汽车制动实验台动力系统设计毕业论文

长春理工 大学 刘董事长 毕业论文（设计）0汽车制动实验台动力系统设计目 录第一章 绪论 .31.1 选题背景 .31.1.1 选题的目的和意义 .41.1.2 国内外汽车试验制动台的发展的现状： .51.1.3 台 架 制 动 实 验 台 的 特 点 及 发 展 前 景 .81.2 本课题的研究工作 .8第二章 传动方案选择及论证 .92.1 传动方案的设计与论证 .92.1.1 传 动 方 案 的 要 求 .92.1.2 传 动 方 案 的 拟 定 .102.2 传动方案的内容与工作制动试验台原理 .102.2.1 传 动 方 案 的 内 容 .102.2.2 制 动 实 验 台 的 工 作 原 理 .11第三章 制动实验台结构设计计算 .123.1 引言： .123.2 滚筒选择 .123.2.1 滚 筒 直 径 的 选 择 .123.2.2 滚 筒 长 度 的 选 择 .123.2.3 滚 简 转 速 的 选 择 .133.2.4 车 轮 与 滚 筒 间 附 着 系 数 的 选 择 .133.2.5 安 置 角 对 测 试 车 轮 稳 定 性 的 影 响 .133.2.6 滚 筒 中 心 距 L 的 选 择 .143.3 车轮的选择与计算 .143.3.1 车 轮 直 径 计 算 .14长春理工 大学 刘董事长 毕业论文（设计）13.3.2 车 轮 所 需 转 速 计 算 .153.4 滚筒的计算 .153.4.1 滚 筒 质 量 计 算 .153.4.2 滚 筒 转 动 惯 量 计 算 .153.4.3 滚 筒 功 率 计 算 .153.5 电动机的选择 .163.6.齿轮传动计算 .183.6.1 车 速 为 100km/h 时 的 齿 轮 传 动 .183.6.2 齿 轮 传 动 分 析 .263.7 轴设计 .273.7.1 确 定 轴 的 最 小 直 径 .283.7.2 从 动 轴 设 计 .293.7.3 主 动 轴 设 计 .303.8 轴承和轴承座设计 .303.81 选 择 轴 承 型 号 .313.82 轴 承 座 型 号 .313.9 主从滚筒间齿轮传动设计 .313.10 汽车制动实验台框架参数设计 .323.10.1 槽 钢 的 选 择 .323.10.2 制 动 试 验 台 框 架 结 构 参 数 .333.11 带传动设计 .333.12 电磁离合器地选择 .343.12.1.按 计 算 扭 矩 选 择 电 磁 离 合 器 .343.12.2 牙 嵌 式 电 磁 离 合 器 的 结 构 与 工 作 原 理 .343.13 本章小结 .35第四章 结论和建议 .364.1 本论文的结论 .36长春理工 大学 刘董事长 毕业论文（设计）2致 谢 .37参 考 文 献 .38附 录 .39制动器和制动测试试验的概况 .39A PRIMER ON BRAKES AND BRAKE TESTING.45长春理工 大学 刘董事长 毕业论文（设计）3第一章 绪论1.1 选题背景汽车制动性能的检测，作为机动车安全检测中最重要项目之一，一直是大家关注的焦点。制动检测设备怎样才能客观准确地检测出汽车的制动性能，使其更好地服务于社会、造福于人民，与我们的被检对象机动车的现状是分不开的。近几年来，我国机动车保有量急剧增加，机动车安全运行的问题越来越突出，加强机动车的管理，重视机动车辆的安全技术检测，成为整个社会，特别是公安、交通部门有待研究解决的重要课题。汽车行驶速度的不断提高和道路行车密度的增大，对汽车行驶安全性提出了越来越高的要求，汽车防抱死制动系统 ABS (Anti-Lock Braking System)就是在这种要求下产生和发展的。ABS 装置通过控制和调节车轮的制动力，防止车轮在制动时的滑转，最大限度的利用路面附着系数以缩短制动距离，防止侧滑，提高制动时的方向稳定性，从而大大改善汽车的制动性能，提高汽车的安全性。目前，由防抱死制动系统 ABS 和防滑驱动系统 ASR 共同组成的防滑控制系统已经成为汽车向电子化发展的一个重要方面。由于国家强制规定采用 ABS 后，各汽修厂和汽车综合性能检测站都会遇到，对带ABS 汽车的制动综合性检测的问题。如果要建立 ABS 制动性能测试场则需要大量资金和场地(典型的 ABS 制动性能测试场仅路面占地就需 10 亩地)，一般企业难以承受。汽车制动能测试台由于占地面积小，投入少，同时台试法检验制动性能的优点是迅速、准确、安全，不受外界条件的限制，重复性较好，能测得各车轮的制动全过程(制动力随时间增长的过程)，受到汽修厂和汽车综合性能检测站青睐，但现有的汽车制动性能检测的设备不能适应带 ABS 的汽车的要求，因此研究开发新的制动性能测试台，应该是解决带 ABS 汽车制动性能检测问题较理想的方法。本文将在理论和技术上对此检测台进行研究，如果可行将为汽车检测技术提供新装备的设计思路，将节省大量资金和场地。长春理工 大学 刘董事长 毕业论文（设计）41.1.1 选题的目的和意义汽车制动性能的检验是机动车安全技术检验的重要内容之一，也是汽车保修企业进行故障和调试修理的科学依据。近年来，随着不解体检在线检测技术的发展，汽车制动性能的检测与诊断已由经验定性型向仪器化的定量与定性相结合方向发展，由路试向台架检测发展。汽车制动的开发研究主要以试验与仿真相结合的方式进行。实车试验成本高、周期长，重复性差，因此仿真技术越来越成为研究 ABS 的重要手段。GB72582004 机动车运行安全国家标准规定 ABS 为大型车辆的标准配置, 这使得国内汽车对 ABS 的需求急剧增加。为提高 ABS 产品的品质, 降低开发成本 , 缩短开发周期, 室内试验台和计算机仿真将成为汽车 ABS 试验研究的重要手段之一。采用 ABS 室内试验存在的主要问题是试验误差。试验误差与许多因素有关, 如简化模型与真实对象的差异、试验装置的系统误差、试验数据的误差、试验操作的误差、计算误差(如截断误差)等。因此开发一个好的实验台对汽车制动系统的研究有很大作用。ABS 技术在世界上属于尖端技术，ABS 产品还属于高利润、高附加值产品，装配ABS 装置会直接增加车辆的制造成本。因此不论是汽车生产厂商还是车辆用户，都非常关心装配在车上的 ABS 系统的使用性能。想要确切知道 ABS 装置装配到汽车上以后的实际使用性能，必须通过全面的检测。目前国内对 ABS 性能的检测主要是采用电气性能测试和道路试验这两种方法。第一种方法，采用模拟装置代替车辆向 ABS 装置发送轮速信号和车身信号，通过观察 ABS 的输出信号来判断 ABS 是否工作正常，这种方法由于是对 ABS 进行装车前的单独检测，即使 ABS 的各项参数都在正常值范围内，仍然无法保证 ABS 装配到车辆后，仍然能充分发挥其功效。对于第二种方法，虽然能较全面地检测装配 ABS 的车辆在各种路面上的制动性能，但是试验费用高、周期长、精度低，受环境及道路条件的影响大。为了克服以上方法中存在的缺陷，实现对 ABS 工作性能检测的精确化和台架化无疑是最佳途径。国内现阶段普遍采用的反力式制动台无法对装配 ABS 的车辆的制动性能进行检测。目前国外少数厂家已经开发出惯性式转鼓制动试验台来检测 ABS 制动性能，但这种设备价格昂贵，而且只能完成单一路面附着系数情况下的制动效能试验，根本无法完成长春理工 大学 刘董事长 毕业论文（设计）5国内外 ABS 试验标准中规定的不同路面组合工况下对 ABS 系统性能的考核。随着 ABS 装置的广泛应用，检测 ABS 性能也显得越来越重要。但是到目前为止，还没有出现真正能全面检测 ABS 综合性能的试验台，而随着对车辆制动性能检测要求的提高，实行 ABS 性能检测的台架化日益重要，所以，国内急需开发出一种价格适中、功能齐全、测试精度较高，并且完全拥有知识产权的对装车后的 ABS 制动性能进行全面检测的设备，以满足国内整个汽车检测行业的需要。本课题是集“机、电、气”于一体的新产品开发项目，其目的是根据国家有关 ABS性能标准要求，在深入研究汽车 ABS 工作性能的室内台架试验方法的基础上，开发研制出能够对安装 ABS 装置的车辆的制动性能进行动态检测和评价的试验台及其计算机测试分析系统，该试验台根据 ABS 的工作原理，能够模拟出汽车在不同附着系数路面上进行制动时的动态制动过程，测试出汽车的各个车轮在路面附着系数发生变化时 ABS的工作状态，从而全面地检测出安装 ABS 的车辆在各种路面上的制动性能并进行综合评价。该试验台及测试分析系统的研制成功，可以有效地解决我国现有各种试验台架无法对装有 ABS 的车辆的制动性能进行测试的这一困扰我国汽车检测行业多年的技术难题，从而填补我国在汽车 ABS 不解体室内台架试验方面的空白。该项目的研制成功，对于推动我国汽车检测技术及设备的发展，促进整个汽车检测行业的技术进步将起到重要作用;对于满足我国汽车检测市场的迫切需要，改善我国车辆安全技术状况，降低交通事故的发生也将具有十分重要的现实意义。1.1.2 国内外汽车试验制动台的发展的现状：我国使用的反力滚筒式制动试验台有两大类，其一是引进日本弥荣公司、日产公司的;其二是引入西欧国家的，如德国马哈公司、申克公司，英国克雷普顿公司，意大利的钻石公司等。日本式试验台的特点是摩擦滚筒直径小，一般直径为 12Omm 左右，且滚筒表面刻有矩形槽，制动时线速度低，两滚筒之间有举重器，一般没有智能程序，数值显示多为指针式。长春理工 大学 刘董事长 毕业论文（设计）6西欧式试验台的特点是摩擦滚筒直径大，一般直径在 265mm 左右，且筒表面涂敷摩擦材料，摩擦系数较高，可达 0.8 一 0.9，制动时线速度高，在两滚筒之间有两个第三滚筒，数值显示为指针式。吉林大学等利用计算机模拟仿真技术来建立 ABS 虚拟检测系统。该方面研究成果有一些报道，主要应用在 ABS 产品开发中，尚未见应用于产品生产检测中。实现计算机模拟仿真首先是要建立车辆动力学模型，然后利用计算机技术进行仿真。目前，检测设备制造业已形成一定规模，市场竞争十分激烈，反力式汽车动试验台型式变得多样化，并在不断改进和提高。传感器都己从机械式的或机电式的进化为电子式的，控制方式也由继电器控制变成计算机控制。世界汽车工业迅猛发展的同时，人们对于汽车的安全性能的关注日益提高，ABS 系统的装车率也随着汽车工业的发展及其自身技术的进步逐年提高。是否装有 ABS 装置，已经成为车辆性能评价时的一个重要依据。自 90 年代开始，一些知名汽车公司(如通用、奔驰、宝马等)己在其生产的轿车上 100%地装备了防抱死制动系统 ABS。到 90 年代末，美、日、欧等发达国家及地区基本上每一辆新生产的汽车都装有 ABS。近年来，ABS 在我国也得到快速推广和应用，如一汽大众、二汽富康、上汽通用、奇瑞、重庆长安、陕西汉江等汽车生产厂家，均早己在其生产的汽车上加装了 ABS。机械工业部在“九五期间重点发展的 60 种零部件及被推荐的生产企业”目录中，将制动系统的防抱死装置和防滑装置列在第二项(第一项是汽油机电控系统)，且该项是仅有的三项无被推荐的生产企业的产品之一。由此，我国的 ABS 产品开始进入重点发展时期。随着 ABS装置的快速发展和广泛应用，如何对其工作性能进行全面的检测就显得越来越重要。我国从 80 年代以来就开始实施对在用汽车的整车性能进行定期强制性检测，90 年代以来开始对汽车制造企业也要求进行整车出厂性能的全面综合测试。为此，在国内的公安、交通及汽车制造部门分别建立了大量的汽车安全性能、综合性能以及出厂质量检测线。在这些检测线中，对汽车的制动性能检测是最为重要的检测项目。虽然经过了近 20 年的发展，目前在国内各种汽车检测线中，对汽车制动性能的检测方法，仍然都是利用反力式制动试验台来测试汽车的最大制动力、制动协调时间、制动力过程差、驻车制动力、制动拖滞力等参数以评价汽车的制动性能。但是，对于目前大量的安装有 ABS 的车辆，这些参数的测量根本不能反映其实际的制动效果。因为装有 ABS长春理工 大学 刘董事长 毕业论文（设计）7的汽车，其制动过程与未装 ABS 的汽车有较大区别。装有 ABS 的汽车在进行制动时，其制动力上升到一定程度后，ABS 装置开始自动调节制动缸的制动压力，使车轮始终保持在一定的滑移率范围之内，从而获得最大地面制动力。在这一过程中，制动缸中的液压处于不停的变化之中，汽车车轮的减速度也随之不断变化。反力式制动试验台只能对未装 ABS 的车辆的制动性能进行检测，其滚筒转速较低，制动测试时的车速较低，如果对装有 ABS 的车辆进行制动性能检测，在此低速下 ABS 根本不可能工作，同时轮胎与滚筒之间的附着系数也是一个固定值，不能模拟测试在路面附着系数发生变化时ABS 的工作性能。因此，如何实现对装有 ABS 车辆的制动性能进行不解体台架测试的问题就成为我国汽车安全和综合性能检测行业以及汽车制造企业急需解决的问题。目前国内一些研究院所及大专院校的相关研究部门虽然针对该问题在理论上进行了一些探讨，但还没有真正地进行相关设备的研究与开发。国外像日本弥荣以及德国的少数企业虽然己生产出成套的 ABS 检测台，但是其检测台只能完成某种单一路面情况下的制动效能模拟试验，不能完成国内外 ABS 试验标准中规定的不同路面组合工况下对 ABS 系统性能的全面测试，并且价格昂贵，像日本弥荣每套产品约人民币 400 万元，显然不适合中国国情。 国内对汽车 ABS 工作性能的检测广泛采用的方法是路试。路面虽然能较全面地检测装配 ABS 的车辆在各种路面上的制动性能，但是该方法试验费用高、周期长、精度低，受环境及道路条件的影响大，难以实现对所有车辆的定期测试。为了有效克服 ABS装车路试过程中存在的缺陷，实现对 ABS 工作性能检测的精确化与台架化无疑是最佳途径。目前国内对 ABS 试验台架的研究，多是利用计算机对其中的某一或某些部分进行仿真，并不能如实反应 ABS 系统在汽车制动时的动态控制情况。现阶段对 ABS 检测台的理论研究方法大体类似，主要在模拟汽车的平动惯性和路面的附着系数变化上有一些区别，具体提出了三种形式:1、以飞轮组的转动惯量模拟汽车的平动惯量，采用补偿电贯量的方案实现连续模拟;通过专门的控制电路及模拟施加不同的车轮制动力实现对道路附着系数的有效模拟。2、直接用电机驱动汽车车轮，采用自藕变压器来调整电机工作电压，从而调整电长春理工 大学 刘董事长 毕业论文（设计）8机与车轮转速来模拟各种行驶车速;通过调节带传动中皮带的松紧来调整摩擦力的大小，以模拟汽车在不同附着系数路面上的制动情况。3、以飞轮组的转动惯量模拟汽车的平动惯量，通过调节变频调速电机输入电流的频率实现连续模拟;用扭矩控制器控制滚筒实现对道路附着系数的有效模拟。据初步调查统计，目前国内还没有真正进行汽车 ABS 试验台及测试分析系统的产品化开发研制，也没有相关的专利问世。1.1.3 台 架 制 动 实 验 台 的 特 点 及 发 展 前 景相对于道路试验检测来说，台架检测方法具有许多突出的优点:（1）检测过程简单，时间短。针对制动系统制动性能的检测，每辆车只需要 3 -5 分钟，因此，如果将制动检测试验台安装到目前国内的汽车性能检测线上使用，对整条检测线的检测速度影响很小。(2)设备占地面积小，可以作为一个单独的工位加装在目前我国正在普遍使用的汽车性能检测线上，从而能够在汽车年检中完成对汽车制动系统的性能检测。(3)检测过程受环境因素影响较小。由于台架检测是在室内进行，所以不会受到天气、侧向风等自然条件的影响。(4)设备耗资低，根据市场需求可实行产业化生产。台架检测法有许多道路检测法所不具备的优点，但是也存在一些不足，由于台架检测法所采用的方法是模拟路面制动状况并进行检测