基于虚拟技术的汽车制动仿真系统实现

基于虚拟技术的汽车制动仿真系统实现

作者：周涛

来源：《职业·中旬》2011年第08期

随着防抱死制动系统 (anti-lock braking system，ABS)的逐渐普及，合理地使用和维修汽车制动防抱死装置已成为广大汽车用户及汽车维修人员必须面对的问题。

一、系统概述

基于虚拟技术的汽车制动仿真系统采用上、下位机的数据采集和控制系统。数据采集卡功用主要是对扭矩信号、车速信号、制动压力信号和轮速信号进行采集，上述信号都需要通过信号调理电路转变成能够识别的电信号。控制界面采用LabVIEW软件设计，可实时显示车速、轮速、制动时间、制动压力和制动距离。同时增设的故障设定的按键和指示，使得学生在训练的过程中能够增加具体的操作。

汽车制动防抱死系统是在传统制动系统基础上增加了一套防抱死控制装置而形成的。它主要由轮速传感器、制动压力调节装置、电子控制装置（ABS ECU）、ABS警告灯等组成。轮速传感器用于检测轮速的变化，并将轮速变化信号输送给ABS电脑，它通常安装在随车轮或驱动轴一起旋转的齿圈处并与齿圈对正安装；ABS ECU是制动防抱死系统的控制中枢，其作用是接受轮速传感器及其他传感器输入的信号，并按特定的控制逻辑对信号进行处理，形成相应的控制指令，以实现对制动压力调节装置的控制。此外，电子控制装置还对系统的工作状态进行监测和检查，系统出现故障时，ABS警告灯发出警示信号，与此同时，电子控制装置使制动防抱死系统停止工作，车辆转为常规制动状态。制动压力调节装置用于接受来自电子控制装置的控制信号，并根据该信号对轮缸制动压力进行调节，防止制动过程中车轮被抱死。

汽车制动踏板首先处于松开状态，调整磁粉离合器激磁电流数值，即设定路面种类，控制电机带惯性飞轮旋转，当车速大于10 km/h时，ABS控制器便可以感受轮速的变化，当轮速达到规定值时，踩下制动踏板，制动器便开始工作，轮度下降，轮速传感器测得转速变化，电控单元通过控制电磁阀的通断来调整制动压力。从而得到在实际制动过程中，在附着系数不同的路面上控制车轮滑移的工况。

数据采集卡的任务是把模拟信号转换成数字信号，形成计算机能够处理的数据，并且大多可以直接进行数字信号的输入和输出。本系统选用实验室现有的北京阿尔泰科贸有限公司生产的外挂式数据采集卡——USB2010，USB2010 模板是 USB 总线兼容的数据采集板，可经 USB 接口接入计算机，构成实验室、产品质量检验中心、野外测控、医疗设备等领域的数据采集、波形分析和处理系统，也可构成工业生产过程控制监控系统。而且它具有体积小，即插即用等特点，因此特别适合本系统的车载电脑作输入输出接口。

故障设置与排除系统用于对制动防抱死系统进行故障诊断与排除的仿真训练。该系统由鼠标点击显示器上的相应按钮将故障代码输入电脑，通过电脑控制在ABS系统中所设置的不同的执行器动作，实现故障的仿真设置。故障诊断完成后，再通过鼠标点击显示器上的故障消除按钮将所设故障消除，而且系统可以对故障判断的正确性进行评判。

二、系统功能及效果

汽车制动仿真系统主要实现了如下功能：设计制作了汽车制动防抱死检测试验台的实体框架结构及其驱动系统，实现了ABS系统的组成、结构及各机件的连接关系的真实展现；设计了轮速检测及显示系统，以反映制动前车辆的行驶速度及制动过程中轮速的变化规律；设计了故障仿真设置及排除系统，用于汽车使用与维修人员对ABS系统常见故障进行诊断及排除的仿真训练。

基于虚拟仪器技术的汽车制动仿真系统，其硬件设计简单合理，并充分体现了软件就是仪器的设计思想，通过硬件与软件的有机结合，完全可以满足对汽车 ABS制动系统进行有效的仿真。该实验台采用了运转平稳、工作可靠的液压驱动系统，通过液压驱动系统中调压阀及节流阀的调整，可以较好地仿真不同车速、不同附着系统路面上汽车制动时ABS系统的工作情况。

汽车制动防抱死检测试验台研究开发的故障仿真设置与排除系统可以对ABS系统的所有故障码所对应故障进行仿真设置，使用该装置有助于本专业从业人员素质与技能的迅速提高。

该实验台采用了较为先进的计算机控制与操作系统，故障设置与清除操作简单、快捷，功能较为完善，使用效果良好。

除此之外，该实验台还设计了应急快速断电、电动机过载保护、液压驱动系统最高工作压力限定等可靠的安全保险系统，保证了该装置的使用安全。

（作者单位：山东交通职业学院）