摩托车防抱死装置实验台设计

目 录1 绪论 11.1 课题背景及意义 11.2 国外研究概况 21.3 国内 ABS 的研究情况 31.4 ABS 的发展趋势 31.5 ABS 性能试验台 41.6 ABS 试验台的必要性 42 ABS 的结构及工作原理 52.1 ABS 的形式及工作原理 52.2 ABS 的功能及优点 72.3 ABS 控制技术 72.4 ABS（防抱死）制动压力控制 92.5 ABS 的质量控制 102.6 制动时车轮受力分析 102.7 滑移率 122.8 车轮制动与车轮的旋转 142.9 车轮减速度和-S 特性 153 试验台系统结构和工作原理 173.1 机械系统 173.2 电机调速系统 173.3 试验台的结构 173.4 试验台工作过程 183.5 系统的飞轮设计 193.6 法兰盘设计 213.7 系统的加力装置 223.8 试验台结构架 24结束语 25致谢 26参考文献 271 绪论1.1 课题背景及意义ABS 是防抱死制动系统的英文缩写，其英文的全称是 Anti-Lock Brake System.该系统在制动过程中可自动调节车轮制动力，防止车轮抱死以取得最佳制动效果 1。摩托车防抱死制动系统是基于车轮与路面的附着性能随滑移率的原理而开发的高技术系统 2。它以防止制动过程中车轮“抱死”的 机理出发，避免摩托车后轮侧滑和前轮失去转向能力，达到提高摩托车制动稳定性，操纵性和安全性的目的 14。ABS 在汽车上的应用已是非常成熟,但在摩托车上的应用还处在发展中势头很猛.1988 年德国宝马公司率先在 K100 车上装了 ABS,目前德国本土生产的所有宝马摩托都已配备了 ABS.在日本本田公司雅马哈公司生产的摩托上制动系统更是紧随着汽车制动技术的发展而不停发展在应用 ABS 上进步很快 3.我国的摩托车产量目前已居世界第一但技术水平还比较低,随着中国加入世贸组织中国的摩托车将和世界级企业在同等条件下竞争因此将摩托车的技术水平迅速搞上去已成为当务之急.在中国的摩托车企业中对真正意义上摩托车 ABS 的研究几乎是一片空白,但市场有对带 ABS 摩托车的需求,目前许多厂家生产的摩托车配置一种所谓的 ABS 在业内引起了很大争论 4.通过对 ABS 基本原理典型结构的分析，形成一种对 ABS 的客观正确认识能够对国际上摩托车 ABS 的应用情况有一定了解，通过对国产摩托车上一些机械式 ABS 的实验分析，澄清一部分混乱认识，能够对在将来的实际生产中应用 ABS 起到技术上的引导作用。我国摩托车的发展从 1980 年到现在已突破一千万辆，产量跃居世界前列。摩托车的销量在世界上位居第二，仅仅次于日本 5。随着我国国民经济的发展和人民生活水平的提高，人们对摩托车的适应性，舒适性以及安全性的要求也越来越高。由于防抱死制动系统具有显著改善车辆制动性能的功用，现在已经成为汽车，摩托车制动系统的基本装备。随着 ABS 在汽车，摩托车上的广泛使用，如何准确，快速，有效地检测 ABS 的各种工作性能已是一项十分紧迫的任务 6。本课题研究的任务就是防抱死制动系统装置的性能检测，设计出一台检测防抱死控制器的装置，模拟摩托车制动。1.2 国外研究概况摩托车 ABS 是在汽车 ABS 的基础上发展起来的，其基本原理是相同的。防抱死制动系统最早出现在 20 世纪 30 年代，应用于铁路机车上，40 年代中期，美国政府将 ABS 的设计思想应用在喷气式飞机上，并在波音公司生产地飞机上安装了 Hydro Aires 公司的 ABS 初期产品。1954 年美国 Ford 公司首次把法国生产地民航机用 ABS应用在林肯轿车上，这次试验虽然失败，但揭开了汽车应用 ABS 的序幕 7。随着 ABS 技术的日趋成熟完善，制造成本的降低，ABS 不仅应用在轿车，货车上，而且在摩托车上也得到了应用 8。由于其良好的防抱死能力，首先在一些高档摩托车上应用，如赛车和豪华游艇摩托车。最早研制生产并在摩托车上安装 ABS 的是宝马公司，于 1988 年先后在 K100 车上，后推广到 K 系列所有车型上。1900 年又在此车上安装了第二代产品。但价格较高。在摩托车制动器研制方面，日本本田公司一直处于领先地位。1983 年开发研制的 CBS 开始安装在大型豪华旅游摩托车上。其后于 1993 年又研制出用手或者脚操作的双联动制动系统（D-CBS)。其结构由前后制动钳、压力制动阀、主辅缸组成。当采用手或者脚制动时，前后轮制动力能趋近于理想分配。但是这种 ABS 的价格对于整车任然较高。随后又研制出一种电机驱动式 ABS，主要由轮速传感器、电子控制器、电机启动器、和调节器组成。它是通过 ECU 对车轮滑移率和车轮角加速度的检测，控制电机驱动器，由调节器调节压力，具有较为理想的控制效果。与电磁阀式 ABS相比，具有体积小、重量轻、成本低等特点。但是对于中、低档摩托车而言，价格仍然过高，重量仍有 5.5Kg，并不适合在中、低档摩托车上推广。此外，本田还研制出机械式 ABS，主要由速度传感器、控制器、制动压力调节器三部分组成。ABS 装置对制动钳压力的调节频率一般为 2-3 次每秒，最大可达 7 次每秒。能根据路面的变化，及时调节制动器的制动压力，有效防止车轮抱死，保持车轮的滑移率总小于50%，使制动距离明显减短，同时有效地减小了侧滑现象，确保摩托车的安全性。但是此机械式制动器装置需要对摩托车的车价结构进行改造，整体结构复杂，成本高，同样难以在中、低档摩托车上广泛应用 9。1.3 国内 ABS 的研究情况我国从事 ABS 的研究开始于 70 年代，当时长春汽车研究所采用逻辑控制电路对液压制动的轻型货车进行道路防抱死试验。现在刚刚进入产品试制和在车辆上时装阶段。交通部在 6120 型大客车项目中曾把气制动 ABS 列为攻关项目之一，委托西安公路学院和陕西兴国 514 厂联合研制，推广了 3500-BFBO-2 型防抱死侧滑装置。80年代中期，交通部重庆公路研究所研制成 FKX-ACI 型防抱死侧滑装置，1985 年，二汽技术中心引进了西德公司生产地数模混合电子控制 ABS，并在 EQ140 中型货车上进行了装车测试，达到了防抱死的要求。1989 年，清华大学汽车工程系开始了液压ABS 系统在 BJ213 吉普车上的应用研究，但距离国标要求仍有明显差距。目前，清华大学和济南重型汽车技术中心正在进行“汽车防抱死制动系统 ABS 研究” ，这是国家科委的攻关项目。上海汽车集团公司于美国 ITT 合资建厂生产 MK20ABS，所以目前已经安装 ABS 的桑塔纳 2000Gsi 轿车出售 10。1.4 ABS 的发展趋势ABS 从出现到目前在汽车摩托车上的广泛使用已经历了半个世纪的发展过程到现在为止 ABS 系统的总体结构方案已趋于成熟要进一步扩大 ABS 的应用范围并把 ABS各方面性能指标提高到最佳状态今后的研究工作将集中在以下几方面。(1) 减小体积降低重量ABS 是为提高车辆的安全性而增加的装置车辆重量也会随之增加对燃料经济性不利因此必须尽量减少 ABS 的重量另外不论哪种车型发动机的安装空间都是非常有限的因此也要求 ABS 控制器的体积尽可能的小些。(2)实现精确控制目前得到广泛采用的是采用门限值式逻辑控制算法的 ABS 其缺点是调试困难在个各车型间的互换性差随着传感器技术的发展采用各种现代控制算法的 ABS 将成为主流使 ABS 的性能更加完善。(3)实现多功能综合控制与防抱制动系统有关和类似的控制系统由综合成一体的趋势博世公司早在 1987年就推出了 ABS/ASR 把防抱制动和驱动防滑结合起来 1996 年博世公司提出了车辆动力学控制系统 VDC 的概念在 ABSASR 的基础上加入了侧向稳定性控制等新的内容并推出了相应的产品丰田公司开发了 ABS 制动系统监控轮胎气压监控的集成控制系统 11。1.5 ABS 性能试验台国内生产制动器的厂家众多，市场上出现了一系列摩托车防抱死控制器产品，这些产品在实际应用中存在着各种各样的问题，这些问题产生的主要原因是防抱死控制器设计原理不成熟，无法准确计算和调节防抱死的压力。这样的产品无论对摩托车生产厂商还是摩托车驾驶员来说都是潜在的安全隐患，但这些产品的检验尚无统一的标准，更缺乏检测手段，产品的质量性能无法进行检测，国外工业发达国家如日本，美国，早在 70 年代就制定了轿车，汽车，摩托车制动器的实车试验方法标准，并在以后于 80 年代分别制定台架试验方法，根据这个趋势，摩托车制动器台架试验方法检测装置的研制必须提到议事日程 12。ABS 在汽车，摩托车上的广泛使用，如何准确，快速，有效地检测 ABS 的各种工作性能已是一项十分紧迫的任务。从实验情况看，ABS 装车路试存在着三个方面的问题：（一）实验费用高；（二）实验周期长；（三）实验精度低，而仅靠整车制动性能试验不能反映制动器的性能和质量，为了有效克服 ABS 装车路试过程中存在的缺陷，实现对 ABS 工作性能检测的精度化合台架化无疑是最佳途径，摩托车 ABS 工作性能试验台正是针对上述问题研究开发的，其研制使 ABS 工作性能检测便捷，准确成为可能，为 ABS 性能试验的计算机台架化测试提供了技术保障 13。因此，摩托车制动器试验台是考核，评价制动器这一部件性能的专用试验装置。1.6 ABS 试验台的必要性普通制动系统在湿滑路面上制动，或在紧急制动的时候，车轮容易因制动力超过轮胎与地面的摩擦力而安全抱死。近年来由于汽车消费者对安全的日益重视，大部分的车都已将 ABS 列为标准配备。如果没有 ABS，紧急制动通常会造成轮胎抱死，这时，滚动摩擦变成滑动摩擦，制动力大大下降。而且如果前轮抱死，车辆就失去了转向能力；如果后轮先抱死，车辆容易产生侧滑，使车行方向变得无法控制。所以，ABS 系统通过电子机械的控制，以非常快的速度精密的控制制动液压力的收放，来达到防止车轮抱死，确保轮胎的最大制动力以及制动过程中的转向能力，使车辆在紧急制动时也具有躲避障碍的能力 14。随着世界汽车工业的迅猛发展，安全性日益成为人们选购汽车的重要依据 。目前广泛采用的防抱制动系统（ABS）使人们对安全性要求得以充分的满足。鉴于上述原因，所以急需一种简单易行的方法来对 ABS 进行研究与探讨。所以它是非常必要的。2 ABS 的结构及工作原理2.1 ABS 的形式及工作原理ABS 分为机械式和电子式两种：机械式 ABS 结构比较简单，主要是一个机械阀，利用阀体内的一个橡胶气囊对刹车压力的反馈来不断放松，制动，从而达到车轮防抱死的效果。图 1 机械式 ABS 结构图电子式 ABS 通过传感器将车轮制动时的车速，轮速及制动时汽车的减速等信号发送给 ABS 电脑，由 ECU 计算出车速，轮速滑移率和车轮的减速度，加速度，并加以分析，判别，放大。由输出极输出控制指令，由该控制指令控制指令制动压力调节器，液压泵及常规制动装置等制动执行器的动作，以平衡制动时每个车轮受到 5个力的作用，达到快速平稳的制动效果。从制动效果上看，电子式 ABS 要大大优于机械式 ABS，所以目前轿车的 ABS 大多数是电子式的机械式 ABS 的适用特性需要事先设定，在积水路面、冰雪路面、沙石路面、沥青路面上，轮胎的摩擦系数不同，车速不同，需要的制动力也不相同。没有即时的测量回馈系统，只依靠预先设定的阀值，适用范围较窄，制动效果也会有所降低 15。图 2 盘式制动器工作原理图防抱死制动系统（ABS）是改善车辆安全性的技术之一。它能提高车辆在不同附着系数路面条件上的制动安全性能，保障车辆的稳定性，减少交通事故的发生，具有明显的社会效应和经济效应，因此，防抱死制动装置已作为车辆标准部件和安装部件使用。防抱死制动装置已经发展为与驱动防滑控制组合的装置（ABS/ASR） 。它既可以防止制动时车轮抱死，又可以防止起步和加速时驱动轮的滑转。车辆在安装ABS 后，使传统的制动转变为瞬态自动控制的制动过程，即使驾驶员制动过度，经循环控制制动压力的变化，车轮也不会抱死 5。2.2 ABS 的功能及优点ABS 的功能就是通过调节，控制制动管路压力，避免车轮在制动过程中抱死而滑移，使其处于滑移率 15%-25%的边滚边滑的运动状态。其优点如下：改善了车辆制动时的横向稳定性。车辆不管在何种路面上实施制动，只要车轮抱死滑移，横向附着系数就极小，车辆将失去抵抗横向干扰力，极易侧滑，不稳定。当车轮处于 15%-25%的边滚边滑运动状态时横向附着系数较大。有足够的抵抗横向干扰力的能力。从而保证了车辆制动时有较高的横向稳定性。改善了车辆制动时的方向稳定性。车辆制动时转向轮抱死滑移，车辆将失去了转向操纵能力，只能按惯性力的方向运行；当转向轮处于边滚边滑的运动状态，则可以保证车辆有足够的转向操纵能力。改善了制动能效。绝大多数路面的附着系数与滑移率有比较大的关系，但也有少数的松散路面，当滑移率为 100%时，附着系数最大。在前一种所示的绝大多数情况下，ABS 有充分利用路面的潜在附着力的优点，因而改善了制动效能，但保证了车辆有良好的稳定性及足够的转向操纵性。减少了轮胎的局部过度磨损。车辆制动时，车轮抱死滑移，会造成轮胎局部磨损严重，特别是在高附着系数路面上更甚，采用了 ABS 则避免了轮胎的局部磨损。使用方便，工作可靠.ABS 系统的使用与普通系统的使用几乎没有区别。制动时只要把脚踏在制动踏板上，ABS 系统就会根据情况自动进入工作状态，如遇雨雪路滑，驾驶员也没有必要用一连串的点刹车进行制动，ABS 系统会使制动状态保持在最佳点16。2.3 ABS 控制技术2.3.1 ABS 的基本技术要求对任何一种设计和使用的防抱死装置来说，都必须做到制动的可靠性和稳定性，以满足安全性的需要。因此 ABS 具有：（1）在任何路面条件下制动都能保证制动稳定性。（2）在设计车速的整个范围内，都能控制调节制动车轮。（3）与无防抱死制动相比，在满足制动稳定性的条件下做到缩短制动时间。（4）必须最快地适应制动滞后和发动机驱动的影响，不受司机操作熟练程度的影响。（5）保证具备防抱死制动调节的后续制动压力的供给能力。（6）必须具备系统的监测和诊断功能，一旦发现有损制动性的性能故障，ABS系统自动关闭，并恢复常规制动功能。（7）装车应用的部件必须安全可靠并符合法规要求。2.3.2 以滑移率为控制参数的控制滑移率是由车辆速度和车轮速度计算得到的，如果能在制动时把滑移率始终控制在 8%30%的范围内，就会获得满意的制动效果。但是如果在实际应用中，可以用车轮传感器准确的测出轮速，却没有理想的用于准确测出瞬时车速的方法，在制动加压和车轮在稳定区减速的过程中，车速和车轮变化趋势是相同的。可设定斜率变化的规律，计算出近似的车速，在车辆开始制动加压时，轮速下降，根据参考车速计算出的滑移率数值超过设定值时，会发出滑移信号，由此开始降低制动压力，直到滑移率减小到低于设定值，轮速逼近车速又继续增大制动压力，实现滑移率的控制过程，只要车轮减速度达到要求的特定值，斜率满足前述条件，在所有路面上都能保持车轮旋转恢复到稳定区域。2.3.3 以车轮加速度和减速度为控制参数的控制在开始制动时制动压力迅速上升，车辆和车轮开始减速，很快车轮减速度达到控制门限值，制动压力开始下降，轮速由继续下降而转为轮速上升，逐渐达到较小的加速度，制动压力停止减小而保压，很快由达到加速度门限值，这时制动压力增长较大，使轮速很快下降，当加速度重新回至较小的加速度时，压力又缓慢上升，促使轮速随压力增加而逐渐减速，重复前面的循环，达到防抱死车轮的目的。在加速度过程中车辆从低系数路面进入高系数路面后，因附着系数急剧变化而使车轮转速过高时，就马上增加制动压力弥补制动力不足，在地附着系数路面的制动压力下降斜率应不同于其它路面；压力降和压力上升的特定时间的限制，保证防止车轮不被抱死和制动轮速上升循环的要求。2.3.4 以车轮加，减速度与滑移率联合控制参数的控制根据车型，道路，技术性能要求高低互相协调，通过对控制参数“门限值”设定，使加速度和滑移率控制获得趋近优化控制设计的目的。把滑移率信号与车轮减速度和加速度控制结合起来作为控制参数，明显提高了 ABS 的控制效果。模拟控制技术是在控制过程中，记录前一控制周期的各参数，再按照这些参数值规定下一周期的控制条件。这里解决的问题是：（1）路面的识别。（2）对不同滞后量和转动惯量的修正。相对于预测控制技术而言，进一步提高了 ABS 的控制性能，使其适应各种车型，各种路面以及运输条件，扩大了 ABS 装置的使用范围。2.4 ABS（防抱死）制动压力控制2.4.1 ABS 制动压力幅度的影响车辆在防抱死制动过程中，所施加的制动力和压力的变化速度，大小和滞后有关。 在 ABS 采用按一定得斜率增加和减小制动压力的控制过程中，要求开始制动压力的幅值必须能使车轮减速度达到或者超过“减速度门限值” ，否则“欠压”制动不能实现控制过程。这是，制动压力应该随着车轮减速度的增加而降低，直至发出车轮加速度信号，为了保证制动力矩和车轮转矩在所行驶的路面上恢复到最佳状态，使车轮控制在较佳的滑移率范围内，就必须控制其减压幅度不要太大。2.4.2 ABS 控制器压力变化速度的影响在 ABS 控制的减压过程中，车轮的减速度逐渐过渡到加速度，应使车轮速度返回到稳定区域。在不同路面情况下，制动控制压力的变化会对车轮产生不同的影响。减压速度过慢，使轮速过渡降低，导致滑移率增加，制动控制失灵或者抱死。为了改善制动效果，必须加大在低制动力区域的减速度。在减压的相同时间里，减压速度太快，轮速由减速转为升速的过程短，并且比较早的达到加速度控制值，使车轮进入加压过程，如果减压速度超过需要值，会造成“欠压” ，加压控制过程太长，不可能将轮速控制在最佳范围，是制动距离增加。一般情况下在低附着路面的减压速度要求比高附着系数的路面快，以便获得较佳的制动效果。2.4.3 ABS 在高低附着系数路面行驶过程中减压控制时间的确定ABS 在装车使用时与原来制动装置成为一体，减压和加压速度受到制动装置刚性的影响。高压区减压快，低压区域减压较慢，所以对制动压力要求高的高系数路面，缩短减压时间以避免过渡减压；而对制动力低，车轮转矩小，车轮在加速度慢的低系数路面，尽量延长减压时间，以保证车轮恢复正常的加速度状态 18。2.5 ABS 的质量控制2.5.1 ABS 的反应时间ABS 的反应时间不仅取决于 ABS 压力调节器的反应时间，而且与基本制动系统的促进系统，放松时间密切相关。前文叙述的计算给出了最理想的反应时间，如果反应时间过短，则 ABS 的附着系数利用率低，制动效能差；如果反应时间过大，则车轮就会抱死，制动的稳定性受到影响。2.5.2 控制压力调整速率ABS 工作期间，压力调整速率过大，制动器制动力矩的增长率 b 过大，车轮的减速度与加速度势必过大，这样会导致对传动系统的冲击，摩托车在制动过程中就会出现前后窜动的现象，制动舒适性下降，而且制动效果差 19。2.6 制动时车轮受力分析采用防抱死制动系统的车辆，在制动过程中其单个车轮的制动力矩与变化着的制动工况及路况有关，故应采用适合于不同的变化规律的力学模型以达到最佳效果。由于制动器的制动力矩、路面对车轮的滚动阻力距。地面对车轮的水平作用力和车体受到的迎风阻力都是速度的函数。因此其力学模型是一个非线性方程组。只有在计算仿真时，才采用上述模型或者更加复杂的模型 17。车辆行驶时能在最短距离内停车且维持行驶方向稳定性和在下坡时能维持一定车速的能力称为车辆的制动性，它是车辆的主要性能之一。以一定速度行驶的车辆具有相应的动能和位能，制动过程就是借助于外力，将车辆的动能和位能变为其它形式的能量予以散失。车辆制动时，驾驶员操纵制动器给车轮一制动力矩，即车轮给地面一制动力，由于附着作用，地面反作用力给车轮一制动力，前者称为制动器制动力，后者称为地面制动力。车辆制动过程实际就是地面制动力阻止车轮运动的过程，因此，地面制动力对车辆制动性具有决定性的影响 16。2.6.1 制动器制动力如图所示为车辆在良好的硬路面上制动时车轮受力分析情况。图中 G 为车轮的法向载荷，Z 为地面对车轮的法向反作用力， T 为车轴给车轮的推力， 为制动1M器产生的摩擦力矩， 为惯性力矩。由于有摩擦力矩 的作用，轮胎给地面一个2M1切向力 ,称为制动器的制动力。1F= *r1F制动器制动力由于来自制动器的摩擦力矩 ，而制动器的摩擦力矩主要取决于1M制动器的形式，结构尺寸，摩擦副间的摩擦系数；制动器制动力虽与车轮半径成反比，但在实际结构设计中是难以两全的，且车轮半径 r 小到一定程度后，车轮的接触面积减小，使附着力降低，制动效果下降。图 3 制动时车轮受力图图 4 制动力与附着系数的2.6.2 地面制动力制动过程中，车轮受到一个与行驶方向相反地面外力，使车轮从一定得速度减小到较低的车速或者停车，这个地面外力称为地面制动力。是使车辆制动减速的外力，其大小主要取决于制动器摩擦副的摩擦力和轮胎bX与地面间的附着力。地面制动力增大，制动减速度也增大，制动距离则短，因此，地面制动力的大小对车辆制动性能具有决定性的影响。2.6.3 制动力与附着力车辆在制动过程中，车轮的运动有滚动，抱死滑移和边滚边滑三种情况。制动器操纵力较小还未达到某一极限值时，制动器产生的制动力不大，地面与轮胎之间的摩擦力即地面制动力足以克服制动器制动力而使车轮滚动，轮胎在地面上留下胎面花纹的压印，压印前段形状与轮胎花纹基本一致，后段花纹逐渐模糊。当制动器操纵力增大，其制动力也成正比例的增大，直到车轮抱死在路面上滑移，轮胎在地面上留下拖印。但是地面制动力 又是路面滑动的摩擦约束反力，它的最大值不能超过地面附bX着力，即：=Z*bF制动时，设在某种路面上附着系数 一常数，当制动器操纵 P 时，地面制约a力 等于制动器制动力 ，并随 P 的增大而直线上升，当 P= 时地面制约力 达bX1F bX到极限值等于地面附着力 ；之后 P ,制动器制动力 直线上升，但地面制约力a1F不再增加，此时车轮产生滑移。b所以，车辆制动时，制动器必须提供足够的制动力，且地面又能提供较高附着力，才能获得足够的地面制动力，两者缺一不可 20。2.7 滑移率2.7.1 滑移率定义由制动过程可知，随着制动强度的增加，车轮滚动的成分越来越少，滑动的成分越来越多，轮胎与地面出现相对速度，即车速与轮速产生速度差。将相对速度与车辆前进速度之比称为滑移率。图 5 车速与车轮2.7.2 滑移率与附着系数的关系随着制动强度的增加，随着制动强度的增加，车轮滚动的成分越来越少，滑动的成分越来越多，滑移率逐渐增大。但是附着系数在摩托车的整体制动过程中并不是常数，车轮在各种运动状态下，具有不同的滑移率，其附着系数也随着变化。表 1 各种路面上的附着系数路面状况 纵向附着系数 峰值侧向附着系数沥青或混凝土 0.75 0.8-0.9沥青（湿） 0.45-0.60 0.5-0.7石块 0.55 0.60土路 0.65（干） 0.45（湿） 0.68(干）0.55（湿）雪 0.15 0.20冰 0.07 0.10表 1 所示为各种路面上的附着系数，由表可知，附着系数干燥路面比湿路面高，且纵向附着系数与侧向系数的差别，干路面比湿路面小 21。2.8 车轮制动与车轮的旋转如图 6 所示，对正在旋转的车轮施加制动，随着制动压力的升高，在车轮旋转地相反方向上将产生制动力矩，车轮减小并产生滑移。制动完全解除时，制动力矩消失，车轮从滑动状态开始恢复到滚动状态。车辆行驶时能在最短距离内停车且维持行驶方向稳定性和在下坡时能维持一定车速的能力称为车辆的制动性，它是车辆的主要性能之一。车辆制动时，驾驶员操纵制动器给车轮一制动力矩，即车轮给地面一制动力，由于附着作用，地面反作用力给车轮一制动力，前者称为制动器制动力，后者称为地面制动力。车辆制动过程实际就是地面制动力阻止车轮运动的过程，因此，地面制动力对车辆制动性具有决定性的影响。以一定速度行驶的车辆具有相应的动能和位能，制动过程就是借助于外力，将车辆的动能和位能变为其它形式的能量予以散失。即车轮速度逐步增加至车辆速度。这种单位时间内车轮增加或者减少的变化量叫车轮的加速度或减速度。图 6 车轮的减速度与加速度一般情况下，制动的强度越大，车轮减速度越大；在滑动状态下，解除制动越快，车轮加速度越大。2.9 车轮减速度和 -S 特性 图 7 车轮抱死过程分析制动时影响车轮旋转地主要原因是制动力矩和车轮转矩。制动力矩大于车轮转矩时，轮速降低，车轮减速度与制动转矩只差成正比。制动力矩小于车轮转矩时，轮速增加，车轮加速度与轮速转矩和制动力矩只差成正比，图 7 所示为车辆制动后，车轮减速度过程与典型的 -S 特性关系。由图可知，施加制动力后，制动压力上升，制动力矩随之增大，车轮速度开始降低，滑移率和车轮转矩增大。可以认为在滑移率达到 之前，车轮转矩和制动力矩是同步增长的。因此，该阶段车轮减速度和制optS动力矩的速度成正比。但是，继续增大制动力矩，滑移率超过 时，纵向附着系数optS反而下降，车轮转矩也随之减小，与制动力矩之差急剧增大，最终使车轮的速度s迅速减小直至车轮抱死。这期间车轮减速度非常大，由车轮抱死过程可知，滑移率S 达到 之前，能够通过制动力矩即通过制动压力来控制车轮稳定旋转。超过opt以后，车轮转速对制动力矩很敏感，不能通过制动压力控制车轮的旋转，车轮很t容易抱死。如果把制动过程的滑移率 S 控制在 处，则纵向附着系数 可以保持最opt s大值，则制动距离缩短。由公式：L= gvs2可知： 越大，制动距离 L 越短。s式中： L-制动距离；V-制动初速度；g-重量加速度.滑移率 S 始终保持在 处，侧向附着系数 也可以保持较大值，能够确保车optSp辆行驶方向的稳定性和操作性，当超过 ，则车轮很容易抱死，所以将optS叫稳定区域 19。opt03 试验台系统结构和工作原理摩托车制动器性能试验台上装有一套能转的圆盘-惯性飞轮系统，它相当于各种型号摩托车惯性的质量，由于在惯性飞轮上积蓄有能量，这就获得了相当于车辆行驶时的能量。该试验台由调速电机，传动轴，飞轮，制动器支架，被检测部件（ABS）和操纵装置等组成。其结构原理图如下所示。图 8 防抱死控制器检测试验台原理图3.1 机械系统本试验台主要部分包括飞轮组，主轴，键和试验台的总体结构。飞轮组的任务是将摩托车在制动时的惯性质量换算为飞轮的转动惯量，再根据试验台检测需要将转动惯量分成几个等级，以模拟不同车型的制动情况；试验台主轴任务是传递扭矩；键的主要作用是传递扭矩，同时要保证飞轮安装的定心性和导向性，总体结构可参照相关试验台的结构来确定。3.2 电机调速系统为使系统操作方便，技术可靠，适应于各种型号摩托车的不同扭矩和转速的要求，主轴转速应采用无级可调节控制系统。根据对电机主轴输出扭矩和转速的要求，本实验台采用 YCJ802-4 减速电机。3.3 试验台的结构试验台主轴上安装有一个有六个孔的法兰盘，通过 6 个 M9 的螺栓和一个同样有6 个直径为 9 的通孔德刹车盘连接器来安装盘式制动器的制动盘；在刹车盘的两边是两个轴承座，右边的轴承座连接是一个联轴器和调速电机，左边的轴承座连接的是飞轮。如图：图 9 试验台结构3.4 试验台工作过程要模拟一辆摩托车的制动工况时，把一个相当于其惯量的飞轮通过键套在试验台的主轴上（通过给飞轮增加质量来模拟不同型号的摩托车） ，并通过一个螺母来轴向固定飞轮，使其不会左右动。通过调速电机来调整主轴的转速来模拟车轮的转速，当达到一定得转速后，通过施加压力来推动手闸实现制动操作。具体看装配图：图 10 总装图3.5 系统的飞轮设计作为防抱死控制器检测试验台一个重要组成部分，即惯性质量模拟系统的合理结合和较高模拟精度是至关重要的。同时要保证其具有模拟惯量选择的连续性，以适应目前任何系列不同质量的摩托车制动器试验的需要。随着摩托车行业的发展，在各系列摩托车质量有较大改变的情况下，本试验台的惯性质量模拟系统只需将活动盘的厚度作适当调整，便能满足要求。1-螺纹孔，2-飞轮轮缘 ，3-飞轮轮辐 ，4-飞轮轮毂图 11 飞轮示意图飞轮由轮毂、轮辐、轮缘三部分组成。飞轮的绝大部分质量分布在轮缘，约占70%以上，轮缘的转动惯量约占全轮的 90%左右，故与轮缘相比，轮辐与轮毂的转动惯量很小。飞轮的材质多为铸铁和铸钢，飞轮的结构有整体式和组合式两种，轮辐的结构则有辐板和辐条两种。惯性质量系统是指在试验台上模拟各种车型实际行驶惯量的当量质量。惯性质量模拟系统用回转质量盘按实际对象需要的当量质量分级组合后，实现惯性质量的模拟。因此，模拟精度很高，为了使试验台能在一定范围内满足不同车型对转动惯量的要求，需要对惯量飞轮进行合理的组合设计。设飞轮轮缘重量为 G, 、 D、和 分别为轮缘的外径、平均直径和内径， H 和12B 分别为轮缘的厚度和宽度，则飞轮的转动惯量：= .（ ）= .fJgG2421gG822)()(DHfJD2远 小 于摩托车行驶过程中运动质量惯性模拟拟采用组合式惯性质量盘形式，惯性质量盘由固定惯性盘与活动惯性盘两部分组成，固定惯性盘与轴成一体，随轴转动惯性质量系统是指在试验台上模拟各种车型实际行驶惯量的当量质量；活动惯性盘为多片式结构，活动惯性盘盘片随轴同步转动数量的多少，则是根据被模拟运动质量惯性而决定。飞轮整体质量的变化主要靠装活动惯性盘来实现，通过螺纹孔来固定。在一定旋转角度下，模拟惯性的运动能量大小为：E= ( +i ) = I + i I21oI2m122m式中： -固定惯性盘的转动惯量， Kg. ；oI 2-活动片惯性盘的转动质量， Kg. ;2-惯性质量盘所在轴的角速度， ；ms1I-参与结合的活动盘片数。对于质量结一定的摩托车，行驶过程中的运动惯量 I 是一定的。飞轮轮缘的平均直径 D，在飞轮转动惯量 确定后，可试定 D 的尺寸，飞轮的fJ重量可小，但要考虑机器总体外型尺寸的限制和飞轮材料所能应许的最大圆周速度的限制，见下表。表 2 飞轮材料及最大圆周速度表飞轮材料 最大圆周速度 v smHT200 30-50HT250 45-50铸钢 60球墨铸铁 80轧钢（盘式飞轮） 100-120 3.6 法兰盘设计此系统中的法兰盘是用销固定在主轴上的，而法兰盘是用来固定刹车片的，通过六个直径为 9 的螺纹孔来固定刹图 12 法兰盘示意图3.7 系统的加力装置此系统有两种加力方法：（1）利用砝码加力；（2）利用弹簧加力；砝码加力：在手闸的一端连接刹车装置，手闸的另一端连接一螺栓，在螺栓的一端打一孔，用铅丝固定螺栓，铅丝的一端也固定在手闸上，然后把砝码放在螺栓上就可以了。1-手闸 ，2-螺栓 ，3-固定板 ，4-砝码图 13 砝码加力装置弹簧加力装置：在手闸的一端连接刹车装置，手闸的另一端连接一弹簧，在全螺纹螺栓的一端打一孔，用弹簧固定螺栓，弹簧的一端也固定在手闸上，用这种装置是，固定用的钢板要大一点，同时在钢板上打一螺纹孔，孔径大小和全螺纹的直径大小相等，应先把螺栓旋进钢板的孔中，然后再和弹簧相连接，然后通过螺栓的旋进旋出来调节弹簧的伸长长度，同时弹簧对手闸施加一定得力，控制制动装置。1-手闸 ，2-弹簧 ，3-全螺纹螺栓图 14 弹簧加力装置示意图弹簧加力可根据公式：F=K. X来计算弹簧所施加的力。式中 K-弹簧自身的系数（常数） ；-弹簧在外力作用下的伸长量。3.8 试验台结构架此试验台的构架使用的是金属结构，连接部分全是用的焊接，使用的材料全是角钢，与钢板的连接处也全是使用焊接固定，具体结构如图.图 15 试验台结构架结束语 大学四年的本科学习即将结束，毕业设计是其中最后一个环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。在完成大学四年的课程学习和课程、生产实习，我熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识，对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。对于汽车 ABS 试验台设计这个实践性非常强的设计课题，我进行了大量的资料查阅。我对于一般