汽车底盘测功机的原理.doc

本科毕业设计（论文）手册目录一、浙江师范大学本科毕业设计(论文)正文（138页）二、浙江师范大学本科毕业设计(论文)过程管理材料（150页） （一）浙江师范大学本科毕业设计(论文)任务书1 （二）浙江师范大学本科毕业设计(论文)文献综述3 （三）浙江师范大学本科毕业设计(论文)开题报告 13 （四）浙江师范大学本科毕业设计(论文)外文翻译 26 （五）浙江师范大学本科毕业设计(论文)指导记录 44 （六）浙江师范大学本科毕业设计(论文)中期检查表 47 （七）浙江师范大学本科毕业设计(论文)答辩资格审查表 48 （八）浙江师范大学本科毕业设计(论文)答辩记录 49 （九）浙江师范大学本科毕业设计(论文)评审表 50第 一 部 分毕业设计(论文)正 文浙江师范大学本科毕业设计(论文)正文学院职业技术学院专业汽车维修工程教育姓名陈 鑫学号03520110指导教师曹振新职称讲 师合作导师职称中文题目汽车底盘测功机的原理与维护外文题目Principle and Safeguarding Of Automobile Chassis Dynamometer摘要底盘测功机是检测汽车动力性能的重要设备。本文简要介绍了汽车底盘测功机的测量原理 ,以及对其进行检测的方法。在分析汽车底盘测功机运动方程的基础上,讨论了包括测功机损耗功率、测功机扭振、测功机当量惯量和汽车质量差异等对试验精度有重要影响的几个问题 ,提出了提高试验数据处理精度的方法和修正公式。最后，叙述了目前汽车检测与维修行业广泛使用的普通双滚筒汽车底盘测功机存在着不足，对现有各种解决方案的优缺点进行了系统的研究分析，提出了对普通双滚筒测功机的改进途径。关键词底盘测功机；计算机控制系统；驱动力；行驶阻力；汽车测功; 损失功率测试导师点评2职业技术学院汽车维修工程教育专业汽车底盘测功机的原理与维护目录摘要 1英文摘要1引言11、绪 论21.1 汽车底盘测功机概述 21.2 底盘测功机的发展现状 51.3 论文研究目的及意义 62、底盘测功机硬件构成及原理72.1 测控系统的评价指标 72.2 系统硬件框图92.3 传感器102.4 模入模出板和开关量输入输出卡 112.5 放大滤波电路的设计123、 底盘测功系统的数据处理及分析153.1 概述153.2 曲线拟合 163.3 FIR 数字滤波器的设计173.4 系统标定 193.5 底盘测功机数据处理 214、汽车底盘测功机中存在的问题及影响测试精度的因素分析 2241目前汽车底盘测功机中存在的问题分析 224.2解决途径 244.3影响底盘测功机测试精度的因素分析 265、底盘测功机的使用与维护 275.1主要性能的检定275.2一般底盘测功机的使用与维护295.3 DCG-1OA型汽车底盘测功机维护实例 31结束语36参考文献36致谢38汽车底盘测功机的原理与维护姓名：陈 鑫指导教师：曹振新摘 要：底盘测功机是检测汽车动力性能的重要设备。本文简要介绍了汽车底盘测功机的测量原理 ,以及对其进行检测的方法。在分析汽车底盘测功机运动方程的基础上 ,讨论了包括测功机损耗功率、测功机扭振、测功机当量惯量和汽车质量差异等对试验精度有重要影响的几个问题 ,提出了提高试验数据处理精度的方法和修正公式。最后，叙述了目前汽车检测与维修行业广泛使用的普通双滚筒汽车底盘测功机存在着不足，对现有各种解决方案的优缺点进行了系统的研究分析，提出了对普通双滚筒测功机的改进途径。关键词：底盘测功机；计算机控制系统；驱动力；行驶阻力；汽车测功; 损失功率测试Principle and Safeguarding Of Automobile Chassis DynamometerName：Chen XinDirector：Cao Zhen XinAbstract：The chassis dynamometers is examines the automobile dynamic quality theimportant equipment.In this paper,we want to introduce the measurement principle of automotive chassis dynamometers and a testing method . Some important problems affecting chassis dynamometer test accuracy,including loss power,torsion vibration and difference between dynamometer equivalent inertia and vehicle mass,are discussed on the basis of analysis of the dynamometer dynamic equations.Methods and correcting equations for improving dynamometer test data process accuracy are put forward. Finally ,This article describes the defects which the straight double reels type vehicle chassis dynamometers currently and widely used in the vehicle testing and repairing industries are existing, studies and analyzes the advantages and disadvantages of all kinds of solving plans systematically, proposes the approaches to improving the straight double reels type dynamometers.Key Words：Chassis dynamometer; Control system; Breakdown Diagnose；Maintenance引言汽车动力性能是指汽车在驱动力作用下，克服各种阻力前进的能力，一般包括最大输出扭力、底盘输出功率、最高车速、加速性能和爬坡能力等。这些性能的好坏主要受发动机功率和传动系性能的支配，同时也受到空气阻力影响。汽车动力性能使汽车的主要性能之一，汽车动力性能的优劣直接关系到汽车的安全性、稳定性和舒适性。因此汽车动力性能的检测是十分重要的。1 绪 论1.1汽车底盘测功机概述随着科学技术的发展，汽车结构不断完善，汽车性能不断提高。也就是说，现代汽车性能是为了满足使用者日益提高的要求，不断地被改进而且日趋完善的。早期的汽车是在马车的基础上发展起来的，在类似马车的底盘上装上动力装置便构成汽车。早期的汽车能够行驶，可以取代马车，便使众人为之震惊。随着时间的推移，人们对汽车性能的要求越来越高，20 世纪 70 年代以前，功率大，车速高是人们追求的主要目标；70 年代以后，由于两次世界性石油危机的出现，低油耗、低公害受到了世界各国的普遍重视。为了适应全球各地在燃油经济性和尾气排放等方面日益严格的标准，迫使汽车厂商不得不巨额投资以提高产品性能。电动和燃油混合动力型汽车、燃料电池汽车等多种动力技术将日趋普及，这些尖端技术可望在将来减少或消除汽车尾气排放及其对环境的污染；80 年代，汽车的安全性、稳定性、舒适性和大功率成为主要追求目标，制动防抱死装置（ABS）、四轮转向、微处理机（MCPU）被广泛采用。总之，对环境的污染越来越小，燃油经济性越来越好，安全性越来越高是汽车发展的趋势。人们对汽车性能的要求的不断提高，一方面促进了传统的汽车技术与现代的电子技术的结合，使汽车的经济技术指标在最近几十年有了大幅度的提高；另一方面，它促进汽车综合性能（如排放、油耗、加速、制动、平顺性和可靠性）现代测试技术的发展和广泛应用，大大提高了汽车新产品的开发速度和出厂产品质量的控制能力。汽车的好坏是通过具体的性能和性能指标来加以评价的。汽车行驶性能，是指汽车在驱动力作用下，克服各种阻力前进的能力，一般包括最高车速，加速性能和爬坡能力等。这些性能的好坏主要受发动机功率和传动系性能的支配（因而行驶性能又称动力性能），同时也受到空气阻力影响，还需克服传动系、行驶系、转向系、制动系等各相关部分的摩擦损失及轮胎损失。 测试汽车整车的行驶性能，往往采用试车场试验或实际道路行驶试验，这两种试验方法需要的财力和人力均较多，且重复性差，易受环境因素的干扰。除此之外，还可以在室内条件下通过底盘测功机测定。在道路上行驶时是汽车相对于静止的路面作纵向运动，在底盘测功机上是以转鼓的表面来取代路面，这时是转鼓的表面相对于静止的汽车作旋转运动。试验时，使用汽车底盘测功机模拟汽车的行驶阻力（与一定的计算机技术与数据处理方法相结合），可以测试发动机功率，汽车加速性能以及爬坡性能，能解决发动机与车辆的合理匹配问题，并且可以进行油耗试验。测功机主要有单转鼓式和双转鼓式两种。如图 1.1.1 所示为单转鼓式测功机，其转鼓直径越大，车轮在转鼓上就越像在平路上滚动。但加大转鼓的直径，测功机的制造和安装费用将显著增加，所以一般鼓径均在 1500 毫米以上而不超过 20002500 毫米。单转鼓测功机对试验车辆的安放定位要求较严，车轮与转鼓的对中比较困难，但其试验精度比较高，故主要用于汽车制造和科研单位。图 1.1.2 所示为双转鼓式测功机，其转鼓直径比单转鼓测功机的转鼓直径要小得多，一般在 185400 毫米范围内，随试验的车速而定。转鼓的曲率半径小，轮胎和转鼓的接触情况就和在道路上的受压情况不一样，故试验精度较低。但这样的试验台对试验车的安放要求不高，使用方便，而且成本低，适合保修企业在进行汽车技术状况检查和故障诊断时使用。汽车底盘测功机一般由加载装置、测量装置、转鼓组件以及其他辅助装置组成。如图所示：1.1.1 加载装置由于汽车在道路上所受的各种阻力与其在测功机上所受的阻力和不相等，为了测试汽车的各种性能，就必须给汽车提供额外的阻力以补偿这部分阻力差。提供这部分阻力的装置称为测功器。测功机上应用的测功器有以下几种：（1）液力测功器：这种测功器用水产生制动力矩。水在测功器的转动部分与固定部分之间起联结作用而形成制动力矩。调节水槽中的液面高度，可以获得不同的制动力矩。当水槽的高度一定时，制动力矩随转子的转速的改变而改变。这种测功器的工作稳定。（2）电力测功器：该种测功器既能作为负载使用，此时它吸收功率；又可驱动机械，此时它输出功率。利用电力测功器可以很好的模拟汽车的行驶阻力和惯性阻力，从而取消测功机的飞轮机构，提高了测试精度。电力测功器的制造成本高，因而只有汽车制造和科研单位的底盘测功机上才采用这种测功器。（3）电涡流测功器：该种测功器利用了电磁原理。当带有激磁线圈的定子通电后产生磁场，转子转动切割磁力线从而在转子上产生电涡流，形成阻力矩。调整激励电流的大小，可以获得不同的阻力矩。1.1.2 测量装置测量装置包括测力装置和测速装置。测力装置测量转鼓上的转矩，经过变换可以得到作用在驱动轮上的驱动力。测速装置测量转鼓上的转速，经过变换可以得到汽车的车速。1.1.3 转鼓转鼓一般为空心钢结构。转鼓表面可以是光滑的，也可以是轻度粗糙的。对于双转鼓测功机，为了提高转鼓表面的附着系数，有的转鼓表面被制成波纹形状或带有凸台，或在转鼓表面上粘结一层摩擦性能良好的专门塑料。在实际使用过程中，带有凸台或表面焊有钢丝网的转鼓能获得良好的效果。对于测定或检验汽车动力性和燃油经济性的测功机或模拟汽车行驶工况的测功机上的转鼓，其表面多为光滑的，因为车轮与光滑鼓面间的附着能力，能够产生足够的牵引力。对于供汽车振动实验用的测功机，其转鼓表面有的覆盖一层厚度按正弦规律变化的木块，有的则按所要模拟的道路振动特性而做成凹凸不平的形状。1.1.4 其它装置测功机上还有用于防止汽车在转鼓上纵向移动的约束装置、用于冷却发动机和轮胎的冷却装置、车辆举升装置等辅助装置。1.2底盘测功机的发展现状在80年代以前，汽车检测设备主要以机械结构为主，如：机械式侧滑实验台，测力弹簧结构的制动实验台等，而汽车底盘测功机也主要以机械模拟为主，即采用飞轮模拟汽车行驶时的平移质量和旋转质量的惯量阻力，它们只能检测汽车在低速行驶状态下的参数，且精度很低。显然，传统结构设计的汽车检测设备是不能满足要求的。进入80年代，随着汽车机电一体化的发展，汽车检测设备也进入了机电一体化设计阶段。电子技术能获得广泛应用的原因，主要是电子控制系统的功能自由度大、精度高、工作稳定，利用这些优点和汽车检测设备相结合便能去开发研制新一代高精度的汽车检测设备。在传统结构的汽车检测设备的基础上，我们尽量减少机械传动环节，并采用反应速度快的高精度传感器，电子计算机与机械装置相结和的方法来设计汽车检测设备，为检测高速行驶中的汽车的真实性能提供了可能性。以汽车底盘测功机为例，此阶段的汽车底盘测功机主要是采用接线-电模拟方式，用飞轮模拟汽车惯性阻力，用电负荷模拟汽车的另一部分行驶阻力，大大提高了检测的精度。当时，德、日、美三国的很多公司纷纷投入大量的人力、物力开发研制机械-电模拟的汽车底盘测功机，并取得了很大成果。如德国 schenck 公司生产的单、双鼓底盘测功机，日本MEIDESHA公司生产的单鼓底盘测功机，美国CLAYTON公司生产的ECE-50型双鼓底盘测功机和美国Burke生产的48寸单鼓底盘测功机。随着研究的不断深入，人们发现采用飞轮组来模拟汽车的惯性阻力是有级模拟。对于测定稳定工况下的汽车性能而言，在转鼓实验台上只要装有作为负荷的测功机就可以，而且希望旋转部分的惯性矩尽量小，以减少惯性对测量装置的影响；对于测定非稳定工况的汽车性能而言，为了模拟汽车重量的影响，则实验台旋转质量的动能应与行驶汽车的动能相等。因此，必须采用惯性可调的飞轮，传动比可以改变的增速器或通过电力驱动的调节来改变实验台旋转质量的动能，以适应重量不同的各种车型的需要。惯性飞轮可以直接安装在转鼓轴上或通过增速器连接。在后一种情况下，飞轮可以大大缩小，因为飞轮所能储存的动能是与传动比平方成正比。但增添增速器将增加实验台的成本。此外，有些实验台，为了扩大量程，往往装有几个惯量不同的飞轮，这些飞轮都可以利用离合器与转鼓连接，以便根据汽车的重量来选择负荷，但其结构复杂而且制造成本高。因此人们开始研制通用的转鼓实验台，即电力汽车底盘测功机，它利用电磁力及发电机结构提供测功机所需要的载荷。我们知道，发电机和电动机的原理是可逆的，所以一般电力测功机至少有两种工况：一是拖动工况，在这种工况下，测功机的测功器作电动机运行，实现发动机起动、冷磨合、测定摩擦功率；二是消耗工况，在这种工况下，测功机的测功器作为发电机运行，以电阻作为负载，吸收转子轴的输入功率。在消耗工况下，通过改变磁通量和改变负载电阻均可改变回路中的电流，这些都将改变汽车发动机的负载（即输出功率和扭矩）。电力测功机这种实验台没有飞轮装置，汽车的惯性力的模拟也是通过电信号来调节，实现无级模拟。通过对测功机控制系统的良好设计，使其能自动调节并具有满意的动静态品质。目前，在我国无专门厂家生产这类产品。1.3研究目的及意义检测技术作为现代制造技术的重要组成部分。随着电子技术和机械加工工业的发展，在传统检测方法的基础上，逐步发展成现代汽车诊断与检测技术。汽车检测通常指使用现代检测技术和设备，结合计算机、自动控制等高新技术来检测汽车技术状况。它是以工程数学、故障物理、可靠性理论、电子学和电子技术、信息控制理论等为基础的一门综合性应用科学。汽车检测对于保证交通安全、加强环境保护，提高运输能力和降低生产成本都具有重要意义。因此选择汽车性能检测作为研究课题是很有现实意义的。使用汽车底盘测功机可以模拟汽车道路试验的各种工况，完成汽车的经济性试验、动力性试验、排放性能评价和分析、可靠性试验以及与汽车传动系统有关的专项试验。它在汽车试验研究、产品开发和新车及在用车质量检测中是不可或缺的。本系统采用了计算机、模入模出（A/D、D/A）接口板、开关量输入输出（I/O）卡组成了测试与控制系统。数据通过放大、滤波后，通过 A/D 卡进入计算机进行处理。而计算机通过 I/O 卡对底盘测功机进行控制。同时检测过程中的图形数据的显示、数据的存储、运算以及系统传感器的标定、驾驶提示的显示等工作也交由计算机来完成。一方面，在硬件方面，由于计算机的 PCI插槽很多，可以进行扩展升级。另一方面，由于在检测控制中，全部计算以及控制命令均由计算机来完成，所以当国家标准升级时，只需修改计算机程序就能实现相应的升级。2 底盘测功机测控系统硬件构成及原理 2.1汽车底盘测功机的测试指标性能测控系统是计算机自动测量和控制(ComputerAutonlated Measurement andControl，CAMAC)系统的简称。它是自动控制技术、计算机科学、微电子学和通讯技术有机结合、综合发展的产物，是一门新兴的技术。它包括各种数据采集和处理系统、自动测量系统、过程控制系统等等，广泛地应用于国防、科学研究和工农业生产的各个领域。汽车底盘测功机的测控系统就是通过计算机对底盘测功机进行控制，对汽车底盘等进行检测，采集数据并处理及分析，对汽车性能进行测试评估。2.1.1 汽车底盘测功机测控系统开发的意义使用汽车底盘测功机可以模拟汽车道路试验的各种工况，完成汽车的经济性试验、动力性试验、排放性能评价和分析、可靠性试验以及与汽车传动系统有关的专项试验。它在汽车试验研究、产品开发和新车及在用车质量检测中是不可或缺的。本系统采用了计算机、模入模出（A/D、D/A）接口板、开关量输入输出（I/O）卡组成了测试与控制系统。数据通过放大、滤波后，通过 A/D 卡进入计算机进行处理。而计算机通过 I/O 卡对底盘测功机进行控制。同时检测过程中的图形数据的显示、数据的存储、运算以及系统传感器的标定、驾驶提示的显示等工作也交由计算机来完成。一方面，在硬件方面，由于计算机的 PCI插槽很多，可以进行扩展升级。另一方面，由于在检测控制中，全部计算以及控制命令均由计算机来完成，所以当国家标准升级时，只需修改计算机程序就能实现相应的升级。2.1.2 汽车动力性评价指标汽车动力性检测项目主要有:加速性能检测、最高车速检测、滑行性能检测、发动输出功率检测、汽车底盘输出功率检测。动力性检测可依据的标准有:（1）JT/T198-95汽车技术等级评定标准（2）GB/T15746.2-1995汽车修理质量检查评定标准-发动机大修（3）GB3798-83汽车大修竣工出厂技术条件（4）JT/T201-95汽车维护工艺规范2.1.3 汽车动力性评价指标体系汽车动力性是汽车在行驶中能达到的最高车速、最大加速能力和最大爬坡能力，是汽车的基本使用性能。汽车属高效率的运输工具，运输效率的高低在很大程度上取决于汽车的动力性。这是因为汽车行驶的平均技术速度越高，汽车的运输生产的效率就越高。而影响平均技术速度的最主要因素就是汽车动力性。随着我国高等级公路里程的增长，公路路况与汽车性能的改善，汽车行驶车速愈来愈高，但是在用汽车随着使用时间的延续其动力性逐渐下降，不能达到高速行驶的要求，这样不仅降低了汽车应有的运输效率及公路应有的通行能力，而且成为交通事故、交通阻滞的潜在因素。因此，在交通部1990年发布的13号令中，特别要求对汽车动力性进行定期检测。动力性检测合格是营运汽车上路运行的一项重要技术条件。1995年交通部为了提高在用汽车的技术性能，发布了JT/T198-95汽车技术等级评定标准，将动力性作为第一项主要性能进行评定。汽车检测部门一般常用汽车的最高车速、加速能力、最大爬坡度、发动机最大输出功率、底盘输出最大驱动功率作为动力性评价指标。（1）最高车速Vmax (km/h)最高车速是指汽车以厂定最大总质量状态在风速3m/s的条件下，在干燥、清洁、平坦的混凝土或沥青路面上，能够达到的最高稳定行驶速度。（2）加速能力t(s)汽车加速能力是指汽车在行驶中迅速增加行驶速度的能力。通常用汽车加速时间来评价。加速时间是指汽车以厂定最大总质量，状态在风速3m/s的条件下，在干燥、清洁、平坦的混凝土或沥青路面上，以某一低速加速到某一高速所需的时间。1) 原地起步加速时间，亦称起步换档加速时间，系指用规定的低速档起步，以最大的加速度(包括选择适当的换档时机)逐步换到最高档后，加速到某一规定车速所需时间，其规定车速各国不同，轿车常用0-80km/h、0-100km/h，或用规定的低档起步，以最大加速度逐步换到最高档后，达到一定距离所需的时间，其规定距离一般为0-400km、0-800km、0-1000km,起步加速时间越短，动力性越好。2) 超车加速时间亦称直接档加速时间，指用最高档或次高档，由某一预定车速开始，全力加速到某一高速所需的时间，超车加速时间越短，其高档加速性能越好。我国对汽车超车加速性能没有明确规定，但是GB3798-83汽车大修竣工出厂技术条件中规定，大修后带限速装置的汽车以直接档空载行驶，从初速20km/h加速到40km/h的加速时间，应符合表1.1的规定。表1.1直接档加速时间发动机标定功率与汽车整备质量之比(马力/t)10-1515-2020-2520-5050(KW/t)7.36-11.0311.0-14.7114.71-18.3918.39-36.7836.78加速时间( s )3025201510（3）最大爬坡度最大爬坡度是指汽车满载，在良好的混凝土或沥青路面的坡道上，汽车以最低前进档能够爬上的最大坡度。由于受道路坡度条件的限制，汽车综合性能检测站通常不做汽车爬坡测试。（4）底盘输出最大驱动功率底盘输出最大驱动功率是指汽车在使用直接档行驶时，驱动轮输出的最大驱动功率(相应的车速在发动机额定转速附近)。底盘输出最大驱动功率一般简称底盘输出最大功率，是实际克服行驶阻力的最大能力，是汽车动力性评价的一项重要指标。汽车在使用过程中，发动机本身、发动机附件及传动系的技术状况都会下降，其底盘输出的最大功率将因此减小。2.2 硬件构成系统硬件主要包括 PC 机、开关量输入输出（I/O）卡、模入模出（A/D、D/A）接口板、F/V 转换、低通抗混淆滤波电路、放大整形电路。其主要功能是，根据当前检测项目的需要，并通过判断底盘测功机当前状态，发出指令，使底盘测功机按当前要求状态工作；当车到达指定位置后，PC 机发出指令，开始检测并采集数据，输入 PC 机进行计算处理，并将处理结果打印出来。系统硬件框图如图2.1所示。如图2.2.1所示的硬件部分实现测量信号的转换、放大、整形和处理，主要由工业系统计算机、打印机、传感器、变送器、A/D卡、I/O卡、LED点阵屏等组成。2.3 传感器2.3.1 传感器的选择和应用本系统采用的传感器主要包括压力传感器、车速信号传感器、温度传感器、测量油耗信号传感器、位移传感器。传感器的精度在很大程度上决定着整个系统的测试精度，由于汽车底盘测功机的功率吸收装置是整个测试系统的关键，故采用梁式弹性体电阻应变式传感器，它适应于静态和动态力的测量。2.3.2 传感器供电电源本系统给传感器供电的电源采用DF1701S(多路)2-5A系列可调式支流稳压、稳流电源。该电源是由二路可调输出电源和一路固定输出电源组成的高精度电源。其中二路可调输出电源具有稳压与稳流自动转换功能。该电源电路可靠，电源输出电压能从0至标称电压值之间任意调整，在稳流状态时，稳流输出电流能从1至标称电流值之间任意连续可调。两路可调电源间又可以任意串联或并联，在串联和并联的同时又可以可由一路主电源进行电压或电流(并联时)跟踪。该电源具有可靠的过载保护功能，体积小，性能好。2.4 模入模出板和开关量输入输出卡2.4.1 模入模出（A/D、D/A）板的选择PCI-7484板是为工业PC机或PC兼容机设计的一种多功能综合接口板。板上有12位单端16路/差分8路A/D输入、4路12位独立D/A电压电流输出、16路开关量TTL电平输入、16路TTL电平输出、3路脉冲计数/定时等多项功能。本板适用于各种工业现场的数据测量及控制，集成度高，功能强大，可靠性好，数据采集稳定，且价格低，深受用户欢迎。符合 PCI+5V 总线标准，以中断或查询方式工作，占用连续16个I/O物理地址。A/D转换芯片采用高性能的AD1674（或 BB774）芯片，D/A芯片采用 BB7625。A/D、D/A有多量程单双极性输入输出,给用户使用带来极大的方便。PCI-7484 模拟量输入A/D、D/A输出及脉冲信号由XS137 芯D型孔头接入，通过改变跳线器就可选择A/D、D/A不同的电压输入输出范围。16路开关量输入输出信号为TTL电平由XS240芯IDC接头转换为DB37接头与现场相连，此线出厂时提供。PCI-7484出厂时提供Win95/98/2000/NT下测试程序和动态链接程序（DLL）及编程指导（DEMO 程序），有VB/VC采集程序例程，并提供两年的质保服务。由于是PCI总线，用户不必关心板卡的实际地址，安装板卡时，PCI 协议自动分配该板的基地址。2.4.2 开关量输入输出（I/O）卡的选择PCI-7502 板是独立光电隔离 32 路开关量输入 32 路开关量功率输出板，开关量输入是通过板上的 34 芯 IDC 接头 XS2 转接成 37D 型头与现场信号相连接，32 路功率输出由 XS1 转接 37 芯 D 型头与现场信号相连接，该板简单可靠，输入输出电压范围广，符合 PCI 总线标准。PCI-7502 开关量输入部分采用光电隔离技术，实现 32 路电压型开关量的并行输入，有效的避免了外部环境对主机的干扰和损坏，输入采用共地方式，不需要外接电源，各种开关量相互独立，只要选用适当的限流电阻，保证光耦器件的输入电流为 4mA 左右，即可适应不同电压的开关量输入，开关量电压范围为 024V 或 012V 或 032V，出厂为 05V。PCI-7502 输出部分采用光隔离技术，实现 32 路开关量独立输出，可以提供 TTL 电平输出，也可以提供功率输出，其输出端最大功率可驱动 24V/200mA负载或 12V/200 mA， 可直接驱动继电器，电磁阀。各路输出信号均具有锁存功能。出厂为功率输出方式，出厂时为 24V/200mA，CPU 输出数据为正向驱动。PCI-7502功率输出时要求用户从 37 芯 IDC 接头提供+24V 或+12V 电源给功率驱动芯片（2004）。电源提供 24V 还是 12V 由用户需要开关量输出的电压值而定。PCI-7502为四层模板,采用芯片表贴芯片技术.出厂时提供Win95/98/2000/NT 下测试程序和动态链接程序（DLL）及编程指导（DEMO程序），有 VB/VC 采集程序例程，并提供两年的质保服务。由于是PCI总线，用户不必关心板卡的实际地址，安装板卡时，PCI协议自动分配该板的基地址。2.5 放大滤波电路2.5.1 放大电路的设计第一级差动放大电路，如图 2.5.1 所示。 (2-1) (2-2) (2-3)当 的时候，上式将变为： (2-4) (2-5)令 R1=3K，R3=100K，则此放大电路的放大倍数为：-33.3 倍。第二级差动放大电路，如图 2.5.2 所示。 (2-6) (2-7)令 VR1=50K，R3=10K，R1=1K，根据此公式可以计算出第二级电路放大倍数为1060倍。同样道理，第三级电路的放大倍数为120倍，所以总的放大倍数为33339960倍。总体放大电路如图 2.5.3 所示。 图 2.5.4 为利用运放作为有限增益可控源的二阶低通滤波器，其传递函数为： (2-8)与二阶低通滤波器（图 2.5.5）标准式 (2-9)相比较，得： (2-10) (2-11)对该电路来讲，有 R1、R2、C1、C2、H0五个参数可选择，但只有上述三个关系式，因而在元件选择上有一定的自由度；一种方法是令 R1=R2=R，C1=C2=C，则有 故当0，Q 已知时候，有： 当R3=、R4=0时候有： 3 底盘测功数据处理及分析3.1 概述计算机测量用的被测信号一般都含有误差，如何将误差从被测值中去除，如何减小测量结果中的误差含量，是常见数据处理问题之一。由误差理论，按测量过程中所产生的误差性质，可将误差分为三类：系统误差、随机误差、过失误差。对汽车检测设备而言，与其它计量器具相似，其测试误差基本上由系统误差与随机误差两方面组成。既然使用计算机进行测量，应当充分发挥计算机的作用，可从软件方面采取措施来提高采集效率，改善数据处理效果。用软件来减小或消除测量误差或信号中的无用成分叫数字滤波。3.1.1 过失误差的剔除过失误差表现的是与测量结果真值明显的偏离，包含过失误差的测量值叫异常值，必须先将它们全部去掉，问题的关键是如何在测量列中找出可疑的异常值。对过失误差分为两种情况来讨论：一种是恒定被测量信号，另一种是时变被测量信号。3.1.2 随机误差的消除随机误差（偶然误差）是由许多小的相互独立的影响而引起的对测量系统的统一读数的偏离。它没有确定的变化规律，但它在多次测量的总体上服从统计规律，因此可由统计学原理对其进行处理。常用的克服随机干扰的数字滤波算法有：限幅滤波、中位值滤波、算术平均值滤波、加权滑动平均值滤波等。3.2 曲线拟合系统误差是由系统本身引起、按一定规律变化的误差。因系统误差的规律可被人们掌握，所以在测量结果中可用修正值等消除系统误差的影响。常用校正算法有多种，下面先介绍一种最常用的方法，即最小二乘非线性校正法。在汽车动力性能检测中，车速和扭矩是最重要的两个数据，它们不仅本身是衡量汽车动力性能的两个重要标准，而且还是其他如功率等参数运算需要的两个重要参数。我们可以通过扭矩与车速的关系、功率与车速的关系对汽车的动力性能进行评价，进而分析判断动力系统出现故障的部位。在一般的汽车检测控制系统中，由于机械台架结构、传感器的非线性以及检测现场的各种干扰信号的影响等因素，导致系统采集的数据无法完全真实地反映制动力变化的过程，采集得到的制动力变化曲线出现锯齿现象，严重影响到各项指标的测试精度和评价结果的准确性。3.2.1 最小二乘数据拟合在一般情况下，我们不能要求近似曲线 y=f(x)严格地通过所有数据点，亦即不能要求拟合函数在 xi处的偏差（亦称残差） i=(1、2、3m) (3-1)都严格地等于零。但是，为了使近似曲线尽量反映所给数据点的变化趋势，要求i都较小是必要的。最常用的原则是选取(x)，使偏差平方和最小，即 (3-2)式(3-2)称为最小二乘准则。按最小二乘准则选取拟合曲线的方法，称为最小二乘法。对于车速、功率、扭矩变化曲线的拟合，本文所采用的方法是通过多项式的最小二乘法进行拟合，一般采用的是5次多项式拟合，拟合后的效果如3.2.1所示：3.3 FIR 数字滤波器的设计在数字信号处理中,数字滤波器是很重要的一个方面。利用数字滤波器,可改变信号中所含频率分量的相对比例或滤除某些频率分量。其中，FIR 滤波器可以在幅度特性随意设定的情况下，保证精确严格的线性相位特性，且不存在不稳定问题，因此，FIR数字滤波器应用较多。设计FIR数字数字滤波器的方法通常有三种:窗函数法、频率抽样法、等波纹逼近法。其中设计FIR数字数字滤波器的最常用的方法是窗函数，通常也称之为傅立叶级数法。本文将利用Hamming窗设计一个低通滤波器。3.3.1 窗函数法设计步骤窗函数法的设计步骤有两步：（1）首先给出要求的理想滤波器的频率响应，设计一个 FIR 数字滤波器频率响应，去逼近理想的频率响应。（2）由理想的频率响应推导出对应的单位取样响应，再设计一个 FIR 数字滤波器的单位取样响应去逼近推导出的单位取样响应。3.3.2 算法的研究为了建立一个具有线性相位和稳定的非递归特性的有限脉冲响应滤波器即FIR滤波器,要考虑两个方面：一是使用有限长的单位取样响应来逼近理想低通, 二是单位取样响应对(N -1)/2对称,从而保证线性相位。根据FIR数字滤波器输入输出关系的差分方程描述,有 (3-3)上式反映了有限列长的单位取样响应。滤波网络传输函数为: (3-4)利用傅里叶变换得单位取样响应hd(n)为： (3-5)wc 是截止频率,a = (N 1)/ 2 ,从而保证线性相位。在窗函数法设计中使用有限列长的h(n) 逼近hd(n),用Hamming窗函数，w(n)将hd (n)截断,进行加权处理后可得h(n) = hd (n)w(n) 。此时频率响应函数为： (3-6)Hamming窗函数 (3-7)其中RN(n)是幅度为1,长度为N的矩形序列。3.3.3 软件实现（1）低通滤波器的设计指标通带截止频率wp = 0.2,阻带截止频率ws = 0.3,最小阻带衰减 As = 50dB。（2）设计分析由以上参数可得过度带宽tr-width=ws-wp,wc=(ws+wp)/2。考虑选择Hamming窗函数，则列长： ， ，（3）atlab试验程序结果（4）试验结果分析及原则参数选择得原则为，一是选择主瓣较宽的窗函数,从而加大阻带的衰减,保证通带的平稳,二是在保证阻带最小衰减指标的情况下,适当增加列长 N 值, 使过度带窄一些。但 N 值的变化同时影响过度带和主瓣的变宽或变窄, 另外选择主瓣较宽的窗函数时(同等N值下) ,其过度带就宽一些了,这两个设计原则是无法同时满足的。因此设计 FIR 滤波器时,应根据技术指标,通过多次试验,找到合适的窗函数和 N值。经过多次试验，本次试验选择的参数为：N=81，tr-width=0.3142,wc=0.7854, As=53,相应幅频特性曲线为图 3.3.1 中的子图,依次为理想取样响应、窗函数、实际取样响应频谱和低通幅度特性曲线。由图可知，该窗函数主瓣较宽，虽然阻带衰减比较大但是通带较平稳，同时阻带的震荡也较小。因此，所取窗函数能够满足本文的需要。3.4 系统标定系统标定是确保系统精度的关键。标定的方法是对确定量进行测量，通过各种调节手段（包括软件和硬件），达到显示值与实际值之间的偏差符合精度要求的目的。3.4.1 速度标定（1）选取速度通道，速度示值误差在 40km/h、60km/h 时，速度的示值误差为0.5。（2）标定工具数字光学测速计 1 只，精度 0.5 级（用户自备）。（3）标定方法选取标定点，车速为 40km/h 或 60km/h，按下式换算标定点标准速度Vk。 (3-8)式中：nk-标定点滚筒速度（r/min）D滚筒直径（370mm）在滚筒上做一个明显标记（白色），启动汽车，带动滚筒旋转，并将车速稳定在标定点上，利用光学测速计，重复测定三次，按下式计算速度的示值误差。 (3-9)式中：V -速度示值误差V-显示窗显示数值（km/h）Vk -标定点标准速度值（数字光学测速计）（km/h）（4）若采用标准频率计模拟速度信号标定时，标准频率计输出频率与标定点标准速度Vk的对应关系见表 3-1。表3-1功率-速度对应关系表标准频率计输出功率(Hz)573.58601720标定点标准速度Vk(km/h)40601203.4.2 驱动力标定（1）选取驱动力通道，驱动力示值误差。驱动力的示值误差为2.0。（2）标定工具标定架，随机配挂篮质量为 5kg。砝码（用户自备），5kg 三个，10kg 四个。（3）标定方法安装标定装置，按图加载砝码，递增和递减各三次，把显示器或显示屏的显示值记录于表中。图 3.4.1 为标定装置安装示意图驱动力的示值误差按下式计算： (3-10)3.5 底盘测功机数据处理由于底盘测功机需要强电驱动滚筒，加之机械结构上的因素，振动和冲击较多，脉冲干扰由为严重。因此本系统中设计了FIR低通滤波器，并且采用最小二乘方法作为拟合函数来对数据曲线进行处理。（1）数据处理通过前面章节对FIR滤波器实现和最小二乘方法作为拟合函数的介绍，并且在实践中的应用，得到了比较理想的测试结果。图3.4.2就是一次测试过程的功率-速度-扭力曲线，与理论曲线比较接近。（2）若在测驱动力时,力的示值误差不在2.0，则可能是标定问题，需要进行以下调节。调节步骤如下：首先，接通电源，预热30min，并使控制系统处于标定状态，并选择驱动力标定通道。然后，点选验证状态，若示值误差超差（2.0），则需要重新进行驱动力通道标定。在各加力点时输入标准值。完毕后，点按标定计算按钮，系统自动计算修正系数使其达到要求，修正系数完毕后显示“成功”字样。标定计算完成后，再次点选验证状态，验证经过标定后驱动力示值误差。系统将自动完成多点标定及多点非线性修正。4 汽车底盘测功中存在的问题及影响测试精度因素分析41目前一般汽车底盘测功机在大修车和在用车动力性测试中缺少诊断功能大修车和在用车，与新车底盘测功的目的有所不同。新车因其装用的发动机已经出厂测试合格，只需综合性测试底盘输出功率即可，而大修车的质量检查评定和在用车技术等级评定中的底盘测功除作为综合评定汽车动力性指标外，还应具有诊断功能，即底盘输出功率下降超限时，还需进一步判别是发动机功率过低还是底盘技术状况变坏而导致消耗功率过大所致，以便确定是否返修或维修的措施。但是，目前广泛使用的双滚筒底盘测功机难以满足这一要求。它所测出的功率是发动机净功率在克服汽车传动系、车轮滚动阻力及测功机本身消耗后的剩余功率，是多因素影响的综合结果，不具备诊断功能。底盘输出功率的检测应有个是否符合汽车大修竣工出厂或进行车况技术等级评定的判别标准，这个标准只能以发动机的输出功率作参照，这是因为在测功机上的底盘输出功率为: PkPePtPfPd,式中 Pk为底盘输出功率（实际是底盘测功机吸收的功率）；Pe为发动机的净功率；Pt为汽车转动系损失功率；Pf为车轮的滚动阻力消耗的功率；Pd为测功机的传动损失功率。因此，在理论上只要在Pk与Pe间存在一个换算参数C=Pk Pe1,这一问题即可得到解决。这是一些文献所提出的解决方法，也是一些省市用以制定地方标准的理论依据。但由式（1）可知：若Pt,Pf，Pd分别与Pe之间存在一个确定的换算系数C1