CN104596777B - 汽车abs液压系统多相流实验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车ABS液压系统多相流实验系统，包括制动液混合与排出模块、机械系统模块、电气系统模块，制动液混合与排出模块可调节制动液油、水、空气各组分比例，并可将制动系统中的制动液排出，高速摄像机和压力传感器可采集制动系统管路中制动液的流型参数并传输至数据处理CPU进行流型识别，平板式制动检测台可检测制动系统的制动力，显示器可显示在不同制动液组分和流型情况下的制动系统制动力的变化。本发明为深入研究汽车ABS液压系统提供了一个高仿真度的平台，实验系统在使用时由用户设置系统参数，总控制电路根据用户设置的系统参数调节系统运作，系统的效率和可靠性高，数据测量速度快，精确度高。

Description

汽车ABS液压系统多相流实验系统

技术领域

本发明涉及一种汽车ABS实验系统，具体涉及一种汽车ABS液压系统多相流实验系统。

背景技术

汽车ABS(防抱死制动系统)是一种重要的汽车主动安全装置，在汽车制动时可以有效地防止车轮抱死，最大程度地保障汽车行驶安全，减少交通意外发生。汽车在制动时，制动管路中制动液的性能是影响ABS制动性能的最大因素。当制动液性能发生变化，特别是ABS液压系统管路内产生多相流时，ABS制动性能会受到很大影响。目前汽车行业和多相流研究领域较少涉及ABS液压系统内部的多相流现象，缺乏汽车ABS液压系统内部多相流现象的研究手段和方法。

现有的汽车ABS实验系统无法对汽车ABS液压系统管道内的多相流现象进行观察，也无法精确检测多相流对汽车ABS系统制动效果的影响，因此需要一种实验系统用于研究汽车ABS液压系统中多相流现象对汽车制动效果的影响。

发明内容

本发明的目的就是提供一种能够准确检测汽车ABS液压系统多相流对汽车制动效果影响的实验系统，具体技术方案如下：

一种汽车ABS液压系统多相流实验系统，包括制动液混合与排出模块、机械系统模块、电气系统模块，所述制动液混合与排出模块包括废液箱、水箱、水泵、空气压缩机、电磁阀A、电磁阀B、混合器、电磁阀C、齿轮油泵A、油箱、输水管道、输气管道、输油管道、齿轮油泵B、电磁阀E、排油管道、电磁阀D，所述机械系统模块包括制动踏板、制动主缸、六通阀、右前制动轮缸、左前制动轮缸、右后制动轮缸、左后制动轮缸、传动装置、前车轮、后车轮、制动碟片、车架，所述电气系统模块包括电机、电机控制器、ABS控制器、流量计、制动液流量变送电路、转速传感器、车轮转速变送电路、拉力传感器、拉力变送电路、称重传感器、重力变送电路。所述制动液混合与排出模块中，水箱与水泵通过输水管道相连，水泵与电磁阀A通过输水管道相连，输水管道最右端与混合器相连，空气压缩机与电磁阀B通过输气管道相连，输气管道最右端与混合器相连，油箱与齿轮油泵A通过输油管道相连，齿轮油泵A与电磁阀C通过输油管道相连，输油管道最左端与混合器相连，电磁阀D与齿轮油泵B通过排油管道相连，排油管道一端与废液箱相连，排油管道另一端与六通阀相连。

所述机械系统模块还包括第一制动管道、第二制动管道、第三制动管道、第四制动管道、透明石英管道A、透明石英管道B、荧光灯、平板式制动力检测台，制动主缸与电磁阀E相通，电磁阀E与混合器相通，六通阀与左前制动轮缸通过第二制动管道相连，第二制动管道靠近左前制动轮缸的部分安装有透明石英管道A，六通阀与左后制动轮缸通过第四制动管道相连，第四制动管道靠近左后制动轮缸的部分安装有透明石英管道B，两个荧光灯分别放置在透明石英管道A后方和透明石英管道B后方，系统的前车轮和后车轮放置在平板式制动力检测台上面。

所述电气系统模块还包括阀门控制器、总控制电路、压力传感器、制动管路压力变送电路、高速摄像机、图像变送电路、数据处理CPU、显示器，阀门控制器与电磁阀A、电磁阀B、电磁阀D、电磁阀E相连，四个压力传感器分别安装在透明石英管道A两端和透明石英管道B的两端，压力传感器与制动管路压力变送电路相连，制动管路压力变送电路与数据处理CPU相连，两台高速摄像机分别安装在透明石英管道A前方和透明石英管道B前方，高速摄像机与图像变送电路相连，图像变送电路与数据处理CPU相连，数据处理CPU与显示器相连，制动管路压力变送电路、制动液流量变送电路、车轮转速变送电路、图像变送电路、拉力变送电路、重力变送电路均与总控制电路相连。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明中的机械系统模拟实车设计，实验条件模拟实车正常工作时的环境，实验系统中的各种电气装置均受到电气系统控制，系统启动后由用户设置系统各参数，各电气设备的工作状态由用户设置的参数决定，保证了系统的可控性和便捷性。

本实验系统具有制动液混合和调节功能，ABS液压制动系统中的制动液的油、水、空气三种成分所占的比例可以根据用户的需要调节，进而可以控制制动液为两相流状态或三相流状态，该功能为定量研究制动液中油、水、空气每种成分所占比例的变化对ABS制动效果的影响提供了平台，也为研究不同制动液流型对ABS制动效果的影响提供了平台，保证了实验的准确性。

本实验系统具有制动液流型识别功能，实验系统中连接左前制动轮缸和左后制动轮缸的制动管道中各安装有一段透明石英管道，系统使用了高速摄像机对透明石英管道中的多相流流型进行拍摄，摄像机拍摄到的流型图像可以直观的展示出制动系统中制动液的流型变化，此外透明石英管道两端安装的压力传感器可以采集透明石英管道两端的制动液压力，制动液压力数据和流型的图像数据被传输至数据处理CPU中，在数据处理CPU中进行流型识别，流型识别采用流型图像处理和压差数据处理结合的方法，增加了流型识别的准确度。

本实验系统具有制动液排出功能，实验完成后开启制动液排出功能，排出装置可将制动系统管道中的制动液抽出，输送至废液箱中，此功能可以防止本次实验使用的制动液与先前实验使用的制动液混合，减小实验误差。

附图说明

图1是本发明汽车ABS液压系统多相流实验系统功能示意图；

图2是本发明的制动液混合与排出模块和机械系统模块示意图；

图3是本发明的平板式制动力检测台示意图；

图4是本发明的电气系统模块示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示的汽车ABS液压系统多相流实验系统功能，本系统包括制动液混合与排出模块、机械系统模块、电气系统模块，本系统的三个模块具有装置控制、数据测量和处理、数据显示、辅助功能四大功能，其中装置控制功能包括：电机转速控制、电磁阀关断控制、ABS控制、制动管路压力采集控制、制动液流量采集控制、车轮转速采集控制、流型图像采集控制、制动力采集控制、重力采集控制，数据测量和处理功能包括：制动管路压力测量与处理、制动液流量测量与处理、车轮转速测量与处理、制动液流型图像测量与处理、制动系统制动力测量与处理、系统重力测量与处理，数据显示功能包括：各装置工作状态显示、流型图像和流型类型显示、电机转速和车速显示、制动系统制动力显示，辅助功能包括：系统开关、制动液排出。

如图2至图4所示的制动液混合与排出模块、机械系统模块和电气系统模块结构，所述制动液混合与排出模块包括废液箱1、水箱2、水泵3、输水管道4、空气压缩机5、电磁阀A6、电磁阀B 7、输气管道9、混合器10、输油管道11、电磁阀C 12、齿轮油泵A 13、油箱14、齿轮油泵B 15、电磁阀E 17、排油管道32、电磁阀D 35；水箱2、水泵3、电磁阀A 6从左至右依次通过输水管道4相连，输水管道4最右端与混合器10相连，空气压缩机5、电磁阀B 7通过输气管道9相连，输气管道9最右端与混合器10相连，油箱14、齿轮油泵A13、电磁阀C 12从右至左依次通过输油管道11相连，输油管道11最左端与混合器10相连，混合器10与电磁阀E 17通过管道相连，电磁阀E 17与制动主缸18通过管道相连，齿轮油泵B 15和电磁阀D 35安装在排油管道32上，排油管道32一端与废液箱1相连，排油管道32另一端与六通阀20相连，电磁阀A6、电磁阀B 7、电磁阀C 12的开断可以调节，用于控制油、水、空气三种成分在制动液中所占的比例，三个电磁阀都开通时制动液为油水气三相流状态，断开电磁阀A时，制动液为油气两相流状态。

所述机械系统模块包括制动主缸18、制动踏板19、六通阀20、第一制动管道21、第二制动管道22、第三制动管道23、第四制动管道24、右前制动轮缸25、左前制动轮缸31、右后制动轮缸41、左后制动轮缸39、透明石英管道A 34、传动装置37、透明石英管道B 38、荧光灯29、前车轮28、后车轮40、制动碟片26、车架42、平板式制动力检测台43，车架42是机械系统的连接和固定支架，机械系统模块的前车轮28放置在平板式制动力检测台43前部，后车轮40放置在平板式制动力检测台43后部，电机36与传动装置37相连，六通阀20与右前制动轮缸25通过第一制动管道21相连，六通阀20与左前制动轮缸31通过第二制动管道22相连，第二制动管道22靠近左前制动轮缸31的部分安装有透明石英管道A 34，透明石英管道A 34后方安装有荧光灯29，六通阀20与右后制动轮缸41通过第三制动管路23相连，六通阀20与左后制动轮缸39通过第四制动管道24相连，第四制动管道24靠近左后制动轮缸39的部分安装有透明石英管道B 38，透明石英管道B 38后方安装有荧光灯29。

所述电气系统模块包括ABS控制器16、阀门控制器46、电机36、电机控制器47、总控制电路48、压力传感器30、制动管路压力变送电路49、流量计8、制动液流量变送电路50、转速传感器27、车轮转速变送电路51、高速摄像机33、图像变送电路52、拉力传感器45、拉力变送电路53、称重传感器44、重力变送电路54、数据处理CPU 55、显示器56，阀门控制器46与电磁阀A 6、电磁阀B 7、电磁阀D 35、电磁阀E 17相连，控制各电磁阀的开断和开口大小，电机控制器47与电机36相连，控制电机36转速，总控制电路48控制阀门控制器46、ABS控制器16和电机控制器47，四个压力传感器30分别安装在透明石英管道A34两端和透明石英管道B38的两端，压力传感器30与制动管路压力变送电路49相连，三个流量计8分别安装在输水管道4、输气管道9和输油管道11上，流量计8与制动液流量变送电路50相连，两台高速摄像机33分别安装在透明石英管道A 34和透明石英管道B 38的前方，高速摄像机33与图像变送电路52相连，拉力传感器45安装在平板式制动力检测台43后端，拉力传感器45与拉力变送电路53相连，称重传感器44安装在平板式制动力检测台43下方，称重传感器44与重力变送电路54相连，以上所述所有变送电路都与数据处理CPU 55相连，将传感器采集到的数据传输至数据处理CPU 55进行处理，数据处理CPU 55与显示器56相连，显示器56显示系统工作时的各种参数及数据处理结果。

具体实施：

实验开始系统启动后，用户通过系统软件选择制动液为油水气三相流模式或油气两相流模式，并调节油、水、空气三种成分在总制动液中所占的比例，系统根据用户选择的模式和制动液每种成分的比例控制电磁阀的开断和阀门开口大小，若用户选择制动液为油水气三相流模式，则电磁阀A、电磁阀B、电磁阀C都打开，若用户选择制动液为油气两相流模式，则电磁阀A关闭，电磁阀B和电磁阀C打开，各制动液组分被输送至混合器10中混合，电磁阀E 17打开后，混合后的制动液被输送至ABS液压系统的管道中。

设置车辆初始速度，设置每一项数据的采集时间和采集量，开启高速摄像机33和荧光灯29，电机控制器47根据设置的车速调节电机36转速，电机36通过传动装置37带动前车轮28和后车轮40转动，待车速稳定后用力踩踏制动踏板19，使前车轮28和后车轮40开始制动，制动开始后由于前车轮28和后车轮40与平板式制动力检测台43之间的摩擦力，平板式制动力检测台43得到一个与前车轮28和后车轮40制动力大小相等、方向相反的作用力，使平板式制动力检测台43沿纵向位移，平板式制动力检测台43的拉力传感器45可检测到这个力，平板式制动力检测台43的重力传感器44可检测机械系统总重力，传感器检测到的数据信号传输至数据处理CPU 55，数据处理CPU 55根据传感器测量的拉力、机械系统总重力和用户设置的系统常数参数计算得出制动力大小。

制动开始后系统向高速摄像机33发出信号，高速摄像机33开始拍摄透明石英管道A 34和透明石英管道B 38中的制动液流型，转速传感器27检测到前车轮28和后车轮40停止转动后，系统向高速摄像机33发出停止工作信号，高速摄像机33停止拍摄图像，图像数据被传输至数据处理CPU 55处理，同时两个透明石英管道两端的压力传感器30采集制动管道中制动液的压力，压力数据也被传输至数据处理CPU 55中进行处理，数据处理CPU 55根据高速摄像机33采集到的流型图像和压力传感器30采集的制动管路压力数据，进行流型识别，得到制动液多相流的流型图像和流型类别。

每次制动结束后，显示器56显示此次制动过程的制动力数值和变化曲线，以及制动过程中制动管路中制动液的流型图像和流型类别，根据实验获得以上数据，用户可以清晰看到制动液多相流对ABS制动系统制动效果的影响。

实验结束后启动制动液排出功能，开启电磁阀D 35、齿轮油泵B 15，关闭电磁阀E17，制动液被齿轮油泵B 15抽离制动系统管路，输送至废液箱1中。

Claims (1)

1.一种汽车ABS液压系统多相流实验系统，包括制动液混合与排出模块、机械系统模块、电气系统模块，所述制动液混合与排出模块包括废液箱(1)、水箱(2)、水泵(3)、输水管道(4)、空气压缩机(5)、电磁阀A(6)、电磁阀B(7)、输气管道(9)、混合器(10)、输油管道(11)、电磁阀C(12)、齿轮油泵A(13)、油箱(14)、齿轮油泵B(15)、电磁阀E(17)、排油管道(32)、电磁阀D(35)，所述机械系统模块包括制动踏板(19)、制动主缸(18)、六通阀(20)、右前制动轮缸(25)、左前制动轮缸(31)、右后制动轮缸(41)、左后制动轮缸(39)、传动装置(37)、前车轮(28)、后车轮(40)、制动碟片(26)、车架(42)，所述电气系统模块包括电机(36)、电机控制器(47)、ABS控制器(16)、流量计(8)、制动液流量变送电路(50)、转速传感器(27)、车轮转速变送电路(51)、拉力传感器(45)、拉力变送电路(53)、称重传感器(44)、重力变送电路(54)，其特征在于：所述制动液混合与排出模块中，水箱(2)与水泵(3)通过输水管道(4)相连，水泵(3)与电磁阀A(6)通过输水管道(4)相连，输水管道(4)最右端与混合器(10)相连，空气压缩机(5)与电磁阀B(7)通过输气管道(9)相连，输气管道(9)最右端与混合器(10)相连，油箱(14)与齿轮油泵A(13)通过输油管道(11)相连，齿轮油泵A(13)与电磁阀C(12)通过输油管道(11)相连，输油管道(11)最左端与混合器(10)相连，电磁阀D(35)与齿轮油泵B(15)通过排油管道(32)相连，排油管道(32)一端与废液箱(1)相连，排油管道(32)另一端与六通阀(20)相连；

所述机械系统模块还包括第一制动管道(21)、第二制动管道(22)、第三制动管道(23)、第四制动管道(24)、透明石英管道A(34)、透明石英管道B(38)、荧光灯(29)、平板式制动力检测台(43)，制动踏板(19)与制动主缸(18)相连，制动主缸(18)与电磁阀E(17)相通，电磁阀E(17)与混合器(10)相通，六通阀(20)与左前制动轮缸(31)通过第二制动管道(22)相连，第二制动管道(22)靠近左前制动轮缸(31)的部分安装有透明石英管道A(34)，六通阀(20)与右前制动轮缸(25)通过第一制动管道(21)相连，六通阀(20)与左后制动轮缸(39)通过第四制动管道(24)相连，第四制动管道(24)靠近左后制动轮缸(39)的部分安装有透明石英管道B(38)，六通阀(20)与右后制动轮缸(41)通过第三制动管道(23)相连，两个荧光灯(29)分别放置在透明石英管道A(34)后方和透明石英管道B(38)后方，系统的前车轮(28)和后车轮(40)放置在平板式制动力检测台(43)上面；车架(42)是机械系统的连接和固定支架；电机(36)与传动装置(37)相连，电机(36)通过传动装置(37)带动前车轮(28)和后车轮(40)转动；用力踩踏制动踏板(19)，通过与各制动轮缸配合使用的制动碟片(26)使前车轮(28)和后车轮(40)开始制动；

所述电气系统模块还包括阀门控制器(46)、总控制电路(48)、压力传感器(30)、制动管路压力变送电路(49)、高速摄像机(33)、图像变送电路(52)、数据处理CPU(55)、显示器(56)，阀门控制器(46)与电磁阀A(6)、电磁阀B(7)、电磁阀D(35)、电磁阀E(17)相连；电机控制器(47)与电机(36)相连，控制电机(36)转速；ABS控制器(16)分别与六通阀(20)、制动主缸(18)相连；四个压力传感器(30)分别安装在透明石英管道A(34)的两端和透明石英管道B(38)的两端，压力传感器(30)与制动管路压力变送电路(49)相连，制动管路压力变送电路(49)与数据处理CPU(55)相连；三个流量计(8)分别安装在输水管道(4)、输气管道(9)和输油管道(11)上，流量计(8)与制动液流量变送电路(50)相连，制动液流量变送电路(50)与数据处理CPU(55)相连；四个转速传感器(27)分别安装在右前制动轮缸(25)、左前制动轮缸(31)、左后制动轮缸(39)、右后制动轮缸(41)上，转速传感器(27)与车轮转速变送电路(51)相连，车轮转速变送电路(51)与数据处理CPU(55)相连；拉力传感器(45)安装在平板式制动力检测台(43)后端，拉力传感器(45)与拉力变送电路(53)相连，拉力变送电路(53)与数据处理CPU(55)相连；称重传感器(44)安装在平板式制动力检测台(43)下方，称重传感器(44)与重力变送电路(54)相连，重力变送电路(54)与数据处理CPU(55)相连；两台高速摄像机(33)分别安装在透明石英管道A(34)的前方和透明石英管道B(38)的前方，高速摄像机(33)与图像变送电路(52)相连，图像变送电路(52)与数据处理CPU(55)相连，数据处理CPU(55)与显示器(56)相连；制动管路压力变送电路(49)、制动液流量变送电路(50)、车轮转速变送电路(51)、图像变送电路(52)、拉力变送电路(53)、重力变送电路(54)均与总控制电路(48)相连，总控制电路(48)控制阀门控制器(46)、ABS控制器(16)和电机控制器(47)。