摩托车防抱死装置实验台设计.docx

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摩托车防抱死装置实验台设计

目录

1绪论1

1.1课题背景及意义1

1.2国外研究概况2

1.3国内ABS的研究情况3

1.4ABS的发展趋势3

1.5ABS性能试验台4

1.6ABS试验台的必要性4

2ABS的结构及工作原理5

2.1ABS的形式及工作原理5

2.2ABS的功能及优点7

2.3ABS控制技术7

2.4ABS（防抱死）制动压力控制9

2.5ABS的质量控制10

2.6制动时车轮受力分析10

2.7滑移率12

2.8车轮制动与车轮的旋转14

2.9车轮减速度和-S特性15

3试验台系统结构和工作原理17

3.1机械系统17

3.2电机调速系统17

3.3试验台的结构17

3.4试验台工作过程18

3.5系统的飞轮设计19

3.6法兰盘设计21

3.7系统的加力装置22

3.8试验台结构架24

结束语25

致谢26

参考文献27

1绪论

1.1课题背景及意义

ABS是防抱死制动系统的英文缩写，其英文的全称是Anti-LockBrakeSystem.该系统在制动过程中可自动调节车轮制动力，防止车轮抱死以取得最佳制动效果[1]。

摩托车防抱死制动系统是基于车轮与路面的附着性能随滑移率的原理而开发的高技术系统[2]。

它以防止制动过程中车轮“抱死”的机理出发，避免摩托车后轮侧滑和前轮失去转向能力，达到提高摩托车制动稳定性，操纵性和安全性的目的[14]。

ABS在汽车上的应用已是非常成熟,但在摩托车上的应用还处在发展中势头很猛.1988年德国宝马公司率先在K100车上装了ABS,目前德国本土生产的所有宝马摩托都已配备了ABS.在日本本田公司雅马哈公司生产的摩托上制动系统更是紧随着汽车制动技术的发展而不停发展在应用ABS上进步很快[3].

我国的摩托车产量目前已居世界第一但技术水平还比较低,随着中国加入世贸组织中国的摩托车将和世界级企业在同等条件下竞争因此将摩托车的技术水平迅速搞上去已成为当务之急.在中国的摩托车企业中对真正意义上摩托车ABS的研究几乎是一片空白,但市场有对带ABS摩托车的需求,目前许多厂家生产的摩托车配置一种所谓的ABS在业内引起了很大争论[4].

通过对ABS基本原理典型结构的分析，形成一种对ABS的客观正确认识能够对国际上摩托车ABS的应用情况有一定了解，通过对国产摩托车上一些机械式ABS的实验分析，澄清一部分混乱认识，能够对在将来的实际生产中应用ABS起到技术上的引导作用。

我国摩托车的发展从1980年到现在已突破一千万辆，产量跃居世界前列。

摩托车的销量在世界上位居第二，仅仅次于日本[5]。

随着我国国民经济的发展和人民生活水平的提高，人们对摩托车的适应性，舒适性以及安全性的要求也越来越高。

由于防抱死制动系统具有显著改善车辆制动性能的功用，现在已经成为汽车，摩托车制动系统的基本装备。

随着ABS在汽车，摩托车上的广泛使用，如何准确，快速，有效地检测ABS的各种工作性能已是一项十分紧迫的任务[6]。

本课题研究的任务就是防抱死制动系统装置的性能检测，设计出一台检测防抱死控制器的装置，模拟摩托车制动。

1.2国外研究概况

摩托车ABS是在汽车ABS的基础上发展起来的，其基本原理是相同的。

防抱死制动系统最早出现在20世纪30年代，应用于铁路机车上，40年代中期，美国政府将ABS的设计思想应用在喷气式飞机上，并在波音公司生产地飞机上安装了HydroAires公司的ABS初期产品。

1954年美国Ford公司首次把法国生产地民航机用ABS应用在林肯轿车上，这次试验虽然失败，但揭开了汽车应用ABS的序幕[7]。

随着ABS技术的日趋成熟完善，制造成本的降低，ABS不仅应用在轿车，货车上，而且在摩托车上也得到了应用[8]。

由于其良好的防抱死能力，首先在一些高档摩托车上应用，如赛车和豪华游艇摩托车。

最早研制生产并在摩托车上安装ABS的是宝马公司，于1988年先后在K100车上，后推广到K系列所有车型上。

1900年又在此车上安装了第二代产品。

但价格较高。

在摩托车制动器研制方面，日本本田公司一直处于领先地位。

1983年开发研制的CBS开始安装在大型豪华旅游摩托车上。

其后于1993年又研制出用手或者脚操作的双联动制动系统（D-CBS）。

其结构由前后制动钳、压力制动阀、主辅缸组成。

当采用手或者脚制动时，前后轮制动力能趋近于理想分配。

但是这种ABS的价格对于整车任然较高。

随后又研制出一种电机驱动式ABS，主要由轮速传感器、电子控制器、电机启动器、和调节器组成。

它是通过ECU对车轮滑移率和车轮角加速度的检测，控制电机驱动器，由调节器调节压力，具有较为理想的控制效果。

与电磁阀式ABS相比，具有体积小、重量轻、成本低等特点。

但是对于中、低档摩托车而言，价格仍然过高，重量仍有5.5Kg，并不适合在中、低档摩托车上推广。

此外，本田还研制出机械式ABS，主要由速度传感器、控制器、制动压力调节器三部分组成。

ABS装置对制动钳压力的调节频率一般为2-3次每秒，最大可达7次每秒。

能根据路面的变化，及时调节制动器的制动压力，有效防止车轮抱死，保持车轮的滑移率总小于50%，使制动距离明显减短，同时有效地减小了侧滑现象，确保摩托车的安全性。

但是此机械式制动器装置需要对摩托车的车价结构进行改造，整体结构复杂，成本高，同样难以在中、低档摩托车上广泛应用[9]。

1.3国内ABS的研究情况

我国从事ABS的研究开始于70年代，当时长春汽车研究所采用逻辑控制电路对液压制动的轻型货车进行道路防抱死试验。

现在刚刚进入产品试制和在车辆上时装阶段。

交通部在6120型大客车项目中曾把气制动ABS列为攻关项目之一，委托西安公路学院和陕西兴国514厂联合研制，推广了3500-BFBO-2型防抱死侧滑装置。

80年代中期，交通部重庆公路研究所研制成FKX-ACI型防抱死侧滑装置，1985年，二汽技术中心引进了西德公司生产地数模混合电子控制ABS，并在EQ140中型货车上进行了装车测试，达到了防抱死的要求。

1989年，清华大学汽车工程系开始了液压ABS系统在BJ213吉普车上的应用研究，但距离国标要求仍有明显差距。

目前，清华大学和济南重型汽车技术中心正在进行“汽车防抱死制动系统ABS研究”，这是国家科委的攻关项目。

上海汽车集团公司于美国ITT合资建厂生产MK20ABS，所以目前已经安装ABS的桑塔纳2000Gsi轿车出售[10]。

1.4ABS的发展趋势

ABS从出现到目前在汽车摩托车上的广泛使用已经历了半个世纪的发展过程到现在为止ABS系统的总体结构方案已趋于成熟要进一步扩大ABS的应用范围并把ABS各方面性能指标提高到最佳状态今后的研究工作将集中在以下几方面。

（1）减小体积降低重量

ABS是为提高车辆的安全性而增加的装置车辆重量也会随之增加对燃料经济性不利因此必须尽量减少ABS的重量另外不论哪种车型发动机的安装空间都是非常有限的因此也要求ABS控制器的体积尽可能的小些。

（2）实现精确控制

目前得到广泛采用的是采用门限值式逻辑控制算法的ABS其缺点是调试困难在个各车型间的互换性差随着传感器技术的发展采用各种现代控制算法的ABS将成为主流使ABS的性能更加完善。

（3）实现多功能综合控制

与防抱制动系统有关和类似的控制系统由综合成一体的趋势博世公司早在1987年就推出了ABS/ASR把防抱制动和驱动防滑结合起来1996年博世公司提出了车辆动力学控制系统VDC的概念在ABSASR的基础上加入了侧向稳定性控制等新的内容并推出了相应的产品丰田公司开发了ABS制动系统监控轮胎气压监控的集成控制系统[11]。

1.5ABS性能试验台

国内生产制动器的厂家众多，市场上出现了一系列摩托车防抱死控制器产品，这些产品在实际应用中存在着各种各样的问题，这些问题产生的主要原因是防抱死控制器设计原理不成熟，无法准确计算和调节防抱死的压力。

这样的产品无论对摩托车生产厂商还是摩托车驾驶员来说都是潜在的安全隐患，但这些产品的检验尚无统一的标准，更缺乏检测手段，产品的质量性能无法进行检测，国外工业发达国家如日本，美国，早在70年代就制定了轿车，汽车，摩托车制动器的实车试验方法标准，并在以后于80年代分别制定台架试验方法，根据这个趋势，摩托车制动器台架试验方法检测装置的研制必须提到议事日程[12]。

ABS在汽车，摩托车上的广泛使用，如何准确，快速，有效地检测ABS的各种工作性能已是一项十分紧迫的任务。

从实验情况看，ABS装车路试存在着三个方面的问题：

（一）实验费用高；

（二）实验周期长；（三）实验精度低，而仅靠整车制动性能试验不能反映制动器的性能和质量，为了有效克服ABS装车路试过程中存在的缺陷，实现对ABS工作性能检测的精度化合台架化无疑是最佳途径，摩托车ABS工作性能试验台正是针对上述问题研究开发的，其研制使ABS工作性能检测便捷，准确成为可能，为ABS性能试验的计算机台架化测试提供了技术保障[13]。

因此，摩托车制动器试验台是考核，评价制动器这一部件性能的专用试验装置。

1.6ABS试验台的必要性

普通制动系统在湿滑路面上制动，或在紧急制动的时候，车轮容易因制动力超过轮胎与地面的摩擦力而安全抱死。

　　近年来由于汽车消费者对安全的日益重视，大部分的车都已将ABS列为标准配备。

如果没有ABS，紧急制动通常会造成轮胎抱死，这时，滚动摩擦变成滑动摩擦，制动力大大下降。

而且如果前轮抱死，车辆就失去了转向能力；如果后轮先抱死，车辆容易产生侧滑，使车行方向变得无法控制。

所以，ABS系统通过电子机械的控制，以非常快的速度精密的控制制动液压力的收放，来达到防止车轮抱死，确保轮胎的最大制动力以及制动过程中的转向能力，使车辆在紧急制动时也具有躲避障碍的能力[14]。

　　随着世界汽车工业的迅猛发展，安全性日益成为人们选购汽车的重要依据[。

目前广泛采用的防抱制动系统（ABS）使人们对安全性要求得以充分的满足。

鉴于上述原因，所以急需一种简单易行的方法来对ABS进行研究与探讨。

所以它是非常必要的。

2ABS的结构及工作原理

2.1ABS的形式及工作原理

ABS分为机械式和电子式两种：

机械式ABS结构比较简单，主要是一个机械阀，利用阀体内的一个橡胶气囊对刹车压力的反馈来不断放松，制动，从而达到车轮防抱死的效果。

图1机械式ABS结构图

电子式ABS通过传感器将车轮制动时的车速，轮速及制动时汽车的减速等信号发送给ABS电脑，由ECU计算出车速，轮速滑移率和车轮的减速度，加速度，并加以分析，判别，放大。

由输出极输出控制指令，由该控制指令控制指令制动压力调节器，液压泵及常规制动装置等制动执行器的动作，以平衡制动时每个车轮受到5个力的作用，达到快速平稳的制动效果。

从制动效果上看，电子式ABS要大大优于机械式ABS，所以目前轿车的ABS大多数是电子式的机械式ABS的适用特性需要事先设定，在积水路面、冰雪路面、沙石路面、沥青路面上，轮胎的摩擦系数不同，车速不同，需要的制动力也不相同。

没有即时的测量回馈系统，只依靠预先设定的阀值，适用范围较窄，制动效果也会有所降低[15]。

图2盘式制动器工作原理图

防抱死制动系统（ABS）是改善车辆安全性的技术之一。

它能提高车辆在不同附着系数路面条件上的制动安全性能，保障车辆的稳定性，减少交通事故的发生，具有明显的社会效应和经济效应，因此，防抱死制动装置已作为车辆标准部件和安装部件使用。

防抱死制动装置已经发展为与驱动防滑控制组合的装置（ABS/ASR）。

它既可以防止制动时车轮抱死，又可以防止起步和加速时驱动轮的滑转。

车辆在安装ABS后，使传统的制动转变为瞬态自动控制的制动过程，即使驾驶员制动过度，经循环控制制动压力的变化，车轮也不会抱死[5]。

2.2ABS的功能及优点

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