汽车ABS动态性能测试平台设计与研究

谢康+申荣卫+何泽刚+武筱菲

摘 要：针对目前的市场需求，设计了汽车ABS动态性能测试平台。对测试平台的组成和工作过程进行了阐述，并对测试平台的“车轮与虚拟地面”结构、电气控制系统、数据采集和分析系统进行了设计。测试平台能满足培训、教学、检测和开发的基本功能要求。

关键词：ABS；动态性能测试；数据采集；制动压力

中图分类号：U467.4 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.09.009

随着ABS技术在汽车上的广泛应用，对ABS技术的培训、教学、检测及开发等方面的需求也越来越大。由于ABS在实车上进行培训、教学、检测和开发存在成本高、不直观和危险性大等问题，因此，开发性能稳定、价格适中和功能齐全的ABS动态性能测试平台十分必要。

1 汽车ABS概述

汽车ABS主要由ECU、轮速传感器、电磁阀和继电器等组成。在制动过程中，ECU通过采集轮速传感器信号，根据自身控制算法控制电磁阀动作，实现对车轮制动压力的增大、保持和减小过程，使滑移率保持在最佳滑移率（20%）左右，确保车轮不抱死，从而保证车辆的行驶稳定性，并在一定程度上缩短制动距离。

2 测试平台的基本功能

可实现ABS的制动模拟，通过制动过程中车轮与摩擦毂的相对运动状态，直观观察ABS的工作过程；通过数据采集和分

析系统，可实时、动态采集制动过程中车轮速度、汽车车速、滑移率的变化和制动距离。

3 测试平台的基本组成和工作过程

3.1 测试平台的基本组成

测试平台基本组成如图1所示。

测试平台主要由电气部分、传动部分和数据采集部分等组成。主要包括变频调速器、三相异步电机、摩擦毂、制动盘、车轮、车轮轮速传感器、飞轮、飞轮轮速传感器、前后轴、皮带、数据采集卡和计算机等。

3.2 测试平台的工作过程

电机提供动力，通过带传动带动前、后轴和轴上的飞轮、摩擦毂转动。由于摩擦力的存在，车轮会随着摩擦毂一起转动。当踩下制动踏板时，电机不提供动力，摩擦毂和飞轮在惯性作

用下继续转动。此时，通过数据采集卡对传感器信号进行采集，并传输到计算机上位机程序中进行分析和处理。

图1 测试平台组成示意图

4 测试平台设计

4.1 “车轮与虚拟地面”结构设计

附着系数是附着力与车轮法向（与路面垂直的方向）压力的比值。附着系数主要决定于路面状况、轮胎结构、道路材料、汽车运行的速度和胎面的花纹、材料等因素。在制动过程中，附着系数对汽车ABS性能的发挥起着至关重要的作用。如图2所示，通过“车轮与虚拟地面”结构设计，一方面可通过调整螺钉和调整滑块控制车轮与摩擦毂的压紧程度，模拟车轮与地面之间不同附着情况；另一方面，可通过更换不同表面摩擦系数的摩擦毂，模拟不同附着系数的地面。

图2 “车轮与虚拟地面”结构示意图

4.2 电气控制系统设计

测试平台电气控制系统主要分为电机控制部分和电气供电部分，如图3所示。电机控制部分输入380 V交流电，经变频器到电机；电气供电部分输入220 V交流电，经开关电源，转换为12 V和5 V直流电到ECU、制动开关、传感器和信号处理电路。

4.3 数据采集和系统设计分析

上位机程序基于National Instruments公司的LabVIEW进行编写，LabVIEW是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。数据采集卡采用研华公司的PCI-1716.PCI-1716带有250 KS/s的16位A/D转换器，1 K用于A/D的采样FIFO缓冲器，可提供16路单端模拟量输入或8路差分模拟量输入。

当测试平台工作时，数据采集系统通过数据采集卡中的A/D通道实时采集ABS的相关传感器信号，并在LabVIEW前面板内以波形和数字的方式实时显示，以便于对ABS工作过程中的性能参数进行分析和研究。主要采集的传感器信号有4个车轮轮速信号、2个飞轮轮速信号和制动开关信号等。具体如图4所示。

5 测试平台试验

在测试平台上模拟汽车在初速度为50 km/h时的制动情况。

汽车制动过程中的动态参数变化如图5所示。左侧显示的为实时采集的飞轮轮速、车轮轮速和制动开关信号，右侧显示的是经过上位机程序分析得到的整个制动过程中车速、制动减速度、车轮角减速度和滑移率的变化。从滑移率的变化曲线可知，由于ABS的作用，制动过程中滑移率保持在20%左右。

图4 测试平台数据采集与分析系统

图5 汽车制动动态参数采集和分析前面板图

通过对飞轮轮速信号脉冲的采集，分析得到试验中的汽车制动距离，结果如图6所示。

图6 汽车制动距离测量前面板图

6 结束语

本文中设计的汽车ABS动态性能测试平台一方面可用于应用型本科院校和职业院校的教学和演示；另一方面，可用于检测和开发，通过对采集的制动参数进行分析和比较，可加快ABS控制器的研发进程。

参考文献

[1]台晓虹，申荣卫，顾兰智.基于虚拟仪器技术的汽车ABS系统试验台研制[J].拖拉机与农用运输，2006（08）：64-65，68.

[2]李建秋，赵六奇，韩晓东，等.汽车电子学教程[M].北京：清华大学出版社，2006.

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