【正文】 慣性制動(dòng)器試驗(yàn)臺(tái)的畢業(yè)設(shè)計(jì)1 緒 論隨著我國(guó)汽車工業(yè)的飛速發(fā)展以及高速公路、高等級(jí)公路的大規(guī)模建設(shè)，車輛密集化和車輛高速化對(duì)車輛的制動(dòng)系統(tǒng)提出了更高要求。對(duì)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(dòng)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(dòng)系統(tǒng)和完善制動(dòng)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(dòng)防抱死系統(tǒng)ABS(Antilock Braking System，簡(jiǎn)稱ABS)就是為適應(yīng)這一要求迅速發(fā)展起來(lái)的。ABS是在車輛制動(dòng)過(guò)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(dòng)過(guò)程中的操縱穩(wěn)定性并同時(shí)縮短制動(dòng)距離，大大提高了行駛安全性，是一種主動(dòng)安全性技術(shù)。國(guó)外從70年代就開(kāi)始開(kāi)發(fā)ABS產(chǎn)品，致力于在汽車制動(dòng)時(shí)避免車輪過(guò)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(guó)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(guó)自60年代末、70年代初開(kāi)始在汽車上安裝ABS , 70年代末、80年代初，歐洲國(guó)家開(kāi)始批量采用ABS。近年來(lái)，ABS在我國(guó)也正在推廣和應(yīng)用,大部分轎車和客車均開(kāi)始采用ABS，以縮短制動(dòng)距離，防止側(cè)滑，提高制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性，從而大大改善了汽車的制動(dòng)性能，減少了車禍，提高了汽車運(yùn)行的安全性。隨著ABS裝置的廣泛應(yīng)用，檢測(cè)ABS性能也顯得越來(lái)越重要。ABS性能的好壞直接影響到行車的安全。我國(guó)現(xiàn)有的各種制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)都無(wú)法檢測(cè)裝有ABS汽車的制動(dòng)性能。目前裝有ABS裝置的汽車，測(cè)試制動(dòng)性能只能采用路試，道路試驗(yàn)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(cè)試前，對(duì)試驗(yàn)路段要進(jìn)行仔細(xì)地清洗，準(zhǔn)備試驗(yàn)路段的時(shí)間較長(zhǎng)、試驗(yàn)費(fèi)用較高，而且道路試驗(yàn)過(guò)程存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)。目前，我國(guó)只有海南汽車試驗(yàn)研究所的汽車試驗(yàn)場(chǎng)等少數(shù)單位才有ABS的專用試驗(yàn)跑道。汽車生產(chǎn)商在推出一款新車型時(shí)對(duì)ABS性能進(jìn)行定型試驗(yàn)，一般須將新車型的樣車送往海南 。對(duì)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(cè)和在用汽車的ABS性能定期測(cè)試，目前只有在道路上進(jìn)行行車緊急制動(dòng)，憑駕駛員的感覺(jué)來(lái)判斷ABS的工作是否正常。隨著汽車市場(chǎng)對(duì)ABS需求的大量增加，為快速、有效、經(jīng)濟(jì)地對(duì)ABS性能進(jìn)行檢測(cè)，迫切需要采用室內(nèi)試驗(yàn)臺(tái)來(lái)對(duì)汽車ABS性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。2004年04月國(guó)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(dòng)系統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)條件”，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了具有防抱制動(dòng)裝置的汽車制動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)要求及檢測(cè)方法。該標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，為汽車ABS檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)的研究開(kāi)發(fā)提供了依據(jù)。目前，國(guó)內(nèi)有關(guān)汽車ABS檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)的研制報(bào)道不多，因此迫切需要研制一種適合檢測(cè)ABS的檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)。目前，國(guó)內(nèi)外汽車制動(dòng)檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)按檢測(cè)時(shí)支承受檢車輪方式可分為兩種:一種為滾筒式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，另一種為平板式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)。而根據(jù)制動(dòng)臺(tái)檢測(cè)制動(dòng)性的原理，可將制動(dòng)臺(tái)分為慣性式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)和反力式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)兩類。 汽車制動(dòng)力檢測(cè)是重要的安全檢測(cè)項(xiàng)目之一，無(wú)論是管理部門還是車主都十分重視汽車的制動(dòng)性能。目前，汽車檢測(cè)線上常用的制動(dòng)力檢測(cè)設(shè)備主要是滾筒反力式制動(dòng)力檢測(cè)臺(tái)，另外還有一種平板式制動(dòng)力檢測(cè)臺(tái)，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(dòng)力檢測(cè)杠桿或檢測(cè)平板，則屬于純靜態(tài)制動(dòng)力檢測(cè)設(shè)備。滾筒反力式制動(dòng)力檢測(cè)臺(tái)是使用最為普通的檢測(cè)設(shè)備。它由電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)滾筒，滾筒帶動(dòng)車輪，并在汽車制動(dòng)時(shí)，利用測(cè)力杠桿將制動(dòng)力傳給測(cè)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(dòng)力檢測(cè)臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量的重復(fù)性比較好。這是因?yàn)樗删_控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒的轉(zhuǎn)速，每次測(cè)量轉(zhuǎn)速的變化不會(huì)太大，且車輪在滾筒上的位置也基本不變。也就是說(shuō)測(cè)量的條件變化不大，所以這種設(shè)備測(cè)量的重復(fù)性較好。它最大的缺點(diǎn)則是由安置角引出的。所謂安置角是指車輪中心與兩個(gè)滾筒中心連線之間夾角的一半。由于不同型號(hào)車輛的輪徑不同，而滾筒的直徑和兩個(gè)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(duì)不同型號(hào)的車輛來(lái)說(shuō)，安置角是不同的。小型車，車輪的安置角大，車輪對(duì)滾筒的正壓力大，附著力也就大，這樣就容易測(cè)到最大制動(dòng)力:而大車的情況則相反，往往需要施以附加載荷才能測(cè)到最大制動(dòng)力。此外，滾筒反力式制動(dòng)力檢測(cè)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速較低，滾筒表面的線速度一般為5km / h左右，因此無(wú)法測(cè)到汽車在高速情況下的制動(dòng)性能。 平板式制動(dòng)力檢測(cè)臺(tái)在社會(huì)上已開(kāi)始應(yīng)用，并得到GB 72581997《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》的認(rèn)可。它的檢測(cè)原理是利用平板將汽車制動(dòng)時(shí)的前沖慣性力(數(shù)值與汽車制動(dòng)力相等)傳遞給平板下的力傳感器。其優(yōu)點(diǎn)是:原理和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢測(cè)條件與汽車在道路上的制動(dòng)狀態(tài)類似，能充分反映汽車制動(dòng)的真實(shí)性能。不存在安置角引出的問(wèn)題:還可設(shè)計(jì)成既能檢測(cè)制動(dòng)力。也能檢測(cè)軸重、側(cè)滑、懸掛等項(xiàng)目的汽車綜合性能檢測(cè)臺(tái)，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(dòng)臺(tái)也有缺陷，即測(cè)量復(fù)現(xiàn)性不如滾筒反力式制動(dòng)力檢測(cè)臺(tái)。這是由于在每次檢測(cè)時(shí)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(cè)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(cè)量設(shè)備本身的重復(fù)性不好，而是由于測(cè)量條件的變化而引起制動(dòng)力檢測(cè)數(shù)據(jù)的變化，這樣的測(cè)量結(jié)果反而能真實(shí)反映汽車的制動(dòng)性能，與道路試驗(yàn)的情況相似。對(duì)安全管理部門來(lái)說(shuō)，制動(dòng)力檢測(cè)僅要求及格性判別，汽車制動(dòng)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(dòng)力是多少。所以，因平板式制動(dòng)力檢測(cè)臺(tái)簡(jiǎn)單、實(shí)用并接近路試情況，故值得推廣應(yīng)用，一段時(shí)間內(nèi)取代滾筒反力式制動(dòng)力檢測(cè)臺(tái)。但是由于目前的技術(shù)原因，平板式制動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)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(dòng)力檢測(cè)方法由于不存在附著系數(shù)問(wèn)題，所以可以準(zhǔn)確地測(cè)得汽車的最大靜態(tài)制動(dòng)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(dòng)力檢測(cè)臺(tái)是一種動(dòng)態(tài)制動(dòng)力檢測(cè)設(shè)備。它是利用電機(jī)或車輛本身的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)滾筒，滾筒帶動(dòng)車輪，當(dāng)汽車制動(dòng)時(shí)，由于滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相當(dāng)大，所以從制動(dòng)開(kāi)始到結(jié)束需要一段時(shí)間，通過(guò)測(cè)量制動(dòng)初始速度和制動(dòng)時(shí)間便可得到制動(dòng)減速度。由于滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是事先知道的，這樣就可以推算出車輪的制動(dòng)力矩。但難辦的是:車軸和車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不知道，如果略去不計(jì)則會(huì)產(chǎn)生較大誤差。如需精確測(cè)量，就要通過(guò)增設(shè)附加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，每車做兩次試驗(yàn)，再對(duì)試驗(yàn)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(dòng)力檢測(cè)臺(tái)的這種缺點(diǎn)，國(guó)內(nèi)某研究所發(fā)明了一種“動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)的慣性制動(dòng)臺(tái)”。這種制動(dòng)臺(tái)是在帶高速反拖的底盤(pán)測(cè)功機(jī)的基礎(chǔ)上派生出來(lái)的，它利用大功率變頻電機(jī)或汽車本身的動(dòng)力使車輪在滾筒上高速轉(zhuǎn)動(dòng)，利用電渦流測(cè)功機(jī)給出標(biāo)準(zhǔn)制動(dòng)力矩，對(duì)系統(tǒng)(包括車軸和車輪)的整體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算，從而可得出系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的精確數(shù)值，避免傳統(tǒng)慣性式制動(dòng)力檢測(cè)臺(tái)需配備附加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的麻煩。必須指出，各種汽車制動(dòng)力檢測(cè)設(shè)備都有一些共性的問(wèn)題。例如:只要是動(dòng)態(tài)測(cè)量，所測(cè)得的結(jié)果只能是最大制動(dòng)力和附著力的小者，當(dāng)附著力小于最大制動(dòng)力時(shí)，只能測(cè)到附著力，因?yàn)樵谶@種情況下制動(dòng)效能無(wú)法充分發(fā)揮出來(lái)。只要是雙滾筒式制力檢測(cè)臺(tái)，就不能避免因安置角而引出的問(wèn)題，其制動(dòng)機(jī)理與路試情況便會(huì)有一定差異。因此每種實(shí)驗(yàn)臺(tái)都有他的優(yōu)缺點(diǎn)。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(dòng)試驗(yàn)臺(tái)基本上都是檢測(cè)汽車的制動(dòng)力和制動(dòng)時(shí)間等，已經(jīng)無(wú)法滿足檢測(cè)ABS汽車的需要，針對(duì)這種情況，本次設(shè)計(jì)就是在這方面作了一些嘗試，在反力式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種慣性式滾筒式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，主要工作如下：1） 試驗(yàn)臺(tái)的方案設(shè)計(jì)；2）試驗(yàn)臺(tái)慣量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；3）主要零部件設(shè)計(jì)；4）試驗(yàn)臺(tái)總體設(shè)計(jì)；5）機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及裝配圖和零件圖的繪制；6）設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和使用說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)。1）目前汽車ABS的性能檢測(cè)，通常采用道路試驗(yàn)，道路試驗(yàn)費(fèi)用高且路試過(guò)程存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)，本課題為汽車ABS檢測(cè)的室內(nèi)試驗(yàn)臺(tái)。不但可以檢測(cè)ABS汽車的滑移率，而且可以用用來(lái)檢測(cè)汽車制動(dòng)距離的一種動(dòng)態(tài)制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，從而使得檢測(cè)結(jié)果更加符合實(shí)際情況；2）汽車ABS檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)是等效動(dòng)力學(xué)模型，如何用滾筒及飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量代替汽車移動(dòng)的慣量是其中的重要問(wèn)題；3）提出汽車ABS檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)總體設(shè)計(jì)方案，為汽車ABS檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)的研究開(kāi)發(fā)提供一套完整的設(shè)計(jì)方法。本試驗(yàn)臺(tái)能夠完成對(duì)汽車常規(guī)制動(dòng)性能和在用車輛ABS制動(dòng)系統(tǒng)的室內(nèi)檢測(cè)，其功能主要包括:1）前后四輪同時(shí)檢測(cè)，可測(cè)試出滑移率、制動(dòng)距離,制動(dòng)時(shí)間等參數(shù)，對(duì)汽車ABS系統(tǒng)性能作出比較全面的評(píng)價(jià)；2）自動(dòng)化程度高，選定ABS工作性能檢測(cè)或常規(guī)制動(dòng)性能檢測(cè)后，系統(tǒng)可在臺(tái)架控制系統(tǒng)的控制下自動(dòng)完成測(cè)試過(guò)程。1）試驗(yàn)臺(tái)架軸距調(diào)節(jié)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的變速調(diào)節(jié)技術(shù)；2）車輛在臺(tái)架試驗(yàn)中安置角的合理確定；3）慣量系統(tǒng)的合理確定。相對(duì)于道路試驗(yàn)檢測(cè)來(lái)說(shuō)，臺(tái)架檢測(cè)方法具有許多突出的優(yōu)點(diǎn):1）檢測(cè)過(guò)程簡(jiǎn)單，時(shí)間短。針對(duì)ABS系統(tǒng)制動(dòng)性能的檢測(cè)，每輛車只需要3 5分鐘，因此，如果將ABS檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)安裝到目前國(guó)內(nèi)的汽車性能檢測(cè)線上使用，對(duì)整條檢測(cè)線的檢測(cè)速度影響很?。?）設(shè)備占地面積小，可以作為一個(gè)單獨(dú)的工位加裝在目前我國(guó)正在普遍使用的汽車性能檢測(cè)線上，從而能夠在汽車年檢中完成對(duì)汽車ABS系統(tǒng)的性能檢測(cè)；3)檢測(cè)過(guò)程受環(huán)境因素影響較小。由于臺(tái)架檢測(cè)是在室內(nèi)進(jìn)行，所以不會(huì)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(chǎng)需求可實(shí)行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。臺(tái)架檢測(cè)法有許多道路檢測(cè)法所不具備的優(yōu)點(diǎn)，但是也存在一些不足，由于臺(tái)架檢測(cè)法所采用的方法是模擬路面制動(dòng)狀況并進(jìn)行檢測(cè)，不能反映出路面制動(dòng)時(shí)的軸荷轉(zhuǎn)移對(duì)制動(dòng)過(guò)程的影響，同時(shí)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(cè)試結(jié)果在一定程度上存在偏差。通過(guò)不斷改進(jìn)臺(tái)架設(shè)計(jì)，充分減小臺(tái)架自身不足，盡可能選用高精度電子測(cè)試器件等措施，可以將臺(tái)架測(cè)試的精度逐步提高。目前，隨著我國(guó)汽車保有量的逐年增長(zhǎng)以及人們對(duì)道路交通安全關(guān)注程度的提高，在用車輛的常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目中增加ABS系統(tǒng)制動(dòng)性能檢測(cè)的必要性也隨之日益提高，臺(tái)架檢測(cè)必隨之廣泛應(yīng)用。2 方案比選目前，國(guó)內(nèi)外汽車制動(dòng)檢測(cè)國(guó)內(nèi)汽車檢測(cè)線上最常用的制動(dòng)檢測(cè)設(shè)備就是反力式滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)。但反力式滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)時(shí)，汽車不動(dòng) ，只是滾筒帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，是一種靜態(tài)檢測(cè)，不能檢測(cè)汽車動(dòng)態(tài)制動(dòng)情