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在转毂试验机上测试防抱死制动系统的研究

在转毂试验机上测试防抱死制动系统的研究 2011年12月04日 来源： 一、前言汽车防抱死制动系统（ABS，Anti-lock Baking System）可以实时计算每个车轮的滑移率，并控制相关车轮的制动管路压力，从而使滑移率保持在理想范围内，使前、后车轮不抱死，进而充分利用轮胎和地面的附着系数，获得最优的制动性能。因此，在转毂试验机上测试ABS的性能，可保障ABS正常工作，避免车轮抱死事故的发生。二、防抱死制动系统的测试设备测试设备为宝克-3600型独立控制式多功能转毂试验机，具有测试循环时间短、生成柔性高、可扩充性强、测试精度高、结构简单及维修方便等特点。试验汽车在试验机的转毂上模拟在路面上行驶的各种动态工况，并利用各种装置对各动态工况进行测量、分析和判断。1．测试设备结构与原理多功能转毂试验机的结构如图1 所示。

图1 多功能转毂试验机的结构示意

多功能转毂试验机由计算机和可编程控制器控制：在被测试汽车加速时，通过电动机提供阻力矩模拟行驶阻力；在被测试汽车制动时，用惯性转毂和传动部件的转动惯量模拟汽车移动部件的质量和转动部件惯量。通过编码器测量转毂的实时位置3 计算速度、加速度、制动和转动方向等；通过屏幕和键盘等与操作者通讯；通过串行接口与被测试汽车的各管理系统电控单元通讯；通过各种控制器控制各机械部件的动作。2．测试设备的工作过程被测试汽车驶上试验机后，首先加速到测试准备速度。汽车驱动轴由发动机驱动，而试验机的对应电动机只是模拟行驶阻力的力矩；汽车非驱动轴由试验机的对应电机驱动，速度将随驱动轴的速度而变化。试验机的计算机可以对每个惯性转毂电动机的力矩和速度编程控制。驱动轴电动机处于力矩控制方式，而非驱动轴电动机处于速度控制方式。驱动轴电动机提供的力矩根据下式变化：

式中，F为换算到车轮上的行驶阻力；V为汽车行驶速度；A为坡度阻力；B为摩擦阻力系数；N为重力的分力；C为空气阻力系数。被测试汽车的驱动轴和非驱动轴达到各自的准备速度后，屏幕提示驾驶员松开油门踏板并换空挡，试验机断开转毂电动机，空转2~3S 以测量各车轮的拖力；然后驾驶员踩下制动踏板，测量各车轮的制动力；因试验机各转动部件的磨擦而引起的损耗力，在标定空转时（惯性转毂上无被测试汽车）测量得到，并预先存储于程序中。各车轮损耗力F1、净拖力Fd和净制动力F2的计算如下：

式中，I为转毂转动惯量；R 为转毂直径；I/R 为转毂因子；Ad为车轮拖动时的转毂角减速度。在计算损耗力时，左、右前车轮（驱动轮）转毂损耗力为惯性转毂损耗力与前保持转毂损耗力之和；左、右后车轮转毂损耗力为惯性转毂损耗力。

式中：Af为车轮制动时的转毂角减速度。在计算转毂因子I/R时，左、右前车轮的I/R为惯行转毂因子与前保持转毂因子之和；左、右后车轮的转毂因子为惯性转毂因子。试验机在上述过程中测量的速度、加速度、制动力和转动方向等数据，都是随时间变化的一系列数据集合，试验机上的计算机根据数据集合可以全面分析被测试汽车的制动状况。通过串行接口，试验机可以与被测试汽车的ABS 电控单元通讯。既可对电控单元中的特定位进行读取，如识别号（ID 码）和故障代码等，也可发出控制命令，改变电控单元以至ABS的状态，如系统工作模式和各电磁阀的开闭等。通讯的项目和时刻由试验机的计算机控制，以配合相应的测试。转毂试验机工作原理如图2所示。

图2 转毂试验机组成及工作原理示意

三、防抱死制动系统性能测试1．ABS 测试程序该测试选用德国BOSCH5.3ABS，测试程序为：测试1为ABS静态测试；测试2为ABS轮速传感器测试；测试3为传统动态制动测试；测试4为动态ABS测试；测试5为轮速传感器交叉测试。a. 测试1 包括：试验机利用正确的通讯协议与ABS电控单元模块进行通讯，并使之退出工作模式进入诊断模式以准备接收试验机的控制命令；验证ABS 电控单元的识别号是否正确；清除测试前在装配和加注等阶段产生的故障代码；启动ABS 电控单元的自检程序；再次建立与ABS 电控单元的通讯并使之进入诊断模式；阅读重新出现的故障代码。此测试的主要目的是测试ABS 电控单元模块，并同时建立试验机与ABS间的通讯；阅读ABS 电控单元内存中的故障代码，避免带故障代码进行测试而引起汽车损坏。此测试输入参数为正确的ABS电控单元的识别号，输出结果为重新出现的故障代码清单。b.对于测试2，首先从ABS 电控单元中下载轮速传感器测试程序，然后是电动机驱动惯性转毂，检测是否接收到轮速传感器的信号，并且将测量到的速度数据与限制值相比较。此测试的主要目的是测试ABS 轮速传感器的装配和连接是否正确，以及轮速传感器的质量和精度。此测试输入参数为轮速传感器测试的限制值，输出结果为ABS轮速传感器状态是否符合要求。c. 测试3的主要目的是测试系统中传统制动部分的装配质量和功能。此时ABS 电控单元处于诊断模式，ABS 不工作。设备测试的是真实的制动力数据，而不受系统防抱死算法的影响。此测试的输入和输出与无ABS 的动态制动测试相同，即输入参数为前轴制动力限制值、总制动力限制值、前后轴制动力平衡限制值及左右制动力平衡限制值；输出结果为各项制动力指标是否符合要求。d. 在测试4 阶段，试验机模拟ABS 工作时电控单元的所有动作: 依次向每个车轮的泄压阀和增压阀发出控制命令，评价其制动力的衰减百分比的上限和每个增压阀恢复百分比的下限；输出结果为每个泄压阀和增压阀状态是否符合要求。e. 在测试5 阶段中，试验机首先使惯性转毂以不同的转速转动，并读取和验证各轮速传感器的转速数据；查询在制动测试期间电控单元检测到的故障代码；发出控制命令使电控单元退出诊断模式，恢复正常工作状态；驾驶员断开连接电缆。此测试的主要目的是测试每个轮速传感器的装配和连接是否有交叉，这种交叉不但使ABS 功能无效，而且会使制动性能恶化。此测试输入参数为每个轮速传感器的转速限制值；输出结果为轮速传感器的装配和连接是否符合要求，以及检测到的故障代码清单。图3 所示为装有BOSCH5.3ABS的某轿车在转毂试验机上测试得到的制动力曲线。

图3 ABS 制动力曲线

2．ABS 测试分析（1）试验机结构分析由于BOSCH5.3ABS 是一种四通道系统，因此测试设备也必须是一个四通道系统才能对产品进行完整的测试。之所以选择4个惯性转毂由4个电动机独立驱动，并由4个编码器独立测量的试验机结构形式. 是因为这种结构在功能扩充时，可以不改变试验机的总体结构和机械部件及大部分电气部件，而仅仅更改计算机和可编程控制器的程序即可。（2）控制器的工作方式交流电动机控制器采用串行工作方式，即计算机通过总线与控制器通讯，而不是用可编程控制器控制交流电动机的控制器。这样可以使电气结构简化，大大降低设备成本，减少设备反应时间，满足ABS测试的实时性要求。（3）惯性转毂通常，惯性转毂的直径越大，模拟路面的效果越好。该试验机的惯性转毂的直径约为1m，惯性转毂的最高工作速度达200km/h，制动初始阶段速度约为100km/h，测试时间包括整个制动过程，完全可以达到良好的模拟效果。相对目前国内普遍使用的低速小转毂试验机，该试验机能更真实地反映汽车特别是轿车的制动状况。（4）制动力的测量方式试验机通过测量惯性转毂在汽车制动时的减速度来计算汽车的制动力，减速度测量所使用的编码器为光电式，精度高、可靠性好。该测试方式对惯性转毂没有任何反作用力，测量采样频率高，不但可测量最大制动力，还可测试在制动全过程中制动力随时间变化的情况（5）ABS的测试程序ABS 的测试程序有两类：一类是直接检验ABS的效果，即首先使4个车轮处于不同的速度，然后验证在规定的时间内各车轮的速度是否统一；另一类是测试所有传感器、执行器和电控单元的工作状况。由于ABS有故障工作模式，所以在某些元件工作不正常时仍能维持整个系统的功能。如果采取直接检验ABS效果的方法，就有可能发生漏检现象，这种方式无法确定故障的位置，不能为返修提供帮助。采取对整个系统的各元件进行逐一测试，对系统的每个动作依此模拟的方法，可以完整地测试ABS，并能为返修指出具体位置。目前对ABS的测试程序没有任何规定，但在选择测试程序时，不但要考虑到先进性及对产品的适用性，还要综合考虑成本和效率。四、结束语a. 由于该转毂试验机能测试在制动过程中随时间而变化的制动力，因此在测试过程中能很好地反应ABS 的制动性能，可为检验ABS 的性能合格与否以及为ABS 的返修提供可靠的依据。b. 文中针对ABS 制动性能所采用的测试设备和程序能很好地满足汽车制造的质量要求，在提高工艺的柔性、技术的先进性和可扩充性等方面具有优势。(end)

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