可调附着力汽车制动试验台研发

苏建华，郑维智

(1.中国科学技术馆展品技术部，北京 100012) (2.北京工商大学材料与机械工程学院，北京 100048)

可调附着力汽车制动试验台研发

苏建华1，郑维智2

(1.中国科学技术馆展品技术部，北京 100012) (2.北京工商大学材料与机械工程学院，北京 100048)

研制开发了硬件在环ABS试验台，其轮速与车速等数据信号都是由传感器真实测量所得，避免了模拟信号所产生的误差，也减小了简化数学模型时因忽略因素所产生的不可避免的误差。提出了制动时通过对汽车载荷的调整使附着力发生改变的方案，解决了ABS试验台无法精确改变模拟汽车附着力进行试验的难题。最后通过对ABS试验台的试验，得到了较为理想的制动轮速、车速与车轮滑移率的曲线，并测得制动时间与制动距离，为ABS试验台功能的继续完善奠定了基础。

ABS;试验台;附着系数

目前汽车制动力检测设备主要有滚筒反力式检测台和平板式制动力检测台。其中滚筒反力式是使用最多的检测方式，它通过电机带动滚筒转动，滚筒通过其间的摩擦力带动车轮转动，当车轮达到所要求的速度后，对车辆进行制动，通过测力传感器得到相关的数据。而滚筒反力式制动力检测台可精确控制电机驱动滚筒的转速，且每次测量转速的误差小，所以重复性很好。为模拟较高的附着系数，一般对滚筒表面进行特殊处理，但是同一试验台附着系数无法改变。本文所研制的试验台试图解决模拟附着系数的难题。

1 汽车制动试验台总体结构

本文研制开发了ABS硬件在环试验台系统，该系统由4个车轮、8个滚筒、传动系统、惯性轮组系统、离合器及各相关的传感器部分等组成，结构如图1所示。

试验台主要部件的作用如下。

1)滚筒:车轮放置于两个滚筒之间，滚筒用来支撑车轮，并在运行时带动汽车车轮随之转动。

2)电动机:试验台的动力部分，用来带动滚筒与车轮转动。

3)惯性轮组:模拟汽车运行时的惯性，也就是汽车质量大小。

4)离合器:通过离合状态改变惯性轮组加载的惯性轮个数。

5)液压缸:压紧车轮，模拟汽车的载荷。

图1 汽车ABS试验台结构图

2 汽车制动试验台工作原理

汽车的4个车轮及其附带的液压制动系统分别置于试验台滚筒上，并通过液压缸对每个轮子加压，以模拟车辆的自重。试验过程中，根据车辆不同的自重，调整各个轮子上液压缸的压力大小。启动试验台后，电机通过皮带传动带动滚筒转动。中间的两排滚筒(如图2所示)是通过3个不变速齿轮等速传动的，所以中间的滚筒是等速同向运动的，放在滚筒上的车轮也会随之同向转动。试验台的主传动系统如图2所示。

图2 汽车制动试验台主传动系统示意图

为了模拟汽车运行时所具有的动能，将惯性轮组通过联轴器联接在滚筒上，使之与滚筒一起转动。为了可以改变汽车所具有的动能，即改变惯性轮组转动的惯性，在惯性轮组中通过每个惯性轮的电磁离合器来调整单个惯性轮的运行状态。试验台中转动的滚筒就相当于运动的地面，也就相当于车辆向前运行。滚筒与惯性轮组组成了很大的惯性体，也就相当于车辆的质量。当车辆制动时，车轮由于滚筒和惯性轮组的惯性就会与滚筒发生相对的滑动，滚筒相对于车轮滑动的距离，就相当于汽车在道路试验时的制动距离。当车速达到要求时，关掉电动机，并踩下制动踏板，汽车开始制动，由此用试验台试验达到了模拟道路试验的目的。

由于车辆制动需要进行数据采集，因此在每个车轮外加装了霍尔传感器来监测车轮转数，从而得到车辆的模拟行驶速度。在滚筒的旋转轴处加装了绝对值编码器用来采集滚筒的转动数据。在位于每个车轮的制动液压缸上加装了高频率的动态压力采集传感器，用来实时采集液压缸的压力。在每个压紧车轮的液压缸上加装了高精度数显压力表，以便于精确调整每个车轮所承受的载荷。

该试验台的最大特色就是轮速与车速等信号都是由传感器测量实车所得到的，同时通过调整惯性轮组可以模拟不同汽车的质量，通过调整压紧车轮的液压缸压力可以模拟地面不同的附着系数，将汽车的质量与车轮的载荷通过不同的方式分开模拟。

3 附着力模拟与调整

附着力表示轮胎与路面附着情况，是一个不以人的意志而改变的固定值，但由试验数据可知，地面的附着系数与车辆的车速、车轮对路面的滑动程度有关。

车辆行驶过程中，地面对驱动轮的推力、制动时地面对车轮的制动力以及车辆转向时地面对车辆的侧向反作用力都是由附着力提供的。

在试验台安装好后，真正去调整附着系数是很不容易的。由于附着力的大小是车重与路面附着系数的乘积，所以可以通过模拟不同车重来调整附着力，当然实车的载荷是无法改变的，这里的试验台意在模拟不同车型的载荷。基于这种思想，本试验台通过改变车轮正压力而使附着力改变来调整试验状态。在滚筒固定后附着系数是不变的，而附着系数与车轮正压力的乘积就是车轮附着力的大小，所以在4个车轮上的正压力增大了，就会使附着力增大，反之就会使附着力变小。由于正压力是可以随意调节的，这样就实现了任意地面不同大小附着力的模拟。

该试验台通过惯性轮组和车轮上方的液压缸使车辆的质量与车辆对地面的正压力分开调整，从而解决了模拟车辆不同附着系数的难题。

4 汽车ABS制动试验台试验结果

本文所开发的ABS试验台系统如图3所示。在ABS试验台标定与调试好后，通过调整液压缸油压至指定的压力和改变惯性轮的组合状态，根据试验条件进行初步的试验研究。根据车辆不同的载荷、不同的初速度，在不同的附着系数设定条件下进行制动。试验结果如图4～图9所示。

图3 ABS试验台系统

从试验结果来看，得到了很理想的单轮速度曲线与滑移率，也得到了较为理想的四轮速度与车速曲线。同时，可以得到汽车制动时间与制动距离。但从四轮高速试验结果来看，左后轮和右后轮的结果不太理想，其原因可能是油路堵塞。因目前试验台仍在调试阶段，所以会在以后解决该问题。

图4 模拟1 200kg，初始车速为75km/h，附着系数为0.9的试验结果

图5 模拟1 000kg，初始车速为80km/h，附着系数为0.6的试验结果

图6 模拟1 500kg，初始车速为40km/h，附着系数为0.3的试验结果

图7 模拟1 200kg，初始车速为75km/h，附着系数为0.9的试验结果

图8 模拟1 000kg，初始车速为80km/h，附着系数为0.6的试验结果

图9 模拟1 500kg，初始车速为40km/h，附着系数为0.3的试验结果

5 结束语

本文对ABS试验台进行了调试，并在ABS试验台上进行了初步的试验研究，得到了较理想的制动轮速与车速曲线、单轮速度与滑移率曲线，并测得了制动时间与制动距离。该试验台的开发与完成为ABS试验台功能的继续完善奠定了基础，也为附着系数模拟试验提供了很好的试验支持。

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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

北京市教育委员会科技项目(KM200810011007)

苏建华(1982—)，男，河北衡水人，中国科学技术馆工程师，硕士，主要研究方向为展品技术。