汽車ABS動(dòng)態(tài)性能測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)與研究

謝康+申榮衛(wèi)+何澤剛+武筱菲

摘 要：針對(duì)目前的市場(chǎng)需求，設(shè)計(jì)了汽車ABS動(dòng)態(tài)性能測(cè)試平臺(tái)。對(duì)測(cè)試平臺(tái)的組成和工作過(guò)程進(jìn)行了闡述，并對(duì)測(cè)試平臺(tái)的“車輪與虛擬地面”結(jié)構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。測(cè)試平臺(tái)能滿足培訓(xùn)、教學(xué)、檢測(cè)和開(kāi)發(fā)的基本功能要求。

關(guān)鍵詞：ABS；動(dòng)態(tài)性能測(cè)試；數(shù)據(jù)采集；制動(dòng)壓力

中圖分類號(hào)：U467.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.09.009

隨著ABS技術(shù)在汽車上的廣泛應(yīng)用，對(duì)ABS技術(shù)的培訓(xùn)、教學(xué)、檢測(cè)及開(kāi)發(fā)等方面的需求也越來(lái)越大。由于ABS在實(shí)車上進(jìn)行培訓(xùn)、教學(xué)、檢測(cè)和開(kāi)發(fā)存在成本高、不直觀和危險(xiǎn)性大等問(wèn)題，因此，開(kāi)發(fā)性能穩(wěn)定、價(jià)格適中和功能齊全的ABS動(dòng)態(tài)性能測(cè)試平臺(tái)十分必要。

1 汽車ABS概述

汽車ABS主要由ECU、輪速傳感器、電磁閥和繼電器等組成。在制動(dòng)過(guò)程中，ECU通過(guò)采集輪速傳感器信號(hào)，根據(jù)自身控制算法控制電磁閥動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輪制動(dòng)壓力的增大、保持和減小過(guò)程，使滑移率保持在最佳滑移率（20%）左右，確保車輪不抱死，從而保證車輛的行駛穩(wěn)定性，并在一定程度上縮短制動(dòng)距離。

2 測(cè)試平臺(tái)的基本功能

可實(shí)現(xiàn)ABS的制動(dòng)模擬，通過(guò)制動(dòng)過(guò)程中車輪與摩擦轂的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，直觀觀察ABS的工作過(guò)程；通過(guò)數(shù)據(jù)采集和分

析系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)采集制動(dòng)過(guò)程中車輪速度、汽車車速、滑移率的變化和制動(dòng)距離。

3 測(cè)試平臺(tái)的基本組成和工作過(guò)程

3.1 測(cè)試平臺(tái)的基本組成

測(cè)試平臺(tái)基本組成如圖1所示。

測(cè)試平臺(tái)主要由電氣部分、傳動(dòng)部分和數(shù)據(jù)采集部分等組成。主要包括變頻調(diào)速器、三相異步電機(jī)、摩擦轂、制動(dòng)盤、車輪、車輪輪速傳感器、飛輪、飛輪輪速傳感器、前后軸、皮帶、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)等。

3.2 測(cè)試平臺(tái)的工作過(guò)程

電機(jī)提供動(dòng)力，通過(guò)帶傳動(dòng)帶動(dòng)前、后軸和軸上的飛輪、摩擦轂轉(zhuǎn)動(dòng)。由于摩擦力的存在，車輪會(huì)隨著摩擦轂一起轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)踩下制動(dòng)踏板時(shí)，電機(jī)不提供動(dòng)力，摩擦轂和飛輪在慣性作

用下繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行采集，并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上位機(jī)程序中進(jìn)行分析和處理。

圖1 測(cè)試平臺(tái)組成示意圖

4 測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)

4.1 “車輪與虛擬地面”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

附著系數(shù)是附著力與車輪法向（與路面垂直的方向）壓力的比值。附著系數(shù)主要決定于路面狀況、輪胎結(jié)構(gòu)、道路材料、汽車運(yùn)行的速度和胎面的花紋、材料等因素。在制動(dòng)過(guò)程中，附著系數(shù)對(duì)汽車ABS性能的發(fā)揮起著至關(guān)重要的作用。如圖2所示，通過(guò)“車輪與虛擬地面”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一方面可通過(guò)調(diào)整螺釘和調(diào)整滑塊控制車輪與摩擦轂的壓緊程度，模擬車輪與地面之間不同附著情況；另一方面，可通過(guò)更換不同表面摩擦系數(shù)的摩擦轂，模擬不同附著系數(shù)的地面。

圖2 “車輪與虛擬地面”結(jié)構(gòu)示意圖

4.2 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

測(cè)試平臺(tái)電氣控制系統(tǒng)主要分為電機(jī)控制部分和電氣供電部分，如圖3所示。電機(jī)控制部分輸入380 V交流電，經(jīng)變頻器到電機(jī)；電氣供電部分輸入220 V交流電，經(jīng)開(kāi)關(guān)電源，轉(zhuǎn)換為12 V和5 V直流電到ECU、制動(dòng)開(kāi)關(guān)、傳感器和信號(hào)處理電路。

4.3 數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

上位機(jī)程序基于National Instruments公司的LabVIEW進(jìn)行編寫，LabVIEW是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語(yǔ)言。數(shù)據(jù)采集卡采用研華公司的PCI-1716.PCI-1716帶有250 KS/s的16位A/D轉(zhuǎn)換器，1 K用于A/D的采樣FIFO緩沖器，可提供16路單端模擬量輸入或8路差分模擬量輸入。

當(dāng)測(cè)試平臺(tái)工作時(shí)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡中的A/D通道實(shí)時(shí)采集ABS的相關(guān)傳感器信號(hào)，并在LabVIEW前面板內(nèi)以波形和數(shù)字的方式實(shí)時(shí)顯示，以便于對(duì)ABS工作過(guò)程中的性能參數(shù)進(jìn)行分析和研究。主要采集的傳感器信號(hào)有4個(gè)車輪輪速信號(hào)、2個(gè)飛輪輪速信號(hào)和制動(dòng)開(kāi)關(guān)信號(hào)等。具體如圖4所示。

5 測(cè)試平臺(tái)試驗(yàn)

在測(cè)試平臺(tái)上模擬汽車在初速度為50 km/h時(shí)的制動(dòng)情況。

汽車制動(dòng)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)參數(shù)變化如圖5所示。左側(cè)顯示的為實(shí)時(shí)采集的飛輪輪速、車輪輪速和制動(dòng)開(kāi)關(guān)信號(hào)，右側(cè)顯示的是經(jīng)過(guò)上位機(jī)程序分析得到的整個(gè)制動(dòng)過(guò)程中車速、制動(dòng)減速度、車輪角減速度和滑移率的變化。從滑移率的變化曲線可知，由于ABS的作用，制動(dòng)過(guò)程中滑移率保持在20%左右。

圖4 測(cè)試平臺(tái)數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)

圖5 汽車制動(dòng)動(dòng)態(tài)參數(shù)采集和分析前面板圖

通過(guò)對(duì)飛輪輪速信號(hào)脈沖的采集，分析得到試驗(yàn)中的汽車制動(dòng)距離，結(jié)果如圖6所示。

圖6 汽車制動(dòng)距離測(cè)量前面板圖

6 結(jié)束語(yǔ)

本文中設(shè)計(jì)的汽車ABS動(dòng)態(tài)性能測(cè)試平臺(tái)一方面可用于應(yīng)用型本科院校和職業(yè)院校的教學(xué)和演示；另一方面，可用于檢測(cè)和開(kāi)發(fā)，通過(guò)對(duì)采集的制動(dòng)參數(shù)進(jìn)行分析和比較，可加快ABS控制器的研發(fā)進(jìn)程。

參考文獻(xiàn)

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[2]李建秋，趙六奇，韓曉東，等.汽車電子學(xué)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

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