汽车ABS性能的台架试验评价方法研究

一、前言 防抱死制动系统（ABS）是车辆制动时防止车轮抱死的一种装置，可以提高汽车制动过程中的操纵稳定性和缩短制动距离。随着以微处理器为核心的电子技术出现ABS产品有了重大突破，真正达到了实用化。现在ABS已经几乎成了标准件。全面评价ABS的性能主要是依据其性能评价指标，但目前对ABS性能评价在国内外尚无统一的标准来作为依据。国外ABS的评价方法主要为道路试验法，较权威的是欧洲ECER13法规。我国国家标准GB13594-2003《机动车和挂车的防抱死制动系统性能和试验方法》也是参照欧洲ECER13法规制定的。 目前，对汽车ABS检测方法主要有室外装车的道路试验和室内台架试验两种。对于室外道路试验，国内的汽车制动试验场在路面的组成、机构及其各路面附着系数的组合上还达不到严格的要求，所以在评价ABS的综合性能时，仍然要按现行的汽车制动方面主导性的国家强制性标准即GB12676-1999《汽车制动系统结构、性能和试验方法》和GB7258-1997《机动车运行安全技术条件》来执行。而且道路试验具有一定的危险性，需要耗费大量时间和资金，特别对于ABS开发中和ABS成品上市装车前的测试易受到白然条件的限制。另外，对于ABS环境试验测试，如耐高温、高寒、电磁兼容性等，需要在紧凑而且密封环境下进行。鉴此，国内外有些厂商和研究机构着手开发了或正在研制ABS检测试验台，利用台架试验方法来实现对ABS综合性能的测试，从而大人节约测试费用，缩短测试周期，增加测试的安全性和可靠性。随着现代技术的发展ABS测试法规也需要不断得到修订和完善，因而ABS性能评价的研究尤为重要。 二、国内外ABS台架试验研究 国内外已经在车辆上普遍装用防抱死制动系统，国外有很多著名的ABS厂商，国内也正在积极加紧研制ABS。由于各厂商及研究机构的实际水平与能力不同，国内外在ABS检测试验台的研发上也参差不齐，台架试验方法也不同。 由于国外著名ABS厂商在ABS台架检测试验技术上对我国实行封锁，国内自主研究早期对于ABS测试试验台采用的设计思路基本上是台架试验模拟道路试验，其试验台结构如图1。ABS检测试验台基本上由以下几部分组成：动力源电动机、电磁滑差离合器、旋转飞轮、主动滚筒、从动滚筒、测速滚筒及速度传感器。其设计原理是，通过旋转飞轮及其他旋转部件的运动为汽车提供与实际制动时等效的车轮转矩。采用粘沙滚筒支撑车轮，由于计算机控制电磁滑差离合器结合程度，为车轮提供不同的制动阴力，以模拟在不同附着系数路面上的制动过程。测速滚筒与车轮紧密接触，它装有速度传感器，能测出车轮的实际运动线速度。其工作过程是，当车辆行驶到试验台上后，通过光电开关检测车辆是否到位，如果到位，将向计算机传送到位信号。计算机收到信号后，向电动机发送启动指令，电动机开始启动，带动旋转飞轮、主动轴转动，主动轴通过电磁滑差离合器带动主动滚筒、车轮、测速滚筒、从动滚筒转动。速度传感器向计算机传输车轮的线速度值，当车轮的线速度达到一定值时，计算机向电动机发出停止运转指令。但是，由于飞轮及其它一些旋转部件己经储备了一定的旋转动能，所以飞轮及其它旋转部件将继续带动车轮旋转。当驾驶员踏下制动踏板时，计算机发出指令控制电磁滑差离合器的结合程度，随后计算机采集速度传感器传输进来的车轮线速度信号，建立数学模型，直到车轮线速度为零为止。计算机将建立的数学模型同内部已建成的标准数学模型进行比较，对ABS工作是否正常作出判断。计算机通过调整电磁滑差离合器的结合程度，实现模拟汽车在各种不同附着系数路面上制动过程的测试目的。 这种试验台与道路测试相比减少了以往路面测试所需的测试场地及复杂的路面情况，能够在极短时间内完成车辆在各种路面上的测试，并且通过计算．机快速分析，得出结果，大大提高了检测效率，节约了资金和时间。但是该测试台只能单一分析ABS制动性能是否正常，对于ABS综合性能参数以及制动执行机构和轮速传感器工作性能、ABS环境适应性ABS抗电磁干扰能力等不能进行测试。因此这种台架试验方法没有得到广泛应用。 近年来，随着计算机技术的高速发展以及车辆动力学模型的不断完善，混合仿真技术已经逐步成为ABS开发与测试过程中的重要手段。混合仿真是一种实时仿真技术，它把部分实际产品利用计算机接口嵌人到软件环境中去，并要求系统实时运行。图2为国内开发的一种ABS混合仿真试验台原理示意图。该试验台架可以根据试验目的任意组合软件模块及实际部件，构成不同形式的闭环仿真系统。它有如下主要功能：ABS控制逻辑的研究；ABS液压系统动态特性的研究；ABS传感部件的研究；ABS性能评价；ABS车型匹配的研究。其中在台架采取1-A,2-D,3-F,4-G,5-I连接方式，可以实现对ABS性能测试试验。通过计算机输人车辆及道路情况参数，模拟不同的车辆及路面情况。当测试结束后，通过试验数据以及曲线分析ABS的制动性能。通过其他连接方式可以测试ABS其他部件的性能，如压力调节器电磁阀的动作规律等性能。目前国内的采用混合，仿真系统的台架试验只是处于研究阶段，还没有广泛用于实际ABS测试当中。 在国外，由于计算机技术很成熟，很多专门的公司开发了混合仿真的计算机平台，如美国NI公司的PCI和德国dSPACE公司的dSPACE等。并且众多软件公司开发的车辆动力学模型软件能够模拟不同车辆及道路情况而月越来越精确，如美国机械仿真公司的CarSim和TruckSim,以及德国TESIS公司的Tesis。国外大型的汽车及汽车电子产品公司，如欧宝、奥迪、通用、博世等都利用ABS硬件在回路仿真（HILS）台架试验方法进行ABSECU的测试。HILS就是实际的控制器和用来代替真实环境或设备的仿真模型一起组成闭环测试系统，难以建立数学仿真模型的部件（如液压系统）可以保留在闭环中，进行整个，系统的仿真测试。如图3是德国奥迪汽车股份公司开发的一种用于测试防抱死制动系统的工业型硬件在回路测试台。AudiHIL,测试工作台中使用了TESIS公司开发的ve-DYNA三维汽车动力学模型，将真实的AudiA8型液压制动系统或AudiA8Quattro四轮驱动的液压制动系统置于一测试架上，该测试架与ABSECU和dSPACESimulator及PC主机等同时相连构成硬件在回路测试台。通过该试验台中dSPACE运行车辆动力学模型ve-DYNA，并实现信号的输人与输出，完成回路。实验时，在dSPACE提供的Con-trotDesk中创建实验文件，在线测试时可以在Con-trotDesk中采集和监控车辆的各个参数（如轮速、轮加速度、制动压力等），通过这些采集的数据可以分析ABSECU的性能。此外还可以很方便在ControlDesk中改变车辆的操纵以及路面信息，例如改变路面的摩擦系数，改变车辆的行驶时间，改变道路情况等，从而在各种不同的仿真条件下对ABSECU进行测试。实验中除了采集实时的车辆参数进行分析外，还要对ABSECU进行故障测试（如电源短路故障）以及ABSECU负载工作能力（如电磁阀）测试。在dSPACE的Simulator上集成了故障模拟部分以及负载模拟部分，通过故障模拟模块可以对车辆90％的故障进行模拟测试。本试验台是通过接人真实的负载来实现负载工作能力的测试。 三、ABS综合性能评价指标 汽车的制动过程非常复杂，涉及了操纵稳定性等诸多因素而难以综合考虑，而ABS的使用效果除了与其控制逻辑、控制模式等系统本身的性能有关以外，还与ABS装车后其控制参数与整车参数的匹配性有着重要关系。单独用一个指标很难判别ABS的性能，只有综合多个指标才能对ABS综合性能做出较合理的评价。根据计算机仿真的ABS台架试验的特点，提出了ABS制动性能和ABS电磁阀性能定量评价指标。 评价指标有：车速υ、轮速υ0、制动主缸压力值p0、各制动轮缸压力值p、制动轮缸压力均值p′、制动压力均方差DP。在计算机仿真的测试台中，通过计算机计算车速υ和轮速传感器测试轮速υ0；通过压力传感器接人制动回路中测试制动主缸压力值P0、各制动轮缸压力值p；通过车速、轮速值与制动时间对应曲线，观察车轮速度变化，判断制动中是否抱死，图4为车速、轮速曲线；通过计算机采集数据绘制压力曲线，分析制动轮缸压力变化，图5为各制动轮缸压力曲线；由计算公式得到制动轮缸压力均值p′和制动压力均方差DP，p′越大，则耗能越大，DP越大，则意味着控制的压力波动大，耗能大，控制效果不好。综合这些指标和计算机混合仿真，可以较好地评价ABS制动性能。 评价ABS电磁阀性能指标：阀芯的吸合动作时间t（包括吸合触动时间和吸合运动时间）、触动电流I。动作时间t直接影响控制算法中电磁阀动作时间的选择，触动电流I则反映吸合力的大小。因此，要在保证足够吸合力的前提下，尽可能减小吸合动作时间。 以上给出的ABS计算机仿真台架试验评价指标从制动性能和电磁阀性能两方面综合考虑了ABS的性能，具有一定概括性，但仍然不能全面评价ABS的性能。对于传感器的测试，以及环境试验下的性能指标，仍然需要进一步研究制定。 四、总结 对于目前国内外ABS台架测试方法都采用计算机仿真为测试主体，只是所侧重的ABS检测项目不尽相同，还没有真正意义上用于ABS综合性能检测的试验台以及完整的评价指标，因此我们将致力于为了达到对ABS制动性能、ABS电磁阀性能和传感器性能进行测试，以及完成ABS环境试验等多种功能的ABS计算机仿真台架试验方法的研究，为开发ABS综合性能检测试验台打下基础。 信息来源于：