蘇建華，鄭維智

(1.中國科學(xué)技術(shù)館展品技術(shù)部，北京 100012) (2.北京工商大學(xué)材料與機械工程學(xué)院，北京 100048)

可調(diào)附著力汽車制動試驗臺研發(fā)

蘇建華1，鄭維智2

(1.中國科學(xué)技術(shù)館展品技術(shù)部，北京 100012) (2.北京工商大學(xué)材料與機械工程學(xué)院，北京 100048)

研制開發(fā)了硬件在環(huán)ABS試驗臺，其輪速與車速等數(shù)據(jù)信號都是由傳感器真實測量所得，避免了模擬信號所產(chǎn)生的誤差，也減小了簡化數(shù)學(xué)模型時因忽略因素所產(chǎn)生的不可避免的誤差。提出了制動時通過對汽車載荷的調(diào)整使附著力發(fā)生改變的方案，解決了ABS試驗臺無法精確改變模擬汽車附著力進行試驗的難題。最后通過對ABS試驗臺的試驗，得到了較為理想的制動輪速、車速與車輪滑移率的曲線，并測得制動時間與制動距離，為ABS試驗臺功能的繼續(xù)完善奠定了基礎(chǔ)。

ABS;試驗臺;附著系數(shù)

目前汽車制動力檢測設(shè)備主要有滾筒反力式檢測臺和平板式制動力檢測臺。其中滾筒反力式是使用最多的檢測方式，它通過電機帶動滾筒轉(zhuǎn)動，滾筒通過其間的摩擦力帶動車輪轉(zhuǎn)動，當(dāng)車輪達到所要求的速度后，對車輛進行制動，通過測力傳感器得到相關(guān)的數(shù)據(jù)。而滾筒反力式制動力檢測臺可精確控制電機驅(qū)動滾筒的轉(zhuǎn)速，且每次測量轉(zhuǎn)速的誤差小，所以重復(fù)性很好。為模擬較高的附著系數(shù)，一般對滾筒表面進行特殊處理，但是同一試驗臺附著系數(shù)無法改變。本文所研制的試驗臺試圖解決模擬附著系數(shù)的難題。

1 汽車制動試驗臺總體結(jié)構(gòu)

本文研制開發(fā)了ABS硬件在環(huán)試驗臺系統(tǒng)，該系統(tǒng)由4個車輪、8個滾筒、傳動系統(tǒng)、慣性輪組系統(tǒng)、離合器及各相關(guān)的傳感器部分等組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

試驗臺主要部件的作用如下。

1)滾筒:車輪放置于兩個滾筒之間，滾筒用來支撐車輪，并在運行時帶動汽車車輪隨之轉(zhuǎn)動。

2)電動機:試驗臺的動力部分，用來帶動滾筒與車輪轉(zhuǎn)動。

3)慣性輪組:模擬汽車運行時的慣性，也就是汽車質(zhì)量大小。

4)離合器:通過離合狀態(tài)改變慣性輪組加載的慣性輪個數(shù)。

5)液壓缸:壓緊車輪，模擬汽車的載荷。

圖1 汽車ABS試驗臺結(jié)構(gòu)圖

2 汽車制動試驗臺工作原理

汽車的4個車輪及其附帶的液壓制動系統(tǒng)分別置于試驗臺滾筒上，并通過液壓缸對每個輪子加壓，以模擬車輛的自重。試驗過程中，根據(jù)車輛不同的自重，調(diào)整各個輪子上液壓缸的壓力大小。啟動試驗臺后，電機通過皮帶傳動帶動滾筒轉(zhuǎn)動。中間的兩排滾筒(如圖2所示)是通過3個不變速齒輪等速傳動的，所以中間的滾筒是等速同向運動的，放在滾筒上的車輪也會隨之同向轉(zhuǎn)動。試驗臺的主傳動系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 汽車制動試驗臺主傳動系統(tǒng)示意圖

為了模擬汽車運行時所具有的動能，將慣性輪組通過聯(lián)軸器聯(lián)接在滾筒上，使之與滾筒一起轉(zhuǎn)動。為了可以改變汽車所具有的動能，即改變慣性輪組轉(zhuǎn)動的慣性，在慣性輪組中通過每個慣性輪的電磁離合器來調(diào)整單個慣性輪的運行狀態(tài)。試驗臺中轉(zhuǎn)動的滾筒就相當(dāng)于運動的地面，也就相當(dāng)于車輛向前運行。滾筒與慣性輪組組成了很大的慣性體，也就相當(dāng)于車輛的質(zhì)量。當(dāng)車輛制動時，車輪由于滾筒和慣性輪組的慣性就會與滾筒發(fā)生相對的滑動，滾筒相對于車輪滑動的距離，就相當(dāng)于汽車在道路試驗時的制動距離。當(dāng)車速達到要求時，關(guān)掉電動機，并踩下制動踏板，汽車開始制動，由此用試驗臺試驗達到了模擬道路試驗的目的。

由于車輛制動需要進行數(shù)據(jù)采集，因此在每個車輪外加裝了霍爾傳感器來監(jiān)測車輪轉(zhuǎn)數(shù)，從而得到車輛的模擬行駛速度。在滾筒的旋轉(zhuǎn)軸處加裝了絕對值編碼器用來采集滾筒的轉(zhuǎn)動數(shù)據(jù)。在位于每個車輪的制動液壓缸上加裝了高頻率的動態(tài)壓力采集傳感器，用來實時采集液壓缸的壓力。在每個壓緊車輪的液壓缸上加裝了高精度數(shù)顯壓力表，以便于精確調(diào)整每個車輪所承受的載荷。

該試驗臺的最大特色就是輪速與車速等信號都是由傳感器測量實車所得到的，同時通過調(diào)整慣性輪組可以模擬不同汽車的質(zhì)量，通過調(diào)整壓緊車輪的液壓缸壓力可以模擬地面不同的附著系數(shù)，將汽車的質(zhì)量與車輪的載荷通過不同的方式分開模擬。

3 附著力模擬與調(diào)整

附著力表示輪胎與路面附著情況，是一個不以人的意志而改變的固定值，但由試驗數(shù)據(jù)可知，地面的附著系數(shù)與車輛的車速、車輪對路面的滑動程度有關(guān)。

車輛行駛過程中，地面對驅(qū)動輪的推力、制動時地面對車輪的制動力以及車輛轉(zhuǎn)向時地面對車輛的側(cè)向反作用力都是由附著力提供的。

在試驗臺安裝好后，真正去調(diào)整附著系數(shù)是很不容易的。由于附著力的大小是車重與路面附著系數(shù)的乘積，所以可以通過模擬不同車重來調(diào)整附著力，當(dāng)然實車的載荷是無法改變的，這里的試驗臺意在模擬不同車型的載荷?；谶@種思想，本試驗臺通過改變車輪正壓力而使附著力改變來調(diào)整試驗狀態(tài)。在滾筒固定后附著系數(shù)是不變的，而附著系數(shù)與車輪正壓力的乘積就是車輪附著力的大小，所以在4個車輪上的正壓力增大了，就會使附著力增大，反之就會使附著力變小。由于正壓力是可以隨意調(diào)節(jié)的，這樣就實現(xiàn)了任意地面不同大小附著力的模擬。

該試驗臺通過慣性輪組和車輪上方的液壓缸使車輛的質(zhì)量與車輛對地面的正壓力分開調(diào)整，從而解決了模擬車輛不同附著系數(shù)的難題。

4 汽車ABS制動試驗臺試驗結(jié)果

本文所開發(fā)的ABS試驗臺系統(tǒng)如圖3所示。在ABS試驗臺標(biāo)定與調(diào)試好后，通過調(diào)整液壓缸油壓至指定的壓力和改變慣性輪的組合狀態(tài)，根據(jù)試驗條件進行初步的試驗研究。根據(jù)車輛不同的載荷、不同的初速度，在不同的附著系數(shù)設(shè)定條件下進行制動。試驗結(jié)果如圖4～圖9所示。

圖3 ABS試驗臺系統(tǒng)

從試驗結(jié)果來看，得到了很理想的單輪速度曲線與滑移率，也得到了較為理想的四輪速度與車速曲線。同時，可以得到汽車制動時間與制動距離。但從四輪高速試驗結(jié)果來看，左后輪和右后輪的結(jié)果不太理想，其原因可能是油路堵塞。因目前試驗臺仍在調(diào)試階段，所以會在以后解決該問題。

圖4 模擬1 200kg，初始車速為75km/h，附著系數(shù)為0.9的試驗結(jié)果

圖5 模擬1 000kg，初始車速為80km/h，附著系數(shù)為0.6的試驗結(jié)果

圖6 模擬1 500kg，初始車速為40km/h，附著系數(shù)為0.3的試驗結(jié)果

圖7 模擬1 200kg，初始車速為75km/h，附著系數(shù)為0.9的試驗結(jié)果

圖8 模擬1 000kg，初始車速為80km/h，附著系數(shù)為0.6的試驗結(jié)果

圖9 模擬1 500kg，初始車速為40km/h，附著系數(shù)為0.3的試驗結(jié)果

5 結(jié)束語

本文對ABS試驗臺進行了調(diào)試，并在ABS試驗臺上進行了初步的試驗研究，得到了較理想的制動輪速與車速曲線、單輪速度與滑移率曲線，并測得了制動時間與制動距離。該試驗臺的開發(fā)與完成為ABS試驗臺功能的繼續(xù)完善奠定了基礎(chǔ)，也為附著系數(shù)模擬試驗提供了很好的試驗支持。

［1］陳釗，何維.汽車ABS技術(shù)發(fā)展趨勢研究［J］.農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2006(8):39-41.

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［3］魏勝.汽車ABS測試系統(tǒng)的開發(fā)與試驗研究［D］.長春:吉林工業(yè)大學(xué)，2005.5.

［4］郭孔輝，劉溧，丁海濤，等.汽車防抱制動系統(tǒng)的液壓特性［J］.吉林工業(yè)大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報，1999(4):1-5.

［5］施云翔.液壓ABS仿真試驗臺的開發(fā)［D］.北京:清華大學(xué)，2004.

The development of the ABS experimental platform with adjustable adhesion

SU Jianhua1，ZHENG Weizhi2
(1.The Display Technology Department of China Science and Technology Museum，Beijing，100012，China) (2.School of Materials and Mechanical Engineering，Beijing Technology and Business University，Beijing，100048，China)

It introduces a new ABS experimental platform.Using the sensors to measure the signal of the wheel velocity and the car velocity from the real vehicle，the platform avoids the unavoidable errors generated from simulation or dynamics models.It proposes the changing adhesion project according to changing vehicle load.To continuously simulate the diverse qualities of the vehicle，the project fits the inertial wheels and a continuously adjusting single inertial.Finally，the platform provides the perfect wheel velocity curves，the vehicle velocity curve and the slip rate curve，and shows the measured brake time and brake distance.This achievement establishes the foundation for the ceaseless completing functions of the ABS experimental platform.

ABS;experimental platform;adhesion coefficient

TP2

B

2095-509X(2015)07-0054-04

10.3969/j.issn.2095-509X.2015.07.013

2015-05-24

北京市教育委員會科技項目(KM200810011007)

蘇建華(1982—)，男，河北衡水人，中國科學(xué)技術(shù)館工程師，碩士，主要研究方向為展品技術(shù)。