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汽車ABS制動性能檢測臺架設計
摘 要
汽車制動性能的檢測，作為機動車安全檢測中最重要項目之一，一直是大家關注的焦點。制動檢測設備怎樣才能客觀準確地檢測出汽車的制動性能，使其更好地服務于社會、造福于人民，與我們的被檢對象機動車的現(xiàn)狀是分不開的。近幾年來，我國機動車保有量急劇增加，機動車安全運行的問題越來越突出，加強機動車的管理，重視機動車輛的安全技術檢測，成為整個社會，特別是公安、交通部門有待研究解決的重要課題。
由于ABS能顯著改善汽車的制動性能，現(xiàn)已成為汽車制動系統(tǒng)的基本設備，隨著ABS在汽車上的應用日益廣泛，如何準確、快速、有效地檢測ABS工作性能已是一項十分緊迫的任務。目前，國內外對汽車ABS工作性能的檢測廣泛采用的方法是實際裝車路試，但從試驗情況來看，該法存在著三個方面的缺陷:費用高、周期長、精度低。為克服這些不足，實現(xiàn)對ABS工作性能檢測臺架化是一個有前景的方向途徑。
本文正是針對這些情況而在檢測臺架化方面做了幾點工作:
關鍵詞：ABS試驗臺，制動性能，檢測， 設計
ABSTRACT
The testing of the performance of automobile braking, one of the most important items of safety testing of motor vehicles , is always our attention focus. How to test the performance of braking objectively and accurately and how to make it serve the society and benefit the people can’t be separated from the present situation of motor vehicles which need testing ， In recent years, the number of motor vehicles in our country is increasing rapidly, and at the same time, the problem of safe driving is more and more striking. Therefore, it is an important task to be studied and solved for the whole society, especially for the department of the public security and the department of transportation to strengthen the amnagement of motor vehicles and attach importance to the safety testing of them.
Because ABS can prominently improve the automobile braking capability, it has become a basic equipment of Automobile Braking System. with ABS being applied on automobile more and more abroadly , how to inspect the capability of ABS nicely ,quickly and efficiently has become a very urgent task. At present, the widely used ways on inspecting ABS capability is the site automobile-test. But from trial result ,it discovers three aspets of limitation: costly expenditure，long periods and low nicety. In order to get over these limitations to realize the platformization on inspecting ABS capability is a fore-ground direction and approach..
This dissertation just aims at these things and has done some work on the platformization.
Key Words: ABS test ， the performance of automobile braking station ，test， design
目 錄
摘 要 1
ABSTRACT 2
一：緒 論 5
1．1課題背景 5
1．2國內外汽車制動檢測試驗臺的現(xiàn)狀 6
1．3本文研究內容及創(chuàng)新 7
1. 3. 1本文研究的主要內容 7
1.3.2本文的主要創(chuàng)新 8
1.3.3試驗臺主要功能 8
1.3.4試驗臺開發(fā)中的關鍵技術 8
1.3.5臺架檢測法的特點及發(fā)展前景 8
二：方案比選 10
三：汽車ABS試驗臺檢測的基本原理 13
3．1檢測原理 13
3．2模擬慣量的計算 14
3．3實驗臺方案設計 15
四：制動實驗臺結構設計 16
4．1主機參數的設計 16
4．2軸的的設計 17
4．2．1滾筒軸的設計 17
4．2．2副滾筒軸的設計 18
4．2．3飛輪軸的設計 18
4．4聯(lián)軸器，離合器，變速器以及軸承及其密封件的的選取 20
4．4．1聯(lián)軸器的選擇 20
4．4．2離合器的選取 20
4．4．3減速器的設計 20
4．4．4軸承的選取 20
4．4．5軸承密封件的設計 21
4．5飛輪的設計 21
4．5．1、飛輪系統(tǒng)總體結構 22
4．5．2、飛輪模擬當量的確定 22
4．5．3飛輪布置形式 24
4．6調距裝置的設計 24
4．7機架和導軌的設計 25
4．7．1機架的設計 25
4．7．2導軌的選取 25
4．7．3機架和地面的安裝形式 25
五實驗臺設計零件的較核 26
5．1滾筒軸的較核 26
5．2飛輪軸的校核： 29
5．3軸承的較核 31
5．3．1滾筒軸承的較核 31
5．3．2飛輪軸軸承的較核 33
5．4液壓系統(tǒng)的校核 37
六試驗臺的使用說明 39
6．1檢測的準備工作 39
6．1．1試驗臺的準備 39
6．1．2被測車輛的準備 39
6．2檢測步驟 39
6．3檢測時的注意事項 39
6．4制動臺的調整 40
6．5 制動試驗臺的維護 40
結 論 43
1論文的主要工作與結論 43
2進一步的工作與展望 43
致 謝 45
參 考 文 獻 46
附錄 1 汽車防抱制動系統(tǒng)檢測技術條件（JT/T510-2004） 中華人民共和國交通行業(yè)標準 47
附錄 2 飛輪軸零件圖 錯誤！未定義書簽。
附錄 3 飛輪零件圖 錯誤！未定義書簽。
一：緒 論
1．1課題背景
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，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(Anti-lock Braking System，簡稱ABS)就是為適應這一要求迅速發(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。
國外從70年代就開始開發(fā)ABS產品，致力于在汽車制動時避免車輪過早抱死。80年代隨著電子技術的不斷發(fā)展，ABS不斷完善并得以廣泛應用。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)達國家己廣泛采用ABS，而且己成為汽車的必要裝備。有關資料表明，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，對試驗路段要進行仔細地清洗，準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單位才有ABS的專用試驗跑道。汽車生產商在推出一款新車型時對ABS性能進行定型試驗，一般須將新車型的樣車送往海南 。對于汽車ABS生產廠家批量生產的汽車ABS產品的質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、經濟地對ABS性能進行檢測，迫切需要采用室內試驗臺來對汽車ABS性能進行試驗研究。2004年04月國家交通部發(fā)布了交通行業(yè)標準((JT/T510-2004)“汽車防抱制動系統(tǒng)檢測技術條件”，標準規(guī)定了具有防抱制動裝置的汽車制動系統(tǒng)的技術要求及檢測方法。該標準的出臺，為汽車ABS檢測試驗臺的研究開發(fā)提供了依據。目前，國內有關汽車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。
1．2國內外汽車制動檢測試驗臺的現(xiàn)狀
目前，國內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)制動力檢測設備。
滾筒反力式制動力檢測臺是使用最為普通的檢測設備。它由電機通過傳動裝置驅動滾筒，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，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)點是測量的重復性比較好。這是因為它可精確控制電機驅動滾筒的轉速，每次測量轉速的變化不會太大，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，所以這種設備測量的重復性較好。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(當然也有少數是可調的)，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動轉速較低，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用，并得到GB 7258-1997《機動車運行安全技術條件》的認可。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:原理和結構簡單，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:還可設計成既能檢測制動力。也能檢測軸重、側滑、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。當然，平板式制動臺也有缺陷，即測量復現(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，所以測量數據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備本身的重復性不好，而是由于測量條件的變化而引起制動力檢測數據的變化，這樣的測量結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，汽車制動力只要達到合格的標準就可以，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，故值得推廣應用，一段時間內取代滾筒反力式制動力檢測臺。但是由于目前的技術原因，平板式制動實驗臺的推廣和應用存在著很大的困難，因此應用很少。
扭力扳手式的制動力檢測方法由于不存在附著系數問題，所以可以準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，只適用于修理廠內部使用。
慣性式制動力檢測臺是一種動態(tài)制動力檢測設備。它是利用電機或車輛本身的動力驅動滾筒，滾筒帶動車輪，當汽車制動時，由于滾筒的轉動慣量相當大，所以從制動開始到結束需要一段時間，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:車軸和車輪的轉動慣量不知道，如果略去不計則會產生較大誤差;如需精確測量，就要通過增設附加轉動慣量，每車做兩次試驗，再對試驗數據解聯(lián)立方程才能得到較理想的結果。
為了解決傳統(tǒng)慣性式制動力檢測臺的這種缺點，國內某研究所發(fā)明了一種“動態(tài)校準的慣性制動臺”。這種制動臺是在帶高速反拖的底盤測功機的基礎上派生出來的，它利用大功率變頻電機或汽車本身的動力使車輪在滾筒上高速轉動，利用電渦流測功機給出標準制動力矩，對系統(tǒng)(包括車軸和車輪)的整體轉動慣量進行測量和計算，從而可得出系統(tǒng)轉動慣量的精確數值，避免傳統(tǒng)慣性式制動力檢測臺需配備附加轉動慣量的麻煩。
必須指出，各種汽車制動力檢測設備都有一些共性的問題。例如:只要是動態(tài)測量，所測得的結果只能是最大制動力和附著力的小者，當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。
1．3本文研究內容及創(chuàng)新
1. 3. 1本文研究的主要內容
由于目前ABS以廣泛應用于各種汽車，尤其是在轎車和客車領域得到了迅猛的發(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，已經無法滿足檢測ABS汽車的需要，針對這種情況，本次設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上設計了一種慣性式滾筒式制動試驗臺，主要工作如下：
1） 試驗臺的方案設計；
2）試驗臺慣量系統(tǒng)的設計；
3）主要零部件設計；
4）試驗臺總體設計；
5）機械系統(tǒng)的設計及裝配圖和零件圖的繪制；
6）設計說明書和使用說明書的編寫。
1.3.2本文的主要創(chuàng)新
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險，本課題為汽車ABS檢測的室內試驗臺。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，從而使得檢測結果更加符合實際情況；
2）汽車ABS檢測試驗臺的關鍵技術是等效動力學模型，如何用滾筒及飛輪的轉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)提供一套完整的設計方法。
1.3.3試驗臺主要功能
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，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。
1.3.4試驗臺開發(fā)中的關鍵技術
1）試驗臺架軸距調節(jié)及傳動機構的變速調節(jié)技術；
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。
1.3.5臺架檢測法的特點及發(fā)展前景
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??；
2）設備占地面積小，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進行，所以不會受到天氣、側向風等自然條件的影響；
4)設備耗資低，根據市場需求可實行產業(yè)化生產。
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行檢測，不能反映出路面制動時的軸荷轉移對制動過程的影響，同時受到電子器件精度、汽車當量模擬精度等因素的限制，所以測試結果在一定程度上存在偏差。通過不斷改進臺架設計，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用。
二：方案比選
目前，國內外汽車制動檢測國內汽車檢測線上最常用的制動檢測設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動，是一種靜態(tài)檢測，不能檢測汽車動態(tài)制動情況下的制動力。檢測車速較低，一般在5km/h以下，且只有一個固定的車速。由于速度太低，對于裝有ABS的汽車, ABS系統(tǒng)尚不起作用,即使起作用測得的制動力由于汽車未處于抱死狀態(tài)，也就低于其實際制動力,因此反力式滾筒制動臺也不適合檢測ABS系統(tǒng)的性能。
因此,隨著ABS系統(tǒng)的大量應用,需要一種新的檢測方法來檢測汽車的制動效能,慣性式制動檢測臺就是一種是模擬道路行駛動能檢測車輛制動性能的裝置，。因此慣性式檢測臺的轉速比反力式滾筒臺的轉速高的多，速度一般都大于40km/h,適合ABS的檢測要求。且結果更加可靠和可信。
本次設計就是設計一種主要是用來檢測轎車整車制動性能的慣性式制動試驗臺。
目前慣性式制動臺主要有兩種,一種是平板式的,一種是滾筒式的.其中平板式制動實驗臺具有操作和安裝簡單,維修方便等優(yōu)點,但如前面分析也有致命的缺點,缺點主要有如下幾方面
1）測試的重復性不好；
2）安全性差,若附著性能不好,汽車容易跑車,而造成事故；
3）檢測技術也不成熟,定量分析以及傳感技術和計算機后處理的要求很高,有待
于電子技術的進一步發(fā)展.。
而滾筒式制動臺卻沒有這些缺點,它最大的缺點就是由安置角引起的,會因為輪胎直徑的變化而引起檢測結果的誤差.但現(xiàn)對于平板式的要小的多，因此慣性滾筒式在平板式的問題沒有解決前是最好的檢測方法。
目前慣性滾筒式制動實驗臺也主要有兩種, 一種是電動機驅動的慣性式滾筒制動試驗臺如圖1，另外一種就是發(fā)動機驅動的慣性式滾筒制動試驗臺如圖2，其中發(fā)動機驅動的慣性式滾筒制動試驗臺，受檢車輛發(fā)動機驅動，前后軸同時檢測的慣性式滾筒制動試驗臺，受檢汽車前后軸車輪分別安置在臺架前后各對滾筒上，左右滾筒組通過變速器串接，前后滾筒組經傳動軸聯(lián)結，飛輪的作用是增加滾筒系統(tǒng)的慣量。受檢車輛的驅動力經驅動輪帶動臺架后滾筒組（設汽車為后輪驅動）轉動，并經過傳動軸帶動前滾筒組同步轉動。汽車在臺架上運行速度由受檢車輛控制。該試驗臺相對于電動機驅動的試驗臺來如果軸距單一來說具有結構簡單，只需要通過汽車本身就可以控制，比較適合于工廠內部的實用，但是對于汽車檢測企業(yè)來說，由于需要檢測不同類型的得汽車，需要不斷的調整軸距，而調整軸距的方法也主要有兩種，一種是采用帶輪，但是由于調節(jié)的距離太長，因此不適合在本試驗臺上使用，另外一種就是采用
1滾筒裝置 2 飛輪系統(tǒng) 3 調距裝置 4舉升裝置 5電機 6 聯(lián)軸器 7 變速器
圖1 電動機驅動慣性式滾筒制動試驗臺結構簡圖
1滾筒裝置 2 飛輪系統(tǒng) 3 調距裝置 4舉升裝置 5鏈輪系統(tǒng) 6 聯(lián)軸器 7 變速器
圖2 發(fā)動機驅動慣性式滾筒制動試驗臺結構簡圖
絲杠，但是成本太高，且設計復雜，因此不適合于汽車檢測維修企業(yè)的使用，相反電動機驅動的試驗臺，是由電動機驅動車輪旋轉，待達到規(guī)定轉速后，停止轉動，雙軸采用雙電機結構，也便于實現(xiàn)檢測車輛前后軸的同步，且結構簡單，軸距的調節(jié)采用雙液壓缸來移動后滾筒，從而滿足檢測車軸距的需要，且簡單實用，因此電動機驅動的慣性制動實驗臺為本次設計的最佳選擇。
本試驗臺主要是依靠飛輪來模擬汽車轉動動能來模擬汽車的平動動能，為了減小飛輪的尺寸和節(jié)省成本，采用增速器增加飛輪的轉速，從而增加其轉動動能，并根據不同的車重選擇合適的飛輪組合，飛輪與軸的連接通過軸承，并采用離合器，這樣方便飛輪的接合和分離，從避免了傳統(tǒng)的飛輪再不用時通過支撐機構來支撐的缺點，因為傳統(tǒng)支撐會很容易引起過支撐或者支撐不夠的問題，從而影響檢測效果，而采用軸承后則完全避免了這個問題！
三：汽車ABS試驗臺檢測的基本原理
ABS產品性能主要有制動效能和制動穩(wěn)定性兩個方面，制動效能是指汽車以一定的初速度迅速停車的能力，通常以制動距離和制動過程中的制動減速度來表征。制動效能是表征汽車制動性最基本的特性參數。制動時的方向穩(wěn)定性是指汽車在制動過程中維持直線行駛的能力或按預定彎道行駛的能力，即是指汽車預防制動跑偏和側滑的能力，本試驗臺則主要檢測汽車的制動效能。主要能夠測試汽車的滑移率，制動時間，制動距離，在安裝一定的設備后還可以進行傳統(tǒng)的力檢測。
3．1檢測原理
慣性式滾筒臺的滾筒相當于移動路面，檢測時，轉動的滾筒系統(tǒng)具有轉動動能，相當于汽車在道路上行駛的平動動能;模擬慣量及車輪的轉動動能相當于汽車發(fā)動機、傳動系統(tǒng)和車輪的轉動動能。即慣性式滾筒制動臺要能模擬汽車道路行駛時的動能。
慣性式滾筒制動臺要能模擬汽車道路行駛時的動能。汽車在道路上行駛的能為汽車的平動動能與轉動動能之和，即
式中：
汽車在慣性制動臺上檢測時，汽車及制動臺系統(tǒng)的動能(汽車前、后軸均在制動臺的滾筒上)為汽車的轉動動能與制動臺滾筒系統(tǒng)的轉動動能之和，即
式中：
慣性式滾筒制動臺要模擬汽車道路行駛時的動能，必須使汽車在慣性臺上運專時車臺系統(tǒng)的動能與汽車道路行駛時的動能一致，即
則：
=
即慣性式滾筒制動臺的轉動動能應等于汽車道路行駛的平動動能，若滾筒表面附著系數足夠，車輪在滾筒上轉動不產生滑轉，即滾筒與車輪的線速度相等，且均等于汽車行駛速度、，即
式中：
；
。
則有
所以只要確定滾筒的半徑和受檢車輛的質量，試驗臺的滾筒系統(tǒng)的轉動慣量就確定了為檢測滑移率以判斷ABS的工作狀況，需在滾筒軸上安裝轉角傳感器，根據傳感器在單位時間發(fā)出的轉角信號可確定滾筒轉速，滾筒的圓周速度模擬車身的運動速度，同時由安裝在車輪軸上的輪速傳感器測得輪速，據此來計算滑移率。為檢測制動距離與制動時間，可在滾筒軸上再安裝計時器，記錄從制動開始到滾筒停止轉動所需的時間，即制動時間;根據滾筒轉過的轉數及滾筒直徑可得到制動距離。如果需要檢測制動力，可在滾筒軸的聯(lián)軸器間安裝扭矩計，通過計算可得到各輪制動力，各個傳感器采集到數據傳輸到微機進行處理。
3．2模擬慣量的計算
根據機械系統(tǒng)的等效動力學模型原理，多體系統(tǒng)各構件的移動、轉動慣量可以等效為某個選定的構件的等效轉動慣量，對于有max {n, k}個運動構件的系統(tǒng)，若其中n個運動構件的質心做移動，k個構件有轉動，等效轉動慣量的公式
為:
式中：
此試驗臺的轉動慣量為滾筒、軸及其軸承、飛輪、減速器、聯(lián)軸器、離合器之和，計算時由上面論述所有慣量可以先等效為滾筒的慣量，即：
總的慣量
3．3實驗臺方案設計
擬采取雙軸電機驅動的慣性式制動試驗臺。中心距采用液壓調節(jié)。如圖3，兩個電動機為了保證檢測的同步同時啟動，在達到規(guī)定的轉速后，，此時以飛輪系統(tǒng)以及滾筒等旋轉件的轉動慣量既為汽車的平動動能，斷開電動機，并踩制動，為了保證汽車在制動時ABS起作用，汽車必須啟動，且保證電路的暢通，飛輪上裝有速度傳感器和時間傳感器，可以測量制動時車的制動速度和制動時間，并在車輪上裝有速度傳感器，可以結合飛輪的傳感器測的汽車制動時的滑移率，根據滾筒轉過的圈數，可以測的汽車的制動距離，因此本實驗臺是一個多功能實驗臺，可以綜合測量汽車的制動性能 ，因此使得測量結果更加準確可靠，減速器的作用是為了增加飛輪旋轉的轉速，增加其轉動慣量，節(jié)省材料，飛輪根據測試車的重量的大小選取不同的組合，保證測試結果的準確性，其旋轉與否采用電磁離合器控制，數據的采集利用電腦進行采集，因此操作也很簡單方便，是一種很好的多功能制動實驗臺。
圖3 試驗臺整體方案的設計
四：制動實驗臺結構設計
4．1主機參數的設計
參考得汽車車輪直徑d在500-700mm之間，D為滾筒的直徑,一般情況下滾筒直徑為最大車輪半徑的0.4倍，所以：
D=0.4d=0.4×700=280mm
查機械設計手冊選取外徑為299mm，壁厚為30mm的型鋼，為了保證測試的準確性和保證安全，取路面附著系數=0.7，由
=tan
暫取為35°
（4—1）
求得L=573mm 暫取600mm
此時由上式得α=36.9>35°,完全滿足條件，且可以保證汽車在制動時的穩(wěn)定性.因為汽車的輪距在1200-1600mm之間，考慮輪距對滾筒的影響選取滾筒長度為850mm，兩個滾筒之間的中心距為700mm，
為了方便滾筒與軸的傳動，采用在滾筒兩端焊接兩個鐵板，且采用法蘭盤與軸進行連接，這樣既能夠保證傳動的需要，設計又簡單，其中法蘭盤直接在軸上加工，采取這種結構增大了力的傳遞范圍，也便于滾筒和軸的的定位，進入滾筒的軸的軸徑采用53mm，而滾筒擋板中心孔的直徑為55mm,這樣就有足夠的間隙保證各個零件的配合，簡圖及滾筒的主要尺寸如下：
圖4 滾筒的設計方案
兩個滾筒之間為了方便汽車的駛入和開出設置舉升器，如圖所示，最小輪胎離滾筒軸的距離為：
（4—2）
所以最小輪胎立滾筒軸的距離為263.82-250=13.82mm，為了保證車的順利出入以及不影響汽車的檢測，設舉升器托板平時在滾筒軸位置，寬度為100mm，舉升器行程為120mm,采用氣囊式舉升裝置。
為了保證附著系數0.7的要求，且考慮經濟性,滾筒表面采用粘砂處理。
圖 5 最小車輪受檢時的簡圖
最后的參數如下：
（1）允許承載的質量： 3000kg
（2）滾筒尺寸（直徑*長度） 299mm*850mm
（3）滾筒軸間距 600mm
（4）滾筒間距 700 mm
（5）滾筒表面的形式 粘砂
（6）舉升方式 氣囊式舉升
（7）舉升器工作行程 120mm
（8）滾筒軸與滾筒間傳動方式 法蘭盤傳動
（9）ABS制動測試速度范圍 30km/h-8km/h
（10）前后滾筒軸間距采用液壓油缸進行調節(jié)，距離為2100——3600mm
4．2軸的的設計
4．2．1滾筒軸的設計
經過計算和考慮到安裝的要求設計滾筒軸如下，其中直徑為150mm的部分，為法蘭盤的形式，在半徑為60mm的部分打8個直徑為18mm的孔。用來安裝螺栓與滾筒豎板相連接，直徑為53的軸是為了保證與滾筒配合時保證設備的同軸！滾筒板孔的直徑采用55mm.,以下軸的類似設計與本軸相同。
圖6 左滾筒軸設計圖
圖7 右滾筒軸設計圖
4．2．2副滾筒軸的設計
圖8 副滾筒軸設計圖
4．2．3飛輪軸的設計
經過計算和考慮到安裝的要求設飛輪軸如下：
圖8 飛輪軸設計圖
4．3電機的設計
試驗臺在檢測ABS的性能時，需在不同車速下進行檢測，試驗臺驅動電機的轉速必須是可調的，可選YCT系列電磁調速電動機，該電動機是由作為原動機的鼠籠式異步電動機和作為調速裝置的電磁轉差離合器及控制裝置組合而成，該調速電機的調速系統(tǒng)具有結構簡單，運行可靠等優(yōu)點，得到廣泛應用。
電機型號的選擇
根據實驗條件和電機的參數選定電機啟動到達到試驗要求時間為20s
電機的轉速
（4—3）
取710r/min
角加速度△
（4—4）
車的最大質量為3t。每個車輪負荷為
所以慣量系統(tǒng)的轉動慣量為
（4—5）
所以每根軸上的驅動轉距為
（4—6）
電機所需功率
（4—7）
根據上述條件由機械設計手冊P1278,選擇YCT 225—4A的電磁調速電動機，其功率為11kw，額定轉距為69.1Nm，所調節(jié)轉速為1250-125r/min m=367kg
4．4聯(lián)軸器，離合器，變速器以及軸承及其密封件的的選取
4．4．1聯(lián)軸器的選擇
根據本試驗臺的特點，且考慮到安裝方便和便于對中， 由機械設計手冊P5-63,采用凸緣聯(lián)軸器，選用YLD型-對中榫型聯(lián)軸器.都采用YL9型，其公稱轉距為400Nm，完全可以滿足試驗的要求，其中飛輪軸和變速器軸之間以及電機和離合器之間、兩滾筒軸之間采用軸孔直徑為42mm的聯(lián)軸器，，變速器與滾筒軸之間采用軸孔直徑為48mm的聯(lián)軸器。
4．4．2離合器的選取
由于試驗臺是在停車狀態(tài)下根據試驗對象的對應參數，相應的嚙合若干個慣量盤，又不需要經常離合，故考慮選用牙嵌式離合器。牙嵌式離合器靠主動件與被動件強制嚙合傳遞轉矩，其結構簡單，外形尺寸小，傳遞轉矩大，傳動比固定不變不產生摩擦熱。牙嵌式離合器又分為機械式和電磁式兩種，基于慣量盤計算，重量較大，用手動杠桿操縱，增加了操作強度，故采用電磁式。電磁式牙嵌離合器用電磁力接合，能用于遠距操縱，便于該試驗臺的自動化。考慮到上述優(yōu)點電機與飛輪軸之間也采用牙嵌式電磁離合器，根據機械設計手冊P5-235,其中電機與滾筒軸之間采用規(guī)格為16A的DLY5系列牙嵌式有滑環(huán)電磁離合器，其額定轉矩為100Nm，由上面電機的計算得知，該離合器滿足要求，飛輪與飛輪軸之間根據軸徑的大小分別采用25A和40A的DLY5系列牙嵌式有滑環(huán)電磁離合器，其額定轉矩分別為250 Nm和400 Nm，也滿足設計的要求。
4．4．3減速器的設計
為了增加減少飛輪的尺寸，節(jié)省材料，采用增速器增加旋轉飛輪的慣量，擬采取速比為1：2的增速器，參考減速器選用手冊，由
（4—8）
求得 ： P=50kw （4—9）
根據減速器選用手冊P24，選用ZDY-100型變速器，其功率為80kw輸出軸的軸徑為42㎜，輸入軸的軸徑為40㎜。
4．4．4軸承的選取
為了便于對中和考慮到軸承受較大力的影響，軸于機架之間的軸承采用圓錐滾子軸承，其中飛輪軸采用30209系列圓錐滾子軸承，而滾筒軸采用32010系列圓錐滾子軸承，而飛輪與軸之間的軸承因為對傳遞的要求不高，故根據軸徑的大小分別采用N209和N210系列的圓柱滾子軸承。
4．4．5軸承密封件的設計
1）軸承蓋的設計
為了便于安裝和密封，對于軸端的軸承蓋采用凸緣式軸承蓋，其中設計參數如圖10，密封采取間隙密封，，對于在軸上的端蓋，只需要在該種端蓋的中心鑄造相同的孔就可以，而飛輪軸上固定飛輪的軸承的密封端蓋則采取直接在飛輪上鑄造的形式，密封同樣采取間隙密封，
2）密封墊片的設計
密封墊片為了保證密封良好和安裝簡單，采用平面型石棉橡膠墊片，
圖 10 軸承蓋簡圖
3）軸承座的設計
為了保證安各個旋轉軸的在檢測時的同軸度，滾筒的軸承座采用揭蓋的形式，并通過螺栓與機架的底檔板相連接，采用一系列的調整墊片調整其高度，從而最大可能的保證它的同軸度，對于飛輪組的軸承座則是直接鑄造在箱體上。
4）甩油盤的設計
為了保證軸承的潤滑和密封，選用甩油盤，其尺寸參考機械設計手冊P87頁,根據軸徑的大小分別選用50和55系列的甩油盤。
4．5飛輪的設計
由前面汽車所需要的的總慣量為：
（4—10）
單個滾筒的慣量為
（4—11）
所以滾筒的慣量為 （4—12）
滾筒盤慣量的計算，與滾筒焊接的盤，設盤厚為30mm
所以盤的慣量為
（4—13）
所以總的慣量為 （4—14）
法蘭盤選取寬為20mm，直徑為90的鋼板，
所以其轉動慣量為
（4—15）
每個聯(lián)軸器的轉動慣量查機械設計手冊的為0.064 kg㎡，所以在慣量系統(tǒng)中聯(lián)軸器總的轉動慣量為0.06418=1.152 kg㎡
所以飛輪系統(tǒng)慣量為總的慣量減去上述慣量，并考慮到軸的影響，最后確定飛輪系統(tǒng)的慣量為30Nm
統(tǒng)計得出，常見小型車輛的質量多在600^-3000Kg之間，且質量分布無明顯規(guī)律。為了準確模擬出被檢測量的平動動能，同時兼顧到飛輪加工與安裝的難易程度，
選取100Kg作為模擬當量的最小間隔差，飛輪系統(tǒng)設計如下
4．5．1、飛輪系統(tǒng)總體結構
飛輪系統(tǒng)由六個單獨的飛輪組成，分別裝配在兩根軸上。
4．5．2、飛輪模擬當量的確定
(1)最小模擬當量:600Kg
(2)最大模擬當量:3000Kg
(3)模擬當量的最小間隔差:100Kg
(4)飛輪數量:6個
根據飛輪系統(tǒng)設計的基本原則，同時結合以上條件，可以將6個飛輪的模擬當量依次確定為:100Kg; 200Kg; 400Kg; 500Kg; 900Kg; 900Kg。飛輪采用鑄造，中間為了鑄造方便設計幾個圓孔，考慮到飛輪的安裝以及方便內部軸承的密封和潤滑，飛輪采用如下設計，考慮綜合條件簡圖10：
利用以下計算公式可以詳細計算出各飛輪的具體參數，計算結果見表:
1）圓環(huán)的轉動慣量
（4—16）
2）飛輪的轉動慣量:
（4—17）
式中:
3）模擬車速v與滾筒轉的關系: （4—18）
式中:r一滾筒半徑
4）飛輪體積: （4—19）
式中:d一飛輪厚度
5）飛輪質量: （4—20）
式中:P一飛輪密度
所以最后飛輪的慣量為
（4—21）
圖中：
圖 10 飛輪設計簡圖
計算飛輪系統(tǒng)各飛輪的具體參數
因為剩余慣量為40kg㎡,傳動比為1:2，所以需要模擬的慣量為40/4=10 kg㎡，
因為采用的最小飛輪模擬當量為100㎏，最大模擬當量為3000㎏，所以每100當量為40/30=0.333 kg㎡。由上面的公式計算出飛輪的具體參數如表 1 。
表 1
飛輪
編號
模擬當量
T（kg）
轉動慣量J(kg㎡)
直徑
D(㎜)
直徑
D(㎜)
厚度
(㎜)
厚度
(㎜)
質量
m (kg)
1
100
0.333
130
270
40
90
31.25
2
200
0.666
130
320
40
90
49.51
3
400
1.332
150
380
40
90
70.73
4
500
1.665
150
400
40
90
79.33
5
900
2.991
150
460
40
90
107.78
6
900
2.9991
150
460
40
90
107.78
4．5．3飛輪布置形式
考慮到飛輪系統(tǒng)的動平衡以及飛輪軸所受到彎矩大小的情況，將飛輪系統(tǒng)作如下布置：（圖中質量均為模擬當量）
圖 11 飛輪布置圖
4．6調距裝置的設計
因為調節(jié)的距離較長，，所以采用液壓調距，參考機械設計手冊221頁，其主要優(yōu)點如下，
1）液壓傳動的各種元件，可根據需要方便來靈活的布置；
2）重量輕，體積小，運動慣性小，反應速度快；
3）操縱控制方便
4）可自動實現(xiàn)過載保護
5）一般采用礦物有位工作介質，相對運動可自行潤滑，使用壽命長
6）容易實現(xiàn)機械的自動化，采用電液壓控制后，可以實現(xiàn)遠程操縱
考慮到調節(jié)距離的需要，選用W70-63系列輕型拉桿液壓缸。其主要參數如下：
1）額定壓力 7 kN
2）最大允許壓力 10.5 kN
3）耐壓力 10.5 kN
4）使用溫度 -10-80
5）傳動介質 常規(guī)礦物液壓油
6）缸徑 63
7）受壓面積 21.2
8）速度比 1.47
9）允許行程為 1600mm
10）活塞桿徑 36mm
4．7機架和導軌的設計
4．7．1機架的設計
機架的豎擋板采用鑄造的形式，底板選用型鋼，焊接在豎擋板上。這樣便于鑄造，鑄造時的螺栓孔直徑為12mm,選用直徑為10mm的螺栓，這樣也方便各個零件的定位，工藝比較簡單，且成本低。
4．7．2導軌的選取
考慮到試驗臺的移動距離，初步選擇GGA-BA-20型直線滾動導軌副，其移動距離為1500mm，滿足設計要求，其承受的最大壓力為6.8kN，經過計算試驗臺的后滾筒系統(tǒng)總重為1372kg，當為質量最大的汽車檢測時，所承擔重量為750kg，所以總的重量為2122kg，考慮到各種因素，取2500kg,其給予導軌的作用力為21.22 kN，考慮到安裝的要求，每對滾筒上共用兩根導軌，另外飛輪和電機各同一根導軌，所以沒根導軌所受的作用力為3.53 kN，所以完全滿足設計需求。
4．7．3機架和地面的安裝形式
機架主要采取的是鑄造的形式，其中豎擋板和橫擋板分別鑄造，對于滾筒箱和飛輪箱，其軸承座就可以當作該箱體的豎擋板，其中滾筒軸承座通過螺栓與橫擋板相聯(lián)接，地面采用混凝土結構，設置地腳螺栓，前滾筒系統(tǒng)通過地角螺栓直接安裝在地面上，后滾筒機構則是機架固定在導軌副的上方。導軌的下部則通過地腳螺栓與地面進行固定，從而達到可移動的目的，滿足設計的需求。
五實驗臺設計零件的較核
5．1滾筒軸的較核
滾筒軸的設計滾筒軸受力如圖所示
G為重力，取車重的1/4，則
（5-1）
（5-2）
（5-3）
軸的初步選取
（5-4）
所以暫取42㎜
圖12 滾筒受力圖
徑向載荷
1垂直平面的受力如下圖
（5-5）
（5-6）
圖13 滾筒徑向受力圖
彎矩圖
圖14 滾筒徑向彎矩圖
水平方向受力
圖15 滾筒水平受力圖
（5-7）
（5-8）
彎矩圖如下
圖16 滾筒水平彎矩圖
水平與豎直方向的最大合成彎矩
（5—9）
另一極值
（5-10）
所以合成彎矩圖如下
圖16 滾筒合成彎矩圖
所受的最大扭矩為672.750Nm
扭矩圖如下
圖17滾筒扭矩圖
所受的應力如下
（5-11）
因此，滿足設計要求
5．2飛輪軸的校核：
第一根軸，初步確定軸徑
由公式并根據變速器以及零件安裝的設計，由上面選定軸的最小軸徑為45㎜
受力分析如下圖
圖18 第一根飛輪軸受力圖
根據力矩平衡求出
（5-12）
（5-13）
彎矩圖如下
圖19第一根飛輪軸彎矩圖
扭矩圖
圖20第一根飛輪軸扭矩圖
其受的最大應力為：
（5-14）
所以一軸設計滿足條件
第二軸的校核初步確定軸徑
由公式并根據變速器以及零件安裝的設計，選定最小軸徑為45㎜
受力分析如下圖
圖21第二根飛輪軸受力圖
根據力矩平衡求出
（5-15）
（5-16）
彎矩圖如下
圖22第二根飛輪軸彎矩圖
扭矩圖
圖21第二根飛輪軸扭矩圖
其受的最大應力為：
（5-17）
所以二軸也設計滿足條件
5．3軸承的較核
5．3．1滾筒軸承的較核
設軸承工作5年，每年工作300天，每天工作8小時，即為12000小時先對軸承進行校核
設軸承選用圓錐滾子軸承30210，采用正安裝，其e=0.04,Y=1.5，
由前面滾筒軸的設計知
（5-18）
（5-19）
圖22滾筒軸受力圖
徑向載荷
1垂直平面的受力如下圖
（5-20）
（5-21）
圖23滾筒軸徑向受力圖
水平方向受力
圖24滾筒軸水平受力圖
（5-22）
（5-23）
所以軸承受的徑向載荷
（5-24） （5-25）
軸向載荷，圓錐滾子軸承受徑向力會產生內部軸向力
由 （5-26）
（5-27）
（5-28）
因為：
（5-29）
所以2軸承被壓緊，1軸承放松
（5-30）
（5-31）
當量動載荷，因為
（5-32）
（5-33）
所以
（5-34）
（5-35）
軸承的壽命計算
（5-36）
所以壽命滿足要求
5．3．2飛輪軸軸承的較核
5．3．2．1第一根