《卡丁车制动性能检测系统..doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《卡丁车制动性能检测系统..doc（18页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、卡丁车制动性能检测报告 姓名：徐绍强 班级：机械茅班 学号：20120725 教师：傅 攀目录第一章 绪论 1.1 汽车制动性能检测的意义 1.2汽车制动性能检测的现状和发展趋势 1.3汽车制动性能检测的标准 1.4汽车制动性能检测方法对比分析第二章 检测系统的设计 2.1检测方法的选取 2.2反力式滚筒制动试验台基本结构 2.3制动试验台各项参数的分析以及主要参数的选择 2.4机械平台的结构以及试验台检测系统组成第三章 传感器的应用以及数据采集 3.1传感器的选择 3.2单片机的选择 3.3传感器与信号调理电路 3.4制动试验台检测系统的软件设计3.5 数据采集和数据处理第四章 制动试验台检
2、测系统的软件设计第一章绪论1.1 汽车制动性能检测的意义 汽车制动性能的检测是机动车安全技术检验的重要内容之一,也是汽车保修企业进行故障修理和调试的科学依据。制动性能是汽车在行驶中能人为地强制降低行驶速度并根据需要停车的能力,是汽车的重要性能之一。汽车的制动性能不仅取决于制动系的性能,还与汽车的行驶性能、轮胎的机械特性、道路的附着条件以及与制动操作有关的人体工程特性有密切关系。因此,汽车制动性能检测的研究为其制动性能的试验分析和检测提供了条件。制动性能的优良与否直接关系到汽车的安全性,在机动车发生的交通事故中由于制动不良占有很大的比重,因于影响交通事故的各种因素中,汽车本身是一个非常重要的影响
3、因素,提高汽车本身的安全性能,减少交通事故及减轻事故过程中对乘员及人的伤害,从而提高交通安全性有着非常重要的意义。因此,在实际检测的基础上车辆的制动性能进行分析和研究,揭示其内在的规律性,找出其存在的问题并提出解决的方法,对确保道路交通安全无疑具有非常重要的意义。制动性能对行车安至关重要，制动性能的检测对所有车辆更是极其重要，它关系到人的人身和财产安全，是车辆安全行驶的重要保障。制动性能体现在制动距离上以及偏移量上。制动距离包括车辆左右轮的制动距离。制动性能的好坏还体现在轮的制动距离是否合格，是否有跑偏量等。1.2汽车制动性能检测的现状和发展趋势 车检测技术大约是从20世纪50年代开始逐步形成
4、、发展和完善起来的。早期检测主要是靠耳听、眼看、手摸等感官方法对汽车技术状况作出判断。从20世纪60年代开始,伴随着电子技术、自动控制技术和机械加工工业的发展,汽车性能的诊断和检测技术在传统检测方法的基础上有了革命性的进展,逐步发展成现代汽车诊断和检测技术。各国相继开始研制生产先进的检测设备,力图用更科学的手段快速准确地判断汽车技术状况是否处于规定水平。新的检测设备和检测方法的出现,不仅提高了检测精度和工作效率,而且促进了汽车工业的进步。我国的汽车制动性能检测诊断技术经历了从引进技术、引进检测设备,到自主研究开发、推广应用的阶段,并发布实施了有关汽车检测的国家标准和行业标准。70年代后期,国内
5、有关企事业单位先后从国外引进部分较先进的检测设备,使用后取得比较好的效果受到国家有关部门的重视。80年代末,国内一些厂家开始研制设备,国家在“六五”计划期间将汽车检测技术作为重点推广的新技术。从此,汽车检测才开始进入关键性的发展时期。现在,全国已建立300多个检测站,上千条检测线,基本实现普及应用。国产检测设备也得到迅速发展,产品的品种规格有两千多种以上。目前有滚筒反力式和惯性式两种制动性能检测系统。1.3汽车制动性能检测的标准GB7258-2004机动车运行安全技术条件规定,采用台式检测时,用制动力检验汽车的制动性能应符合下面的要求: 1、制动力总和占整车重力的百分比:空载60%或满载50%
6、;前轴制动力不得小于前轴轴荷的60%。 2、制动力平衡的要求:在制动力增长的全过程中,左、右轮制动力差与该轴左、右轮中制动力大者之比,前轴不得大于20%,后轴不得大于24%。 3、阻滞力性能检测要求:车辆各轮的阻滞力不得大于该轮所在的轴荷的5%。 4、驻车制动性能检测要求:驻车制动力总和应不小于该车在测试状态下整车重力的20%;对总质量为整备质量1.2倍以下的车辆,此值为15%。 5、制动协调时间要求:对采用液压制动系的车辆不得大于0.35s;对采用气压制动系的车辆不得大于0.60s;汽车列车和铰接客车、铰接式无轨电车的制动协调时间不应大于0.80s。6、制动完全释放时间要求:汽车制动完全释放
7、时间(从松开制动踏板到制动消除所需要的时间)不应大于0.80s。1.4汽车制动性能检测方法对比分析 1.41反力式滚筒制动系统检测装置结构：由结构完全相同的左右两套对称的车轮制动力测试单元和一套指示、控制装置组成。每一套车轮制动力测试单元由框架（多数试验台将左、右测试元的框架制成一体）、驱动装置、滚筒组、举升装置、测量装置等构成。原理简述：进行车辆制动力检测时，被检车辆驶上制动试验台。车轮置于主、从动滚筒之间，放下举升器。起动电动机，经减速器、链传动和主、从动滚筒带动车轮低速旋转。待车轮转速稳定后驾驶员踩下制动踏板。车轮在制动器摩擦力矩作用下开始减速旋转。同时车轮轮胎对滚筒表面切线方向附加与制
8、动力方向等值反向的反作用力，在此力形成的反作用力矩作用下减速器壳体与测力臂一起朝滚筒转动相反方向摆动，测力臂一端力经传感器转换成与制动力大小成比例的电信号，从测力传感器送来的电信号经放大滤波后,送给测量采集模块处理。测试过程：原理部分已作部分阐释，然后是将滤波放大信号送往AD转换器转换成相应数字量，经计算机采集、贮存和处理后，检测结果由数码显示或由打印机打印出来。打印格式或内容由软件设计而定。一般可以把左、右轮最大制动力、制动力和、制动力差、阻滞力和制动力时间曲线等一并打印出来。设计思路比较复杂，信号处理等要利用积分电路等，对硬件提出较高要求，同时信号转换等计算机软件控制也较难实现；检测速度较
9、低，对现代防抱死高速制动系统不起作用。1.42惯性式滚筒制动系统检测装置结构：惯性式滚筒制动检验台由结构完全相同的左右两套对称的车轮制动测试单元和一套指示、控制装置组成，包括滚筒轴承、驱动电机、储能飞轮和一系列传感器。原理简述：惯性式滚筒制动检测台是利用储能飞轮储存和汽车在运动过程中具有的同样的动能，通过对轮胎对飞轮的制动性能的检测来等效检测轮胎对车身的制动性能。汽车在运动时，由于自身质量的存在而具有一定的动能T，选择合适的飞轮转速，使飞轮所具有的能量E与汽车动能T相同。此时踩下制动踏板，由于车轮对滚筒摩擦力的存在，飞轮会慢慢减速直至停止。测出整个制动过程中的时间、飞轮转动角度以及初始转速等参
10、数，就可以对之动过程中制动力、侧移量和制动距离等指标进行计算。测试过程：实验时，被检车驶上试验台，并将两主动轮分别置于左右两滚筒组之间。发动机启动并通过传动齿轮组带动与滚筒相连的传动轴转动，前后两滚筒通过链式传动机构同时转动，此时按被检车辆行驶时的惯性等效质量配置的飞轮也一起旋转。当达到试验转速时，卸去该检测机构动力，同时断开离合器以将左右两轮的检测机构分离。同时被检车紧急制动，车轮制动后，滚筒飞轮依靠惯性继续转动，但在车轮跟与滚筒的摩擦下最终停止转动。滚筒能转动的圈数相当于车轮的制动距离，滚筒转动圈数由装在滚筒端部的各自的光电传感器转变为电脉冲送入计数器记录。通过对两个传感器得到的电信号的分
11、析及处理，我们可以得到左右两轮各自的制动距离，并可以得到两轮的相对偏差。惯性式滚筒制动检测装置的特点：这种动态检验制动性能的使用发法的试验条件接近汽车实际行驶条件，具有在任何车速下进行制动测试的优点。但这种试验台旋转部分分转动惯量较大，因此其结构较复杂，占地面积大，且检验的车型范围受到一定限制，所以应用范围不如反力式来得广泛。第二章 检测系统的设计2.1检测方法的选取已知卡丁车后轮独立制动，车的重量为150kg，车轮直径400mm，尺寸1.8mX1.5m，速度20km/h，卡丁车结构极其简单，一个由轻钢管构成的车架，一台两冲程发动机，四个车轮，一个座位，无车体外壳，操作简便。汽车制动性能的检测
12、是汽车检测的重点,目前应用较为广泛的是滚筒反力式汽车制动试验台,因为其测试条件固定、重复性好、结构简单、操作安全性能好,所以我选择滚筒反力式汽车制动试验台。2.2反力式滚筒制动试验台基本结构滚筒反力式汽车制动试验台的结构简图如下图所示。它由结构完全相同的左右两套车轮制动力测试装置和一套指示与控制装置组成。每一套车轮制动力测试装置由框架、驱动装置、滚筒装置、第三滚筒和测量装置等组成。利用三维建模软件SolidWorks建立试验台三维模型如图所示：装配图：部分零件图：滚筒：传感器：机架：1、驱动装置:驱动装置由电动机、减速器和链传动机构组成,如图所示。电动机经过减速器内的蜗轮蜗杆和一对圆柱齿轮的两
13、级传动后驱动主动滚筒,主动滚筒又通过链传动机构带动从动滚筒旋转。减速器输出轴与主动滚筒共用一轴,减速器壳体为浮动连接即可绕主动滚筒轴自由摆动。减速器的作用是减速增矩,其减速比根据电动机的转速和滚筒测试转速确定。由于测试车速低,滚筒转速也较低,因此要求减速器减速比较大,一般采用两级齿轮减速或一级蜗轮蜗杆减速与一级齿轮减速。2、滚筒装置:滚筒组相当于一个活动的路面,来承载被检的车辆,承受和传递制动力。每套车轮制动力测试单元由左右一对直径相同的主、从动滚筒组成。每个滚筒的两端分别用滚动轴承与轴承座支承在框架上,且保持两滚筒轴线平行。 滚筒与汽车轮胎间的附着系数将直接影响制动试验台所能测得的制动力大小
14、。为了增大滚筒与轮胎间的附着系数,滚筒表面都进行了相应加工与处理。 3、测量装置:制动力测量装置主要由测力杠杆和测力传感器组成。测力杠杆一端与传感器连接,另一端与减速器壳体连接。与减速器连接的方式有两种:一种是测力杠杆固定在减速器壳体上;另一种是测力杠杆通过轴承松套套在框架的支承轴上,其尾端有固定在减速器壳体上的带有刃口的传力臂。被测车轮制动时,当浮动的减速器壳体前端向下移动时,第一种连接方式的测力杠杆与减速器壳体将一起绕主滚筒的轴线摆动,测力杠杆的前端此时向下移动,如图所示;第二种连接方式的测力杠杆,则通过传力臂刃口的作用,前端向上移动,并拉伸测力弹簧A和测力弹簧B,如图所示。本系统采用第一
15、种测力方式。4、指示与控制装置:试验台的指示与控制装置主要由单片机、放大器、A/D转换器、数字显示装置和打印机等组成,其控制框图如图2-6所示。从力传感器送来的电信号,经传输调理,放大滤波后,送往A/D转换器转换成数字量,经单片机采集、存储和处理后,检测结果由数码管显示或打印机打印出来。2.3制动试验台各项参数的分析以及主要参数的选择 1、系统参数设计：本课题要求按照给定的有关卡丁车参数，来设计一个制动检测试验台并测量卡丁车的制动距离和跑偏量，关于卡丁车的一些参数和检测要求如下：卡丁车质量M=120kg系统测量精度为：0.1m 车轮直径D=400mm 制动时车速v=20km/h=参数名称参数值
16、滚筒半径120.3mm滚筒长度300mm滚筒中心距384.4mm滚筒安置角36.872、制动试验台装置参数的选择（1）、主、从动滚筒参数的选择：由于制动试验台采用滚筒中心距不可调式,因此减小滚筒直径,可使车轮在试验台上的安置角增大,增加试验台的稳定性,提高车轮与滚筒间的附着力,节省驱动电机功率。但滚筒直径不能过小,否则车轮的滚动损耗将明显增加,一般为100200mm。本汽车制动试验台选取的滚筒直径为190mm,滚筒长度为l000mm。考虑到试验车速低,一般为25km/h,但为使汽车测试时的条件最大限度地与使用条件一致,必须保证滚筒的线速度不致过低,否则将使测试结果失真。但随着测试车速的提高,试
17、验台的驱动功率也随之增加,因此还要考虑使用经济性,一般在40100r/min 范围。本汽车制动试验台选取的滚筒转速为65r/min。 （2）、电机的选择及减速箱的传动比：为保证制动试验台的驱动滚筒有足够大的功率来驱动,并考虑到使用的经济性,本试验台选择的电动机功率为5.5kw,其满载转速为1440r/min。减速箱的传动比为 22.2.4机械平台的结构以及试验台检测系统组成制动试验台检测系统采用两级结构,分为上位管理机和下位测控机。上位管理机为普通台式计算机,它的任务分为两类:一类是管理任务,完成车辆检测报表的部分数据录入(如车主、车号、车型等信息的输入)、数据处理、检测参数存储、检测信息查询
18、及检测报表统计与打印等;另一类是控制下位机,上位机接收到输入的车型、检测类型、待测项目等数据信息后,根据下位机的当前状态和现有工作状况,向下位机发送命令,然后等待下位机检测结果,待所有检测结果全部送到管理机后,上位机就对各项数据进行分析,并给出总体结果。下位机由单片机、传感器及信号调理电路、继电器控制单元、检测指示装置等部分组成,控制车辆检测过程,并进行采样和处理数据。制动试验台检测系统结构如图所示。第三章传感器选择及数据采集3.1 单片机的选择 根据检测功能的要求，单片机系统完成信号检测、数据处理、数据输入、自动测试、数据通信等功能。AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CM
19、OS 8位单片机，片内含8K字节的可反复擦写的只读程序存储器(EPROM)和256字节的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机适合于许多较为复杂的控制应用场合AT89C52提供以下标准功能：8K字节Flash闪速存储器2，56字节内部RAM，32位I/O口线，3个16位定时器/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内晶振及时钟电路。同时，AT89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持两种软件可选择的
20、省电模式。空闲方式下，CPU停止工作，但允许RAM、定时器/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。在掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，禁止其它所有部件工作直到下一个中断或硬件复位。3.2 传感器的选择本系统所用传感器主要有制动力、称重、车轮转速及车辆到位等传感器。为防止信号间相互干扰，各个信号模拟地线单独连接，最后在下位机机箱汇合。3.2.1 汽车轴重、制动力传感器的选用 本系统选用的轴重传感器为HT-305剪切悬臂梁式测力称重传感器。悬臂梁式传感器为一端固定，一端加载的悬臂梁式结构。具有外形高度低，结构强度高，防尘密封性好，量程范围广，精度高，性能稳定可靠，抗偏、抗侧向能力强，
21、安装使用方便的特点。3.2.2 制动力传感器本系统选用的测量制动力传感器为MCL-S系列S式拉压力传感器。测量范围宽，抗偏载能力强，高精度，低温漂，尤其适用于一些要求精度高的工业测量系统。因其高度可靠性及密封设计，即使在恶劣环境下，仍能长时间连续工作。主要技术指标参数如下表所示。3.2.3 车轮转速传感器 当电机启动至主动滚筒转速稳定，汽车制动踏板未踩下时，主、从动滚筒、车轮和第三滚筒的线速度应相等，即：V1 = V2 = V3 = V4 当踩下制动踏板时，主动滚筒的速V4 由于是由驱动电机带动的，所以它的线速度不变，而车轮的线速度由于汽车制动系的作用而降低变为V1 ，同时第三滚筒的线速度变为
22、V3 ，因为第三滚筒是由车轮带动的，所以有 V1=V3 ，故测量第三滚筒的转速即可测得车轮的转速。汽车在制动试验台的滚筒上制动时，车轮与滚筒表面制动力增加到等于附着力时，车轮抱死拖滑，制动力的采集值即为此时的值. 常用的测速传感器有三种：测速发电机、光电转速传感器和磁电式传感器。考虑到本试验台的工作环境，本试验台采用磁电式传感器。3.2.4 跑偏量的测量运用反力式汽车制动试验台测试的主要参数是制动力，为了测试小车的制动跑偏量，必须做到以下几点：汽车左右轮应该同时启动，并同步转动；用编码器精确记录左右轮电机的转动圈数，并转化成距离。为了达到以上要求，特别设计了以下电路测试跑偏量：3.3 编码器的
23、选择 编码器是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。根据其刻度方法及信号输出形式，分为增量式编码器和绝对式编码器。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。 绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。设计中选取增量式编码器型号E2180，其分辨率为0.5，精度为25，最高允许转速为100r/s，使用电压和工作环境均符合要求。3.2.7 数据采集卡的选择 数据采集(DAQ)，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或者电
24、量信号,送到上位机中进行分析,处理。数据采集卡，即实现数据采集(DAQ)功能的计算机扩展卡，可以通过USB、PXI、PCI、PCI Express、火线(1394)、PCMCIA、ISA、Compact Flash、485、232、以太网、各种无线网络等总线接入个人计算机。设计中选取PCI1798 并行数据采集卡，它采用并行设计，4片高速50Msps 12bit A/D转换器，4个独立程控增益通道，100mV20V大动态信号采集，最高采样率为50Msps，测量精度高、具有相位一致性，符合设计要3.3传感器与信号调理电路 在汽车制动力检测中，检测精度受到诸多因素的影响，其中压力传感器信号的变送与
25、远距离的传输处理是影响信号精确度的重要因素之一，为使信号在传输过程中具有较强的抗干扰能力，以保证信号的准确性，一般要对传感器信号进行转换处理。常用的压力传感器信号处理方法有两种：(1)将信号转变为电压信号，直接以电压形式进行信号传送，再通过补偿后将电压值送入A/D转换以得到压力值；(2)将压力传感器信号转换成电流信号，以电流形式进行传输，再对电流进行隔离、放大、补偿处理转换为电压输出，最后送入A/D转换得到压力值。由于制动力检测平台较大且操作现场有一定的危险性，检测仪表需远离平台一定的距离(一般大于10米)。这种远距离的传输会造成信号的衰减，而对于本身信号就很小的压力传感器信号来说，这一损耗就
26、不能忽略了。第一种方法里电压在带屏蔽的多芯电缆线中传输会对信号测量带来较大的损耗误差，从而影响到检测的精度；而第二种方法先将压力传感器信号转换为电流，适宜于远距离的传输，通过电路调理得到线性度较好的对应电压值，减少了第一种方法所带来的误差，确保了检测信号的精确度和线性度，具有较好的抗干扰能力。综合了压力传感器信号特性及现场分析，本系统按第二种方法进行调理电路的设计。第四章 制动试验台检测系统的软件设计上位机软件的主要功能是对检测系统的标定，下位机检测的监控，数据的处理，检测结果统计、存储及查询等。其主要由系统登录模块、标定模块、检测模块和数据库管理模块组成，如下图所示。下位机软件的功能是控制车
27、辆检测的全过程，对车辆的轴重及左、右车轮制动力进行数据采样和处理。获得采样数据后，为了避免电信号的不规则性还要经过软件滤波。通过对数据的处理求得国标所涉及的参数，如轴重、左右车轮制动力等。数字滤波就是通过一定的计算方法或判断程序，减少叠加在有用信号中的噪声干扰的比重，从而提高采集信号的质量。数字滤波是由程序实现的，不需要增加硬件，可以根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，所以具有稳定性好、功能强的特点。程序采用模块化，便于修改和功能扩充，查错和调试也方便。系统程序框图如下图所示。 数据采集和数据处理计算机将数据采集卡上的数据进行处理，其中数据采集，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字
28、被测单元中自动采集非电量或者电量信号, 送到上位机中进行分析, 处理。数据采集功能包括采集安装在滚筒端部的圆编码器输出的脉冲信号和采集车辆制动踏板踏下时发出的制动信号。数据采集通过数据采集卡，即实现数据采集 (DAQ) 功能的计算机扩展卡。制动信号由操作者踩踏制动踏板产生。制动踏板和行程开关相连，当制动踏板被踏下时，开关闭合，由此发出一个制动信号。数据采集卡具有数字量输入功能，无输入时默认为高电平，因此可将行程开关与地相连。当开关闭合时，输出低电平信号。采集到制动信号后，同时给变频器发送停止工作命令，即进入制动状态。流程框图启动电动机带动滚筒达到预设速度显示制动距离和跑偏量，存储数据制动，断开
29、离合器，圆编码器清零，采集卡开始记录数据分别计算两个车轮的制动距离和跑偏量通过圆编码器测速，并用变频器将两侧滚筒速度调至相等初始化制动距离车轮制动后，滚筒飞轮依靠惯性继续转动，滚筒转动的圈数，与滚筒圆周长之积相当于车轮的制动距离。其中滚筒转动圈数由编码器发出的脉冲信号送入计数器记录。制动过程转速变化滚筒一端可安装测速传感器，该传感器测出制动过程中的速度变化，并且通过处理软件对速度变化进行微分，可得到制动减速度变化曲线。在测量过程中，并不需要对滚动转筒一直进行数据采集，可在程序内设置一个周期 t，在循环开始时进行滚筒转动角度的检测，然后进行复位，在周期结束后，关闭采集卡。通过对滚筒的角度采集，可
30、检测到滚筒的转速。制动时间车辆制动时，从驾驶员的脚踩上制动踏板时开始时间计数，一直到制动结束，由数码管显示制动时间。该数码管由电子时钟进行控制，经过一个时钟周期，数码管所显示便进行变化。由此可进行时间计数。制动力测试时，机动车轮由制动试验台的滚筒驱动，当车轮制动时，车轮受到了与试验台滚筒驱动力相反的制动摩擦力矩的作用，车轮出现停转，滚筒的转动阻力增加，车轮给主动滚筒施加了一个与其旋转方向相反的切向摩擦阻力，该阻力使主动滚筒停转，与此同时，车轮开始离开从动滚筒，车轮作用力全部由主动滚筒承担。车轮制动力的大小被测量装置转换成偏转角度，就可显示车轮制动力的大小。参考文献：1 张天罡. 滚筒反力式汽车制动试验台检测系统的研究D. 吉林：吉林大学，20082 赵英君.汽车性能检测.科学出版社,2009.9.3 陈焕江.汽车检测与诊断.机械工业出版社,2007.8.4 曹家喆.汽车性能检测技术.机械工业出版社 ,2009.11.
