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本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 頁 共 頁
目 錄
1 緒論 1
1.1 課題背景及意義 1
1.2 國外研究概況 2
1.3 國內(nèi)ABS的研究情況 3
1.4 ABS的發(fā)展趨勢 3
1.5 ABS性能試驗臺 4
1.6 ABS試驗臺的必要性 4
2 ABS的結(jié)構(gòu)及工作原理 5
2.1 ABS的形式及工作原理 5
2.2 ABS的功能及優(yōu)點 7
2.3 ABS控制技術(shù) 7
2.4 ABS（防抱死）制動壓力控制 9
2.5 ABS的質(zhì)量控制 10
2.6 制動時車輪受力分析 10
2.7 滑移率 12
2.8 車輪制動與車輪的旋轉(zhuǎn) 14
2.9 車輪減速度和-S特性 15
3 試驗臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理 17
3.1 機械系統(tǒng) 17
3.2 電機調(diào)速系統(tǒng) 17
3.3 試驗臺的結(jié)構(gòu) 17
3.4 試驗臺工作過程 18
3.5 系統(tǒng)的飛輪設(shè)計 19
3.6 法蘭盤設(shè)計 21
3.7 系統(tǒng)的加力裝置 22
3.8 試驗臺結(jié)構(gòu)架 24
結(jié)束語 25
致謝 26
參考文獻 27
本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 第 27 頁 共 27 頁
1 緒論
1.1 課題背景及意義
ABS是防抱死制動系統(tǒng)的英文縮寫，其英文的全稱是Anti-Lock Brake System.該系統(tǒng)在制動過程中可自動調(diào)節(jié)車輪制動力，防止車輪抱死以取得最佳制動效果[1]。
摩托車防抱死制動系統(tǒng)是基于車輪與路面的附著性能隨滑移率的原理而開發(fā)的高技術(shù)系統(tǒng)[2]。它以防止制動過程中車輪“抱死”的 機理出發(fā)，避免摩托車后輪側(cè)滑和前輪失去轉(zhuǎn)向能力，達到提高摩托車制動穩(wěn)定性，操縱性和安全性的目的[14]。
ABS在汽車上的應(yīng)用已是非常成熟,但在摩托車上的應(yīng)用還處在發(fā)展中勢頭很猛.1988年德國寶馬公司率先在K100車上裝了ABS,目前德國本土生產(chǎn)的所有寶馬摩托都已配備了ABS.在日本本田公司雅馬哈公司生產(chǎn)的摩托上制動系統(tǒng)更是緊隨著汽車制動技術(shù)的發(fā)展而不停發(fā)展在應(yīng)用ABS上進步很快[3].
我國的摩托車產(chǎn)量目前已居世界第一但技術(shù)水平還比較低,隨著中國加入世貿(mào)組織中國的摩托車將和世界級企業(yè)在同等條件下競爭因此將摩托車的技術(shù)水平迅速搞上去已成為當(dāng)務(wù)之急.在中國的摩托車企業(yè)中對真正意義上摩托車ABS的研究幾乎是一片空白,但市場有對帶ABS摩托車的需求,目前許多廠家生產(chǎn)的摩托車配置一種所謂的ABS在業(yè)內(nèi)引起了很大爭論[4].
通過對ABS基本原理典型結(jié)構(gòu)的分析，形成一種對ABS的客觀正確認識能夠?qū)H上摩托車ABS的應(yīng)用情況有一定了解，通過對國產(chǎn)摩托車上一些機械式ABS的實驗分析，澄清一部分混亂認識，能夠?qū)υ趯淼膶嶋H生產(chǎn)中應(yīng)用ABS起到技術(shù)上的引導(dǎo)作用。
我國摩托車的發(fā)展從1980年到現(xiàn)在已突破一千萬輛，產(chǎn)量躍居世界前列。摩托車的銷量在世界上位居第二，僅僅次于日本[5]。隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對摩托車的適應(yīng)性，舒適性以及安全性的要求也越來越高。
由于防抱死制動系統(tǒng)具有顯著改善車輛制動性能的功用，現(xiàn)在已經(jīng)成為汽車，摩托車制動系統(tǒng)的基本裝備。隨著ABS在汽車，摩托車上的廣泛使用，如何準確，快速，有效地檢測ABS的各種工作性能已是一項十分緊迫的任務(wù)[6]。
本課題研究的任務(wù)就是防抱死制動系統(tǒng)裝置的性能檢測，設(shè)計出一臺檢測防抱死控制器的裝置，模擬摩托車制動。
1.2 國外研究概況
摩托車ABS是在汽車ABS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其基本原理是相同的。防抱死制動系統(tǒng)最早出現(xiàn)在20世紀30年代，應(yīng)用于鐵路機車上，40年代中期，美國政府將ABS的設(shè)計思想應(yīng)用在噴氣式飛機上，并在波音公司生產(chǎn)地飛機上安裝了Hydro Aires公司的ABS初期產(chǎn)品。1954年美國Ford公司首次把法國生產(chǎn)地民航機用ABS應(yīng)用在林肯轎車上，這次試驗雖然失敗，但揭開了汽車應(yīng)用ABS的序幕[7]。
隨著ABS技術(shù)的日趨成熟完善，制造成本的降低，ABS不僅應(yīng)用在轎車，貨車上，而且在摩托車上也得到了應(yīng)用[8]。由于其良好的防抱死能力，首先在一些高檔摩托車上應(yīng)用，如賽車和豪華游艇摩托車。
最早研制生產(chǎn)并在摩托車上安裝ABS的是寶馬公司，于1988年先后在K100車上，后推廣到K系列所有車型上。1900年又在此車上安裝了第二代產(chǎn)品。但價格較高。
在摩托車制動器研制方面，日本本田公司一直處于領(lǐng)先地位。1983年開發(fā)研制的CBS開始安裝在大型豪華旅游摩托車上。其后于1993年又研制出用手或者腳操作的雙聯(lián)動制動系統(tǒng)（D-CBS)。其結(jié)構(gòu)由前后制動鉗、壓力制動閥、主輔缸組成。當(dāng)采用手或者腳制動時，前后輪制動力能趨近于理想分配。但是這種ABS的價格對于整車任然較高。隨后又研制出一種電機驅(qū)動式ABS，主要由輪速傳感器、電子控制器、電機啟動器、和調(diào)節(jié)器組成。它是通過ECU對車輪滑移率和車輪角加速度的檢測，控制電機驅(qū)動器，由調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)壓力，具有較為理想的控制效果。與電磁閥式ABS相比，具有體積小、重量輕、成本低等特點。但是對于中、低檔摩托車而言，價格仍然過高，重量仍有5.5Kg，并不適合在中、低檔摩托車上推廣。此外，本田還研制出機械式ABS，主要由速度傳感器、控制器、制動壓力調(diào)節(jié)器三部分組成。ABS裝置對制動鉗壓力的調(diào)節(jié)頻率一般為2-3次每秒，最大可達7次每秒。能根據(jù)路面的變化，及時調(diào)節(jié)制動器的制動壓力，有效防止車輪抱死，保持車輪的滑移率總小于50%，使制動距離明顯減短，同時有效地減小了側(cè)滑現(xiàn)象，確保摩托車的安全性。但是此機械式制動器裝置需要對摩托車的車價結(jié)構(gòu)進行改造，整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，同樣難以在中、低檔摩托車上廣泛應(yīng)用[9]。
1.3 國內(nèi)ABS的研究情況
我國從事ABS的研究開始于70年代，當(dāng)時長春汽車研究所采用邏輯控制電路對液壓制動的輕型貨車進行道路防抱死試驗?，F(xiàn)在剛剛進入產(chǎn)品試制和在車輛上時裝階段。交通部在6120型大客車項目中曾把氣制動ABS列為攻關(guān)項目之一，委托西安公路學(xué)院和陜西興國514廠聯(lián)合研制，推廣了3500-BFBO-2型防抱死側(cè)滑裝置。80年代中期，交通部重慶公路研究所研制成FKX-ACI型防抱死側(cè)滑裝置，1985年，二汽技術(shù)中心引進了西德公司生產(chǎn)地數(shù)模混合電子控制ABS，并在EQ140中型貨車上進行了裝車測試，達到了防抱死的要求。1989年，清華大學(xué)汽車工程系開始了液壓ABS系統(tǒng)在BJ213吉普車上的應(yīng)用研究，但距離國標要求仍有明顯差距。目前，清華大學(xué)和濟南重型汽車技術(shù)中心正在進行“汽車防抱死制動系統(tǒng)ABS研究”，這是國家科委的攻關(guān)項目。上海汽車集團公司于美國ITT合資建廠生產(chǎn)MK20ABS，所以目前已經(jīng)安裝ABS的桑塔納2000Gsi轎車出售[10]。
1.4 ABS的發(fā)展趨勢
ABS從出現(xiàn)到目前在汽車摩托車上的廣泛使用已經(jīng)歷了半個世紀的發(fā)展過程到現(xiàn)在為止ABS系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)方案已趨于成熟要進一步擴大ABS的應(yīng)用范圍并把ABS各方面性能指標提高到最佳狀態(tài)今后的研究工作將集中在以下幾方面。
(1) 減小體積降低重量
ABS是為提高車輛的安全性而增加的裝置車輛重量也會隨之增加對燃料經(jīng)濟性不利因此必須盡量減少ABS的重量另外不論哪種車型發(fā)動機的安裝空間都是非常有限的因此也要求ABS控制器的體積盡可能的小些。
(2)實現(xiàn)精確控制
目前得到廣泛采用的是采用門限值式邏輯控制算法的ABS其缺點是調(diào)試困難在個各車型間的互換性差隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展采用各種現(xiàn)代控制算法的ABS將成為主流使ABS的性能更加完善。
(3)實現(xiàn)多功能綜合控制
與防抱制動系統(tǒng)有關(guān)和類似的控制系統(tǒng)由綜合成一體的趨勢博世公司早在1987年就推出了ABS/ASR把防抱制動和驅(qū)動防滑結(jié)合起來1996年博世公司提出了車輛動力學(xué)控制系統(tǒng)VDC的概念在ABSASR的基礎(chǔ)上加入了側(cè)向穩(wěn)定性控制等新的內(nèi)容并推出了相應(yīng)的產(chǎn)品豐田公司開發(fā)了ABS制動系統(tǒng)監(jiān)控輪胎氣壓監(jiān)控的集成控制系統(tǒng)[11]。
1.5 ABS性能試驗臺
國內(nèi)生產(chǎn)制動器的廠家眾多，市場上出現(xiàn)了一系列摩托車防抱死控制器產(chǎn)品，這些產(chǎn)品在實際應(yīng)用中存在著各種各樣的問題，這些問題產(chǎn)生的主要原因是防抱死控制器設(shè)計原理不成熟，無法準確計算和調(diào)節(jié)防抱死的壓力。這樣的產(chǎn)品無論對摩托車生產(chǎn)廠商還是摩托車駕駛員來說都是潛在的安全隱患，但這些產(chǎn)品的檢驗尚無統(tǒng)一的標準，更缺乏檢測手段，產(chǎn)品的質(zhì)量性能無法進行檢測，國外工業(yè)發(fā)達國家如日本，美國，早在70年代就制定了轎車，汽車，摩托車制動器的實車試驗方法標準，并在以后于80年代分別制定臺架試驗方法，根據(jù)這個趨勢，摩托車制動器臺架試驗方法檢測裝置的研制必須提到議事日程[12]。
ABS在汽車，摩托車上的廣泛使用，如何準確，快速，有效地檢測ABS的各種工作性能已是一項十分緊迫的任務(wù)。從實驗情況看，ABS裝車路試存在著三個方面的問題：（一）實驗費用高；（二）實驗周期長；（三）實驗精度低，而僅靠整車制動性能試驗不能反映制動器的性能和質(zhì)量，為了有效克服ABS裝車路試過程中存在的缺陷，實現(xiàn)對ABS工作性能檢測的精度化合臺架化無疑是最佳途徑，摩托車ABS工作性能試驗臺正是針對上述問題研究開發(fā)的，其研制使ABS工作性能檢測便捷，準確成為可能，為ABS性能試驗的計算機臺架化測試提供了技術(shù)保障[13]。因此，摩托車制動器試驗臺是考核，評價制動器這一部件性能的專用試驗裝置。
1.6 ABS試驗臺的必要性
普通制動系統(tǒng)在濕滑路面上制動，或在緊急制動的時候，車輪容易因制動力超過輪胎與地面的摩擦力而安全抱死。
近年來由于汽車消費者對安全的日益重視，大部分的車都已將ABS列為標準配備。如果沒有ABS，緊急制動通常會造成輪胎抱死，這時，滾動摩擦變成滑動摩擦，制動力大大下降。而且如果前輪抱死，車輛就失去了轉(zhuǎn)向能力；如果后輪先抱死，車輛容易產(chǎn)生側(cè)滑，使車行方向變得無法控制。所以，ABS系統(tǒng)通過電子機械的控制，以非?？斓乃俣染艿目刂浦苿右簤毫Φ氖辗?，來達到防止車輪抱死，確保輪胎的最大制動力以及制動過程中的轉(zhuǎn)向能力，使車輛在緊急制動時也具有躲避障礙的能力[14]。
隨著世界汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，安全性日益成為人們選購汽車的重要依據(jù)[。目前廣泛采用的防抱制動系統(tǒng)（ABS）使人們對安全性要求得以充分的滿足。鑒于上述原因，所以急需一種簡單易行的方法來對ABS進行研究與探討。所以它是非常必要的。
2 ABS的結(jié)構(gòu)及工作原理
2.1 ABS的形式及工作原理
ABS分為機械式和電子式兩種：
機械式ABS結(jié)構(gòu)比較簡單，主要是一個機械閥，利用閥體內(nèi)的一個橡膠氣囊對剎車壓力的反饋來不斷放松，制動，從而達到車輪防抱死的效果。
圖1機械式ABS結(jié)構(gòu)圖
電子式ABS通過傳感器將車輪制動時的車速，輪速及制動時汽車的減速等信號發(fā)送給ABS電腦，由ECU計算出車速，輪速滑移率和車輪的減速度，加速度，并加以分析，判別，放大。由輸出極輸出控制指令，由該控制指令控制指令制動壓力調(diào)節(jié)器，液壓泵及常規(guī)制動裝置等制動執(zhí)行器的動作，以平衡制動時每個車輪受到5個力的作用，達到快速平穩(wěn)的制動效果。從制動效果上看，電子式ABS要大大優(yōu)于機械式ABS，所以目前轎車的ABS大多數(shù)是電子式的機械式ABS的適用特性需要事先設(shè)定，在積水路面、冰雪路面、沙石路面、瀝青路面上，輪胎的摩擦系數(shù)不同，車速不同，需要的制動力也不相同。沒有即時的測量回饋系統(tǒng)，只依靠預(yù)先設(shè)定的閥值，適用范圍較窄，制動效果也會有所降低[15]。
圖2 盤式制動器工作原理圖
防抱死制動系統(tǒng)（ABS）是改善車輛安全性的技術(shù)之一。它能提高車輛在不同附著系數(shù)路面條件上的制動安全性能，保障車輛的穩(wěn)定性，減少交通事故的發(fā)生，具有明顯的社會效應(yīng)和經(jīng)濟效應(yīng)，因此，防抱死制動裝置已作為車輛標準部件和安裝部件使用。防抱死制動裝置已經(jīng)發(fā)展為與驅(qū)動防滑控制組合的裝置（ABS/ASR）。它既可以防止制動時車輪抱死，又可以防止起步和加速時驅(qū)動輪的滑轉(zhuǎn)。車輛在安裝ABS后，使傳統(tǒng)的制動轉(zhuǎn)變?yōu)樗矐B(tài)自動控制的制動過程，即使駕駛員制動過度，經(jīng)循環(huán)控制制動壓力的變化，車輪也不會抱死[5]。
2.2 ABS的功能及優(yōu)點
ABS的功能就是通過調(diào)節(jié)，控制制動管路壓力，避免車輪在制動過程中抱死而滑移，使其處于滑移率15%-25%的邊滾邊滑的運動狀態(tài)。其優(yōu)點如下：
改善了車輛制動時的橫向穩(wěn)定性。車輛不管在何種路面上實施制動，只要車輪抱死滑移，橫向附著系數(shù)就極小，車輛將失去抵抗橫向干擾力，極易側(cè)滑，不穩(wěn)定。當(dāng)車輪處于15%-25%的邊滾邊滑運動狀態(tài)時橫向附著系數(shù)較大。有足夠的抵抗橫向干擾力的能力。從而保證了車輛制動時有較高的橫向穩(wěn)定性。
改善了車輛制動時的方向穩(wěn)定性。車輛制動時轉(zhuǎn)向輪抱死滑移，車輛將失去了轉(zhuǎn)向操縱能力，只能按慣性力的方向運行；當(dāng)轉(zhuǎn)向輪處于邊滾邊滑的運動狀態(tài)，則可以保證車輛有足夠的轉(zhuǎn)向操縱能力。
改善了制動能效。絕大多數(shù)路面的附著系數(shù)與滑移率有比較大的關(guān)系，但也有少數(shù)的松散路面，當(dāng)滑移率為100%時，附著系數(shù)最大。在前一種所示的絕大多數(shù)情況下，ABS有充分利用路面的潛在附著力的優(yōu)點，因而改善了制動效能，但保證了車輛有良好的穩(wěn)定性及足夠的轉(zhuǎn)向操縱性。
減少了輪胎的局部過度磨損。車輛制動時，車輪抱死滑移，會造成輪胎局部磨損嚴重，特別是在高附著系數(shù)路面上更甚，采用了ABS則避免了輪胎的局部磨損。
使用方便，工作可靠.ABS系統(tǒng)的使用與普通系統(tǒng)的使用幾乎沒有區(qū)別。制動時只要把腳踏在制動踏板上，ABS系統(tǒng)就會根據(jù)情況自動進入工作狀態(tài)，如遇雨雪路滑，駕駛員也沒有必要用一連串的點剎車進行制動，ABS系統(tǒng)會使制動狀態(tài)保持在最佳點[16]。
2.3 ABS控制技術(shù)
2.3.1 ABS的基本技術(shù)要求
對任何一種設(shè)計和使用的防抱死裝置來說，都必須做到制動的可靠性和穩(wěn)定性，以滿足安全性的需要。因此ABS具有：
（1）在任何路面條件下制動都能保證制動穩(wěn)定性。
（2）在設(shè)計車速的整個范圍內(nèi)，都能控制調(diào)節(jié)制動車輪。
（3）與無防抱死制動相比，在滿足制動穩(wěn)定性的條件下做到縮短制動時間。
（4）必須最快地適應(yīng)制動滯后和發(fā)動機驅(qū)動的影響，不受司機操作熟練程度的影響。
（5）保證具備防抱死制動調(diào)節(jié)的后續(xù)制動壓力的供給能力。
（6）必須具備系統(tǒng)的監(jiān)測和診斷功能，一旦發(fā)現(xiàn)有損制動性的性能故障，ABS系統(tǒng)自動關(guān)閉，并恢復(fù)常規(guī)制動功能。
（7）裝車應(yīng)用的部件必須安全可靠并符合法規(guī)要求。
2.3.2 以滑移率為控制參數(shù)的控制
滑移率是由車輛速度和車輪速度計算得到的，如果能在制動時把滑移率始終控制在8%—30%的范圍內(nèi)，就會獲得滿意的制動效果。但是如果在實際應(yīng)用中，可以用車輪傳感器準確的測出輪速，卻沒有理想的用于準確測出瞬時車速的方法，在制動加壓和車輪在穩(wěn)定區(qū)減速的過程中，車速和車輪變化趨勢是相同的?？稍O(shè)定斜率變化的規(guī)律，計算出近似的車速，在車輛開始制動加壓時，輪速下降，根據(jù)參考車速計算出的滑移率數(shù)值超過設(shè)定值時，會發(fā)出滑移信號，由此開始降低制動壓力，直到滑移率減小到低于設(shè)定值，輪速逼近車速又繼續(xù)增大制動壓力，實現(xiàn)滑移率的控制過程，只要車輪減速度達到要求的特定值，斜率滿足前述條件，在所有路面上都能保持車輪旋轉(zhuǎn)恢復(fù)到穩(wěn)定區(qū)域。
2.3.3 以車輪加速度和減速度為控制參數(shù)的控制
在開始制動時制動壓力迅速上升，車輛和車輪開始減速，很快車輪減速度達到控制門限值，制動壓力開始下降，輪速由繼續(xù)下降而轉(zhuǎn)為輪速上升，逐漸達到較小的加速度，制動壓力停止減小而保壓，很快由達到加速度門限值，這時制動壓力增長較大，使輪速很快下降，當(dāng)加速度重新回至較小的加速度時，壓力又緩慢上升，促使輪速隨壓力增加而逐漸減速，重復(fù)前面的循環(huán)，達到防抱死車輪的目的。在加速度過程中車輛從低系數(shù)路面進入高系數(shù)路面后，因附著系數(shù)急劇變化而使車輪轉(zhuǎn)速過高時，就馬上增加制動壓力彌補制動力不足，在地附著系數(shù)路面的制動壓力下降斜率應(yīng)不同于其它路面；壓力降和壓力上升的特定時間的限制，保證防止車輪不被抱死和制動輪速上升循環(huán)的要求。
2.3.4 以車輪加，減速度與滑移率聯(lián)合控制參數(shù)的控制
根據(jù)車型，道路，技術(shù)性能要求高低互相協(xié)調(diào)，通過對控制參數(shù)“門限值”設(shè)定，使加速度和滑移率控制獲得趨近優(yōu)化控制設(shè)計的目的。把滑移率信號與車輪減速度和加速度控制結(jié)合起來作為控制參數(shù)，明顯提高了ABS的控制效果。模擬控制技術(shù)是在控制過程中，記錄前一控制周期的各參數(shù)，再按照這些參數(shù)值規(guī)定下一周期的控制條件。這里解決的問題是：
（1） 路面的識別。
（2） 對不同滯后量和轉(zhuǎn)動慣量的修正。相對于預(yù)測控制技術(shù)而言，進一步提高了ABS的控制性能，使其適應(yīng)各種車型，各種路面以及運輸條件，擴大了ABS裝置的使用范圍。
2.4 ABS（防抱死）制動壓力控制
2.4.1 ABS制動壓力幅度的影響
車輛在防抱死制動過程中，所施加的制動力和壓力的變化速度，大小和滯后有關(guān)。 在ABS采用按一定得斜率增加和減小制動壓力的控制過程中，要求開始制動壓力的幅值必須能使車輪減速度達到或者超過“減速度門限值”，否則“欠壓”制動不能實現(xiàn)控制過程。這是，制動壓力應(yīng)該隨著車輪減速度的增加而降低，直至發(fā)出車輪加速度信號，為了保證制動力矩和車輪轉(zhuǎn)矩在所行駛的路面上恢復(fù)到最佳狀態(tài)，使車輪控制在較佳的滑移率范圍內(nèi)，就必須控制其減壓幅度不要太大。
2.4.2 ABS控制器壓力變化速度的影響
在ABS控制的減壓過程中，車輪的減速度逐漸過渡到加速度，應(yīng)使車輪速度返回到穩(wěn)定區(qū)域。在不同路面情況下，制動控制壓力的變化會對車輪產(chǎn)生不同的影響。減壓速度過慢，使輪速過渡降低，導(dǎo)致滑移率增加，制動控制失靈或者抱死。為了改善制動效果，必須加大在低制動力區(qū)域的減速度。在減壓的相同時間里，減壓速度太快，輪速由減速轉(zhuǎn)為升速的過程短，并且比較早的達到加速度控制值，使車輪進入加壓過程，如果減壓速度超過需要值，會造成“欠壓”，加壓控制過程太長，不可能將輪速控制在最佳范圍，是制動距離增加。一般情況下在低附著路面的減壓速度要求比高附著系數(shù)的路面快，以便獲得較佳的制動效果。
2.4.3 ABS在高低附著系數(shù)路面行駛過程中減壓控制時間的確定
ABS在裝車使用時與原來制動裝置成為一體，減壓和加壓速度受到制動裝置剛性的影響。高壓區(qū)減壓快，低壓區(qū)域減壓較慢，所以對制動壓力要求高的高系數(shù)路面，縮短減壓時間以避免過渡減壓；而對制動力低，車輪轉(zhuǎn)矩小，車輪在加速度慢的低系數(shù)路面，盡量延長減壓時間，以保證車輪恢復(fù)正常的加速度狀態(tài)[18]。
2.5 ABS的質(zhì)量控制
2.5.1 ABS的反應(yīng)時間
ABS的反應(yīng)時間不僅取決于ABS壓力調(diào)節(jié)器的反應(yīng)時間，而且與基本制動系統(tǒng)的促進系統(tǒng)，放松時間密切相關(guān)。前文敘述的計算給出了最理想的反應(yīng)時間，如果反應(yīng)時間過短，則ABS的附著系數(shù)利用率低，制動效能差；如果反應(yīng)時間過大，則車輪就會抱死，制動的穩(wěn)定性受到影響。
2.5.2 控制壓力調(diào)整速率
ABS工作期間，壓力調(diào)整速率過大，制動器制動力矩的增長率b 過大，車輪的減速度與加速度勢必過大，這樣會導(dǎo)致對傳動系統(tǒng)的沖擊，摩托車在制動過程中就會出現(xiàn)前后竄動的現(xiàn)象，制動舒適性下降，而且制動效果差[19]。
2.6 制動時車輪受力分析
采用防抱死制動系統(tǒng)的車輛，在制動過程中其單個車輪的制動力矩與變化著的制動工況及路況有關(guān)，故應(yīng)采用適合于不同的變化規(guī)律的力學(xué)模型以達到最佳效果。由于制動器的制動力矩、路面對車輪的滾動阻力距。地面對車輪的水平作用力和車體受到的迎風(fēng)阻力都是速度的函數(shù)。因此其力學(xué)模型是一個非線性方程組。只有在計算仿真時，才采用上述模型或者更加復(fù)雜的模型[17]。
車輛行駛時能在最短距離內(nèi)停車且維持行駛方向穩(wěn)定性和在下坡時能維持一定車速的能力稱為車輛的制動性，它是車輛的主要性能之一。以一定速度行駛的車輛具有相應(yīng)的動能和位能，制動過程就是借助于外力，將車輛的動能和位能變?yōu)槠渌问降哪芰坑枰陨⑹А?
車輛制動時，駕駛員操縱制動器給車輪一制動力矩，即車輪給地面一制動力，由于附著作用，地面反作用力給車輪一制動力，前者稱為制動器制動力，后者稱為地面制動力。車輛制動過程實際就是地面制動力阻止車輪運動的過程，因此，地面制動力對車輛制動性具有決定性的影響[16]。
2.6.1 制動器制動力
如圖所示為車輛在良好的硬路面上制動時車輪受力分析情況。圖中G為車輪的法向載荷，Z為地面對車輪的法向反作用力， T為車軸給車輪的推力，為制動器產(chǎn)生的摩擦力矩，為慣性力矩。由于有摩擦力矩的作用，輪胎給地面一個切向力,稱為制動器的制動力。
=*r
制動器制動力由于來自制動器的摩擦力矩，而制動器的摩擦力矩主要取決于制動器的形式，結(jié)構(gòu)尺寸，摩擦副間的摩擦系數(shù)；制動器制動力雖與車輪半徑成反比，但在實際結(jié)構(gòu)設(shè)計中是難以兩全的，且車輪半徑r小到一定程度后，車輪的接觸面積減小，使附著力降低，制動效果下降。
圖3 制動時車輪受力圖
圖4 制動力與附著系數(shù)的
2.6.2 地面制動力
制動過程中，車輪受到一個與行駛方向相反地面外力，使車輪從一定得速度減小到較低的車速或者停車，這個地面外力稱為地面制動力。
是使車輛制動減速的外力，其大小主要取決于制動器摩擦副的摩擦力和輪胎與地面間的附著力。地面制動力增大，制動減速度也增大，制動距離則短，因此，地面制動力的大小對車輛制動性能具有決定性的影響。
2.6.3 制動力與附著力
車輛在制動過程中，車輪的運動有滾動，抱死滑移和邊滾邊滑三種情況。制動器操縱力較小還未達到某一極限值時，制動器產(chǎn)生的制動力不大，地面與輪胎之間的摩擦力即地面制動力足以克服制動器制動力而使車輪滾動，輪胎在地面上留下胎面花紋的壓印，壓印前段形狀與輪胎花紋基本一致，后段花紋逐漸模糊。當(dāng)制動器操縱力增大，其制動力也成正比例的增大，直到車輪抱死在路面上滑移，輪胎在地面上留下拖印。
但是地面制動力又是路面滑動的摩擦約束反力，它的最大值不能超過地面附著力，即：
=Z*
制動時，設(shè)在某種路面上附著系數(shù)一常數(shù)，當(dāng)制動器操縱P時，地面制約力等于制動器制動力，并隨P的增大而直線上升，當(dāng)P=時地面制約力達到極限值等于地面附著力；之后P,制動器制動力直線上升，但地面制約力不再增加，此時車輪產(chǎn)生滑移。
所以，車輛制動時，制動器必須提供足夠的制動力，且地面又能提供較高附著力，才能獲得足夠的地面制動力，兩者缺一不可[20]。
2.7 滑移率
2.7.1 滑移率定義
由制動過程可知，隨著制動強度的增加，車輪滾動的成分越來越少，滑動的成分越來越多，輪胎與地面出現(xiàn)相對速度，即車速與輪速產(chǎn)生速度差。將相對速度與車輛前進速度之比稱為滑移率。
圖5 車速與車輪
2.7.2 滑移率與附著系數(shù)的關(guān)系
隨著制動強度的增加，隨著制動強度的增加，車輪滾動的成分越來越少，滑動的成分越來越多，滑移率逐漸增大。但是附著系數(shù)在摩托車的整體制動過程中并不是常數(shù)，車輪在各種運動狀態(tài)下，具有不同的滑移率，其附著系數(shù)也隨著變化。
表1 各種路面上的附著系數(shù)
路面狀況
縱向附著系數(shù)
峰值側(cè)向附著系數(shù)
瀝青或混凝土
0.75
0.8-0.9
瀝青（濕）
0.45-0.60
0.5-0.7
石塊
0.55
0.60
土路
0.65（干） 0.45（濕）
0.68(干）0.55（濕）
雪
0.15
0.20
冰
0.07
0.10
表1所示為各種路面上的附著系數(shù)，由表可知，附著系數(shù)干燥路面比濕路面高，且縱向附著系數(shù)與側(cè)向系數(shù)的差別，干路面比濕路面小[21]。
2.8 車輪制動與車輪的旋轉(zhuǎn)
如圖6所示，對正在旋轉(zhuǎn)的車輪施加制動，隨著制動壓力的升高，在車輪旋轉(zhuǎn)地相反方向上將產(chǎn)生制動力矩，車輪減小并產(chǎn)生滑移。制動完全解除時，制動力矩消失，車輪從滑動狀態(tài)開始恢復(fù)到滾動狀態(tài)。車輛行駛時能在最短距離內(nèi)停車且維持行駛方向穩(wěn)定性和在下坡時能維持一定車速的能力稱為車輛的制動性，它是車輛的主要性能之一。車輛制動時，駕駛員操縱制動器給車輪一制動力矩，即車輪給地面一制動力，由于附著作用，地面反作用力給車輪一制動力，前者稱為制動器制動力，后者稱為地面制動力。車輛制動過程實際就是地面制動力阻止車輪運動的過程，因此，地面制動力對車輛制動性具有決定性的影響。
以一定速度行駛的車輛具有相應(yīng)的動能和位能，制動過程就是借助于外力，將車輛的動能和位能變?yōu)槠渌问降哪芰坑枰陨⑹А?
即車輪速度逐步增加至車輛速度。這種單位時間內(nèi)車輪增加或者減少的變化量叫車輪的加速度或減速度。
圖6 車輪的減速度與加速度
一般情況下，制動的強度越大，車輪減速度越大；在滑動狀態(tài)下，解除制動越快，車輪加速度越大。
2.9 車輪減速度和-S特性
圖7 車輪抱死過程分析
制動時影響車輪旋轉(zhuǎn)地主要原因是制動力矩和車輪轉(zhuǎn)矩。制動力矩大于車輪轉(zhuǎn)矩時，輪速降低，車輪減速度與制動轉(zhuǎn)矩只差成正比。制動力矩小于車輪轉(zhuǎn)矩時，輪速增加，車輪加速度與輪速轉(zhuǎn)矩和制動力矩只差成正比，圖7所示為車輛制動后，車輪減速度過程與典型的-S特性關(guān)系。由圖可知，施加制動力后，制動壓力上升，制動力矩隨之增大，車輪速度開始降低，滑移率和車輪轉(zhuǎn)矩增大。可以認為在滑移率達到之前，車輪轉(zhuǎn)矩和制動力矩是同步增長的。因此，該階段車輪減速度和制動力矩的速度成正比。但是，繼續(xù)增大制動力矩，滑移率超過時，縱向附著系數(shù)反而下降，車輪轉(zhuǎn)矩也隨之減小，與制動力矩之差急劇增大，最終使車輪的速度迅速減小直至車輪抱死。這期間車輪減速度非常大，由車輪抱死過程可知，滑移率S達到之前，能夠通過制動力矩即通過制動壓力來控制車輪穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。超過以后，車輪轉(zhuǎn)速對制動力矩很敏感，不能通過制動壓力控制車輪的旋轉(zhuǎn)，車輪很容易抱死。如果把制動過程的滑移率S控制在處，則縱向附著系數(shù)可以保持最大值，則制動距離縮短。由公式：
L=
可知：越大，制動距離L越短。
式中： L--制動距離；
V--制動初速度；
g--重量加速度.
滑移率S始終保持在處，側(cè)向附著系數(shù)也可以保持較大值，能夠確保車輛行駛方向的穩(wěn)定性和操作性，當(dāng)超過，則車輪很容易抱死，所以將叫穩(wěn)定區(qū)域[19]。
3 試驗臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理
摩托車制動器性能試驗臺上裝有一套能轉(zhuǎn)的圓盤-慣性飛輪系統(tǒng)，它相當(dāng)于各種型號摩托車慣性的質(zhì)量，由于在慣性飛輪上積蓄有能量，這就獲得了相當(dāng)于車輛行駛時的能量。該試驗臺由調(diào)速電機，傳動軸，飛輪，制動器支架，被檢測部件（ABS）和操縱裝置等組成。其結(jié)構(gòu)原理圖如下所示。
圖8 防抱死控制器檢測試驗臺原理圖
3.1 機械系統(tǒng)
本試驗臺主要部分包括飛輪組，主軸，鍵和試驗臺的總體結(jié)構(gòu)。
飛輪組的任務(wù)是將摩托車在制動時的慣性質(zhì)量換算為飛輪的轉(zhuǎn)動慣量，再根據(jù)試驗臺檢測需要將轉(zhuǎn)動慣量分成幾個等級，以模擬不同車型的制動情況；試驗臺主軸任務(wù)是傳遞扭矩；鍵的主要作用是傳遞扭矩，同時要保證飛輪安裝的定心性和導(dǎo)向性，總體結(jié)構(gòu)可參照相關(guān)試驗臺的結(jié)構(gòu)來確定。
3.2 電機調(diào)速系統(tǒng)
為使系統(tǒng)操作方便，技術(shù)可靠，適應(yīng)于各種型號摩托車的不同扭矩和轉(zhuǎn)速的要求，主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)采用無級可調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。根據(jù)對電機主軸輸出扭矩和轉(zhuǎn)速的要求，本實驗臺采用YCJ802-4減速電機。
3.3 試驗臺的結(jié)構(gòu)
試驗臺主軸上安裝有一個有六個孔的法蘭盤，通過6個M9的螺栓和一個同樣有6個直徑為9的通孔德剎車盤連接器來安裝盤式制動器的制動盤；在剎車盤的兩邊是兩個軸承座，右邊的軸承座連接是一個聯(lián)軸器和調(diào)速電機，左邊的軸承座連接的是飛輪。如圖：
圖9試驗臺結(jié)構(gòu)
3.4 試驗臺工作過程
要模擬一輛摩托車的制動工況時，把一個相當(dāng)于其慣量的飛輪通過鍵套在試驗臺的主軸上（通過給飛輪增加質(zhì)量來模擬不同型號的摩托車），并通過一個螺母來軸向固定飛輪，使其不會左右動。
通過調(diào)速電機來調(diào)整主軸的轉(zhuǎn)速來模擬車輪的轉(zhuǎn)速，當(dāng)達到一定得轉(zhuǎn)速后，通過施加壓力來推動手閘實現(xiàn)制動操作。具體看裝配圖：
圖10 總裝圖
3.5 系統(tǒng)的飛輪設(shè)計
作為防抱死控制器檢測試驗臺一個重要組成部分，即慣性質(zhì)量模擬系統(tǒng)的合理結(jié)合和較高模擬精度是至關(guān)重要的。同時要保證其具有模擬慣量選擇的連續(xù)性，以適應(yīng)目前任何系列不同質(zhì)量的摩托車制動器試驗的需要。
隨著摩托車行業(yè)的發(fā)展，在各系列摩托車質(zhì)量有較大改變的情況下，本試驗臺的慣性質(zhì)量模擬系統(tǒng)只需將活動盤的厚度作適當(dāng)調(diào)整，便能滿足要求。
1-螺紋孔，2-飛輪輪緣 ，3-飛輪輪輻 ，4-飛輪輪轂
圖11 飛輪示意圖
飛輪由輪轂、輪輻、輪緣三部分組成。飛輪的絕大部分質(zhì)量分布在輪緣，約占70%以上，輪緣的轉(zhuǎn)動慣量約占全輪的90%左右，故與輪緣相比，輪輻與輪轂的轉(zhuǎn)動慣量很小。飛輪的材質(zhì)多為鑄鐵和鑄鋼，飛輪的結(jié)構(gòu)有整體式和組合式兩種，輪輻的結(jié)構(gòu)則有輻板和輻條兩種。
慣性質(zhì)量系統(tǒng)是指在試驗臺上模擬各種車型實際行駛慣量的當(dāng)量質(zhì)量。慣性質(zhì)量模擬系統(tǒng)用回轉(zhuǎn)質(zhì)量盤按實際對象需要的當(dāng)量質(zhì)量分級組合后，實現(xiàn)慣性質(zhì)量的模擬。因此，模擬精度很高，為了使試驗臺能在一定范圍內(nèi)滿足不同車型對轉(zhuǎn)動慣量的要求，需要對慣量飛輪進行合理的組合設(shè)計。
設(shè)飛輪輪緣重量為G,、D、和分別為輪緣的外徑、平均直徑和內(nèi)徑，H和B分別為輪緣的厚度和寬度，則飛輪的轉(zhuǎn)動慣量：
=.（）=.
摩托車行駛過程中運動質(zhì)量慣性模擬擬采用組合式慣性質(zhì)量盤形式，慣性質(zhì)量盤由固定慣性盤與活動慣性盤兩部分組成，固定慣性盤與軸成一體，隨軸轉(zhuǎn)動慣性質(zhì)量系統(tǒng)是指在試驗臺上模擬各種車型實際行駛慣量的當(dāng)量質(zhì)量；活動慣性盤為多片式結(jié)構(gòu)，活動慣性盤盤片隨軸同步轉(zhuǎn)動數(shù)量的多少，則是根據(jù)被模擬運動質(zhì)量慣性而決定。
飛輪整體質(zhì)量的變化主要靠裝活動慣性盤來實現(xiàn)，通過螺紋孔來固定。
在一定旋轉(zhuǎn)角度下，模擬慣性的運動能量大小為：
E=(+i)=I+iI
式中： ----固定慣性盤的轉(zhuǎn)動慣量， Kg.；
----活動片慣性盤的轉(zhuǎn)動質(zhì)量， Kg.;
----慣性質(zhì)量盤所在軸的角速度，；
I-----參與結(jié)合的活動盤片數(shù)。
對于質(zhì)量結(jié)一定的摩托車，行駛過程中的運動慣量I是一定的。
飛輪輪緣的平均直徑D，在飛輪轉(zhuǎn)動慣量確定后，可試定D 的尺寸，飛輪的重量可小，但要考慮機器總體外型尺寸的限制和飛輪材料所能應(yīng)許的最大圓周速度的限制，見下表。
表2 飛輪材料及最大圓周速度表
飛輪材料
最大圓周速度 v
HT200
30--50
HT250
45--50
鑄鋼
60
球墨鑄鐵
80
軋鋼（盤式飛輪）
100--120
3.6 法蘭盤設(shè)計
此系統(tǒng)中的法蘭盤是用銷固定在主軸上的，而法蘭盤是用來固定剎車片的，通過六個直徑為9的螺紋孔來固定剎
圖12 法蘭盤示意圖
3.7 系統(tǒng)的加力裝置
此系統(tǒng)有兩種加力方法：
（1） 利用砝碼加力；
（2） 利用彈簧加力；
砝碼加力：
在手閘的一端連接剎車裝置，手閘的另一端連接一螺栓，在螺栓的一端打一孔，用鉛絲固定螺栓，鉛絲的一端也固定在手閘上，然后把砝碼放在螺栓上就可以了。
1--手閘 ，2--螺栓 ，3--固定板 ，4--砝碼
圖13 砝碼加力裝置
彈簧加力裝置：
在手閘的一端連接剎車裝置，手閘的另一端連接一彈簧，在全螺紋螺栓的一端打一孔，用彈簧固定螺栓，彈簧的一端也固定在手閘上，用這種裝置是，固定用的鋼板要大一點，同時在鋼板上打一螺紋孔，孔徑大小和全螺紋的直徑大小相等，應(yīng)先把螺栓旋進鋼板的孔中，然后再和彈簧相連接，然后通過螺栓的旋進旋出來調(diào)節(jié)彈簧的伸長長度，同時彈簧對手閘施加一定得力，控制制動裝置。
1--手閘 ，2--彈簧 ，3--全螺紋螺栓
圖14 彈簧加力裝置示意圖
彈簧加力可根據(jù)公式：
F=K.
來計算彈簧所施加的力。
式中 K--彈簧自身的系數(shù)（常數(shù)）；
--彈簧在外力作用下的伸長量。
3.8 試驗臺結(jié)構(gòu)架
此試驗臺的構(gòu)架使用的是金屬結(jié)構(gòu)，連接部分全是用的焊接，使用的材料全是角鋼，與鋼板的連接處也全是使用焊接固定，具體結(jié)構(gòu)如圖.
圖15 試驗臺結(jié)構(gòu)架
結(jié)束語
大學(xué)四年的本科學(xué)習(xí)即將結(jié)束，畢業(yè)設(shè)計是其中最后一個環(huán)節(jié)，是對以前所學(xué)的知識及所掌握的技能的綜合運用和檢驗。隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，采用模具的生產(chǎn)技術(shù)得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。
在完成大學(xué)四年的課程學(xué)習(xí)和課程、生產(chǎn)實習(xí)，我熟練地掌握了機械制圖、機械設(shè)計、機械原理等專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課方面的知識，對機械制造、加工的工藝有了一個系統(tǒng)、全面的理解，達到了學(xué)習(xí)的目的。對于汽車ABS試驗臺設(shè)計這個實踐性非常強的設(shè)計課題，我進行了大量的資料查閱。我對于一般設(shè)計的步驟有了一個全新的認識，也豐富了我對摩托車結(jié)構(gòu)方面的知識，而對于ABS更是實現(xiàn)了零的突破。在胡小秋指導(dǎo)老師和李立新老師的協(xié)助下，同時在老師那查閱了很多相關(guān)資料，明確了ABS的工作原理和設(shè)計思路。并在圖書館借閱了許多相關(guān)手冊和書籍，設(shè)計中，將充分利用和查閱各種資料，并與同學(xué)進行充分討論，盡最大努力搞好本次畢業(yè)設(shè)計。
在設(shè)計的過程中，將有一定的困難，但有指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和自己的努力，相信會完滿的完成畢業(yè)設(shè)計任務(wù)。由于學(xué)生水平有限，而且缺乏經(jīng)驗，設(shè)計中不妥之處在所難免，肯請各位老師指正。
致 謝
歷經(jīng)近三個月的畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束，敬請各位老師對我的設(shè)計過程作最后檢查。
在這次畢業(yè)設(shè)計中通過參考、查閱各種有關(guān)摩托車ABS方面的資料，請教各位老師有關(guān)摩托車方面的問題，特別是ABS在實際中可能遇到的具體問題，使我在這短暫的時間里，對摩托車ABS認識有了一個質(zhì)的飛躍。使我對ABS的原理，意義，對駕駛員的重要意義，使我認識到ABS在當(dāng)今社會生活中運用得非常廣泛，掌握ABS的原理對我以后選購汽車、摩托車有著十分重要的意義。
從陌生到開始接觸，從了解到熟悉，這是每個人學(xué)習(xí)事物所必經(jīng)的一般過程，我對摩托車ABS的認識過程亦是如此。經(jīng)過三個月的努力，我相信這次畢業(yè)設(shè)計一定能為四年的大學(xué)生涯劃上一個圓滿的句號，為將來的事業(yè)奠定堅實的基礎(chǔ)。
在這次設(shè)計過程中得到了胡小秋和李立新老師以及許多同學(xué)的幫助，特別是胡小秋老師的悉心指導(dǎo)，使我受益匪淺。在此，對關(guān)心和指導(dǎo)過我各位老師和幫助過我的同學(xué)表示衷心的感謝!
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