汽车ABS教学实验台的设计与实现

张永新

(北京信息职业技术学院，北京 100070)

1 引言

本文设计的奥迪A6 ABS实验台是以室内多媒体教学为重点，故明确的目标就是设计尽量简洁、合理、直观并安全，有针对性地确定实验台结构，选择各元器件，连接电路，以便能使学生在实验期间能直观地了解掌握ABS的工作原理并使之加深印象，达到良好的教学效果。

2 系统的总体设计

2.1 实验台总体方案的选择和确定

实验台外观采用较为普遍的L型台架，钢架结构形式支承整个系统，这样既能减少材料节省成本，也减轻了整个实验台的质量，便于整体移动。控制面板采用硬质白色塑料，同样也达到了节省成本减轻重量的效果。考虑到实验台用于室内多媒体教学，所以在满足系统硬件安置空间的前提下，外型尺寸不宜过大，同时考虑方便学生观察实践也不能过小，初步定外型尺寸（长×宽×高）为1800×1300×1300mm。

（1）、控制部分布置特点：控制部分呈一梯形台架于主体台架的左上方。在下面俯视展开图2-1中ABCD为控制柜显示面板，包含点火开关、自诊断接口、电源指示灯、ABS警示灯、制动故障指示灯、4个四位七段数码管显示、ABS实验台电路原理图（图中设置了16个信号参数检测端口）、主控部分连接插座孔。EFHG则为一可拆装式挡板，用于控制部分的连接电线、熔断器盒及轮速显示用的AT89S52单片机板子均安放在控制柜内部。

（2）、主体部分布置特点：实验台主体部分主要用于安放车轮、传动轴、电机、带传动等机械部件，但由于本实验台参照奥迪A6车型的ABS系统设计，奥迪A6采用了BOSCH5.3ABS系统，制动压力调节器和ABS系统的ECU制成一体。

2.2 ABS实验台基本工作原理

在以多媒体教学的前提下，ABS实验台的基本工作原理可以从机械系统和电控系统两个方面来阐述：

一、机械系统：动力由驱动电机提供，电机电源采用380V/50HZ的外接电源，并可通过变频调速器调节转速。电动机工作后，通过两个带传动带动两根传动轴转动，动力再传到四个车轮。制动部分和原车制动系统工作过程相同，踩下制动踏板，液压系统传递制动力使制动盘工作，降低车速。当低于指定滑移率时，ABS系统动作，将滑移率控制在某一范围内。

二、电控系统：由蓄电池供电，通过熔断丝、点火开关到达ABS电脑，使各个轮速传感器、指示灯、轮速显示模块等处于工作状态。其中模拟故障开关为常闭型，正常状态下电路均通电。通过通断故障模拟开关可设置多个系统故障，这样即可要求学生诊断并排除故障。显示面板上印有实验台电路原理图，图中设有 (C1～C16)16个信号检测端子，端子设置位置和实际电路相对应。这样可在实验过程中方便直观地利用万用表、试灯等检测工具测出相应的信号或参数，以增强学生对ABS系统电路的理解和掌握能力。

3 系统的硬件设计

ABS实验台由多个元器件组成，在选择部件的同时还应考虑到实用性、使用环境、制造成本、安全性等多方面的因素。

3.1 实验台电源的选择

在该套ABS实验台系统中，需要使用电源的有 ABS电脑（5V/12V）、轮速显示模块(5V)、指示灯(5V)、电动机（380V）。由于系统中的用电设备并不多，为了节约成本，控制电路部分采用一12V的蓄电池作为电源，机械部分则将民用的380V作为驱动电机的电源。

3.2 驱动电机的选择

在本系统中，电动机是实验台的动力源，为了模拟不同车速下的制动，要求电动机调速方便，启动较快。电动机是系列化的标准产品，其中以三相异步电机应用为最广。考虑到实验台的具体工作环境和要求，选用Y系列的电动机，并对照常用三相异步电动机产品型号、结构特点及应用场合，初步确定为小型三相异步电动机。经过计算并根据《机械设计手册》第三版选小型三相异步电动机型号为YCT2-250，标称功率为30kw,额定转矩186N·m。

3.3 变频调速器的选择

为了实验系统实时制动研究的需要，要求电动机能够便于调速，所以使用变频调速器进行调速。

变频器类型的选用，要根据负载的要求来进行。由于本ABS实验台系统的电机用于驱动皮带轮，其负载转矩正比于转速的平方，低速下负载转矩较小，通常可以选用普通功能型U/f控制变频器。通过查阅《交流变频调速器选用手册》，初步选用惠丰HFV－315型变频器。

4 系统的电路设计

4.1 奥迪A6 ABS系统原始电路的分析、整理

设计本实验台电路的第一步就是将奥迪A6 ABS系统的原始电路图进行详细的分析，理解并最终整理出一套纯粹的包含电源、接地、电脑、传感器、执行器及辅助件（如导线、熔断丝等）的ABS系统电路原理图。只有首先有这样一幅图为基础，才能融入其他的电器元件并通过正确的连接组合成整个实验台电路系统。

4.2 实验台主体部分电路设计

主体部分设计的电路相对较少，ABS ECU放在主体台架内，它引脚上的很多连线都将和控制柜内的元件相连接。此外，在主体部分还涉及到电机调速变频器的连接线路及传感器信号线上的检测孔的连接等。

4.3 实验台控制部分电路设计

控制部分电路是实验台电路最重要的组成部分，即相对主体以机械部分为主，控制部分以电路为基础，将实验台所需的开关、指示灯等元件相连接起来。控制部分电路的设计主要是在从原始电路中整理出来的ABS系统电路图上加入或舍去一些线路元件,详细设计过程如下:

4.3.1 轮速信号显示模块设计

ABS实验台显示面板上对四个车轮均用四位七段LED数码管设有轮速显示模块。通过从轮速传感器上采集到转速信号送到显示模块内的单片机，信号再经过处理，由LED显示。显示模块主要硬件单片机AT89S52、四位七段LED84S数码管、时钟电路。

4.3.2 故障开关的选择布置

故障开关是ABS实验台作为多媒体教学设备的特色设置，可在教学过程中通过通断开关人为设置故障，学生就可用相应的检测工具进行故障诊断、分析、排查，从而加强学生实际操作能力。

本次设计的故障开关均为常闭开关，分布在多条线路上，考虑到故障开关的通断状态需在实验中应具有一定的隐蔽性，故将它的位置设在控制柜的侧面。

4.3.3 检测端口的布置

和故障开关相似的，检测端口也是实验台的特殊设计。不同的是开关用于设置故障，而检测端口的设计就是为了方便地通过检测相应的信号或参数从而排除故障。

5 系统的测试和实验项目

目前本系统的软硬件开发工作已基本完成，对系统做了测试，并开发了一些实验项目，总体来说，达到了设计目标。目前基于该系统可开设的实验有：汽车常规制动系统结构组成认知实验；ABS系统结构组成认知实验；汽车常规制动工作过程演示实验；ABS系统制动工作过程演示实验等。

总结

本系统的创新点如下：通过变频器调节驱动电机的转速，实现车轮在不同转速下进行制动；可动态设置ABS系统故障。符合教学对ABS系统实验台的要求；设置了和实验台原理图相融合的检测端口，更便于教学过程中实际故障排除操作的方便性。以上是本人对该项目的一个粗浅的总结，不妥之处敬请指正。

[1]周志立,徐斌.汽车 ABS 原理与结构［M］.机械工业出版社,2005-3.

[2]杨启梁,严运兵.具有ABS的汽车制动性能实验模拟系统［J］.汽车科技,2006-5.

[3]朱一纶.单片机实用教程［M］.上海交通大学出版社,2002-7.