的a b s ( a n t i l o c kb r a k i n gs y s t e m ) 系统可以使汽车在紧急制动过程中获得良好 的操纵性，因此得到了广泛应用。在国外，对于汽车a b s 装车后的整车制动性能的检 测有道路检测法和台架检测法两种。利用道路检测法检测汽车a b s 装车后的整车制动 性能存在投资大、费用高、精度低、受环境影响大、不能适用全部在用车辆检测等缺点， 因此不宜在我国大规模普及；而利用台架模拟测试的方式检测汽车a b s 装车后的整车 制动性能一直是困扰我国汽车检测行业的一个技术难题。 本课题根据汽车a b s 的工作原理，提出了利用扭矩控制器模拟路面附着系数、利 用飞轮组模拟车身平动动能的汽车a b s 室内台架测试方法，并利用该检测方法研制出 了套既能够模拟汽车在不同附着系数路面上的动态制动过程，又能够同步测试出汽车 各个车轮在路面附着系数发生变化时汽车a b s 工作状态的试验台架。 本文在试验台架的基础上，研制开发出一套具有台架自动控制、检测流程自动引导、 汽车a b s 制动数据自动采集处理和分析评价等功能的测控系统。为此，论文首先从汽 车a b s 的工作原理出发，结合道路检测方法和国外相关标准确定了本测控系统的检测 指标，并对汽车a b s 试验台架的关键技术及其工作原理作了介绍；再以测控系统检测 指标为核心，确定了上位机与下位机“分工合作、相对独立的数据采集模式，并对下 位机系统的硬件和软件设计作了详细论述，包括硬件的整体结构、硬件设备的选型和 c a n 节点的模块化设计；在完成下位机的设计后，本文按照汽车a b s 自动检测的要求 设计出了合理的检测流程，并根据检测流程对上位机的软件系统进行了详细设计，完成 如车辆报检、流程引导、自动检测、数据储存、报表打印等功能；论文最后通过部分实 验数据对系统功能进行了分析，证明了该系统能够较好地完成对装有a b s 车辆的制动 性能的测试。 关键词：汽车a b s ，台架检测，c a n 总线，测控系统，软件 a bs t r a c t t h ea b su s e dw i d e l ya b o a r db e c a u s eo ft h ee x c e l l e n ti n s t r u m e n tw h e nv e h i c l e si na l l e m e r g e n tb r e a k i n g i nf o r e i g nc o u n t r i e s ，t h e r ea r er o a dt e s ta n db e dt e s ti nt e s t i n gt h e f u n c t i o no fb r e a k i n ga b i l i t yo fw h o l ec a rw i t ha b s t h es h o r t a g e so fr o a dt e s ta r e h i g h i n v e s t i g a t i o n ，h i g h e x p e n s e ，a n dl o wp r e c i s i o n ，e a s i l ya f f e c t e db ye n v i r o n m e n ta n dn o t a v a i l a b l ef o ra l lv e h i c l e s t h u st h er o a dt e s ti sn o tp o p u l a ri nd o m e s t i c h o w e v e r , h o wt o p r a c t i s et h eb e d t e s ti sa l w a y sad i f f i c u l t yi nc h i n a a c c o r d i n gt o t h eo p e r a t i o n a lp r i n c i p l eo fa b s ，t h i sa r t i c l er a i s e dt h eb e dt e s tt h a t s i m u l a t et h er o a da d h e s i o nc o e f f i c i e n tb yu s i n gt h et o r s i o nc o n t r o l l e ra n ds i m u l a t et h e t r a n s l a t i o nk i n e t i ce n e r g yb yf l y w h e e lg r o u p t h ea r t i c l en o to n l yd e v e l o p e dau n i to fd y n a m i c b r a k ep r o c e s sw h e nt h ec a r si nv a r i o u sr o a da d h e s i o nc o e f f i c i e n t ，b u ta l s od e v e l o p e da n e x p e r i m e n t a lb e dt h a tc a nt e s tt h ea b sw o r k i n gs t a t u sw h e nt h ew h e e l sa d h e s i o nc o e f f i c i e n t o nr o a dc h a n g e s o nt h eb a s i co fe x p e r i m e n t a lb e d ，t h ea r t i c l ed e v e l o p e das y s t e mo fb e da u t oc o n t r o l ， a u t og u i d i n go ft e s tp r o c e s s ，a n db r e a k i n gd a t aa u t o c o l l e c t i n g ，p r o c e s s i n ga n da n a l y z i n g t h u s ，t h ea r t i c l eb e g a nw i t ht h eo p e r a t i o np r i n c i p l eo fa b s ，c o n n e c t e dw i t hr o a dt e s ta n d r e l a t i n gs t a n d a r d sa b r o a da n dc o n f i r m e dt h et e s ts t a n d a r d so ft h es y s t e ma n di n t r o d u c e dt h e k e yt e c h n o l o g ya n do p e r a t i o np r i n c i p l eo fa b se x p e r i m e n t a lb e d t h e nt h ea r t i c l ec e n t e r i n g o nt h et e s ts t a n d a r d so ft h es y s t e ma n dc o n f i r m e dt h ed a t a - c o l l e c t i o no fh o s tc o m p u t e ra n d s l a v ec o m p u t e rw o r k i n gi n d e p e n d e n t l ya n dd i s c u s s e dt h ed e s i g no fh a r d w a r ea n ds o f t w a r eo f l o w e rm a c h i n e ，i n c l u d i n gt h es t r u c t u r a lw h o l eo fh a r d w a r e ，t y p e - c h o o s i n gi fh a r d w a r e e q u i p m e n t ，b u i l d i n gb l o c kd e s i g no fc a n n o d e a f t e rf i n i s h i n gt h ed e s i g no fs l a v ec o m p u t e r , t h ea r t i c l ed e s i g n e dar e a s o n a b l et e s tp r o c e s sa c c o r d i n gt ot h ea b sa u t ot e s t t h ea r t i c l ea l s o d e s i g n e dt h es o f t w a r eo ft h eh o s tc o m p u t e ra n df i n i s h e dt h ev e h i c l ec h e c k i n ga n dr e p o r t ， g u i d a n c eo fp r o c e s s ，a u t ot e s t i n g ，d a t as a v i n g ，r e p o r tp r i n t i n g ，e t c a tl a s t ，t h ea r t i c l ea n a l y z e d t h es y s t e mf u n c t i o nb yp a r to ft h ee x p e r i m e n t a ld a t aa n dp r o v e dt h a tt h es y s t e ma n dc o m p l e t e t h eb r a k i n ga b i l i t yt e s tf o rv e h i c l e sw i t ha b s k e yw o r d s ：v e h i c l ea b s ，b e dt e s t ，c a n b u s ，t e s ta n dc o n t r o ls y s t e m ，s o f t w a r 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。 论文作者签名： 铂1 哥 劢昭年6 月垆日 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：徊1 印 导师签名：撕 厶叼年6 月夕日 洳9 9 年6 月争日 长安大学硕十学位论文 1 1 项目概况 第一章绪论 1 1 1 项目立项背景 改革开放3 0 年来，我国经济取得了举世瞩目的成就，2 0 0 6 年我国成为全球第四大 经济体，仅排在美国、日本、德国之后，2 0 0 7 年，我国经济进一步发展，迅速缩小了与 德国的差距，并有望在2 0 0 8 年成为全球第三大经济体。随着经济的增长，我国人民生 活水平得到了根本性的改变，在基本生活需求得到完全满足后，人们已经开始追求更高 的物质生活条件，汽车作为现代化便捷的交通工具，正逐步走进千家万户，据公安部统 计，截至2 0 0 7 年底，全国机动车保有量为1 5 9 8 亿辆，并且继续保持快速增长的势头。 然而，随着我国汽车数量的快速增加，交通事故也随之增加。据公安部统计，2 0 0 7 年全国发生道路交通事故3 2 7 2 0 9 起，造成8 1 6 4 9 人死亡、3 8 0 4 2 2 人受伤，直接财产损 失1 2 亿元，这势必对人民群众的生命安全以及国民经济持续健康发展造成不利影响。 在强调驾驶员遵守交通规则安全驾驶的同时，还应该不断改进汽车自身的安全系 统。根据美国高速公路交通安全局交通事故调查分析，4 3 4 的恶性交通事故是由汽车 自身的缺陷造成的。尤其在对印第安纳州的调查中发现，在汽车自身缺陷中，刹车制动 性的问题占到将近一半【1 】。在发生人身伤亡的交通事故中，在潮湿路面上约有l 3 与侧 滑有关。这种现象正是装有普通制动器的汽车常常遇到的，汽车在紧急制动时，四个车 轮完全抱死，这时汽车只要在轻微侧向力作用下，就会发生侧滑，汽车急剧摆动，甚至 完全调头。更加危险的是，当汽车行驶在弯道上时，由于前轮抱死，汽车将丧失转向能 力，这时转动方向盘虽然也能带动前轮转向，但由于车轮缺乏附着使汽车无法转向，将 沿着惯性方向向前湍动直至停止【2 1 。 现代汽车技术的发展趋势之一就是更加强调驾驶员的操纵方便和安全性，汽车防抱 死制动系统a b s ( a n t i l o c kb r a k i n gs y s t e m ) 正是迎合这种需求，其具有以下四大功能 1 3 1 ： 1 、加强了对车辆的控制。装备有a b s 的汽车，驾驶员在紧急制动过程中仍能保持 良好的操纵性，对前方障碍物或险情作出及时的躲避；而未配备a b s 的车辆紧急制动 时容易产生侧滑、甩尾等意外情况，使车辆失去控制。 2 、有效缩短制动距离。在紧急制动状态下，a b s 能使车轮处于既滚动又拖动的状 第一章绪论 况，拖动的比例占2 0 左右，这时轮胎与地面的摩擦力最大，即所谓的最佳制动区域， 普通的制动系统无法做到这一点。 3 、减少浮滑现象。没有配备a b s 的车辆在潮湿、光滑的道路上紧急制动时，车轮 抱死后会保持惯性继续向前滑动；而a b s 能够避免车轮抱死，减少了制动过程中出现 浮滑的机会。 4 、减轻了轮胎的磨损。未装备a b s 的车辆在道路上紧急制动时会留下较长的连续 的刹车痕迹，抱死的车轮与地面摩擦使轮胎表面形成平斑，造成不能修复的损伤；而装 备了a b s 的车辆，只会留下轻微的间断的刹车痕迹，明显减少了轮胎的磨损程度。 正是由于汽车a b s 以上突出的性能以及汽车消费者对安全的日益重视，汽车a b s 得到迅速推广，大部分的汽车都已将a b s 列为标准配备。同时国家制定的 g b 7 2 5 8 - - 2 0 0 4 机动车运行安全技术条件规定【4 】：“从2 0 0 4 年1 0 月1 日起，总质量 大于1 2 0 0 0 k g 的长途客车和旅游客车、总质量大于1 6 0 0 0 k g 允许挂接总质量大于1 0 0 0 0 k g 的挂车的货车及总质量大于1 0 0 0 0 k g 的挂车必须安装符合g b t 1 3 5 9 4 规定的a b s ”， 进一步推动了汽车a b s 的普及。 a b s 的广泛应用必然提出一个新的课题，即如何检测和评价a b s 装车后的制动性 能，目前有两种方法：道路试验法和整车台架检测法。 道路试验法通过车载测量仪器和数据处理记录仪对车辆的轮速、车速、减速度、踏 板力及管路压力进行测量记录，然后计算出一些技术指标来评价a b s 的性能，这种方 法虽然能较全面地检测装配a b s 的车辆在各种路面上的制动性能，但是实验费用高、 周期长、精度低、受环境及道路条件的影响大【5 】。 由于道路试验法的以上缺点，a b s 的整车台架检测成为a b s 检测技术的研究重点。 我国现有台架检测主要是以反力式制动力检测台和平板式制动力检测台为主，但这两种 试验台都只能检测汽车在低速时的制动性能，无法检测在一定速度以上才起作用的汽车 a b s 的制动性能。同时，国外生产成套的a b s 检测台价格昂贵，不适合我国现阶段国 情。因此，如何对装有a b s 的车辆的制动性能进行全面的不解体台架测试，成为目前 我国a b s 检测技术研究的重要课题。 1 1 2 项目立项指标 针对以上情况，陕西省科技厅决定将本课题_ 汽车a b s 整车性能检测试验台及 其试验分析系统”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 2 长安大学硕上学位论文 的研究进行重点支持。项目的立项指标如下： 一、主要目标 研制开发汽车a b s 试验台及设计计算机测试分析系统成品样机一套，该系统具有 如下主要技术指标： ( 1 ) 检测汽车适用范围：适用汽车轴距暂定为1 9 0 0 m m 3 3 0 0 m m ( 以最终设计为 标准) ，汽车整备质量不大于3 0 0 0 k g 双桥汽车。 ( 2 ) 主要功能： 1 ) 前后四轮同时检测； 2 ) 传统制动性能检测：左右轮最大制动力、过程差、协调时间、阻滞力、驻车制 动力； 3 ) a b s 制动系统性能检测； 4 ) 自动完成测试过程； 5 ) 具有联网通讯接口和协议( r s 2 3 2 双向) 。 ( 3 ) 技术水平：基本技术水平达到国内领先，主要技术设备指标达到国际 先进水平。 二、主要研究内容： ( 1 ) 汽车a b s 系统工作状况室内整车台架试验测试方法与评价体系研究。 在深入分析研究国内外不同形式的汽车a b s 工作原理的基础上，提出a b s 工作性 能的室内整车台架试验方法，确实能全面真实反映a b s 制动性能的各项参数即汽车a b s 整车工作状况的评价指标体系。 ( 2 ) a b s 制动性能不解体动态测试机械台架系统研制。 该台架系统从原理及机械结构上能够完成对安装a b s 车辆制动性能的不同路面情 况下的动态模拟测试。 ( 3 ) 汽车a b s 制动性能综合测试分析与评价系统研制。 研制计算机测控系统，完成对汽车传统反力式制动信号的采集处理和a b s 制动状 况的动态模拟测试、台架控制及分析评价等功能。 ( 4 ) 系统可靠性及抗干扰技术研究。 1 1 3 项目立项意义 本课题是集“机、电、气”于一体的新产品开发项目，其目的是根据国家有关a b s 第一章绪论 性能标准要求，在深入研究汽车a b s 工作性能的室内台架试验方法的基础上，开发研 制出能够对安装a b s 装置的车辆的制动性能进行动态检测和评价的试验台及其计算机 测试分析系统，并联合四川禾嘉集团成都成保发展股份有限公司( 原交通部成都汽车保 修机械厂) 进行台架机械部分的加工生产。该试验台根据a b s 的工作原理，能够模拟 出汽车在不同附着系数路面上进行制动时的动态制动过程，测试出汽车的各个车轮在路 面附着系数发生变化时a b s 的工作状态，从而全面地检测出安装a b s 的车辆在各种路 面上的制动性能，并进行综合评价。 该试验台及测试分析系统的研制成功，可以有效地解决我国现有各种试验台架无法 对装有a b s 的车辆的制动性能进行测试这一困扰我国汽车检测行业多年的技术难题， 从而填补我国在汽车a b s 不解体室内台架试验方面的空白。该项目的研制成功，对于 推动我国汽车检测技术及设备的发展，促进整个汽车检测行业的技术进步将起到重要作 用；对于满足我国汽车检测市场的迫切需要，改善我国车辆安全技术状况，降低交通事 故的发生也将具有十分重要的现实意义。 1 2 本论文的主要研究工作 本文的主要工作是在试验台架的基础上，研制开发出一套具有台架自动控制、检测 流程自动引导、a b s 制动数据以及传统反力式制动数据自动采集处理和分析评价等功能 的测控系统。 为实现系统的以上功能，本论文将展开以下几个方面的工作： 1 、确定a b s 性能室内台架测控系统的检测指标 在深入研究汽车a b s 制动系统工作原理和a b s 性能检测试验台工作原理的基础 上，确定测控系统的检测指标。 2 、采用上位机和下位机“分工合作、相对独立”的数据采集模式 由于a b s 检测过程中需要同时采集左前轮速、右前轮速、左后轮速、右后轮速和 车身速度五路信号，对数据采集要求反应快、实时性好、采集频率高，在项目进行之初 系统采用的是以主控机为核心的集中式数据采集模式，这种数据采集模式占用了大量的 系统资源，使系统运行缓慢，无法保证其实时性和稳定性，因此，本文将摒弃集中式数 据采集模式，采用上位机和下位机“分工合作、相对独立”的数据采集模式，上位机负责 发出指令和接收数据并处理数据，下位机负责接收指令和采集数据，上位机和下位机通 4 长安大学硕士学位论文 过c a n 总线实现通信和数据传输。 3 、设计和开发下位机系统的硬件和软件 下位机的硬件和软件都将采用c a n 节点的模块化设计。硬件系统包括行程控制模 块、升降台控制模块、扭矩控制模块、轮速采集模块和常规制动检测模块。单片机通过 下位机软件对各硬件模块进行控制完成对速度、压力等物理量的采集，以及对电机、电 磁阀、扭矩控制器等执行元件的控制。 4 、设计系统上位机和下位机的通信协议 利用c a n 总线技术把下位机硬件模块作为c a n 通信系统中的节点，运用双绞线 把这些c a n 节点连接成网络，并设计出公开、规范的通信协议，实现下位机和上位机 之间的数据传输和信息交换。 5 、设计上位机软件系统 深入分析试验台各组成部分的主要功能及其相互之间的关系以及需要注意的问题， 并结合检测指标，设计出具体的合理的检测流程，以该检测流程为基础，运用v i s u a lb a s i c 6 0 开发系统上位机软件。该系统将为操作人员提供良好的人机界面，完成如车辆报检、 流程引导、自动检测、数据储存、报表打印等功能。 6 、通过部分测试数据检验系统功能 通过具体的试验考察系统的运行情况，检验系统是否达到了设计要求，并通过对检 测数据的分析，再结合测控系统的检测指标，检验该系统是否可以较为准确地检测汽车 a b s 的制动性能。 第二章汽车a b s 及其检测方法概述 2 1 引言 第二章汽车a b s 及其检测方法概述 要开展对汽车a b s 制动性能测控系统的研究，必须对汽车a b s 的相关知识、汽车 a b s 的检测方法及其发展情况作必要的了解。本章将介绍汽车a b s 系统的工作原理， 以及a b s 压力调节过程，并分析总结目前汽车a b s 常规检测的各种方案以及国内a b s 检测的研究现状。 2 2a b s 发展概况 2 2 1 国外汽车a b s 发展现状及其趋势 a b s 的发展可以追溯到本世纪初期，早在1 9 2 8 年制动防抱死理论就被提出，3 0 年 代机械式防抱死制动系统就开始在火车和飞机上获得应用哺1 。但直到1 9 5 4 年，福特 ( f o r d ) 公司才首次将法国生产的民航机用防抱死制动系统移置在林肯( l i n c o n ) 轿车， 这次试装虽然以失败告终，但揭开了汽车应用a b s 的序幕。但由于这一时期的各种防 抱死制动系统采用的都是机械式车轮转速传感器和机械式制动压力调节装置。因此，获 取的车轮转速信号不够精确，制动压力调节的适时性和精确性也难于保证，控制效果并 不理想。 随着电子技术的发展，电子控制防抱死制动系统的发展成为可能。在6 0 年代后期 和7 0 年代初期，一些电子控制的防抱死制动系统开始进入产品化阶段。凯尔塞海伊斯 公司在1 9 6 8 年研制生产了称为“s u r e - - t r a c k ”的两轮防抱死制动系统，该系统由电子控 制装置根据电磁式转速传感器输入的后轮转速信号，对制动过程后轮的运动状态进行判 定，通过控制由真空驱动的制动压力调节装置对后制动轮缸的制动压力进行调节。并在 1 9 6 9 年被福特公司装备在雷鸟( t h u n d e r b i r d ) 和大陆马克i i i ( c o n t i n e n t a lm k ) 轿 车上。克莱斯勒公司与本迪克斯( b e n d i x ) 公司合作研制的称为“s u r e - - b r a k e ”的能防止 4 个车轮被制动抱死的系统，在1 9 7 1 年开始装备帝国( i m p e r i a l ) 轿车，其结构原理与 凯尔塞海伊斯的“s u r e - - t r a c k ”基本相同，只是“s u r e - - t r a c k ”只能对两个后制动轮缸进行 防抱死制动压力调节。波许公司和坦威斯( t e v e s ) 公司在这一时期也都研制了各自的 第一代电子控制防抱死制动系统，这两种防抱死制动系统都是由电子控制装置对设置在 制动管路中的电磁阀进行控制，直接对各制动轮缸的制动压力进行调节。 6 长安大学硕 二学位论文 瓦布科( w a b c o ) 公司与奔驰( b e n z ) 公司合作，在1 9 7 5 年首次将防抱死制动系 统装备在气压制动的载货汽车上。 进入7 0 年代后期，数字式电子技术和大规模集成电路的迅速发展，为防抱死制动 系统向实用化发展奠定了技术基础。波许公司在1 9 7 8 年率先推出了采用数字式电子控 制装置的波许a b s2 s 型防抱死制动系统，并且装备在奔驰轿车上，由此揭开了现代制 动防抱死控制系统发展的序幕。尽管波许a b s2 s 的电子控制装置仍然是由分离元件组 成的控制装置。但由于数字式电子控制装置与模拟式电子控制装置相比其反应速度、控 制精度和可靠性都显著提高，因此，波许a b s2 s 的控制效果已相当理想。从此之后， 欧、美、日的许多制动器专业公司和汽车公司相继研制了形式多样的防抱死制动系统。 在现代防抱死控制系统的发展历程中，以下几种防抱死制动系统的出现具有里程碑 意义。 瓦布科公司和奔驰公司合作于1 9 8 1 年推出了大客车和载货汽车用的气压式现代防 抱死制动系统。 波许公司在1 9 8 3 年推出了在波许a b s2 s 基础上改进的波许a b s5 s 型防抱死制动 系统。波许a b s5 s 更适合于批量生产，而且质量也比波许a b s2 s 小。而更有代表意 义的是波许a b s2 s 的电子控制装置首次采用了大规模集成电路替代分离元件，从而使 电子控制装置中的元器件数量减少到6 0 个，这还不及波许a b s2 s 电子控制装置中元器 件数量的一半。在电子控制装件中采用了两个完全一样的微处理器，利用冗余方法提高 了系统的工作可靠性。 自8 0 年代中期以来，防抱死制动系统向着提高效能成本比的方向发展。波许公司 在1 9 8 5 年对其a b s2 s 进行了结构简化和系统优化。推出了经济型的防抱死制动系统一 波许a b s2 e 。格林( g i r l i n g ) 公司为了适应中级轿车装备防抱死制动系统的要求。曾 在1 9 8 7 年推出了一种机械式防抱死制动系统一格林s c s 型防抱死制动系统，并装备在 英国福特公司生产的护卫者( e s c o r t ) 轿车上。凯尔塞海伊斯公司在1 9 8 8 年推出了适 用于轻型货车和客货两用汽车的后轮防抱死制动系统。德尔科( d e l c o ) 公司也于1 9 9 0 年推出了更为经济的四轮防抱死制动系统一德尔科a b sv i 防抱死制动系统。这些努力 都为防抱死制动系统的迅速普及创造了条件。 随着计算机及控制技术的进步，a b s 系统必将会有更大的发展。预计今后a b s 技 术会向以下几个方向发展： l 、a b s 和驱动控制装置的一体化。a b s 和驱动控制装置的组合装置目前已经投入 7 第二章汽车a b s 及其检测方法概述 生产，安装在部分高级轿车上。a b s 是以防止车轮抱死为目的，与此相反、驱动控制装 置是为了防止车轮的空转。从另一方面来看，a b s 是为了缓解制动，而驱动控制装置则 是为了施加制动。这是非常相近的技术，当然也可以说它们都是采用了电子计算机、轮 速传感器、电子控制装置的组合系统口1 。 2 、a b s 与电子全控式( 或半控式) 悬挂、电子控制四轮转向、电子控制液压转向、 电子控制自动变速器等行驶系统和动力传动系统的组合装置。汽车行驶系统之所以采 用电子控制，是因为传感技术的高度发展和车用高速数字通信系统已达到实用化程度， 把这些系统和a b s 组合起来，可以使汽车的运动保持最佳状态哺 。 3 、a b s 与自动制动器的组合。自动控制器的作用是识别出前方的障碍物并自动地 施加制动，避免车祸发生，它和a b s 组合起来能够进一步提高车辆的行驶安全性四3 。 4 、改进电磁阀的磁路设计和结构设计，提高电磁阀的响应速度。 5 、消除a b s 工作过程中的“踏板反冲”现象，提高制动舒适性。 6 、减小体积，降低重量，提高集成度以降低成本和销售价格，并简化安装。 为了 提高汽车的安全性能，增加了一些装置，汽车重量也随之增加，对燃料经济性不利。所 以新增设的各种装置必须在保证安全性的前提下，尽量减少重量n 0 1 。 2 2 2 国内汽车a b s 发展现状及其趋势 我国的a b s 研究起步较晚，国内研究a b s 的单位主要有东风汽车集团公司、交通部 重庆公路研究所、重庆宏安a b s 有限公司、陕西兴平5 1 4 厂、长安大学等。 东风汽车集团公司从8 0 年代初就开始研究a b s ，也是较早研究a b s 的厂家之一，其 研究工作的主要目标是对国外的产品进行消化吸收，如将德国w a c b o 公司的a b s 装于 e q l l 4 1 g 型汽车上进行各种试验。 从1 9 8 6 年开始至1 9 9 0 年的期间，交通部重庆公路研究所承担了被列入国家“八五”科 技攻关计划的电子控制式a b s 的研究项目，并于1 9 8 9 开始至今，小批量生产了适用气制 动的二通道f k x - 一a c 型a b s 和四通道f k ) ( 琅型a b s 。属于第一代的f k x a c 型a b s 产品中的e c u 采用了2 8 0 芯片。属于第二代的f k x - r i 型a b s 产品中的e c u 采用了美国 i n t e l 公司的m c s 一9 6 系歹u 8 0 9 8 单片机作c p u 微处理器。它们的性能都能达到 g b l 3 5 9 4 - - 9 2 汽车防抱制动系性能要求和实验方法中规定的一类防抱死制动装置的 要求。 1 9 9 6 年，重庆宏安a b s 有限公司推出了气压、单通道、轴控制式h a i l l f b 型a b s ， 长安大学硕上学位论文 其性能达到二类防抱死制动装置的要求，并小批量投放市场。另外，该公司还开发了气 压二通道h a l 2 i f b 型a b s ，气压三通道h a l 3 1 f b 型a b s 和气压四通道h a l 4 1 f b 型a b s ， 它们均达到一类防抱死制动装置要求。重庆宏安a b s 公司是我国批量生产a b s 的厂家， 该公司生产的h a l 2 1 f b 型a b s 和h a l 4 1f b 型a b s 的年生产能力可达3 0 万套。1 9 9 7 年， 由江苏徐港电子元件厂、星光机械厂、清华大学三家组建了一家由清华大学出技术，专 门生产液压a b s 的有限责任公司。清华大学开发了a b se u c 的软硬件，测绘了b e n d i x 公 司的a b s 和r o b e r t b o s c h 公司的a b s _ z 型产品的制动压力调节器，分祈了它们的电磁阀 响应特性和结构特点，试制了一种手提式中文故障诊断仪的样机，为该型号的a b s 在南 汽v i e c o a 3 0 一1 0 型客车上装车做了匹配，并按g b l 3 5 9 4 做了较完整的道路试验，其性 能达到一类防抱制动装置的要求。 目前我国也有几家合资企业利用国外a b s 技术，生产国p b a b s 产品，投放国内汽车 市场的单位情况。1 9 9 6 年，山东明水制动器厂推出德国w a b c o 公司的b 代和c 代a b s ， 因价格太高，尚无配套车型和汽车厂家。1 9 9 7 年，上海汽车制动系统有限公司推出德国 i t t 公司的m l q 旺1 型a b s ，装在上海大众桑塔纳2 0 0 0 型轿车和一汽大众捷达轿车上。 目前，上海汽车制动系统有限公司是我国最大的a b s 及主动安全控制系统供应商。1 9 9 7 年，长春一汽集团底盘制动器厂推出美国k h 公司的e b c 2 s 型单通道、轴控制式、装 在后轮的a b s 和e b c l 0 型四通道、轮控式a b s ，在旅行车和小解放车上作为选装件。 尽管不同公司生产的a b s 系统的类型不同，但它们都有相同的基本组成和工作原 理，它们的重要区别是电子控制单元及控制线路不同【1 l 】。由于国内a b s 技术发展起步较 晚，在软硬件方面都与国外有一定差距，但大的研究方向是相同的【1 2 】。 在研究a b s 技术的同时，也制定了一些相应的规范，如g b1 9 9 9 - - 1 2 6 7 6 汽车制 动系统结构，性能和试验方法中4 2 、4 2 0 、3 1 3 也指出，自2 0 0 4 年1 月1 日起，部分 汽车安装a b s 制动防抱死系统将成为强制标准【1 3 】；同时g b7 2 5 8 7 - 2 0 0 4 机动车运行 安全技术条件中规定m 3 类车要装备a b s ，这是国家强制性标准第一次规定在轿车、 大客车等乘用车上必须安装a b s 。虽然它比国外晚了近二十年，但是它还是体现了我国 汽车工业的发展与进步。 2 3 汽车a b s 的基本原理 2 3 1 汽车制动基本概念 汽车行驶时，能够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 9 第二章汽车a b s 及其检测方法概述 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。汽车的制动性能由 制动效能( 制动距离与制动减速度) 、制动效能的恒定性( 抗热衰退性能) 和制动时汽 车的方向稳定性( 制动时汽车不发生跑偏、侧滑以及失去转向能力的性能) 三个方面来 评价1 钔。 汽车在制动过程中人为地使汽车受到一个与其行驶方向相反的外力，汽车在这一外 力的作用下迅速的降低车速以致停车，这个外力称为汽车的制动力。制动力是评价汽车 制动性能的最基本因素。 制动距离与汽车的行驶安全有直接的关系，它指的是汽车行驶过程中，从驾驶员开 始操作制动控制装置( 制动踏板) 到汽车完全停住为止所驶过的距离。决定汽车制动距 离的主要因素是：制动器起作用的时间、最大制动减速度即附着力( 或最大制动器制动 力) 以及起始制动车速。 汽车制动距离的理论公式为n 5 3 ： j2 s l + 5 2 + 5 321 1 1 旦：型生+ 竺! ： 3 6 2 5 9 ( m )( 2 1 ) 式中：t 。、t ：、t 3 一分别表示驾驶员反应时间、汽车机械反应时间、制动时间； s l 、s 2 、5 3 一分别表示、t 2 、t 3 内走过的距离( m ) ； u o _ 制动的初速度( k m h ) 。 在评价汽车的制动时，由于瞬时减速度曲线的形状复杂，很难用某一点的值来代表 汽车的减速度，所以我国行业标准采用平均减速度的概念，即 弘去p o ) a t ( 2 2 ) 式中：t 。为制动压力达到7 5 最大压力p 一的时刻； t ，为到停车时总时间的2 3 的时刻。 e c er 1 3 和g b7 2 5 8 采用的是充分发出的平均减速度m f d d ： m f d d ：二垒二! !( 朋s 2 )( 2 3 ) 2 5 9 2 ( s 。一5 b ) 式中：一o 8 1 ，。，车辆制动的末速度，k m f h ； 匕一0 1 ，车辆制动的末速度，k m i t h ； 一制动初速度，k m h ； l o 长安大学硕士学位论文 一在速度1 ，。和v 。之间车辆驶过的距离，m ； j 。一在速度v 。和v 。之间车辆驶过的距离，m 。 制动效能的恒定性是指抵抗制动效能的热衰退和水衰退的能力。即汽车在高速行驶 或下长坡以及涉水连续制动时制动效能的稳定程度。制动效能降低的程度用热衰退率仇 表示： r l , ：丛1 0 0 = 笠玉1 0 0 。6 0 ( 2 4 ) j 拎5 冷 式中：凡一制动器冷状态( 制动起始温度在1 0 0 。c 以下) 下的制动减速度( m s 2 ) ； 矗一制动器温度升高以后的制动减速度( m s 2 ) ； s 冷一制动器冷状态( 制动起始温度在1 0 0 。c 以下) 下的制动距离( m ) ； 一制动器温度升高以后的制动距离( m ) 。 2 3 2 汽车制动特性 一、轮胎一路面附着特性 在良好的硬路面上制动时车轮受力状况如图2 1 所示1 们。忽略阻力偶矩、减速时车 轮自身的惯性力和惯性力偶矩，由车轮的受力平衡可得： 也= m 。辟 ( 2 5 ) 式中，r t 为车轮的滚动半径。 _ f z 、 h m 。，扭矩控制器的主动转子和从动转子将发生 相对滑转，于是，路面上制动时车轮与路面之间的运动关系便转化为试验台上的扭矩控 制器的主动转子与从动转子之间的运动关系。调整电流，。，即相当于改变道路的附着系 第三章检测指标和试验台总体结构分析研究 数。由于扭矩控制器的主、从动转子分别与飞轮和滚筒的转动保持同步，故只需要测出 飞轮转速缈以及四个滚筒的转速缈，就类似于得到了路面制动测试过程中的车速“。以 及四个车轮的轮速国。对应前面提到的路面制动时的滑移率计算公式： 兄：竺! ! = 二二! 堕1 0 0 “ - 可以得出在试验台上的滑移率计算公式： 式中，c o 为飞轮的转速： 0 3 ，为滚筒的转速。 附着系数利用率计算公式： 爿：竺二竺! x 1 0 0 l = - “ 缈 口 s = 一 a 式中，a 为制动平均减速度； 五为设定的附着系数。 3 3 3 扭矩控制器控制电流的确定 要确定扭矩控制器控制电流f ，必须先确定以下几个方面的内容： ( 1 ) 扭矩控制器的输出扭矩m 与输入电流i 之间的关系 m = f ( i ) i = f 。1 ( m ) ( 2 ) 被检车辆在滚筒上的受力情况分析( 见图2 1 ) 滚筒提供的附着力为： = 伊( l + n 2 ) = 缈矿g 面+ f 忑q 对应于设定的路面附着系数，则有： c = ( l + u 2 ) = 矿c 丽+ f 忑a 此时扭矩控制器需要输出的控制扭矩大小为( 滚筒半径为，) ： ( 3 9 ) ( 3 1 0 ) ( 3 1 1 ) ( 3 1 2 ) ( 3 1 3 ) ( 3 1 4 ) 长安大学硕士= 学位论文 拈驴揣， 可得扭矩控制器的控制电流l 大小应为： ( 3 1 5 ) 驴厂( 肛厂( 羔r ) ( 3 1 6 ) 3 4 汽车a b s 试验台结构 3 4 1 试验台总体技术方案 ( 1 ) 总体方案采用组合结构，能完成反力式常规制动检测、初速度为4 0 k m h 时的 a b s 工作性能检测。 ( 2 ) 反力式制动力测试部分采用常用的电机驱动方式。 ( 3 ) 采用扭矩控制器完成a b s 制动测试中路面附着系数的模拟。 ( 4 ) a b s 制动采用惯性驱动方式模拟汽车的惯量，即装设飞轮系统。 ( 5 ) 采用车辆定位装置和牵引装置限制被检车辆沿前进方向的移位，为了防止制 动时汽车沿滚筒径向滑出而造成轮胎的损伤，在滚筒两端加装限位装置。 ( 6 ) 采用电磁离合器完成汽车常规制动检测与a b s 性能检测的转换。 ( 7 ) 采用气压举升系统，滚筒的自锁与举升连动。 ( 8 ) 根据制动力的变化曲线，由计算机给出制动系故障提示。 ( 9 ) 测试出a b s 系统的滑移率、路面附着系数利用率及汽车的制动距离，绘制各 制动车轮的速度变化曲线，结合制动过程中各轮的抱死情况，由计算机自动给a b s 系 统做出评价。 ( 1 0 ) 控制系统中的信号采用光电隔离，电源系统采用变压器隔离，硬件系统尽可 能作好电磁屏蔽，以提高抗干扰能力。 3 4 2 试验台性能参数 最大整车质量：3 t ；系统形式：双滚筒：惯性模拟当量：3 t ； 该设备可单台使用，也可作为一个单独的工位安装在汽车性能检测线上使用。试验 台性能参数具体内容如下： ( 1 ) 使用条件参数 2 5 第三章检测指标和试验台总体结构分析研究 环境温度 相对湿度 电源 气源气压 ( 2 ) 主机参数及要求 允许承载质量 滚筒尺寸( 直径长度) 滚筒轴间距 左、右滚筒中心距 滚筒表面形式 a b s 制动测试初速度 a b s 制动测试速度范围 飞轮模拟当量车重 电机功率 举升方式 举升器工作行程 滚筒间传动方式 滚筒与驱动轴间传动方式 安全保护 测试精度 制动力测试误差 速度测试误差士 滑移率测试误差 时间误差 ( 3 ) 控制部分要求 外形 操作系统 磁粉离合器输出稳定性 0 4 0 6 0 a c3 8 0 v5 0 h z a c2 2 0 v 士1 0 5 0 h z 0 6 m p a 3 0 0 0 k g 2 4 0 m mx 8 5 0 m m 4 5 0 m m 1 5 5 0 r a m 嵌砂喷焊或粘砂 4 0 k m h 3 5 k m h 12 k m h 6 0 0 k g 3 0 0 0 k g 5 5 k w x 2 2 2k w x 2 气囊式举升 9 0 m m 链传动 齿形带传动 带有牵引或其它保护方式 士2 lk m h 士2 士o 0 2 s 柜式 w i n d o w s 2 0 0 0 5 长安大学硕l ：学位论文 3 4 3 试验台机械结构 图3 2 汽车a b s 检测试验台总体结构示意图 本课题研制的检测台，实质上是在模拟装有a b s 汽车的制动过程的基础上进行检 测。总体方案采用四滚筒双轴测试结构，以飞轮组的转动惯量模拟汽车的平动惯量，选 用扭矩控制器作为元件，实现对道路附着系数的动态模拟，前后轴同时测试。可对目前 广泛使用的各种形式的汽车a b s 系统进行工作性能检测与评价。 图3 2 所示为汽车a b s 检测试验台的机械结构示意图。整个试验台分为前后两个 部分，其中后台架固定不动，前台架由电机驱动，通过传动结构使台架底部的滚轮沿轨 道前后移动。前台架到位后的静态固定利用手动机械装置卡在固定导轨上。前后台架的 联动由花键轴传动来实现。车辆检测时，前后检测台架之间的