計算機輔助系統在汽車ABS部件試驗臺上的運用分析

摘要：作為保障車輛安全的關鍵性系統組件，ABS系統能夠規避車輛制動失控風險，在汽車緊急制動時為其提供良好的操縱狀態，因此加強汽車ABS部件檢測試驗工作具有重要意義。以計算機輔助系統在ABS試驗臺中的作用作為切入點，分析了計算機輔助系統的設計需求，同時分別基于硬件架構以及軟件體系兩方面分析了汽車ABS試驗臺中計算機輔助系統的應用情況，并給出了相應的應用實例，以期為有關從業者提供參考。

關鍵詞：計算機輔助系統；車輛制動；性能檢測；體系設計

中圖分類號：U467" 收稿日期：2023-06-22

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.12.021

1 前言

汽車ABS系統又稱制動防抱死系統，其能夠在車輛制動過程中合理控制制動力的大小，使車輪始終處于抱死臨界點，有效提升了車輪與路面之間的附著力。但受到技術因素的影響和制約，在傳統的汽車工業生產過程中，對車輛ABS部件進行的試驗與檢測工作往往較為粗放，相關數據信息的整合不夠全面，很難適應現代汽車市場有關ABS系統的需求，因此從業者應當明確計算機輔助系統在試驗檢測領域當中的價值，推動車輛ABS系統性能的不斷優化與進步。

2 計算機輔助系統在ABS試驗臺中的作用

2.1 降低檢測成本

傳統的汽車ABS試驗檢測技術主要包括平板式檢測臺檢測技術、實車道路檢測技術等幾種形式，而上述檢測技術往往需要大規模空間予以支持，這樣才能將車輛的制動性能、操縱性能等相關數據進行采集與整合，支出規模較大。而通過在ABS試驗臺性能檢測中應用計算機輔助技術，能夠有效減少試驗檢測過程對空間與成本的占用，提升ABS系統設計與檢測效益[1]。

2.2 提升檢測效率

相較于傳統的ABS部件試驗檢測技術方法，采用計算機輔助系統予以支持，能夠將其性能檢測周期進一步縮短，單次檢測時長能夠控制在5 min以內，因此具有大規模推廣的價值。

2.3 準確進行故障定位

運用計算機輔助系統進行汽車ABS部件的性能試驗與檢測工作，能夠較為準確地定位系統運行過程中所發生的各項故障，積極判斷車輛ABS運行過程中的狀態，使ABS系統的整體設計能夠得到及時優化，保障車輛運行安全。

3 計算機輔助系統設計需求

為了更好地在車輛ABS部件試驗臺中發揮出計算機輔助系統的價值和作用，相關技術團隊以及從業者應當針對系統設計目標與功能需求進行全面定位，使其能夠充分契合車輛運行設計特點。

3.1 輪速曲線與車身速度曲線

在我國當前的汽車工業發展進程中，尚未針對ABS部件的相關性能指標進行明確規定，因此在針對ABS試驗臺中計算機輔助系統進行設計的同時，有關從業者可以基于實際交通運行狀況以及其他國家的相關經驗進行綜合分析，進而使車輛ABS系統的整體性能能夠更好地展現在計算機輔助系統中。

從車輛行駛與制動原理來看，對于正常運作的ABS系統與部件，其車身速度曲線往往較為穩定，而為了進一步控制車輛在制動狀態下的穩定性與操縱性，還應確保車輪輪速曲線分布于車身速度曲線周邊，并伴隨車身速度曲線不斷呈現下降趨勢，直至車輛完全制動，車速降至最低。在這一過程中，及時掌握輪速曲線與車身速度曲線之間的關聯性特征即能夠有效明確車輛ABS系統的運行特征，從而實現試驗與檢測目標。在針對計算機輔助系統進行設計與構建的同時，應確保其具備制動過程模擬以及速度信息采集等相關功能，同時還能針對輪速與車身速度之間的關聯特性進行可視化處理，形成函數圖像，使ABS總成的裝配能夠具備更加準確的參考信息。

3.2 滑移率曲線

滑移率，主要指的是車輛在制動過程當中滑動運動所占的比重，是影響車身姿態以及操作性能的一項關鍵性指標。其計算公式為：

[λ=uw-rr0ωwuw×100%]

式中，[uw]為車輛行駛過程中車輪中心的速度；[rr0]為理想狀態下的車輪運動半徑；[ωw]為車輪的角速度，通過實踐與計算過后能夠得出結論，當滑移率為10%～25%之間時，車輛輪胎與地面之間的附著能力較好，同時車輛的制動效能與可操縱性能夠達到相應的平衡，是確保車輛運行安全的關鍵所在。在針對計算機輔助系統功能模塊進行設計的同時，應確保其具備滑移率的計算能力以及曲線變化分析能力，使車輛在制動狀態下ABS介入時輪胎滑移率得到有效展現，使技術團隊能夠針對ABS系統介入有效性以及車輛制動過程中的安全性具備相應的認知，為系統設計的優化提供支持。

3.3 附著系數利用率

在車輛的正常行駛過程中，整車對于地面的附著系數往往與地面強度、輪胎花紋、輪胎氣壓、驅動輪負荷以及車輛行駛速度等相關因素相關，而這也是車輛ABS系統介入與運行效率的一項關鍵性體現。通過計算機輔助系統，能夠針對制動情況下車輛對地面的附著系數進行分析，使ABS系統的性能能夠得到更加客觀的評估與檢測。按照歐洲關于ABS系統介入過程中對路面附著系數利用情況的要求，在基于計算機輔助系統對ABS系統進行檢測的同時，應確保路面的附著系數利用率在75%～100%之間，并保障測量權威性以及測量精度，進一步強化車輛行駛安全以及制動安全[2]。

3.4 制動距離

在車輛行駛制動過程中，關系到行車安全的另一項重要因素就是車輛的制動距離，這一指標主要指的是車輛在制動過程中從啟動制動裝置到車輛完全停止所行駛過的距離，該指標還能夠成為制動器性能檢測以及最佳制動車速分析的關鍵性依據。在運用計算機輔助系統助力車輛制動時應分別針對ABS介入情況以及整車制動距離兩項基本參數進行綜合分析，使車輛的制動性能能夠得到直觀展現，提升車輛的制動效果。

3.5 制動工況

車輛制動系統主要可分為鼓式制動器、盤式制動器等兩種，且上述制動設備以及制動器材在運行過程中受到環境因素的影響，可能會產生較為明顯的故障與問題，其中包括制動器過熱、回位不良、氣路漏氣、彈簧強度不足等，對車輛的試驗測試可能會造成一定的負面影響。因此相關技術團隊以及從業者應當立足于實際針對車輛的制動工況進行合理分析，同時掌握ABS介入后制動系統的運行狀況，確保制動系統的運行壽命與可靠性都能夠達到預期要求。

4 硬件架構設計

為了進一步實現上述目標與要求，促進車輛ABS部件試驗測試流程的進一步優化，提升技術團隊對計算機輔助系統運行情況的掌握力度，需要針對性優化系統硬件架構，使部件試驗臺的測試安全性、控制功能性以及穩定性得到進一步提升，有效緩解外部環境因素給計算機輔助系統帶來的干擾，提升輔助系統運行過程中的容錯率與兼容能力，使其能夠為車輛ABS系統的正常運行提供更加有效的支持。

4.1 信號采集模塊

在車輛制動以及ABS相關系統部件的運行過程中，可能會涉及輪速、溫度、壓力等多項數據指標，如何針對上述信號進行采集與整合成為計算機輔助系統在ABS試驗臺中的重要應用目的。在輪速采集模塊的設計與搭建過程主要涵蓋了車身速度以及四個不同車輪的輪速，對于信號采集的實時性與采集精度均提出了一定的要求。為此選用E6B2-CWZ3E編碼器作為主要測定與采集元件。與此同時，基于光電編碼器的原理及其信號輸出頻率特征，可采用側頻法對回傳的輪速信號進行采集與處理，在一定時間周期中對信號脈沖進行計數，從而掌握車輛運行以及制動過程中的輪速狀態，實現對信號的采集目標。在本次研究過程中，選用雙片計數器進行測定，并將其分別作為脈沖發生器以及脈沖數記錄器，使ABS介入狀態下車輛運行過程中的輪速數據和信號能夠得到及時回傳與采集[3]。

除了采用光電編碼器針對車輛制動過程中的輪速進行計數與監控之外，還需要對制動系統溫度、壓力等相關信息數據進行采集，技術人員應按照信號采集要求分別采用傳感器接入計算機輔助系統，使試驗臺檢測過程當中的性能表現以及關鍵指標變化情況能夠得到及時處理，盡可能減少檢測與采集過程中所存在的各項誤差。

4.2 數據處理與控制模塊

在ABS試驗臺數據信號的采集過程中，由于受到環境因素的影響，所以系統性能信號可能會遭遇一定的干擾，影響其參考價值。因此在對ABS系統進行試驗檢測之前，還需要借助計算機輔助系統對采集過后的數據信息進行預處理，有效消除干擾噪聲給信號造成的影響與污染，確保ABS系統在車輛制動時的正常運行。在本次研究過程中的數據預處理以及抗干擾，分別選用了濾波器、光電耦合隔離、屏蔽線等硬件設施，實現了對現場環境的有效控制，使模擬信號、外界光源、靜電以及環境噪聲對ABS系統運行信號的影響得到針對性控制，使數據信息的傳輸更加規范。

在計算機模擬系統的控制模塊中，選用了AT89S52單片機作為主控核心。該產品是AT89C52的全面升級與換代，具有功耗較低、兼容性強、性能完善、可自定義進行編程等優勢和特征，能夠為系統提供靈活高效的控制方案。在AT89S52單片機內部，具備256字節RAM、32位I/O總線、定時器、數據指針、片內晶振以及時鐘電路等。與此同時，依托AT89S52單片機還能實現不同狀態電能驅動下的運行模式調整，能夠充分延長其運行時長，減少對系統內部功能與壽命造成的影響。

4.3 指令執行模塊

指令執行模塊主要由I/O板、固態繼電器、調節控制設備組成，當計算機針對車輛制動狀態下的ABS系統介入情況做出分析與研判后，能夠輸出相應的指令，進而對試驗臺進行進一步控制。指令信號由單片機系統發出，經I/O板、光電隔離設施，進而對ABS系統試驗臺的電機、支撐臺以及軸距進行調節與控制，使其能夠完成相應的試驗檢測項目，提升檢測精度。

5 軟件功能設計

通過計算機輔助系統的智能化與自動化控制，能夠使車輛ABS試驗臺的運行更好地模擬車輛制動過程中的常見工況，使中樞計算機芯片能夠對ABS系統的運行信號反饋進行進一步分析，使試驗檢測工作的開展更加便捷，檢測成本得到更優控制。

5.1 行程控制

在車輛ABS系統的試驗與檢測過程中，及時針對車輛行程以及試驗臺狀態進行控制是保障試驗檢測結果信度的關鍵所在。在軟件控制模塊設計過程中，由單片機對上位機指令進行分析和研判，同時基于分析結果針對系統內部繼電器進行控制，由CPLD對ABS試驗臺的移動情況進行檢驗，并及時向繼電器下達控制指令，同時由傳感器對試驗臺移動距離進行測定與計算，由上位機明確試驗臺與車輛是否到位，同時針對定時器運行情況進行及時控制，使ABS部件的運行狀態得到及時反饋[4]。具體流程見圖1。

5.2 升降臺控制

為了進一步適應車輛ABS試驗檢測要求，由計算機輔助系統模擬車輛在制動過程中的工況狀態，還需要基于軟件系統實現對升降臺的針對性控制。由系統內部的單片機設備接收上位機指令，并進行分析，按照時間要求對升降臺高度進行控制，進而滿足試驗檢測過程中的工況要求。

5.3 輪速采集

作為反映車輛制動狀態下ABS系統運行狀態的一項關鍵性指標，明確車輛制動輪速對實現ABS系統的試驗檢測目標具有關鍵性作用。在軟件系統的設計與規劃過程中，由CPLD以10 ms為周期向單片機進行數據信號的傳送，同時針對相關信號以及控制指令進行分析和明確，進而結合實際情況對外部中斷進行打開或屏蔽，使車輛制動過程中的輪速表現情況得到及時調控。

5.4 制動檢測

車輛制動檢測主要包括電機控制、數據量測、軸重分析等相關內容，由單片機對上位機指令進行辨識與分析，并針對定時器進行打開或屏蔽，使車輛的制動狀態以及ABS系統的介入情況都能夠得到更加直觀的展現。

6 系統測試與分析

基于上文可知，計算機輔助系統具有界面明確、操作便捷、個性化選項豐富等特征，在車輛ABS部件試驗臺中發揮著關鍵性作用。在系統設計與搭建完成過后，可立足于實際項目展開相應測試工作，進而明確計算機輔助系統的性能狀態。本次研究過程中，分別對ABS系統液壓調節器性能、氣動電磁閥性能以及系統運行可靠性等指標進行了測試，結果表明，計算機輔助系統能夠為ABS系統的試驗與測試提供關鍵渠道和支持，對提升車輛安全性能具有重要作用。

7 結語

采用單片機作為系統核心的計算機輔助系統在ABS部件試驗臺的信息采集、數據處理以及系統控制等方面均發揮著關鍵性作用。相關技術團隊應當優化對計算機輔助系統的認知，促進ABS試驗測試準確性的不斷進步。

參考文獻：

[1]王澤堃，張昕.電動車ABS滑移率識別的控制系統研究[J].內燃機與配件，2023（13）：43-45.

[2]周東.基于ESP和ABS的汽車輔助制動裝置安全控制系統設計[J].現代電子技術，2021，44（14）：43-46.

[3]王國微，尹安東.基于神經網絡路面識別的電動汽車ABS控制研究[J].合肥工業大學學報（自然科學版），2020，43（7）：878-883.

[4]夏曉經，張小龍，馮啟飛，等.商用車氣壓ABS性能綜合測試系統設計與試驗[J].汽車工程，2020，42（2）：215-221.

作者簡介：

吳美麗，女，1980年生，研究方向為設備自動化控制和設備維護、機械設計和工藝編制。