摘 要 当前，我国经济迅速发展，汽车保有量不断攀升，与此同时，各类交通安全事故频发，对人民生命财产安全造成极大威胁，因此，汽车安全性受到日趋重视。ABS是一项重要的汽车主动安全技术，因此，测试ABS性能十分必要。 本文通过在分析比较目前国内研究现状的基础上，较为系统地分析了汽车制动时动力学模型，综合汽车防抱制动装置工作基本原理，设计了ABS试验检测台架方案。该试验台可以为待测汽车提供模拟制动工况，在现有试验条件下，还原了较为真实的运行姿态，提高了检测精度和检测效率。论文比较了目前各种试验台架的优、缺点，选择了较为合理的布置方案。以电动机作为主动力源，以飞轮惯量模拟汽车运行惯量，利用滚筒带动受测汽车车轮转动，待汽车轮速略高于预定速度，切断电动机动力，在轮速下降至目标速度，进行刹车，传感器采集信号、软件分析试验数据并标定ABS性能参数。本文聚焦于试验台的结构设计，确定待测汽车的结构参数，设计选用电机型号和传动方案，选用标准零部件，设计非标准结构件，并分析了汽车在台架上的受力情况，据此对主要受力部件进行了应力、强度分析、校核，最终确定结构设计方案。在满足测试要求的基础之上，本文设计了双轮检测方案和整车检测方案，提高了台架的检测效率和通用性。双轮试验台架以不同配重的架车模拟真实汽车，ABS装置安装方便，可以快速检验ABS工作与否。整车试验台可以获取国标要求下的检测指标，检测结果较为精准，综合反映了ABS性能优劣。 关键词：ABS ，结构设计，惯量系统，双轮试验台，整车试验台 Abstract At present, China’s economy is developing rapidly, and the number of car ownership continues to climb. At the same time, various types of traffic accidents are frequent and pose a great threat to the safety of people’s lives and properties. Therefore, the safety of automobiles has become increasingly important. ABS is an important vehicle active safety technology, so testing ABS performance is very necessary. Based on the analysis and comparison of the current domestic research status, this article systematically analyzes the dynamic model of the vehicle braking, synthesizes the basic principles of the automobile anti-lock braking device, and designs the ABS test bench program. The test stand can provide simulated braking conditions for the car to be tested. Under the existing test conditions, a more realistic operating posture is restored, and detection accuracy and detection efficiency are improved. The paper compares the advantages and disadvantages of various test benches and selects a more reasonable layout. Taking the motor as the main power source, using flywheel inertia to simulate the running inertia of the car, using the drum to drive the wheel of the tested car to turn, until the wheel speed of the car is slightly higher than the predetermined speed, the motor power is cut off, and the wheel speed is decreased. To the target speed, brake, sensor acquisition signal, software analysis test data and calibration ABS performance parameters. This article focuses on the structural design of the test bench, determines the structural parameters of the car to be tested, designs the motor type and transmission scheme, selects standard components, designs non-standard structural components, and analyzes the stress of the car on the gantry. The stress, strength analysis, and check of the main force components were performed to finally determine the structural design scheme. On the basis of satisfying the test requirements, this paper designed a two-wheel detection scheme and a vehicle detection scheme, which improved the detection efficiency and versatility of the gantry. The two-wheel test bench simulates a real car with different weights, and the ABS device is easy to install. It can quickly check whether the ABS is working or not. The vehicle test stand can obtain the inspection indicators under the requirements of the national standard. The test results are more accurate and comprehensively reflect the performance of ABS. Keywords: ABS, structural design, inertia system, two-wheel test bench, vehicle test bench 目录 摘要 I Abstract II 第1章 绪论 1 1.1课题背景 1 1.2国内外的研究现状分析 1 1.3 课题的目的及意义 2 第2章 ABS性能检测的基本原理及台架方案设计 4 2.1 路面制动力产生原理 4 2.2 ABS的工作原理以及检测原理 5 2.2.1 汽车制动力系数与滑动率的关系 5 2.2.2 ABS的工作原理 5 2.2.3 ABS的检测原理 6 2.3设计方案的分析 6 2.4 双轮试验台架的分析 7 2.4.1 试验台结构简图 7 2.4.2 检测原理 7 2.4.3 试验台适用场合分析 7 2.5 整车模型的试验台设计 8 2.5.1 整车试验台构简图 8 图2-5为整车试验台的结构简图。 8 2.5.2 检测原理 8 2.5.3 整车试验台适用场合分析 8 第3章 整车试验台的结构设计 9 3.2 滚筒组转动惯量的分析 10 3.3 滚筒组转动惯量的选择 11 3.4.1 飞轮惯量的计算以及增速器的选择 11 3.4.2 飞轮尺寸的计算与选用 13 3.5 电机的选择 13 3.5.1 选择电动机的类型 13 3.5.2 选择电动机的型号 14 3.6 离合器的选择 15 3.7 轴的设计计算及强度校核 15 3.7.1 初选轴的直径 15 3.7.2轴的强度校核 16 3.7.3轴的CAE分析 18 3.8 联轴器的选择 19 3.9 轴承的选用与校核 20 3.9.1 选择的轴承类型 20 3.9.2轴承的校核 20 3.10 键的选择及设计 21 3.10.1 选择键的类型 21 3.10.2 键的校核 21 第4章 工作总结与展望 23 4.1 工作总结 23 4.2 工作展望 23 参考文献24 致谢25 第1章 绪论 1.1课题背景 随着我国人民物质生活水平的提高和汽车工业的快速发展，汽车普及率快速上升。汽车在给人民生活带来极大便利的同时，也带来了一系列的问题，尤其是频发交通事故，造成人员伤亡和财产损失，因而汽车安全性受到日趋重视。保证汽车制动系统的性能、研究开发新型制动系统检验装置是保障汽车行驶安全性的重要措施之一。为了适应这一要求，各国竞相开发汽车制动安全装置，汽车防抱死制动系统ABS便应运而生。ABS系统通过在潜在危险条件下（例如在冰或湿沥青路面上的制动，恐慌制动等）制动时自动控制制动器制动力，为提高现代汽车安全性做出了决定性贡献[^[1]]。ABS性能优劣关乎汽车行驶安全性，因此需要研制开发出能够快速准确、方便可靠地检测ABS系统性能的试验台架。 1.2国内外的研究现状分析 ABS的功用是：在汽车制动时，防止车轮抱死在路面上拖滑，以提高汽车制动过程中的方向稳定性及转向控制能力，缩短制动距离，是汽车制动更为安全有效^[[2]]。乘用车现代防抱死制动系统（ABS）于1978年由罗伯特博世有限公司引进，并于1980年代开始用于大量客车^[[3]]。自二十世纪七十年代以来，欧、美、日等国率先开始研制并取得极大成功，许多公司相继推出了多款实用可靠的ABS系统，并在后续生产的汽车上广泛使用。同时，国外发达国家在ABS系统性能测试装置方面的研究也不断推进和完善。随着我国科技实力的发展和汽车的普及，国内对ABS系统及其测试系统的研究也逐渐深入。研究开发出性能可靠,结果准确，操作简单的ABS 系统试验台，可以增强我国汽车企业对 ABS 系统自主开发的能力，可以加速技术积累并助力打破国外汽车企业对现有ABS 关键技术的封锁，从而建立一套完整的ABS测试，研发的技术体系。 目前，国内外采用的汽车制动力检测的方法主要是道路试验法和台架检测法。道路试验可以最为真实、准确、可靠地呈现汽车制动的全过程而获得最好的检测效果，但其缺点是需要建设专门的试验场地，建设、运行、维护的成本很高。此外，道路试验需要配备专业操纵汽车的技术人员，操作风险大，检测效率低。检测台架分为平板式和滚筒式台架。平板式制动检验台检测法，即汽车以5km/h-10km/h的速度驶上台架并踩制动踏板，平板的纵向运动受到测力传感器的制约，则可测出车轮与平板之间的制动力。滚筒式试验台按其检测原理可分为反力式和惯性式。在反力式滚筒制动试验台检测过程中，滚筒试验台可以实现对真实路面的模拟，能够检测汽车在台架上低速运行时的制动力。惯性式试验台以滚筒模拟路面条件，用飞轮惯量代替汽车制动时惯量，通过测试系统的检测可以获知制动效能参数。 2003年，吉林大学做出了ABS试验台架的研究，研究人员提出：通过检测车轮速度变化确定ABS是否正常工作的ABS检测理论;利用旋转飞轮所具有的惯量模拟汽车运动时的惯量;控制电磁滑差离合器的输出转矩，以模拟不同条件下汽车制动时的地面制动力矩。 2008年，哈尔滨理工大学实现了ABS动态模拟实验台的设计。研究人员对汽车制动进行了动态模拟，提出了惯量模拟系统的优化设计方案。 2015年，吉林大学开发出了反力式滚筒试验检测台，以反力式滚筒制动试验台为基础，通过搭建简化的单轮模型，仿真了汽车在滚筒制动台上的制动过程。研究人员通过改变轮重，模拟不同车型的制动过程，更好的了解了ABS汽车在理想状态下的制动性能[^[4]]。 近年来，国内对于ABS试验台架的研究重点逐渐从机械结构转向测试系统。国内研究人员在搭建、改良机械结构的同时，深入研究测试硬件的选择，信号处理的方法，以及控制算法等。目前，国内对ABS试验台的研究取得了一系列成果，在试验台架的技术支持下，利用日益发展的计算机及其配套软件技术，搭建起单轮，整车的动力学模型，根据检测原理对整车进行仿真研究，借助MATLAB/Simulank、电子样机软件在仿真模型中引入汽车制动过程中的轴荷转移等因素，最后利用实车验证开发，使结果更加合理可靠。 国外的ABS测试系统的研究开发起步较早，现已形成较为成熟的开发体系，相继推出了数款相对成熟可靠的商用ABS试验台。目前，国外发达国家，如美国、日本、西欧等国的研究重点主要在测试系统的改良、创新、发展上，主要表现在利用现有的计算机软件对汽车及其检测台架进行仿真分析，改进、创新控制算，对测试的过程进行优化，特别是在信号检测、数据采集、数据处理及分析等方面。国外所进行的研究使得ABS检测试验台的结构更加简化，测试效率更高，结果更加可靠。 1.3 课题的目的及意义 近年来，我国经济快速发展，汽车普及率屡创新高。中国汽车数量快速增加的同时，也带来了一系列的问题，诸如环境、能源等问题，但更重要的是汽车事故造成了极大的人员及财产损失，所以汽车行驶安全性也得到了日趋重视。ABS是汽车的安全装置。汽车的 ABS 作用与否及系统性能的好坏直接关系到人们的生命安全问题，因此亟待开发出ABS性能测试试验台。 本课题的应用对象是汽车ABS系统测试装置。对于提高汽车制动效能，确保驾驶员与乘客在汽车制动尤其是紧急制动情况下的人身及财产安全具有重要意义。在设计过程中，要根据汽车制动过程、ABS工作原理，考虑基本检测原理和过程，为测试系统的开发做好技术支持，最终要设计出合格可用的ABS试验台。