張永新

(北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京 100070)

1 引言

本文設(shè)計(jì)的奧迪A6 ABS實(shí)驗(yàn)臺(tái)是以室內(nèi)多媒體教學(xué)為重點(diǎn)，故明確的目標(biāo)就是設(shè)計(jì)盡量簡(jiǎn)潔、合理、直觀并安全，有針對(duì)性地確定實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)，選擇各元器件，連接電路，以便能使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)期間能直觀地了解掌握ABS的工作原理并使之加深印象，達(dá)到良好的教學(xué)效果。

2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

2.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)總體方案的選擇和確定

實(shí)驗(yàn)臺(tái)外觀采用較為普遍的L型臺(tái)架，鋼架結(jié)構(gòu)形式支承整個(gè)系統(tǒng)，這樣既能減少材料節(jié)省成本，也減輕了整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的質(zhì)量，便于整體移動(dòng)?？刂泼姘宀捎糜操|(zhì)白色塑料，同樣也達(dá)到了節(jié)省成本減輕重量的效果?？紤]到實(shí)驗(yàn)臺(tái)用于室內(nèi)多媒體教學(xué)，所以在滿足系統(tǒng)硬件安置空間的前提下，外型尺寸不宜過(guò)大，同時(shí)考慮方便學(xué)生觀察實(shí)踐也不能過(guò)小，初步定外型尺寸（長(zhǎng)×寬×高）為1800×1300×1300mm。

（1）、控制部分布置特點(diǎn)：控制部分呈一梯形臺(tái)架于主體臺(tái)架的左上方。在下面俯視展開(kāi)圖2-1中ABCD為控制柜顯示面板，包含點(diǎn)火開(kāi)關(guān)、自診斷接口、電源指示燈、ABS警示燈、制動(dòng)故障指示燈、4個(gè)四位七段數(shù)碼管顯示、ABS實(shí)驗(yàn)臺(tái)電路原理圖（圖中設(shè)置了16個(gè)信號(hào)參數(shù)檢測(cè)端口）、主控部分連接插座孔。EFHG則為一可拆裝式擋板，用于控制部分的連接電線、熔斷器盒及輪速顯示用的AT89S52單片機(jī)板子均安放在控制柜內(nèi)部。

（2）、主體部分布置特點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)臺(tái)主體部分主要用于安放車輪、傳動(dòng)軸、電機(jī)、帶傳動(dòng)等機(jī)械部件，但由于本實(shí)驗(yàn)臺(tái)參照奧迪A6車型的ABS系統(tǒng)設(shè)計(jì)，奧迪A6采用了BOSCH5.3ABS系統(tǒng)，制動(dòng)壓力調(diào)節(jié)器和ABS系統(tǒng)的ECU制成一體。

2.2 ABS實(shí)驗(yàn)臺(tái)基本工作原理

在以多媒體教學(xué)的前提下，ABS實(shí)驗(yàn)臺(tái)的基本工作原理可以從機(jī)械系統(tǒng)和電控系統(tǒng)兩個(gè)方面來(lái)闡述：

一、機(jī)械系統(tǒng)：動(dòng)力由驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供，電機(jī)電源采用380V/50HZ的外接電源，并可通過(guò)變頻調(diào)速器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)工作后，通過(guò)兩個(gè)帶傳動(dòng)帶動(dòng)兩根傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)力再傳到四個(gè)車輪。制動(dòng)部分和原車制動(dòng)系統(tǒng)工作過(guò)程相同，踩下制動(dòng)踏板，液壓系統(tǒng)傳遞制動(dòng)力使制動(dòng)盤工作，降低車速。當(dāng)?shù)陀谥付ɑ坡蕰r(shí)，ABS系統(tǒng)動(dòng)作，將滑移率控制在某一范圍內(nèi)。

二、電控系統(tǒng)：由蓄電池供電，通過(guò)熔斷絲、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)到達(dá)ABS電腦，使各個(gè)輪速傳感器、指示燈、輪速顯示模塊等處于工作狀態(tài)。其中模擬故障開(kāi)關(guān)為常閉型，正常狀態(tài)下電路均通電。通過(guò)通斷故障模擬開(kāi)關(guān)可設(shè)置多個(gè)系統(tǒng)故障，這樣即可要求學(xué)生診斷并排除故障。顯示面板上印有實(shí)驗(yàn)臺(tái)電路原理圖，圖中設(shè)有 (C1～C16)16個(gè)信號(hào)檢測(cè)端子，端子設(shè)置位置和實(shí)際電路相對(duì)應(yīng)。這樣可在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中方便直觀地利用萬(wàn)用表、試燈等檢測(cè)工具測(cè)出相應(yīng)的信號(hào)或參數(shù)，以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)ABS系統(tǒng)電路的理解和掌握能力。

3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

ABS實(shí)驗(yàn)臺(tái)由多個(gè)元器件組成，在選擇部件的同時(shí)還應(yīng)考慮到實(shí)用性、使用環(huán)境、制造成本、安全性等多方面的因素。

3.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源的選擇

在該套ABS實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)中，需要使用電源的有 ABS電腦（5V/12V）、輪速顯示模塊(5V)、指示燈(5V)、電動(dòng)機(jī)（380V）。由于系統(tǒng)中的用電設(shè)備并不多，為了節(jié)約成本，控制電路部分采用一12V的蓄電池作為電源，機(jī)械部分則將民用的380V作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電源。

3.2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇

在本系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)是實(shí)驗(yàn)臺(tái)的動(dòng)力源，為了模擬不同車速下的制動(dòng)，要求電動(dòng)機(jī)調(diào)速方便，啟動(dòng)較快。電動(dòng)機(jī)是系列化的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，其中以三相異步電機(jī)應(yīng)用為最廣?？紤]到實(shí)驗(yàn)臺(tái)的具體工作環(huán)境和要求，選用Y系列的電動(dòng)機(jī)，并對(duì)照常用三相異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品型號(hào)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合，初步確定為小型三相異步電動(dòng)機(jī)。經(jīng)過(guò)計(jì)算并根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版選小型三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YCT2-250，標(biāo)稱功率為30kw,額定轉(zhuǎn)矩186N·m。

3.3 變頻調(diào)速器的選擇

為了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)制動(dòng)研究的需要，要求電動(dòng)機(jī)能夠便于調(diào)速，所以使用變頻調(diào)速器進(jìn)行調(diào)速。

變頻器類型的選用，要根據(jù)負(fù)載的要求來(lái)進(jìn)行。由于本ABS實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)的電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)皮帶輪，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩正比于轉(zhuǎn)速的平方，低速下負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小，通?？梢赃x用普通功能型U/f控制變頻器。通過(guò)查閱《交流變頻調(diào)速器選用手冊(cè)》，初步選用惠豐HFV－315型變頻器。

4 系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)

4.1 奧迪A6 ABS系統(tǒng)原始電路的分析、整理

設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)臺(tái)電路的第一步就是將奧迪A6 ABS系統(tǒng)的原始電路圖進(jìn)行詳細(xì)的分析，理解并最終整理出一套純粹的包含電源、接地、電腦、傳感器、執(zhí)行器及輔助件（如導(dǎo)線、熔斷絲等）的ABS系統(tǒng)電路原理圖。只有首先有這樣一幅圖為基礎(chǔ)，才能融入其他的電器元件并通過(guò)正確的連接組合成整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)電路系統(tǒng)。

4.2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)主體部分電路設(shè)計(jì)

主體部分設(shè)計(jì)的電路相對(duì)較少，ABS ECU放在主體臺(tái)架內(nèi)，它引腳上的很多連線都將和控制柜內(nèi)的元件相連接。此外，在主體部分還涉及到電機(jī)調(diào)速變頻器的連接線路及傳感器信號(hào)線上的檢測(cè)孔的連接等。

4.3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制部分電路設(shè)計(jì)

控制部分電路是實(shí)驗(yàn)臺(tái)電路最重要的組成部分，即相對(duì)主體以機(jī)械部分為主，控制部分以電路為基礎(chǔ)，將實(shí)驗(yàn)臺(tái)所需的開(kāi)關(guān)、指示燈等元件相連接起來(lái)?？刂撇糠蛛娐返脑O(shè)計(jì)主要是在從原始電路中整理出來(lái)的ABS系統(tǒng)電路圖上加入或舍去一些線路元件,詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程如下:

4.3.1 輪速信號(hào)顯示模塊設(shè)計(jì)

ABS實(shí)驗(yàn)臺(tái)顯示面板上對(duì)四個(gè)車輪均用四位七段LED數(shù)碼管設(shè)有輪速顯示模塊。通過(guò)從輪速傳感器上采集到轉(zhuǎn)速信號(hào)送到顯示模塊內(nèi)的單片機(jī)，信號(hào)再經(jīng)過(guò)處理，由LED顯示。顯示模塊主要硬件單片機(jī)AT89S52、四位七段LED84S數(shù)碼管、時(shí)鐘電路。

4.3.2 故障開(kāi)關(guān)的選擇布置

故障開(kāi)關(guān)是ABS實(shí)驗(yàn)臺(tái)作為多媒體教學(xué)設(shè)備的特色設(shè)置，可在教學(xué)過(guò)程中通過(guò)通斷開(kāi)關(guān)人為設(shè)置故障，學(xué)生就可用相應(yīng)的檢測(cè)工具進(jìn)行故障診斷、分析、排查，從而加強(qiáng)學(xué)生實(shí)際操作能力。

本次設(shè)計(jì)的故障開(kāi)關(guān)均為常閉開(kāi)關(guān)，分布在多條線路上，考慮到故障開(kāi)關(guān)的通斷狀態(tài)需在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)具有一定的隱蔽性，故將它的位置設(shè)在控制柜的側(cè)面。

4.3.3 檢測(cè)端口的布置

和故障開(kāi)關(guān)相似的，檢測(cè)端口也是實(shí)驗(yàn)臺(tái)的特殊設(shè)計(jì)。不同的是開(kāi)關(guān)用于設(shè)置故障，而檢測(cè)端口的設(shè)計(jì)就是為了方便地通過(guò)檢測(cè)相應(yīng)的信號(hào)或參數(shù)從而排除故障。

5 系統(tǒng)的測(cè)試和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

目前本系統(tǒng)的軟硬件開(kāi)發(fā)工作已基本完成，對(duì)系統(tǒng)做了測(cè)試，并開(kāi)發(fā)了一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，總體來(lái)說(shuō)，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。目前基于該系統(tǒng)可開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)有：汽車常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成認(rèn)知實(shí)驗(yàn)；ABS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成認(rèn)知實(shí)驗(yàn)；汽車常規(guī)制動(dòng)工作過(guò)程演示實(shí)驗(yàn)；ABS系統(tǒng)制動(dòng)工作過(guò)程演示實(shí)驗(yàn)等。

總結(jié)

本系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)如下：通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)車輪在不同轉(zhuǎn)速下進(jìn)行制動(dòng)；可動(dòng)態(tài)設(shè)置ABS系統(tǒng)故障。符合教學(xué)對(duì)ABS系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的要求；設(shè)置了和實(shí)驗(yàn)臺(tái)原理圖相融合的檢測(cè)端口，更便于教學(xué)過(guò)程中實(shí)際故障排除操作的方便性。以上是本人對(duì)該項(xiàng)目的一個(gè)粗淺的總結(jié)，不妥之處敬請(qǐng)指正。

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