可調(diào)附著力汽車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)研發(fā)

蘇建華，鄭維智

(1.中國(guó)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(jī)械工程學(xué)院，北京 100048)

可調(diào)附著力汽車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)研發(fā)

蘇建華1，鄭維智2

(1.中國(guó)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(jī)械工程學(xué)院，北京 100048)

研制開發(fā)了硬件在環(huán)ABS試驗(yàn)臺(tái)，其輪速與車速等數(shù)據(jù)信號(hào)都是由傳感器真實(shí)測(cè)量所得，避免了模擬信號(hào)所產(chǎn)生的誤差，也減小了簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型時(shí)因忽略因素所產(chǎn)生的不可避免的誤差。提出了制動(dòng)時(shí)通過對(duì)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(yàn)臺(tái)無法精確改變模擬汽車附著力進(jìn)行試驗(yàn)的難題。最后通過對(duì)ABS試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)，得到了較為理想的制動(dòng)輪速、車速與車輪滑移率的曲線，并測(cè)得制動(dòng)時(shí)間與制動(dòng)距離，為ABS試驗(yàn)臺(tái)功能的繼續(xù)完善奠定了基礎(chǔ)。

ABS;試驗(yàn)臺(tái);附著系數(shù)

目前汽車制動(dòng)力檢測(cè)設(shè)備主要有滾筒反力式檢測(cè)臺(tái)和平板式制動(dòng)力檢測(cè)臺(tái)。其中滾筒反力式是使用最多的檢測(cè)方式，它通過電機(jī)帶動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，滾筒通過其間的摩擦力帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)車輪達(dá)到所要求的速度后，對(duì)車輛進(jìn)行制動(dòng)，通過測(cè)力傳感器得到相關(guān)的數(shù)據(jù)。而滾筒反力式制動(dòng)力檢測(cè)臺(tái)可精確控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒的轉(zhuǎn)速，且每次測(cè)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(duì)滾筒表面進(jìn)行特殊處理，但是同一試驗(yàn)臺(tái)附著系數(shù)無法改變。本文所研制的試驗(yàn)臺(tái)試圖解決模擬附著系數(shù)的難題。

1 汽車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)總體結(jié)構(gòu)

本文研制開發(fā)了ABS硬件在環(huán)試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由4個(gè)車輪、8個(gè)滾筒、傳動(dòng)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(yàn)臺(tái)主要部件的作用如下。

1)滾筒:車輪放置于兩個(gè)滾筒之間，滾筒用來支撐車輪，并在運(yùn)行時(shí)帶動(dòng)汽車車輪隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。

2)電動(dòng)機(jī):試驗(yàn)臺(tái)的動(dòng)力部分，用來帶動(dòng)滾筒與車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。

3)慣性輪組:模擬汽車運(yùn)行時(shí)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(gè)數(shù)。

5)液壓缸:壓緊車輪，模擬汽車的載荷。

圖1 汽車ABS試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

2 汽車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)工作原理

汽車的4個(gè)車輪及其附帶的液壓制動(dòng)系統(tǒng)分別置于試驗(yàn)臺(tái)滾筒上，并通過液壓缸對(duì)每個(gè)輪子加壓，以模擬車輛的自重。試驗(yàn)過程中，根據(jù)車輛不同的自重，調(diào)整各個(gè)輪子上液壓缸的壓力大小。啟動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)后，電機(jī)通過皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)。中間的兩排滾筒(如圖2所示)是通過3個(gè)不變速齒輪等速傳動(dòng)的，所以中間的滾筒是等速同向運(yùn)動(dòng)的，放在滾筒上的車輪也會(huì)隨之同向轉(zhuǎn)動(dòng)。試驗(yàn)臺(tái)的主傳動(dòng)系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 汽車制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)主傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖

為了模擬汽車運(yùn)行時(shí)所具有的動(dòng)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(dòng)。為了可以改變汽車所具有的動(dòng)能，即改變慣性輪組轉(zhuǎn)動(dòng)的慣性，在慣性輪組中通過每個(gè)慣性輪的電磁離合器來調(diào)整單個(gè)慣性輪的運(yùn)行狀態(tài)。試驗(yàn)臺(tái)中轉(zhuǎn)動(dòng)的滾筒就相當(dāng)于運(yùn)動(dòng)的地面，也就相當(dāng)于車輛向前運(yùn)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(dòng)時(shí)，車輪由于滾筒和慣性輪組的慣性就會(huì)與滾筒發(fā)生相對(duì)的滑動(dòng)，滾筒相對(duì)于車輪滑動(dòng)的距離，就相當(dāng)于汽車在道路試驗(yàn)時(shí)的制動(dòng)距離。當(dāng)車速達(dá)到要求時(shí)，關(guān)掉電動(dòng)機(jī)，并踩下制動(dòng)踏板，汽車開始制動(dòng)，由此用試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)達(dá)到了模擬道路試驗(yàn)的目的。

由于車輛制動(dòng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，因此在每個(gè)車輪外加裝了霍爾傳感器來監(jiān)測(cè)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(duì)值編碼器用來采集滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)。在位于每個(gè)車輪的制動(dòng)液壓缸上加裝了高頻率的動(dòng)態(tài)壓力采集傳感器，用來實(shí)時(shí)采集液壓缸的壓力。在每個(gè)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(gè)車輪所承受的載荷。

該試驗(yàn)臺(tái)的最大特色就是輪速與車速等信號(hào)都是由傳感器測(cè)量實(shí)車所得到的，同時(shí)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(gè)不以人的意志而改變的固定值，但由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，地面的附著系數(shù)與車輛的車速、車輪對(duì)路面的滑動(dòng)程度有關(guān)。

車輛行駛過程中，地面對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的推力、制動(dòng)時(shí)地面對(duì)車輪的制動(dòng)力以及車輛轉(zhuǎn)向時(shí)地面對(duì)車輛的側(cè)向反作用力都是由附著力提供的。

在試驗(yàn)臺(tái)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(shí)車的載荷是無法改變的，這里的試驗(yàn)臺(tái)意在模擬不同車型的載荷?；谶@種思想，本試驗(yàn)臺(tái)通過改變車輪正壓力而使附著力改變來調(diào)整試驗(yàn)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(gè)車輪上的正壓力增大了，就會(huì)使附著力增大，反之就會(huì)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(shí)現(xiàn)了任意地面不同大小附著力的模擬。

該試驗(yàn)臺(tái)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(duì)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(dòng)試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果

本文所開發(fā)的ABS試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)如圖3所示。在ABS試驗(yàn)臺(tái)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(yàn)條件進(jìn)行初步的試驗(yàn)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(jìn)行制動(dòng)。試驗(yàn)結(jié)果如圖4～圖9所示。

圖3 ABS試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)

從試驗(yàn)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(shí)，可以得到汽車制動(dòng)時(shí)間與制動(dòng)距離。但從四輪高速試驗(yàn)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(yàn)臺(tái)仍在調(diào)試階段，所以會(huì)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(yàn)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(yàn)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(yàn)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(yàn)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(yàn)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(yàn)結(jié)果

5 結(jié)束語

本文對(duì)ABS試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了調(diào)試，并在ABS試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了初步的試驗(yàn)研究，得到了較理想的制動(dòng)輪速與車速曲線、單輪速度與滑移率曲線，并測(cè)得了制動(dòng)時(shí)間與制動(dòng)距離。該試驗(yàn)臺(tái)的開發(fā)與完成為ABS試驗(yàn)臺(tái)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(yàn)提供了很好的試驗(yàn)支持。

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

［2］郭孔輝，丁海濤，劉潥.汽車ABS混合仿真試驗(yàn)臺(tái)的開發(fā)與研究［J］.中國(guó)機(jī)械工程，2000，11(12):1417-1421.

［3］魏勝.汽車ABS測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)與試驗(yàn)研究［D］.長(zhǎng)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(dòng)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(bào)，1999(4):1-5.

［5］施云翔.液壓ABS仿真試驗(yàn)臺(tái)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(huì)科技項(xiàng)目(KM200810011007)

蘇建華(1982—)，男，河北衡水人，中國(guó)科學(xué)技術(shù)館工程師，碩士，主要研究方向?yàn)檎蛊芳夹g(shù)。