【正文】 慣性制動器試驗臺的畢業(yè)設(shè)計1 緒 論隨著我國汽車工業(yè)的飛速發(fā)展以及高速公路、高等級公路的大規(guī)模建設(shè)，車輛密集化和車輛高速化對車輛的制動系統(tǒng)提出了更高要求。對車輛安全性能的研究揭示，在道路交通事故中大約有10%的事故是由于車輛在制動一瞬間偏離原定軌道或甩尾產(chǎn)生的，因而探討各種高性能制動系統(tǒng)和完善制動性能是促進(jìn)汽車工業(yè)發(fā)展的重要措施之一。汽車制動防抱死系統(tǒng)ABS(Antilock Braking System，簡稱ABS)就是為適應(yīng)這一要求迅速發(fā)展起來的。ABS是在車輛制動過程中防止車輪抱死造成輪胎在地面上打滑的一種機(jī)電一體化控制裝置。ABS可以明顯提高制動過程中的操縱穩(wěn)定性并同時縮短制動距離，大大提高了行駛安全性，是一種主動安全性技術(shù)。國外從70年代就開始開發(fā)ABS產(chǎn)品，致力于在汽車制動時避免車輪過早抱死。80年代隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，ABS不斷完善并得以廣泛應(yīng)用。隨著世界汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，汽車的安全性、舒適性日益受到人們的重視。目前，西方發(fā)達(dá)國家己廣泛采用ABS，而且己成為汽車的必要裝備。有關(guān)資料表明，美國自60年代末、70年代初開始在汽車上安裝ABS , 70年代末、80年代初，歐洲國家開始批量采用ABS。近年來，ABS在我國也正在推廣和應(yīng)用,大部分轎車和客車均開始采用ABS，以縮短制動距離，防止側(cè)滑，提高制動時的方向穩(wěn)定性，從而大大改善了汽車的制動性能，減少了車禍，提高了汽車運行的安全性。隨著ABS裝置的廣泛應(yīng)用，檢測ABS性能也顯得越來越重要。ABS性能的好壞直接影響到行車的安全。我國現(xiàn)有的各種制動檢驗臺都無法檢測裝有ABS汽車的制動性能。目前裝有ABS裝置的汽車，測試制動性能只能采用路試，道路試驗需要建造ABS性能專用跑道，ABS性能專用跑道投資大，而且每次ABS性能測試前，對試驗路段要進(jìn)行仔細(xì)地清洗，準(zhǔn)備試驗路段的時間較長、試驗費用較高，而且道路試驗過程存在一定安全風(fēng)險。目前，我國只有海南汽車試驗研究所的汽車試驗場等少數(shù)單位才有ABS的專用試驗跑道。汽車生產(chǎn)商在推出一款新車型時對ABS性能進(jìn)行定型試驗，一般須將新車型的樣車送往海南 。對于汽車ABS生產(chǎn)廠家批量生產(chǎn)的汽車ABS產(chǎn)品的質(zhì)量檢測和在用汽車的ABS性能定期測試，目前只有在道路上進(jìn)行行車緊急制動，憑駕駛員的感覺來判斷ABS的工作是否正常。隨著汽車市場對ABS需求的大量增加，為快速、有效、經(jīng)濟(jì)地對ABS性能進(jìn)行檢測，迫切需要采用室內(nèi)試驗臺來對汽車ABS性能進(jìn)行試驗研究。2004年04月國家交通部發(fā)布了交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)((JT/T5102004)“汽車防抱制動系統(tǒng)檢測技術(shù)條件”，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了具有防抱制動裝置的汽車制動系統(tǒng)的技術(shù)要求及檢測方法。該標(biāo)準(zhǔn)的出臺，為汽車ABS檢測試驗臺的研究開發(fā)提供了依據(jù)。目前，國內(nèi)有關(guān)汽車ABS檢測試驗臺的研制報道不多，因此迫切需要研制一種適合檢測ABS的檢測試驗臺。目前，國內(nèi)外汽車制動檢測試驗臺按檢測時支承受檢車輪方式可分為兩種:一種為滾筒式制動試驗臺，另一種為平板式制動試驗臺。而根據(jù)制動臺檢測制動性的原理，可將制動臺分為慣性式制動檢驗臺和反力式制動試驗臺兩類。 汽車制動力檢測是重要的安全檢測項目之一，無論是管理部門還是車主都十分重視汽車的制動性能。目前，汽車檢測線上常用的制動力檢測設(shè)備主要是滾筒反力式制動力檢測臺，另外還有一種平板式制動力檢測臺，在汽車維修企業(yè)中采用的一種原理類似“扭力扳手”的制動力檢測杠桿或檢測平板，則屬于純靜態(tài)制動力檢測設(shè)備。滾筒反力式制動力檢測臺是使用最為普通的檢測設(shè)備。它由電機(jī)通過傳動裝置驅(qū)動滾筒，滾筒帶動車輪，并在汽車制動時，利用測力杠桿將制動力傳給測力傳感器。為增大車輪與滾筒間的附著系數(shù)，通常采用在滾筒表面刻槽或粘砂的辦法。滾筒反力式制動力檢測臺的優(yōu)點是測量的重復(fù)性比較好。這是因為它可精確控制電機(jī)驅(qū)動滾筒的轉(zhuǎn)速，每次測量轉(zhuǎn)速的變化不會太大，且車輪在滾筒上的位置也基本不變。也就是說測量的條件變化不大，所以這種設(shè)備測量的重復(fù)性較好。它最大的缺點則是由安置角引出的。所謂安置角是指車輪中心與兩個滾筒中心連線之間夾角的一半。由于不同型號車輛的輪徑不同，而滾筒的直徑和兩個滾筒的中心距是固定不變的(當(dāng)然也有少數(shù)是可調(diào)的)，所以對不同型號的車輛來說，安置角是不同的。小型車，車輪的安置角大，車輪對滾筒的正壓力大，附著力也就大，這樣就容易測到最大制動力:而大車的情況則相反，往往需要施以附加載荷才能測到最大制動力。此外，滾筒反力式制動力檢測臺的驅(qū)動轉(zhuǎn)速較低，滾筒表面的線速度一般為5km / h左右，因此無法測到汽車在高速情況下的制動性能。 平板式制動力檢測臺在社會上已開始應(yīng)用，并得到GB 72581997《機(jī)動車運行安全技術(shù)條件》的認(rèn)可。它的檢測原理是利用平板將汽車制動時的前沖慣性力(數(shù)值與汽車制動力相等)傳遞給平板下的力傳感器。其優(yōu)點是:原理和結(jié)構(gòu)簡單，檢測條件與汽車在道路上的制動狀態(tài)類似，能充分反映汽車制動的真實性能。不存在安置角引出的問題:還可設(shè)計成既能檢測制動力。也能檢測軸重、側(cè)滑、懸掛等項目的汽車綜合性能檢測臺，從而可大大減少占地面積，節(jié)約土建投資。當(dāng)然，平板式制動臺也有缺陷，即測量復(fù)現(xiàn)性不如滾筒反力式制動力檢測臺。這是由于在每次檢測時駕駛員不能保證汽車的初始速度和施加于踏板的力都一致，所以測量數(shù)據(jù)顯示出較大的離散性。但必須指出的是，這種情況并不是測量設(shè)備本身的重復(fù)性不好，而是由于測量條件的變化而引起制動力檢測數(shù)據(jù)的變化，這樣的測量結(jié)果反而能真實反映汽車的制動性能，與道路試驗的情況相似。對安全管理部門來說，制動力檢測僅要求及格性判別，汽車制動力只要達(dá)到合格的標(biāo)準(zhǔn)就可以，車管部門并不需要知道汽車的撮大制動力是多少。所以，因平板式制動力檢測臺簡單、實用并接近路試情況，故值得推廣應(yīng)用，一段時間內(nèi)取代滾筒反力式制動力檢測臺。但是由于目前的技術(shù)原因，平板式制動實驗臺的推廣和應(yīng)用存在著很大的困難，因此應(yīng)用很少。扭力扳手式的制動力檢測方法由于不存在附著系數(shù)問題，所以可以準(zhǔn)確地測得汽車的最大靜態(tài)制動力。但這種方法的效率較低，只適用于修理廠內(nèi)部使用。慣性式制動力檢測臺是一種動態(tài)制動力檢測設(shè)備。它是利用電機(jī)或車輛本身的動力驅(qū)動滾筒，滾筒帶動車輪，當(dāng)汽車制動時，由于滾筒的轉(zhuǎn)動慣量相當(dāng)大，所以從制動開始到結(jié)束需要一段時間，通過測量制動初始速度和制動時間便可得到制動減速度。由于滾筒的轉(zhuǎn)動慣量是事先知道的，這樣就可以推算出車輪的制動力矩。但難辦的是:車軸和車輪的轉(zhuǎn)動慣量不知道，如果略去不計則會產(chǎn)生較大誤差。如需精確測量，就要通過增設(shè)附加轉(zhuǎn)動慣量，每車做兩次試驗，再對試驗數(shù)據(jù)解聯(lián)立方程才能得到較理想的結(jié)果。為了解決傳統(tǒng)慣性式制動力檢測臺的這種缺點，國內(nèi)某研究所發(fā)明了一種“動態(tài)校準(zhǔn)的慣性制動臺”。這種制動臺是在帶高速反拖的底盤測功機(jī)的基礎(chǔ)上派生出來的，它利用大功率變頻電機(jī)或汽車本身的動力使車輪在滾筒上高速轉(zhuǎn)動，利用電渦流測功機(jī)給出標(biāo)準(zhǔn)制動力矩，對系統(tǒng)(包括車軸和車輪)的整體轉(zhuǎn)動慣量進(jìn)行測量和計算，從而可得出系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量的精確數(shù)值，避免傳統(tǒng)慣性式制動力檢測臺需配備附加轉(zhuǎn)動慣量的麻煩。必須指出，各種汽車制動力檢測設(shè)備都有一些共性的問題。例如:只要是動態(tài)測量，所測得的結(jié)果只能是最大制動力和附著力的小者，當(dāng)附著力小于最大制動力時，只能測到附著力，因為在這種情況下制動效能無法充分發(fā)揮出來。只要是雙滾筒式制力檢測臺，就不能避免因安置角而引出的問題，其制動機(jī)理與路試情況便會有一定差異。因此每種實驗臺都有他的優(yōu)缺點。由于目前ABS以廣泛應(yīng)用于各種汽車，尤其是在轎車和客車領(lǐng)域得到了迅猛的發(fā)展，但是傳統(tǒng)的制動試驗臺基本上都是檢測汽車的制動力和制動時間等，已經(jīng)無法滿足檢測ABS汽車的需要，針對這種情況，本次設(shè)計就是在這方面作了一些嘗試，在反力式制動試驗臺的基礎(chǔ)上設(shè)計了一種慣性式滾筒式制動試驗臺，主要工作如下：1） 試驗臺的方案設(shè)計；2）試驗臺慣量系統(tǒng)的設(shè)計；3）主要零部件設(shè)計；4）試驗臺總體設(shè)計；5）機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計及裝配圖和零件圖的繪制；6）設(shè)計說明書和使用說明書的編寫。1）目前汽車ABS的性能檢測，通常采用道路試驗，道路試驗費用高且路試過程存在一定安全風(fēng)險，本課題為汽車ABS檢測的室內(nèi)試驗臺。不但可以檢測ABS汽車的滑移率，而且可以用用來檢測汽車制動距離的一種動態(tài)制動試驗臺，從而使得檢測結(jié)果更加符合實際情況；2）汽車ABS檢測試驗臺的關(guān)鍵技術(shù)是等效動力學(xué)模型，如何用滾筒及飛輪的轉(zhuǎn)動慣量代替汽車移動的慣量是其中的重要問題；3）提出汽車ABS檢測試驗臺總體設(shè)計方案，為汽車ABS檢測試驗臺的研究開發(fā)提供一套完整的設(shè)計方法。本試驗臺能夠完成對汽車常規(guī)制動性能和在用車輛ABS制動系統(tǒng)的室內(nèi)檢測，其功能主要包括:1）前后四輪同時檢測，可測試出滑移率、制動距離,制動時間等參數(shù)，對汽車ABS系統(tǒng)性能作出比較全面的評價；2）自動化程度高，選定ABS工作性能檢測或常規(guī)制動性能檢測后，系統(tǒng)可在臺架控制系統(tǒng)的控制下自動完成測試過程。1）試驗臺架軸距調(diào)節(jié)及傳動機(jī)構(gòu)的變速調(diào)節(jié)技術(shù)；2）車輛在臺架試驗中安置角的合理確定；3）慣量系統(tǒng)的合理確定。相對于道路試驗檢測來說，臺架檢測方法具有許多突出的優(yōu)點:1）檢測過程簡單，時間短。針對ABS系統(tǒng)制動性能的檢測，每輛車只需要3 5分鐘，因此，如果將ABS檢測試驗臺安裝到目前國內(nèi)的汽車性能檢測線上使用，對整條檢測線的檢測速度影響很?。?）設(shè)備占地面積小，可以作為一個單獨的工位加裝在目前我國正在普遍使用的汽車性能檢測線上，從而能夠在汽車年檢中完成對汽車ABS系統(tǒng)的性能檢測；3)檢測過程受環(huán)境因素影響較小。由于臺架檢測是在室內(nèi)進(jìn)行，所以不會受到天氣、側(cè)向風(fēng)等自然條件的影響；4)設(shè)備耗資低，根據(jù)市場需求可實行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。臺架檢測法有許多道路檢測法所不具備的優(yōu)點，但是也存在一些不足，由于臺架檢測法所采用的方法是模擬路面制動狀況并進(jìn)行檢測，不能反映出路面制動時的軸荷轉(zhuǎn)移對制動過程的影響，同時受到電子器件精度、汽車當(dāng)量模擬精度等因素的限制，所以測試結(jié)果在一定程度上存在偏差。通過不斷改進(jìn)臺架設(shè)計，充分減小臺架自身不足，盡可能選用高精度電子測試器件等措施，可以將臺架測試的精度逐步提高。目前，隨著我國汽車保有量的逐年增長以及人們對道路交通安全關(guān)注程度的提高，在用車輛的常規(guī)檢測項目中增加ABS系統(tǒng)制動性能檢測的必要性也隨之日益提高，臺架檢測必隨之廣泛應(yīng)用。2 方案比選目前，國內(nèi)外汽車制動檢測國內(nèi)汽車檢測線上最常用的制動檢測設(shè)備就是反力式滾筒制動試驗臺。但反力式滾筒制動試驗臺檢測時，汽車不動 ，只是滾筒帶動車輪轉(zhuǎn)動，是一種靜態(tài)檢測，不能檢測汽車動態(tài)制動情