汽車制動性能檢測平臺.doc

測試技術(shù)基礎(chǔ)實踐論文汽車制動性能檢測平臺目錄一、汽車制動性能檢測平臺現(xiàn)狀41 汽車制動性能的評價指標42 主要的制動檢測方法43 路試44 臺試4二、滾筒反力式檢測平臺的機械設計61 臺試檢測類型的選擇62 滾筒反力式檢測平臺原理63 實驗檢測臺結(jié)構(gòu)74 系統(tǒng)參數(shù)設計85 三維設計圖：10三、傳感器的選擇與設計111. 圓編碼器的構(gòu)造112.莫爾條紋的形成原理123.圓編碼器工作原理13四、系統(tǒng)檢測原理131. AD板工作原理簡介142 .AD板和DA板的性能特性。143.硬件設計15五、結(jié)語16摘要汽車制動性能是汽車主動安全性的重要性能。它作為汽車性能檢測的最重指標之一，直接影響到行車交通安全問題和交通運輸效率。近年來我國的汽車制造業(yè)和公路交通運輸業(yè)發(fā)展迅猛，汽車保有量迅速增，隨之而來的是交通安全和環(huán)境保護等社會問題。其中，交通安全無疑是人們最為關(guān)心的一個話題。有關(guān)機構(gòu)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，造成重大交通事故的原因往往與汽車制動性能差有關(guān)。由汽車制動方面的原因所導致的事故在汽車交通事故中占1/3以上。因此提高汽車制動系統(tǒng)檢測技術(shù)的精確性在降低公路交通事故率、提高汽車行駛安全性方面顯得至關(guān)重要。擁有準確、先進的汽車檢測技術(shù)，進一步重視和加強車輛制動性能的檢測管理己成為維護社會安全穩(wěn)定的一個重要課題！本文根據(jù)教師所給數(shù)據(jù)，結(jié)合市面上常見的幾種汽車制動性能檢測平臺裝置，對幾種平臺進行綜合對比，選出更為優(yōu)良的檢測平臺方案，并設計出滾輪半徑等具體數(shù)據(jù)。最后，對裝置可行性做出判斷。關(guān)鍵詞： 制動系統(tǒng) 性能檢測 反力式 慣性式 測試系統(tǒng)一、汽車制動性能檢測平臺現(xiàn)狀1 汽車制動性能的評價指標1.1 汽車制動性汽車制動性是指能在短距離內(nèi)停車且維持行駛方向不變和在坡道上長時間保持停駐的能力。1.2 主要評價指標汽車制動性的評價指標主要為制動效能。它是汽車迅速降低行駛速度直至停車的能力。制動的全過程可以分為四個階段，即駕駛員反應階段、制動器開始起作用階段、持續(xù)制動階段和制動釋放階段，其中最著重需要研究的是后三個過程。制動效能可以有以下具體的評價指標:1) 制動距離2) 制動減速度3) 制動時間4) 制動力5) 車輪阻滯力6) 制動時的方向穩(wěn)定性2 主要的制動檢測方法機動車運行安全技術(shù)條件規(guī)定：檢測汽車的制動性能可用路試和臺試兩種方法。其中，路試主要檢測制動距離或制動減速度，臺試主要檢測制動力。3 路試路試適用于水泥或瀝青路面，輪胎與路面間的附著系數(shù)大于0.7，汽車要沿著試驗車道中線行駛至高于規(guī)定的初速度。檢測的項目有兩種1) 檢測制動距離和制動跑偏量2) 檢測MFDD、制動協(xié)調(diào)時間和制動跑偏量3.1 路試所需要的檢測儀器非接觸速度計、第五輪儀、便攜式制動性能測試儀4 臺試4.1 測試方法采用滾筒反力式或平板式制動檢驗臺，平板式汽車制動檢驗臺是用于測量被檢車輛各軸（左右輪）制動力的儀器設備。其主要用于額定承載質(zhì)量下汽車制動性能的測試，可檢測計算汽車各軸（左右輪）阻滯力、制動力及制動力差（過程差、最大差）、制動力與軸荷之比（含動態(tài)軸重測量），以及手制動力與整車質(zhì)量之比，亦可測量機動車各輪懸架效率，各輪懸架振動曲線，記錄和打印左右輪制動力曲線。該設備是機動車安全性能檢測的核心部分，也是安全性能檢測設備中技術(shù)性能要求較高的設備。臺試時應控制制動氣壓和制動踏板力。a) 行車制動性能檢驗可分為軸制動率和整車制動率。軸制動率=軸最大制動力該軸軸荷*100% 整車制動率=整車制動力該車各軸軸荷*100%b) 臺試檢測設備主要有以下幾種：1) 滾筒反力式制動試驗臺2) 平板式制動檢測臺3) 滾筒慣性式ABS制動檢驗臺c) 滾筒反力式制動試驗臺反力式滾筒制動試驗臺是由結(jié)構(gòu)完全相同的左右兩套車輪制動力測試單元和一套指示、控制裝置組成。每一套車輪制動力測試單元由框架、驅(qū)動裝置、滾筒組、舉升裝置、測量裝置等構(gòu)成。進行車輪制動力檢測時，被檢汽車駛上制動試驗臺，車輪置于主、從動滾筒之間，放下舉升器（或壓下第三滾筒，裝在第三滾筒支架下的行程開關(guān)被接通）。通過延時電路啟動電動機，經(jīng)減速器、鏈傳動和主、從動滾筒帶動車輪低速旋轉(zhuǎn)，待車輪轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后駕駛員踩下制動踏板。車輪在車輪制動器的摩擦力矩作用下開始減速旋轉(zhuǎn)。此時電動機驅(qū)動的滾筒對車輪輪胎的摩擦力克服制動器的摩擦力矩，維持車輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。同時在車輪輪胎對滾筒表面切線方向的摩擦力作用下，減速器殼體與測力杠桿一起朝滾筒轉(zhuǎn)動相反方向擺動，測力杠桿一端的力或位移經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成與制動力大小成比例的電信號。從測力傳感器送來的電信號經(jīng)放大濾波后，送往A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應數(shù)字量，經(jīng)計算機采集、存儲和處后，檢測結(jié)果由打印機打印出來。d) 平板式檢測平臺平板式制動試驗臺相對滾筒反力式制動檢測臺結(jié)構(gòu)簡單，無外力驅(qū)動。主要去測試平板，測力傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成。檢測原理基于第二牛頓定理“物體運動的合外力等于物體的質(zhì)量乘以加速度（這里是制動時產(chǎn)生 的減速度）”，即 制動力等于質(zhì)量乘以（負）加速度， 檢測時以 1015km/h 的速度駛?cè)肫桨?，置變速器于空擋，水平方向測力傳感器測取被測車輪空擋滑行阻力，垂直方向稱重傳 感器同步測量被測車輪動態(tài)輪荷，制動測試時， 在慣性作用下，使平板產(chǎn)生水平 方向位移，通過車輪在平板上附加與制動力大小相等， 方向相反的作用，使平板 產(chǎn)生水平方向位移，通過傳感器將其轉(zhuǎn)換成與制動力大小成比例的電信號，最后經(jīng)信號放大濾波， ND 模數(shù)轉(zhuǎn)換、 采集存儲和結(jié)果計算， 完成制動性能測試。二、滾筒反力式檢測平臺的機械設計1 臺試檢測類型的選擇經(jīng)過前期大量的資料收集和整理，我發(fā)現(xiàn)臺試檢測汽車制動性能主要有以下幾種方式:滾筒反力式制動試驗臺，平板式制動檢測臺，滾筒慣性式ABS制動檢驗臺。其中，每種方案都有各自的優(yōu)缺點，而滾筒反力式制動檢測平臺是目前應用最廣的一種方式，并且具有安全保護作用好，工況穩(wěn)定、重復性好等優(yōu)點。只有在被測車輪同時壓下左右制動檢測臺的第三滾筒時，滾筒才能被啟動，因而可以避免操作人員誤操作而造成傷害。綜合上述理由，本小組選定了采用滾筒反力式汽車制動檢驗臺的方法進行設計。2 滾筒反力式檢測平臺原理反力式滾筒制動試驗臺是由結(jié)構(gòu)完全相同的左右兩套車輪制動力測試單元和一套指示、控制裝置組成。每一套車輪制動力測試單元由框架、驅(qū)動裝置、滾筒組、舉升裝置、測量裝置等構(gòu)成。進行車輪制動力檢測時，被檢汽車駛上制動試驗臺，車輪置于主、從動滾筒之間，放下舉升器（或壓下第三滾筒，裝在第三滾筒支架下的行程開關(guān)被接通）。通過延時電路啟動電動機，經(jīng)減速器、鏈傳動和主、從動滾筒帶動車輪低速旋轉(zhuǎn)，待車輪轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后駕駛員踩下制動踏板。車輪在車輪制動器的摩擦力矩作用下開始減速旋轉(zhuǎn)。此時電動機驅(qū)動的滾筒對車輪輪胎的摩擦力克服制動器的摩擦力矩，維持車輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。同時在車輪輪胎對滾筒表面切線方向的摩擦力作用下，減速器殼體與測力杠桿一起朝滾筒轉(zhuǎn)動相反方向擺動，測力杠桿一端的力或位移經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成與制動力大小成比例的電信號。從測力傳感器送來的電信號經(jīng)放大濾波后，送往A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應數(shù)字量，經(jīng)計算機采集、存儲和處后，檢測結(jié)果由打印機打印出來。在制動過程中，當左、右車輪制動力和的值大于某一值(如500N)時，計算機即開始采集數(shù)據(jù)，采集過程所經(jīng)歷時間是一定的(如3s)。經(jīng)歷了規(guī)定的采集時間后，計算機發(fā)出指令使電動機停轉(zhuǎn)，以防止輪胎被剝傷。在制動過程中，第三滾筒的轉(zhuǎn)速信號由傳感器轉(zhuǎn)變成脈沖信號后輸入控制裝置，計算車輪與滾筒之間的滑移率。當滑移率達到一定值時，計算機發(fā)出指令使電動機停轉(zhuǎn)。如車輪不駛離制動臺，延時電路將電動機關(guān)閉3-5s后又自動起動。檢測過程結(jié)束，車輛即可駛出制動試驗臺。3 實驗檢測臺結(jié)構(gòu)滾筒反力式汽車制動試驗臺的結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。它由結(jié)構(gòu)完全相同的左右兩套車輪制動力測試裝置和一套指示與控制裝置組成。每一套車輪制動力測試裝置由框架、驅(qū)動裝置、滾筒裝置、第三滾筒和測量裝置等組成。圖1 滾筒反力式汽車制動檢測平臺結(jié)構(gòu)簡圖下面詳細介紹各部分的原理及作用。（1） 驅(qū)動裝置:驅(qū)動裝置由電動機、減速器和鏈傳動機構(gòu)組成，如圖2所示。電動機經(jīng)過減速器內(nèi)的蝸輪蝸桿和一對圓柱齒輪的兩級傳動后驅(qū)動主動滾筒，主動滾筒又通過鏈傳動機構(gòu)帶動從動滾筒旋轉(zhuǎn)。減速器輸出軸與主動滾筒共用一軸。減速器殼體為浮動連接即可繞主動滾筒軸自由擺動。減速器的作用是減速增矩。其減速比根據(jù)電動機的轉(zhuǎn)速和滾筒測試轉(zhuǎn)速確定。由于測試車速低。滾筒轉(zhuǎn)速也較低。因此要求減速器減速比較大。一般采用兩級齒輪減速或一級蝸輪蝸桿減速與一級齒輪減速。圖2 驅(qū)動裝置簡圖（2） 滾筒裝置:滾筒組相當于一個活動的路面，來承載被檢的車輛，承受和傳遞制動力。每套車輪制動力測試單元由左右一對直徑相同的主、從動滾筒組成。每個滾筒的兩端分別用滾動軸承與軸承座支承在框架上，且保持兩滾筒軸線平行。（3） 滾筒與汽車輪胎間的附著系數(shù)將直接影響制動試驗臺所能測得的制動力大小。為了增大滾筒與輪胎間的附著系數(shù)，滾筒表面都進行了相應加工與處理。比較理想的滾筒表面應能滿足以下要求:a)對不同類型子午線、斜交、不同尺寸、不同花紋的輪胎都有足夠的附著系數(shù)，并且附著系數(shù)不會因輪胎沾水、沾泥而下降太多；b)滾筒表面不易沾上泥土、油污。一旦沾上，也容易清除干凈；c)使用壽命較長，附著系數(shù)不會較快地衰減；（4） d)制造工藝簡單，滾筒的品質(zhì)易保持穩(wěn)定。（5） 第三滾筒：第三滾筒安裝在彈簧支撐的浮動臂上，平時保持在最高位置。在檢測時，被檢車輛的車輪置于主、從動滾筒之間，同時壓下第三滾筒并與其保持可靠接觸。當兩個車輪制動測試單元的第三滾筒同時被壓下時，通過行程開關(guān)和延時繼電器的作用，兩主動滾筒的驅(qū)動電機相繼啟動，同時帶動主動滾筒轉(zhuǎn)動。主動滾筒帶動車輪旋轉(zhuǎn)，車輪又帶動第三滾筒旋轉(zhuǎn)，它們接觸點的線速度相等。在第三滾筒上裝有轉(zhuǎn)速傳感器?？刂蒲b置通過轉(zhuǎn)速傳感器即可獲知被測車輪的轉(zhuǎn)動情況。在第三滾上的轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生一個脈沖信號，送到控制系統(tǒng)，再換算成車輪的線速度。當被檢車輪制動時，主動滾筒的線速度不變，第三滾筒隨車輪的線速度發(fā)生變化。當轉(zhuǎn)速下降至接近抱死時，控制裝置根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器送出的相應的脈沖信號使驅(qū)動電動機停止工作，主動滾筒停止轉(zhuǎn)動，以防上滾筒剝傷輪胎并保護驅(qū)動電機。下面是檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖圖3 檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4 系統(tǒng)參數(shù)設計本課題要求按照給定的有關(guān)汽車參數(shù)，來設計一個制動檢測實驗臺并測量汽車的制動距離和跑偏量。根據(jù)教師所給參數(shù)值，加上一些常識性的假設，列出關(guān)于汽車的一些參數(shù)和檢測要求：參數(shù)名稱參數(shù)值汽車質(zhì)量M=150kg制動時車速V=10m/s駕駛員質(zhì)量M1=60kg車輪直徑R=400mm車輪寬度B=200mm車輪質(zhì)量M2=10kg軸距1100mm表1 設計參數(shù)表滾筒裝置如圖所示：圖3 滾筒裝置示意圖注： -車重 、-車輪所受主動軸與從動軸的壓力、-車輪與主動軸從動軸間的摩擦力滾筒組相當于一個活動的路面，來承載被監(jiān)測的車輛，承受和傳遞制動力。車輪制動力測試單元由一對直徑相同的主、從動滾筒組成。每個滾筒的兩端分別用滾動軸承與軸承座支撐在底座上面，且保持兩滾筒軸線平行。1.滾筒尺寸的確定當質(zhì)量M的汽車以速度的速度剎車時，系統(tǒng)的總能量表達式為：車總能量=人和車平動動能+兩車輪轉(zhuǎn)動動能即： 忽略兩個車輪轉(zhuǎn)動的動能，將上面數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)帶入，我們可以求出E=10500J又因為 已知所用的滾筒為實心圓柱，假設滾筒質(zhì)量為，那么轉(zhuǎn)動慣量可謂近似為所以有于是有化簡得假定用合金鋼材料制作滾筒，密度為，設計滾筒的長度為 根據(jù)公式得：2.滾筒中心距的確定根據(jù)上面的結(jié)構(gòu)示意圖我們可以得到安置角公式，由此可以看出滾筒直徑、車輪直徑和滾筒中心距是制動臺主參數(shù)。車輪在滾筒上的安置角是指車輪與滾筒接觸點的切線方向與水平方向的夾角，經(jīng)查閱資料以及由經(jīng)驗值可知道，當安置角時，為滾筒的最佳安放位置，帶入上面的公式可以得出，滾筒中心距為。3.制動檢測臺滾筒設計尺寸參數(shù)名稱參數(shù)值滾筒半徑109mm滾筒長度400mm滾筒中心距370.8mm滾筒安置角36.87表2 滾筒尺寸5 三維設計圖：三、傳感器的選擇與設計1. 圓編碼器的構(gòu)造圓編碼器是一種旋轉(zhuǎn)式脈沖發(fā)生器，把機械轉(zhuǎn)角變成電脈沖，是一種常用的角位移傳感器。同時也可作速度檢測裝置。圓編碼器由下列部份組成，即主光柵，指示光柵，發(fā)光二極管，接收光電三極管，回轉(zhuǎn)軸，軸承等元件。構(gòu)造如圖3-1所示。圖9圓編碼器結(jié)構(gòu)圖2.莫爾條紋的形成原理光柵的構(gòu)造如圖3-2所示。把兩塊柵距W相等的光柵平行安裝，且讓它們的刻痕之間有較小的夾角時，這時光柵上會出現(xiàn)若干條明暗相間的條紋，這種條紋稱為莫爾條紋，它們沿著與光柵條紋幾乎垂直的方向排列，如圖3-3所示。 圖10 光柵的構(gòu)造 圖11莫爾條紋的形成原理3.圓編碼器工作原理 首先由發(fā)光二極管發(fā)出光信號，然后轉(zhuǎn)動回轉(zhuǎn)軸，由回轉(zhuǎn)軸帶動主光柵，光線通過主光柵和指示光柵上的莫爾條紋，通過光電元件，可將莫爾條紋移動時光強的變化轉(zhuǎn)換為近似正弦變化的電信號，如圖3-4所示。 將此電壓信號放大、整形變換為方波，經(jīng)微分轉(zhuǎn)換為脈沖信號，再經(jīng)辨向電路和可逆計數(shù)器計數(shù)，則可用數(shù)字形式顯示出位移量，位移量等于脈沖與柵距乘積。測量分辨率等于柵距。圖12 轉(zhuǎn)換來的電信號四、系統(tǒng)檢測原理在測控系統(tǒng)中實現(xiàn)主機與外設之間的數(shù)據(jù)傳輸是非常重要的環(huán)節(jié)，利用PC機和AD板實現(xiàn)測控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸是一種最佳選擇，同時還可使用語言進行接口軟件設計，充分發(fā)揮C語言能直接訪問硬件接口的特點，實現(xiàn)對硬件的操作與控制。1. AD板工作原理簡介圖13 AD板的工作原理框圖AD:模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬信號變成數(shù)字信號，便于數(shù)字設備處理。信號從模擬量輸入接頭J2輸入，然后經(jīng)過阻容元件、多路開關(guān)進入儀器放大器，經(jīng)過儀器放大器實現(xiàn)阻抗匹配和干擾抑制，再送到程控放大器，然后送到A/D芯片。PC機首先選通相應的通道，然后觸發(fā)A/D , A/D完成后，讀取A/D結(jié)果。2 .AD板和DA板的性能特性。2.1 AD板的性能特性1）分辯率(Resolution) 指數(shù)字量變化一個最小量時模擬信號的變化量，定義為滿刻度與2n的比值。分辯率又稱精度，通常以數(shù)字信號的位數(shù)來表示。2）轉(zhuǎn)換速率(Conversion Rate)是指完成一次從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的AD轉(zhuǎn)換所需的時間的倒數(shù)。積分型AD的轉(zhuǎn)換時間是毫秒級屬低速AD，逐次比較型AD是微秒級屬中速AD，全并行/串并行型AD可達到納秒級。采樣時間則是另外一個概念，是指兩次轉(zhuǎn)換的間隔。為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成，采樣速率(Sample Rate)必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率。因此有人習慣上將轉(zhuǎn)換速率在數(shù)值上等同于采樣速率也是可以接受的。常用單位是ksps和Msps，表示每秒采樣千/百萬次（kilo / Million Samples per Second）。3）量化誤差(Quantizing Error) 由于AD的有限分辯率而引起的誤差，即有限分辯率AD的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線與無限分辯率AD（理想AD）的轉(zhuǎn)移特性曲線（直線）之間的最大偏差。通常是1 個或半個最小數(shù)字量的模擬變化量，表示為1LSB、1/2LSB。4）偏移誤差(Offset Error) 輸入信號為零時輸出信號不為零的值，可外接電位器調(diào)至最小。5）滿刻度誤差(Full Scale Error) 滿度輸出時對應的輸入信號與理想輸入信號值之差。2.2 DA板的性能特性DA：數(shù)模轉(zhuǎn)換，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號與外部世界接口。1）分辯率(Resolution) 指最小模擬輸出量（對應數(shù)字量僅最低位為1）與最大量（對應數(shù)字量所有有效位為1）之比。2）建立時間(Setting Time) 是將一個數(shù)字量轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定模擬信號所需的時間，也可以認為是轉(zhuǎn)換時間。DA中常用建立時間來描述其速度，而不是AD中常用的轉(zhuǎn)換速率。一般地，電流輸出DA建立時間較短，電壓輸出DA則較長。其他指標還有線性度(Linearity)，轉(zhuǎn)換精度，溫度系數(shù)/漂移。 3.硬件設計簡單的測控系統(tǒng)通常由主機、前向通道、后向通道和被控對象等環(huán)節(jié)構(gòu)成，前向通道主要有傳感器、放大電路和ADC，DAC，驅(qū)動電路和執(zhí)行器則組成其后向通道。測控系統(tǒng)的基本框圖如圖4-2所示。圖14 測試系統(tǒng)的基本框圖PC機通過A/D轉(zhuǎn)換器獲取被控對象的實際值，經(jīng)運算、比較，然后發(fā)出控制命令，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器輸出，推動執(zhí)行器動作，改變操縱量，從而使被控量穩(wěn)定在工藝要求的數(shù)值上。PC機的I/O&(擴展槽給出了數(shù)據(jù)總線)，地址總線#)，地址允許AEN.以及IOR,IOW等信號。只要AD板的數(shù)據(jù)、地址總線分別與擴展槽相對應，則將AD板插入擴展