卡丁车制动性能检测系统设计.doc

西南交通大学题目：卡丁车制动性能检测系统设计 姓名： 学号： 专业：卡丁车制动性能检测系统设计1、 制动检测系统简介 制动性能是指汽车迅速降低车速直至停车的能力。评价制动性能的指标主要有制动效能和制动稳定性。制动效能的评价指标是制动距离、制动系统协调时间和制动力；制动稳定性是指汽车在制动时仍能按给定方向的轨迹行驶 ，即不发生跑偏、侧滑及失去转向的能力。所以在动性能是评价一个汽车性能的很重要指标，对减少交通事故有很大的作用。据统计 ，由车辆原因造成的交通事故中 ，80 %是因制动性能引起的 ，制动性能直接关系到汽车的行驶安全。在我们此次卡丁车制动试验中主要是设计一个获得卡丁车制动距离和检验卡丁车在制动过程中是否有跑偏的方案。并且通过一些资料查阅，我选择惯性式制动检测方法进行设计。2、 惯性式实验平台制动原理 检测时，车辆驶上单轴惯性式滚筒试验台，被检车轮置于两滚筒之间，发动机熄火，变速杆置于空挡位置，然后启动电动机，通过滚筒的转动使车轮达到制动初速度。制动前先关掉发动机电源，再按规定的踏板力或制动气压踩下制动踏板。当车轮制动后，滚筒在惯性力矩作用下继续转动，其转动的圈数与滚筒周长的乘积即相当于车轮的制动距离。在规定的制动初速度下，制动距离的大小取决于被测车轮制动器和整个制动系的技术状况。滚筒的制初速度、制动减速度和依靠惯性力矩转动的圈数，由测速传感器发出电信号，用计数器记录。实验台结构模型如下： 为保证左右车轮的制动初速度相同，电机转速由计算机及变频器控制。计算机接收左右两组滚筒上的测速传感器信号并进行比较、处理，然后发出控制信号至变频器，通过变频器改变左右滚筒转速，使其达到测试车速。 每一车轮制动力测试单元设置一对主、从动滚筒。每个滚筒的两端分别用滚筒轴承与轴承座支承在框架上，且保持两滚筒轴线平行。滚筒相当于一个活动的路面，用来支承被检车辆的车轮，并承受和传递制动力。汽车轮胎与滚筒问的附着系数将直接影响制动检验台所能测得的制动力大小。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，本文中采用开有纵向浅槽的金属滚筒。即在滚筒外圆表面沿轴向开有若干间隔均匀、有一定深度的沟槽。3、 装置设计的理论计算卡丁车数据： 车轮直径d=500mm，车体重量m=180kg，驾驶员重量m=60kg， 卡丁车速度v=30km/h，车宽wide=200mm 制动允许的制动距离为35m以内，跑偏两600mm。 惯性式滚筒制动试验台相当于一个移动的路面，用旋转飞轮及滚筒的转动动能来模拟车辆在道路上行驶时的平动动能，其惯性质量与受检车辆的惯性质量相当，使车轮在试验台上再现道路行驶的实际状况。已知 卡丁车的测试车速 惯性质量 其平均动能 为简化飞轮的设计，可把飞轮作为滚筒的一部分，即把卡丁车的平动动能全部用滚筒的转动动能来模拟，于是每一个滚筒的转动动能应为 设测试时滚筒转速为,角速度为，滚筒切向线速度为, 则有 每个滚筒的转动惯量 (m为滚筒质量，r为滚筒半径)则 从而有设滚筒平均密度为，滚筒的长度为，则滚筒的直径，则有 取 ，则由上式计算可得 。综上确定滚筒尺寸：长度，直径。 根据上述计算，可以来确定实验台的大致构造和数据，已备建立试验台。4、 试验台的测试数据采集和处理 汽车制动性能检测常用的方法是采用室内台架试验法, 即采用惯性式和反力式制动试验台来近似地模拟实际的制动过程, 从而达到对汽车的制动性能进行定量测试与分析。制动试验台所配备的测控系统, 目前主要有两类: 以单片机为核心的智能化检测系统；以 pc机为核心的微机检测系统。前者功能比较单一, 以对汽车左、右轮制动力的定量测试为主, 不能准确、全面地反映汽车制动性能参数, 系统的可扩充性能也较差,难以实现更高层次的检测诊断与控制; 后者是近年来汽车检测行业十分关注并竞相研制开发的一类系统, 此类系统以pc机为核心, 有效地克服了单片机系统功能弱的缺点, 不但能实现对汽车制动性能各项技术参数的全面测试, 还能实现对检测台架的实时控制, 对各项测试数据进行系统分析与评价，同时, 为了满足汽车安全及综合性能检测线联网的需要，系统还可提供串行通信和基于tcp/ ip的网络通信两种联网接口。目前国内已有多种此类系统研制成功, 并得到了应用, 但纵观目前投入使用的这些系统,其功能参差不齐, 特别是在有关数据采集与处理方法上存在较多的缺陷,从而导致系统的测量精度不高，不能真实地反映汽车制动的全过程。 数据采集系统的基本组成如下图图2所示。由计算机作为数据采集系统前端处理机，变频器将信号传递给电机，控制左右电机转速同步。圆编码器将编码结果反馈给数据采集卡，采集卡将数据传递给计算机，以便计算机作进一步的处理。采集系统安装如图3所示采集系统中用到的器件；(1) 编码器：编码器encoder为传感器(sensor)类的一种，一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，主要用来监测机械运动角速度。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，在试验中我选择增量式编码器。如下图所示 光电编码器是利用光栅衍射原理实现位移数字变换的，增量式编码器转轴旋转时，有相应的脉冲输出，其计数起点任意设定，可实现多圈无限累加和测量。编码器轴转一圈会输出固定的脉冲，脉冲数由编码器光栅的线数决定。需要提高分辩率时，可利用 90 度相位差的 a、b 两路信号进行倍频或更换高分辩率编码器。（其中a、b为获得的正弦信号中的两个。）我们选择的编码器数据为：光a-cha系列编码器。品牌：chbg 型号：b-zsp4006 额定电压：dc5v-dc24（v） 额定电流：消耗电流小于100m（a） 机械寿命：20（万次） 电寿命：20（万次） 用途特点： 该产品广泛用于自动控制、自动测量、遥控、计算机技术及数控机床做角度和横纵坐标的测量等；采用asic光电器件，可靠性高、寿命长、抗干扰能力强、宽温度适用范围。 (2) 变频器:把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把三相或单相交流电变换为直流电（dc）。然后再把直流电（dc）变换为三相或单相交流电（ac），我们把实现这种转换的装置称为“变频器”（inverter）.所指的电机为感应式交流电机，在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电机。旋转速度近似地取决于电机的极数和频率。电机的极数是固定不变的。另外，频率是电机供电电源的电信号，所以该值能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。因此，以控制频率为目的的变频器，是作为电机调速设备的优选设备。其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。本制动检测系统采用lg is5型变频器，其特征参数如下： 标准特性 :(1)功率/电压等级：0.7522kw,200-230vac,3相 0.7522kw,380-460vac,3相 。(2)防护等级：ip20(3)变频器类型：pwm with igbt(4)控制方式：无传感器矢量控制（5)115khz载波频率（6）0400hz输出频率（7）可移动控制盘（读/写参数）(8)智能加/减速 (9)3个多功能输入(10)2个多功能输出(11)内置pid控制(12)速度预设(13) 三线制运行(14)多步速运行(15)自动转矩补偿(16)直流制动(17)失速保护(18)内置制动单元（0.757.5kw） (3) 计数卡：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集非电量或者电量信号,送到上位机中进行分析,处理。计数接口卡是一种连接传感器与pc连接的专用接口，用于记录脉冲数。根据设计需求，本系统采用型号为m287489的计数卡。m287489性能简介： 32路数字量输入/输出及计数卡 32路数字量输入/输出；3个16位计数器，6种编程方式；自带面包板利于用户开发。5、 与采集系统相配对的软件系统软件平台应具有的功能：（可以自己编写也可用现用平台。）1、 变频器的启动/停止(命令子程序)2、 变频器频率调节子程序3、 转速调节子程序4、 通信子程序5、 自动信号采集子程序6、 控制面板7、 人机交互人机交互界面应该友好，简洁方便，尽量实现大多数功能的直接控制，可以由自己用编译语言编写。8、 计数、d/a转换子程序 系统软件采用模块化设计，菜单管理，主要包括：系统初始化、主菜单管理、系数标定、参数设定、打印、通讯、测量等模块组成。系统软件结构框如下图所示：系统初始化主菜单测量制动测量打印数据通讯数据坡度测量系数标定参数标定加速测量开