基于制动器惯性试验的汽车制动防抱死装置实验台 所属技术领域
本发明涉及汽车制动防抱死装置实验台，尤其是一种基于制动器惯性试验的汽车制动防抱死装置实验台(简称ABS实验台)。
背景技术
目前，国内外现有的汽车制动器惯性实验台生产厂家较著名的有美国Link公司和Greening公司，德国Schenck公司，吉林大学非矿技术设备研究院。汽车制动器惯性实验台用于汽车制动器产品的性能检测和研究，可进行汽车制动器的所有常规性能试验。
目前，国内ABS实验台的技术状况为零，国外现有的汽车ABS实验台可分为四类：
一类是仅限于对ABS装置中的电子和电器部分进行性能测试的实验台，它由信号发生装置、示波器、ABS电控装置、ABS压力调节器、振动环境模拟装置和电磁干扰环境模拟装置组成，仅对ABS的电控单元的输入和输出信号的性能进行测试。
其优点是：
1)可较全面地测试电控单元中硬件电路设计的合理性；
2)可基本测试电控单元中数据采集软件设计的合理性；
3)可较全面地测试电控单元中电磁阀和电机驱动信号设计的合理性；
4)通过模拟电控单元在汽车在运用过程中实际遇到的振动环境和电磁干扰环境，可测试电控单元的环境适应性。
其缺点是：
1)不对汽车ABS装置中的机械单元性能与液压单元性能进行试验，存在着不是面向整体ABS装置的试验，不能全面测试ABS装置性能；
2)不能全面测试ABS的电控单元、机械单元和液压单元性能匹配的问题；
3)在进行电控单元中数据采集软件测试时，电控单元的输入信号是用仪器产生的轮速信号，这与实车运用过程中采集的轮速信号有很大差别，因而不能全面地测试电控单元中数据采集软件设计的合理性。
另一类是运用半实物仿真(Hardware-in-the-Loop)方法进行汽车ABS装置性能测试地实验台。汽车的ABS制动系统由实物组成，车辆的其它部分和行驶环境由建立在计算机内的汽车动力学模型实现，通过半实物实时仿真方法考核ABS装置的性能。
其优点是：
1)具有ABS性能测试的灵活性，通过改变ABS制动系统实物和汽车动力学模型参数，可灵活应用于不同车型；
2)通过输入制动工况参数，可灵活模拟各种制动工况；
3)在室内仿真试验条件较好，试验过程安全、时间短；
4)研究开发成本较低。
其缺点是：
1)建立车辆动力学模型所需的很多参数需要很多实车试验来获取；
2)建立路面附着性能模型所需很多参数需要很多实车试验来获取；
3)准确的车辆动力学模型尚难以建立，车辆动力学模型建立的精确程度决定了对ABS性能测试的准确性，如现有的车辆模型中轮胎模型和悬架系统模型还不能满足精确建模的要求，因而半实物仿真方法对ABS的性能测试与实车ABS性能测试有一定误差；
4)车辆制动过程的仿真与实车路面行驶制动过程有一定差别，不能代替实车ABS性能试验。
再一类是实车ABS实验台，它由四个主滚筒、四个副滚筒、两个举升器、六个电磁离合器、四个主滚筒转速传感器、四个副滚筒转速传感器、四个惯性飞轮、一个带传动装置和一个电动机组成。汽车ABS性能试验时，被试汽车的每个车轮各由一个主滚筒和一个副滚筒支承。四个车轮的轮速各由其支承的副滚筒转速传感器测量，汽车的速度由主滚筒转速传感器测量。
此类实验台的优点是：
1)可对ABS的一部分性能进行实车考核，如可模拟测试ABS在直道干路面上和直道湿路面上的制动控制性能；
2)可测试ABS的电控单元、机械单元和液压单元的匹配性能；
3)与实车路面行驶制动过程基本一致；
4)与实车ABS路试相比，研究开发成本较低；
5)一旦ABS装置在此类实验台上调试成功，ABS装置的道路试验要容易得多。
其缺点是：
1)由于该类实验台电动机功率和传动带的限制，所能试验的最高车速较低，不能实现对ABS装置的高速性能考核，这对ABS装置的性能考核是不够的；
2)由于带传动装置的限制，该实验台适应的被试汽车的轴距范围为2.35～2.85m，只能适应轿车测试，对于其它轻型客车和货车，适应的轴距范围不能满足要求；对于其它中型和重型车辆，该类实验台的承载能力、滚筒数量及其布置、适应的轴距范围均不能满足要求；
3)四个惯性飞轮的转动惯量是固定的，不能适应不同整车质量的轿车ABS装置的性能测试要求；
4)不同类型的轿车驱动型式不同，质心高度不同，桥荷不同，制动强度不同，因而制动时前后桥动态法向载荷的比例不同，该实验台法向载荷的比例是固定的，不能模拟前后桥不同动态法向载荷的轿车的ABS性能测试；
5)对于附着均匀路面，只能模拟干路面和湿路面两种情况，不能模拟雪路面、冰路面等低附着路面情况；
6)对于对开路面，只能模拟干路面-湿路面情况，两侧路面的高/低附着系数很接近，不能反应ABS在对开路面上的控制性能；
7)模拟实车ABS在湿路面的性能情况时，要向四个主滚筒和四个副滚筒喷水，制动时车轮和滚筒的相互作用，会使得水花飞溅，影响实验台的传动带和电器的正常工作；
8)在湿路面测试工况下，用副滚筒速度作为车轮的轮速，由于车轮滑移率的存在，误差较大；
9)不管何种测试工况，用主滚筒速度作为车速，由于车轮滑移率的存在，误差较大；
10)四个主滚筒实时获得的四个车速不可能相同，往往误差较大，致使实际车速不易准确确定；
11)实验台辅助装置较多，如需要配备举升器升降用动力源等；
12)车轮制动时，被试车辆有驶出实验台的危险，有一定的试验安全隐患。
还有一类是以德国Schenck公司生产的ABS实验台为代表，用于汽车装配线上的汽车下线ABS装置性能检测实验台。它主要由四个滚筒及其各自的驱动电机、两个举升器、车辆限位装置、信号传感装置组成。汽车ABS性能试验时，被试汽车的每个车轮各由一个主滚筒和一个副滚筒支承。四个车轮的轮速各由其支承的副滚筒转速传感器测量，车速由主滚筒转速传感器测量。
其优点是：
1)可方便地用于ABS装置的生产一致性检验；
2)可兼顾到汽车制动力的检测；
3)可兼顾到汽车动力性能的检测；
4)可兼顾到汽车排放性能的工况法检测。
其缺点是：
1)只能对ABS装置的装配效果进行简单的评估，不能全面测试ABS装置的性能；
2)不能用于ABS装置的性能研究与开发；
3)实验台辅助装置较多；
4)成本较高。
【发明内容】
在汽车制动器惯性实验台的基础上，通过改装，增加ABS性能测试功能，形成基于制动器惯性试验的汽车制动防抱死装置性能实验台。它由主驱动电机及其控制机构、主轴、一组惯性飞轮及其挂接机构、滑台及其限位机构、传动箱、传动轴和万向节、滚筒及其移动导轨、被试车轮和滚筒之间正压力加载装置及压力伺服调节机构、被试车轮和滚筒之间侧向力加载装置及压力伺服调节机构、轮缸制动压力切换机构、速度信号和力信号传感装置、液压泵站、温度调节装置、紧急制动装置、控制柜、数据记录/处理/显示/打印装置、机架和防护罩组成。ABS实验台既能进行ABS性能试验，又能进行制动器的常规性能试验，是汽车制动系统的多功能试验装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
1)ABS实验台为实现ABS性能试验功能，把被试车轮及其制动器装在滑台上。主驱动电机带动主轴转动，从ABS实验台的主轴上引出动力，先后传至传动箱、万向节和传动轴，带动滚筒转动，滚筒驱动其上的车轮转动。另外主轴同时驱动模拟车轮法向载荷的惯性飞轮转动。当滚筒转速达到ABS性能测试的预定车速后，主驱动电机掉电，同时ABS控制器按照ABS的控制逻辑，对被试车轮实施制动增压、制动减压或制动保压的压力调节，实现车轮的ABS控制制动。车轮和滚筒之间的摩擦力使滚筒减速转动，模拟汽车制动过程中车速的变化情况，被试车轮的轮速变化情况由车轮制动器所产生的使车轮减速转动的制动力矩和车轮和滚筒之间的摩擦力所产生的使车轮加速转动的力矩共同作用决定。安装在被试车轮上的转速传感器直接实时测量车轮的转速信号，安装在主轴上的转速传感器直接实时测量滚筒的转速信号，即为车速信号。转速信号和车速信号传至ABS的电子控制装置(ABS ECU)，用来实时计算被试车轮的角减速度/角加速度和车轮的滑移率。驱动车轮转动的滚筒可沿导轨上下移动，用来调节滚筒和车轮间的正压力。该正压力的大小由力传感器测量。正压力预先设置好后，由使滚筒上下移动的双作用油缸的液压伺服系统自动调节油缸的油压，直至使得滚筒和车轮间的正压力稳定在预先设置值，实现不同路面所产生的不同附着性能的模拟，用于测试ABS在不同路面上的控制性能。安装在滑台端部的另一双作用油缸中可使得滑台沿主轴的轴向移动，使得滚筒和车轮间产生侧向力。产生侧向力的大小由力传感器测量，该侧向力的大小预先设置好后，由该双作用油缸的液压伺服系统自动调节，直至使得滚筒和车轮间的侧向力稳定在预先设置值，用于ABS在转向状态下的控制性能测试。
2)在进行车辆制动器的常规性能测试时，仅把车辆制动器总成装在实验台的滑台上，制动器总成和滚筒脱离接触，传动箱处于空档位置，这样切断了实验台主轴与滚筒之间的动力，滚筒不再转动。主驱动电机驱动主轴并带动制动器总成的转动部分转动。根据应用该制动器的车轮所承担的法向载荷的大小调节随主轴一起转动的惯性飞轮的转动惯量，用来模拟车轮所承担的法向载荷。试验时，当主轴带动制动器总成的转动部分转动达到预定的转速后，对被试制动器施加恒压力/恒扭矩制动，检测制动器的各项常规性能。
基于制动器惯性试验的汽车制动防抱死装置实验台的特征是：整个ABS实验台安放在地面上，被试车轮或制动器总成装拆位置方便实验员的操作；实验台具有整体式钢制机架，由高抗扭强度钢制成，并通过先进的热处理工艺去除内应力，机架上表面是安装驱动电机，传动箱，主轴，飞轮系及其轴承座和滑台的基面，统一由键槽定位；主驱动电机为直流电动机，采用直流调速方式，适于ABS性能测试和制动器常规性能试验；传动箱的第I轴为动力输入轴，它是ABS实验台主轴的一部分，第II轴是中间轴，它把来自第I轴的动力传给第III轴，第III轴是动力输出轴，经扭矩传感器、万向节和传动轴与滚筒联接，传动箱的传动比是1∶1，第II轴上的齿轮可轴向移动，实现第III轴与第I轴的接合与分离，该离/合动作由一油缸推/拉实现，用于ABS性能试验时，传动箱的第III轴与第I轴的动力接合，用于制动器常规性能试验时第III轴与第I轴的动力分离；惯性飞轮系由10个飞轮组成，按等比和等差分为二组，等比分配的一组为小惯量飞轮，采用法兰和螺栓联接，支架固定，等差分配的一组为大惯量飞轮，采用锥面定位，由飞轮外沿螺栓固定，有效缩短了轴向长度；滑台可轴向移动并在适当位置锁定；用于ABS性能试验时，滑台在一伺服油缸的推/拉下可轴向移动以实现轴向加载，轴向载荷可按设定值调节，滑台转动轴端部是一可更换的联接件，用于固定制动器的转动件或ABS试验时的车轮轴，滑台上具有制动钳/制动底板固定机构；滚筒支承在两个滚动轴承上，轴承座固定在一刚性托架上，托架安装在滚动导轨上，在一伺服油缸的推动下托架可垂直升降，使滚筒与车轮之间产生正压力，该正压力可反馈控制，滚筒支承轴承和滚动导轨还能承受滚筒轴向推力；紧急制动器安装在ABS实验台的主轴上，除紧急制动功能外，其制动压力可调，可实现滚筒转动阻力矩的调节；在制动轮缸压力供给的管路上具有一个转换接头，进行ABS性能试验时，压力油经过ABS压力调节器再对被试车轮的制动轮缸供油，实现制动器轮缸压力的调节，进行制动器常规性能试验时，压力油不经过ABS压力调节器直接对制动器轮缸供油；液压泵站置于主驱动电机下方，为各油缸的动作提供动力；ABS实验台具备的传感器有：用于测试制动器制动力矩的力传感器，安装在滑台中的转动轴上；用于测试滚筒力矩的扭矩传感器，安装在传动箱和滚筒之间的传动轴上；用于测试车轮转速的转速传感器，安装在滑台转动轴上；用于测试主轴和滚筒转速的速度传感器，安装在主轴上；用于测试轮胎侧向力的力传感器，安装在使滑台轴向移动的伺服油缸的内端部；用于测试滚筒与车轮间正压力的力传感器，安装在滚筒支承托架的下方；用于测试制动器制动管路压力的压力传感器，安装在制动器的制动管路中；用于测试主轴紧急制动器制动管路压力的压力传感器，安装在主轴紧急制动器的制动管路中；用于测试制动器温度的4个温度传感器，其中2个温度传感器安装在制动器的固定件上，另外2个温度传感器安装在制动器的转动件上，通过安装在主轴上的集流环输出；计算机自动控制系统采用了多任务、多用户的VME实时控制计算机和Windows NT的PC机，保证了高度的试验可靠性和实时性，使得用户具有友好的Windows操作界面，具有ABS性能试验控制、制动器常规性能试验控制、实验台各部分的自动校正和标定、常见故障的诊断、分析和显示功能。
本发明的有益效果是：
提供了一种新型的基于制动器惯性试验的汽车制动防抱死装置性能实验台，既能进行汽车制动器的各种常规性能试验，又能进行汽车制动防抱死装置的性能试验，以适应现代汽车广泛安装的制动防抱死装置的制动性能测试的需要；对于现有的汽车制动器惯性实验台，可通过简单的改造，即可增加ABS试验功能，达到充分利用现有汽车制动器惯性实验台的潜力，提高现有汽车制动器惯性实验台的利用率，适应现代汽车制动装置测试的要求。
可进行汽车ABS性能试验项目有：
(1)可进行ABS在各种附着性能的直道路面上的性能试验，如干水泥路面、干沥青路面、雨铺设路面、湿铺设路面、疏松雪路面，压实雪路面，干冰路面，融化冰路面，碎石路面；
(2)可进行ABS在各种附着性能的弯道路面上的性能试验，如干水泥路面，干沥青路面，雨铺设路面，湿铺设路面，疏松雪路面，压实雪路面，干冰路面，融化冰路面，碎石路面；
(3)可进行ABS在不同车速状态下的性能试验，如低车速，中等车速，高车速；
(4)可进行ABS在不同法向载荷状态下的性能试验，如空载，半载，满载；
(5)可进行ABS在不同磨损程度的轮胎下的性能试验，如新轮胎，半新轮胎，旧轮胎；
(6)可进行ABS在驾驶员不同操作模式下的性能试验，如高强度制动，中等强度制动，低强度制动，离合器结合制动，离合器分开制动，先紧急制动后缓慢制动，先缓慢制动后紧急制动，先缓慢制动、短暂松开制动踏板后再缓慢/紧急制动，先紧急制动、短暂松开制动踏板后再缓慢/紧急制动；
(7)可进行ABS在不同坡道下的性能试验，如不同上坡坡度，不同下坡坡度；
(8)可进行ABS在对接路面上的性能试验，如高附着-低附着路面，低附着-高附着路面，高附着-低附着-高附着路面，低附着-高附着-低附着路面；
(9)可进行ABS在各种路面，各种道路走向，各种坡度，各种速度，各种载荷，各种制动模式的不同组合的试验；
(10)可进行汽车在直道行驶时，各种附着路面上制动附着性能-滑移率关系测试；
(11)可进行汽车在不同弯道上行驶时，各种附着路面上制动附着性能-滑移率关系测试。
可进行车辆制动器的常规性能试验项目有：
(1)具有制动器恒力矩(恒输出)试验功能；
(2)具有制动器恒压力(恒输入)试验功能；
(3)具有制动器拖磨性能试验功能；
(4)具有静力矩(含手制动)试验功能；
(5)可进行制动器的迟滞性能(Brake Hysteresis)试验；
(6)可进行制动器的压力起始性能(Threshold Pressure)试验；
(7)可进行制动器的释放压力性能(Release Pressure)试验；
(8)可进行制动器的渐进压力性能(Asymptotic Pressure)试验；
(9)可进行制动器的制动力矩残留性能(Brake Drag)试验；
(10)可进行制动器的摩擦衬片亮膜性能(Lining Glazing)试验；
(11)可进行制动器的热衰退性能(Heat Fade)试验；
(12)可进行制动器的水衰退性能(Water Fade)试验；
(13)可进行制动器的恢复性能(Recovery)试验；
(14)可进行制动器的冷制动痹病性能(Cold Brake Sickness)试验；
(15)可进行制动器的制动因数(Brake Factor)测试；
(16)可进行制动器的振颤性能(Brake Chatter)试验；
(17)可进行制动器制动噪声(Brake Noise)试验；
(18)可执行中国、欧洲、美国、日本汽车制动器试验标准。
【附图说明】
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为ABS性能测试时汽车制动防抱死装置性能实验台主视结构图。
图2为ABS性能测试时汽车制动防抱死装置性能实验台俯视结构图。
图3为ABS性能测试时和制动器常规性能测试时汽车制动防抱死装置性能实验台侧视结构图。
图4为制动器性能测试时汽车制动防抱死装置性能实验台主视结构图。
图5为制动器性能测试时汽车制动防抱死装置性能实验台俯视结构图。
图中1.机架，2.主驱动电机，3.机罩，4.主轴转速传感器，5.紧急制动机构，6.传动箱，7.主轴，8.静力矩标定机构，9.飞轮组挂接机构，10.飞轮组，11.被试车轮，12.被试车轮固定支架，13.车轮转速传感器，14.滑台，15.冷却通风机构，16.车轮扭矩传感器，17.伺服油缸，18.侧向力传感器，19.滚筒，20.正压力传感器，21.伺服油缸，22.导轨，23.万向节，24.传动轴，25.传动轴支承机构，26.滚筒扭矩传感器，27.传动箱换档手柄，28.液压泵站，29.机座，30.制动器联接杆，31.被试制动器。
【具体实施方式】
在图1、图2和图3中，在进行ABS性能试验或制动器常规性能试验之前，先通过静力矩标定机构(8)对车轮扭矩传感器(16)和滚筒扭矩传感器(26)进行力矩标定，通过外接的标准转速计对主轴转速传感器(4)和车轮转速传感器(13)进行转速标定，通过外接的标准压力传感器对侧向力传感器(18)和正压力传感器(20)进行压力标定，在各传感器标定校准好后，即可进行汽车ABS性能试验或制动器常规性能试验。
在图1、图2和图3中，在进行ABS性能试验时，通过传动箱离/合油缸推动传动箱换档手柄(27)使传动箱(6)的第II轴的滑动齿轮处于结合位置，使得来自传动箱第I轴(输入轴)的动力能传给第III轴(输出轴)；通过伺服油缸(21)的油压使得滚筒(19)沿着其导轨(22)向上运动，直至和被试车轮(11)相接触，通过调节伺服油缸(21)的油压使得滚筒(19)和被试车轮(11)保持预先设定的正压力，正压力的值由正压力传感器(20)传至主控计算机；轴向移动滑台(14)至适当位置使得被试车轮(11)可妥善地安装在被试车轮固定支架(12)上，通过伺服油缸(17)调节被试车轮(11)的侧向力，直至该侧向力保持预先设定的值，侧向力的值由侧向力传感器(18)传至主控计算机；根据被试车轮(11)所承担的法向载荷的大小，通过飞轮组挂接机构(9)调节随主轴(7)一起转动的飞轮组(10)，使得随主轴(7)转动的飞轮组(10)的转动惯量和被试车轮(11)所承担的法向载荷相当。
上述ABS性能试验的准备工作完成后，启动主驱动电机(2)，主驱动电机(2)带动主轴(7)及安装在主轴(7)上的主轴转速传感器(4)、紧急制动机构(5)的转动件和飞轮组(10)一起转动，同时带动传动箱(6)的内部轴系、滚筒扭矩传感器(26)、万向节(23)、传动轴(24)和滚筒(19)一起转动；滚筒(19)驱动被试车轮(11)转动，当主轴转速传感器(4)指示的车速达到试验车速后，关闭主驱动电机(2)，同时对被试车轮(11)施加ABS制动，这样滚筒(19)和被试车轮(11)之间产生了摩擦力；作用在被试车轮(11)上的摩擦力产生了使被试车轮(11)转动的力矩，它和施加ABS制动产生的转动阻力矩相互作用，使得车轮以一定的角减速度/角加速度转动；作用在滚筒(19)上的摩擦力产生了使滚筒(19)转动的阻力矩，使滚筒(19)及与其相连的飞轮组(10)一起做减速转动；主控计算机实时采集主轴转速传感器(4)的信号(车速信号)和车轮转速传感器(13)的信号(轮速信号)，根据实时采集的车速信号和轮速信号，实时计算车轮的滑移率和车轮的角减速度/角加速度，从而控制车轮的运动状态，检验ABS的控制效果。
ABS制动所需的压力油由液压泵站(28)提供。
冷却通风机构(15)用于被试车轮(11)及其制动器的通风散热。
一旦ABS实验台在ABS性能试验过程中出现意外情况需要紧急制动时，启动紧急制动机构(5)，使主轴(7)紧急停止转动，紧急制动机构(5)所需的压力油由液压泵站(28)提供。
在图4、图5和图3中，在进行汽车常规制动器性能试验时，通过传动箱离/合油缸推动传动箱换档手柄(27)使传动箱(6)的第II轴的滑动齿轮处于分离位置，使得来自传动箱第I轴(输入轴)的动力不能传给第III轴(输出轴)，这样传动箱(6)的内部轴系、滚筒扭矩传感器(26)、万向节(23)、传动轴(24)和滚筒(19)不再转动；通过被试车轮固定支架(12)安装好被试制动器(31)；通过制动器联接杆(30)把主轴(7)与被试制动器(31)联接在一起，这样主轴(7)即可带动被试制动器(31)一起转动；根据被试制动器(31)所应用的车轮承担的法向载荷的大小，通过飞轮组挂接机构(9)调节随主轴(7)一起转动的飞轮组(10)，使得随主轴(7)转动的飞轮组(10)的转动惯量和被试制动器(31)所应用的车轮所承担的法向载荷相当。
上述汽车制动器常规性能试验的准备工作完成后，启动主驱动电机(2)，主驱动电机(2)带动主轴(7)及安装在主轴(7)上的主轴转速传感器(4)、紧急制动机构(5)的转动件、飞轮组(10)、制动器联接杆(30)和被试制动器(31)的转动件一起转动；在进行制动器恒力矩(恒输出)、制动器恒压力(恒输入)、制动器静力矩(含手制动)等项试验时，当主轴转速传感器(4)指示的车速达到试验车速后，关闭主驱动电机(2)，同时对被试制动器(31)施加相应地制动，即可进行制动器的迟滞性能、压力起始性能、释放压力性能、渐进压力性能、制动力矩残留性能、摩擦衬片亮膜性能、热衰退性能、水衰退性能、热恢复性能、水恢复性能、冷制动痹病性能、振颤性能、制动噪声和制动器的制动因数测试。
在进行制动器的拖磨性能试验时，当主轴转速传感器(4)指示的车速达到试验车速后，对被试制动器(31)施加恒力矩或恒压力，主驱动电机(2)带动被试制动器(31)的转动件在制动状态下转动，实现制动器的拖磨性能试验。
主控计算机实时采集主轴转速传感器(4)的转速信号和车轮扭矩传感器(16)的扭矩信号。
制动器常规性能试验所需的压力油由液压泵站(28)提供。
冷却通风机构(15)用于被试制动器(31)的通风散热。
一旦ABS实验台在制动器常规性能试验过程中出现意外情况需要紧急制动时，启动紧急制动机构(5)，使主轴(7)紧急停止转动，紧急制动机构(5)所需的压力油由液压泵站(28)提供。