汽車ABS教學實驗臺的設(shè)計與實現(xiàn)

張永新

(北京信息職業(yè)技術(shù)學院，北京 100070)

1 引言

本文設(shè)計的奧迪A6 ABS實驗臺是以室內(nèi)多媒體教學為重點，故明確的目標就是設(shè)計盡量簡潔、合理、直觀并安全，有針對性地確定實驗臺結(jié)構(gòu)，選擇各元器件，連接電路，以便能使學生在實驗期間能直觀地了解掌握ABS的工作原理并使之加深印象，達到良好的教學效果。

2 系統(tǒng)的總體設(shè)計

2.1 實驗臺總體方案的選擇和確定

實驗臺外觀采用較為普遍的L型臺架，鋼架結(jié)構(gòu)形式支承整個系統(tǒng)，這樣既能減少材料節(jié)省成本，也減輕了整個實驗臺的質(zhì)量，便于整體移動?？刂泼姘宀捎糜操|(zhì)白色塑料，同樣也達到了節(jié)省成本減輕重量的效果。考慮到實驗臺用于室內(nèi)多媒體教學，所以在滿足系統(tǒng)硬件安置空間的前提下，外型尺寸不宜過大，同時考慮方便學生觀察實踐也不能過小，初步定外型尺寸（長×寬×高）為1800×1300×1300mm。

（1）、控制部分布置特點：控制部分呈一梯形臺架于主體臺架的左上方。在下面俯視展開圖2-1中ABCD為控制柜顯示面板，包含點火開關(guān)、自診斷接口、電源指示燈、ABS警示燈、制動故障指示燈、4個四位七段數(shù)碼管顯示、ABS實驗臺電路原理圖（圖中設(shè)置了16個信號參數(shù)檢測端口）、主控部分連接插座孔。EFHG則為一可拆裝式擋板，用于控制部分的連接電線、熔斷器盒及輪速顯示用的AT89S52單片機板子均安放在控制柜內(nèi)部。

（2）、主體部分布置特點：實驗臺主體部分主要用于安放車輪、傳動軸、電機、帶傳動等機械部件，但由于本實驗臺參照奧迪A6車型的ABS系統(tǒng)設(shè)計，奧迪A6采用了BOSCH5.3ABS系統(tǒng)，制動壓力調(diào)節(jié)器和ABS系統(tǒng)的ECU制成一體。

2.2 ABS實驗臺基本工作原理

在以多媒體教學的前提下，ABS實驗臺的基本工作原理可以從機械系統(tǒng)和電控系統(tǒng)兩個方面來闡述：

一、機械系統(tǒng)：動力由驅(qū)動電機提供，電機電源采用380V/50HZ的外接電源，并可通過變頻調(diào)速器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。電動機工作后，通過兩個帶傳動帶動兩根傳動軸轉(zhuǎn)動，動力再傳到四個車輪。制動部分和原車制動系統(tǒng)工作過程相同，踩下制動踏板，液壓系統(tǒng)傳遞制動力使制動盤工作，降低車速。當?shù)陀谥付ɑ坡蕰r，ABS系統(tǒng)動作，將滑移率控制在某一范圍內(nèi)。

二、電控系統(tǒng)：由蓄電池供電，通過熔斷絲、點火開關(guān)到達ABS電腦，使各個輪速傳感器、指示燈、輪速顯示模塊等處于工作狀態(tài)。其中模擬故障開關(guān)為常閉型，正常狀態(tài)下電路均通電。通過通斷故障模擬開關(guān)可設(shè)置多個系統(tǒng)故障，這樣即可要求學生診斷并排除故障。顯示面板上印有實驗臺電路原理圖，圖中設(shè)有 (C1～C16)16個信號檢測端子，端子設(shè)置位置和實際電路相對應。這樣可在實驗過程中方便直觀地利用萬用表、試燈等檢測工具測出相應的信號或參數(shù)，以增強學生對ABS系統(tǒng)電路的理解和掌握能力。

3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

ABS實驗臺由多個元器件組成，在選擇部件的同時還應考慮到實用性、使用環(huán)境、制造成本、安全性等多方面的因素。

3.1 實驗臺電源的選擇

在該套ABS實驗臺系統(tǒng)中，需要使用電源的有 ABS電腦（5V/12V）、輪速顯示模塊(5V)、指示燈(5V)、電動機（380V）。由于系統(tǒng)中的用電設(shè)備并不多，為了節(jié)約成本，控制電路部分采用一12V的蓄電池作為電源，機械部分則將民用的380V作為驅(qū)動電機的電源。

3.2 驅(qū)動電機的選擇

在本系統(tǒng)中，電動機是實驗臺的動力源，為了模擬不同車速下的制動，要求電動機調(diào)速方便，啟動較快。電動機是系列化的標準產(chǎn)品，其中以三相異步電機應用為最廣?？紤]到實驗臺的具體工作環(huán)境和要求，選用Y系列的電動機，并對照常用三相異步電動機產(chǎn)品型號、結(jié)構(gòu)特點及應用場合，初步確定為小型三相異步電動機。經(jīng)過計算并根據(jù)《機械設(shè)計手冊》第三版選小型三相異步電動機型號為YCT2-250，標稱功率為30kw,額定轉(zhuǎn)矩186N·m。

3.3 變頻調(diào)速器的選擇

為了實驗系統(tǒng)實時制動研究的需要，要求電動機能夠便于調(diào)速，所以使用變頻調(diào)速器進行調(diào)速。

變頻器類型的選用，要根據(jù)負載的要求來進行。由于本ABS實驗臺系統(tǒng)的電機用于驅(qū)動皮帶輪，其負載轉(zhuǎn)矩正比于轉(zhuǎn)速的平方，低速下負載轉(zhuǎn)矩較小，通?？梢赃x用普通功能型U/f控制變頻器。通過查閱《交流變頻調(diào)速器選用手冊》，初步選用惠豐HFV－315型變頻器。

4 系統(tǒng)的電路設(shè)計

4.1 奧迪A6 ABS系統(tǒng)原始電路的分析、整理

設(shè)計本實驗臺電路的第一步就是將奧迪A6 ABS系統(tǒng)的原始電路圖進行詳細的分析，理解并最終整理出一套純粹的包含電源、接地、電腦、傳感器、執(zhí)行器及輔助件（如導線、熔斷絲等）的ABS系統(tǒng)電路原理圖。只有首先有這樣一幅圖為基礎(chǔ)，才能融入其他的電器元件并通過正確的連接組合成整個實驗臺電路系統(tǒng)。

4.2 實驗臺主體部分電路設(shè)計

主體部分設(shè)計的電路相對較少，ABS ECU放在主體臺架內(nèi)，它引腳上的很多連線都將和控制柜內(nèi)的元件相連接。此外，在主體部分還涉及到電機調(diào)速變頻器的連接線路及傳感器信號線上的檢測孔的連接等。

4.3 實驗臺控制部分電路設(shè)計

控制部分電路是實驗臺電路最重要的組成部分，即相對主體以機械部分為主，控制部分以電路為基礎(chǔ)，將實驗臺所需的開關(guān)、指示燈等元件相連接起來?？刂撇糠蛛娐返脑O(shè)計主要是在從原始電路中整理出來的ABS系統(tǒng)電路圖上加入或舍去一些線路元件,詳細設(shè)計過程如下:

4.3.1 輪速信號顯示模塊設(shè)計

ABS實驗臺顯示面板上對四個車輪均用四位七段LED數(shù)碼管設(shè)有輪速顯示模塊。通過從輪速傳感器上采集到轉(zhuǎn)速信號送到顯示模塊內(nèi)的單片機，信號再經(jīng)過處理，由LED顯示。顯示模塊主要硬件單片機AT89S52、四位七段LED84S數(shù)碼管、時鐘電路。

4.3.2 故障開關(guān)的選擇布置

故障開關(guān)是ABS實驗臺作為多媒體教學設(shè)備的特色設(shè)置，可在教學過程中通過通斷開關(guān)人為設(shè)置故障，學生就可用相應的檢測工具進行故障診斷、分析、排查，從而加強學生實際操作能力。

本次設(shè)計的故障開關(guān)均為常閉開關(guān)，分布在多條線路上，考慮到故障開關(guān)的通斷狀態(tài)需在實驗中應具有一定的隱蔽性，故將它的位置設(shè)在控制柜的側(cè)面。

4.3.3 檢測端口的布置

和故障開關(guān)相似的，檢測端口也是實驗臺的特殊設(shè)計。不同的是開關(guān)用于設(shè)置故障，而檢測端口的設(shè)計就是為了方便地通過檢測相應的信號或參數(shù)從而排除故障。

5 系統(tǒng)的測試和實驗項目

目前本系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)工作已基本完成，對系統(tǒng)做了測試，并開發(fā)了一些實驗項目，總體來說，達到了設(shè)計目標。目前基于該系統(tǒng)可開設(shè)的實驗有：汽車常規(guī)制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成認知實驗；ABS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成認知實驗；汽車常規(guī)制動工作過程演示實驗；ABS系統(tǒng)制動工作過程演示實驗等。

總結(jié)

本系統(tǒng)的創(chuàng)新點如下：通過變頻器調(diào)節(jié)驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)車輪在不同轉(zhuǎn)速下進行制動；可動態(tài)設(shè)置ABS系統(tǒng)故障。符合教學對ABS系統(tǒng)實驗臺的要求；設(shè)置了和實驗臺原理圖相融合的檢測端口，更便于教學過程中實際故障排除操作的方便性。以上是本人對該項目的一個粗淺的總結(jié)，不妥之處敬請指正。

[1]周志立,徐斌.汽車 ABS 原理與結(jié)構(gòu)［M］.機械工業(yè)出版社,2005-3.

[2]楊啟梁,嚴運兵.具有ABS的汽車制動性能實驗模擬系統(tǒng)［J］.汽車科技,2006-5.

[3]朱一綸.單片機實用教程［M］.上海交通大學出版社,2002-7.