（生物医学工程专业论文）机动车安全性能检测仪表设计.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t a tp r e s e n t , t h ed e m a n df o rm o t o rv e h i c l ed e t e c t i o ni s g r o w i n gf a s t b u tt h e v e h i c l ea u t o m a t i cd e t e c t i o nl i n ei sb u i l tm a i n l yi nl a r g ea n dm e d i u mc i t i e s 晰t l ll l i g l l c o n s t r u c t i o na n dt e s tc o s t s t h e r e f o r e ，a c c o r d i n gt oc u r r e n tm a r k e tn e e d s ，r e s e a r c h i n g a n dd e v e l o p i n gas e to fs t a n d a l o n ei n s t r u m e n t s ，w h i c hi se a s yt oc o m b i n e ，诹t i ll l i 曲 u n i v e r s a l i t y , s m a l lb u l k ，s i m p l es t r u c t u r e ，h i g hr e l i a b i l i t ya n dl o w - c o s tw h i c hc a nm e e t t h en e e d so fd i f f e r e n tu s e r s ，w o u l db r i n gh u g es o c i a la n de c o n o m i cb e n e f i t s t h i sp a p e rd i s c u s s e dt h r e ea s p e c t so ft h eo o l n m o nv e h i c l ed e t e c t i o n s ，i n c l u d i n g t h eb r a k i n gp e r f o r m a n c et e s t ，t h es t e e r i n gw h e e ls i d e s l i pt e s ta n dt h es p e e da p p r o v a l ， a n dc o m p a r e dt h e i rc o m m o nd e t e c t i o nm e t h o d s t h r e es t a n d a l o n ei n s t r u m e n t a t i o n s w e r ed e s i g n e da c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h er o l l e ro p p o s i t ef o r c e st y p eb r a k e t e s t e r , t h ed o u b l es l i d e t y p es i d e s l i pt e s t - b e da n dt h er o l l e ra u t o m o b i l es p e e d o m e t e r t e s t e r a16 - b i tm i c r o c o n t r o l l e rs e l e c t e df r o mm i c r o c h i pi n c sd s p i c 3 0 fs e r i e sa sc o r e c o n t r o lc h i p ，t o g e t h e r 谢mf r o n t e n dc i r c u i t ，c o n s i s t e do ft h eh a r d w a r eo ft h e i n s t r u m e n t a t i o n s t h er u n n i n gp r o c e s sc o n t r o lo ft h et e s t e r , e s p e c i a l l yt h ea x l eb r a k e c o m p o s i t et e s t e ra n di t sp a n e ld i s p l a y , w e r ea c c o m p l i s h e db yt h es o f t w a r e d e t e c t i o n p r o c e s sc a l lb ea u t o m a t e d p i e c e w i s el i n e a rc a l i b r a t i o nw a su s e df o rs t e e r i n gw h e e l s i d e s l i pt e s ta n dv e h i c l eb r a k i n gt e s ti no r d e rt or e d u c et h es e n s o r sm e a s u r e m e n te r r o r c a u s e db yn o n l i n e a r i t y n e c e s s a r ys y s t e mp a r a m e t e r sw e r ep r e s t o r e d ，w h i c hc a nb e m o d i f i e db a s e do nt h ea c t u a ls i t u a t i o nt om a k ei n s t r u m e n t a t i o n sm o r eu n i v e r s a l f i e l dc a l i b r a t i o nt e s t sw e r ec a r r i e do u ta n dt h en m n i n gp r o c e s so ft e s t e rw e r e c h e c k e d t h ei n s t r u m e n t a t i o n sh a v et h ec h a r a c t e r i s t i c so f c o n v e n i e n td e b u g g i n g ，s t a b l e o p e r a t i o na n dh i l g ha c c u r a c y , a n dt h e i rp e r f o r m a n c e sa r eb e t t e rt h a nt h ee x i s t i n go n e s t h e ym e e tt h ed e s i g nr e q u i r e m e n t s k e y w o r d ：b r a k i n gp e r f o r m a n c es t e e r i n gw h e e ls i d e s l i p s p e e d o m e t e ra p p r o v a l i n s t r u m e n t a t i o n 创新性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学 或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：避 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。 本人签名： 导师签名： 第一章绪论 第一章绪论 1 1 引言 随着现代社会的不断进步，人们越来越离不开汽车。来自公安部网站的消息： 截至2 0 0 9 年6 月，机动车保有量约为1 7 6 亿辆，同比呈现较快增长趋势1 27 1 。然 而，随着汽车数量的急剧增加，废气和噪声污染，交通拥挤，交通事故频发等问 题也随之而来，特别是因其造成的交通安全事故给人类的生命财产安全带来了严 重的威胁。人们意识到，仅依靠汽车本身的结构因素保证行车安全，已经是不现 实的事情。那么首先，必须加强对机动车驾驶员的安全意识教育；其次，必须强 化涉及车辆安全的主要部位的进行定期检查，并按一定的技术标准对它们的技术 状况加以考核。通过具有一定精度的各种检验设备测试所取得的数据，科学而又 定量地判断车辆的技术状况，给出恰当的评价，使车辆保持良好的运行状态。 在汽车发展的早期，人们主要通过眼看、耳听、手摸等感官方法，凭借维修 人员的经验发现汽车的故障并作有针对性的修理。随着汽车技术的发展，特别是 现代电子技术、计算机技术的进步，汽车检测技术也得到了飞速发展。目前人们 已经能够依靠各种先进的仪器、设备，对汽车进行不解体检测，达到安全、迅速、 准确地诊断和评价汽车的目的。使汽车检测设备和仪器成为汽车维护与修理不可 缺少的工具。从汽车检测、诊断技术与设备的发展过程来看，国外大致经历了以 下几个阶段。 上世纪5 0 年代以前，国外就研发了以故障诊断和性能调试为主的单项检测技 术，开发出了单项检测设备。这是国外早期发展的汽车检测设备和仪器检查的第 一个阶段，其以机械结构为主，单机人工操作，测试精度不高。随着科技的进步， 国外汽车检测设备在自动化、精确化和综合化等方面有了新的发展。通过应用新 技术、开拓新的检测领域，研制出许多新型检测设备和仪器。上世纪6 0 年代，国 外逐步开发出应用电子、光学与机械相结合的光机电一体化检测诊断设备，并与 单板机、单片机或微型计算机相结合，使检测、诊断设备开始走向单机自动化。 7 0 年代以来，出现了汽车检测诊断控制自动化，数据采集自动化，检测结果直接 打印等功能的汽车性能检测仪和设备。 之后，是汽车检测设备智能化，汽车检测线自动化、智能化和网络化阶段。 随着电子计算机应用技术的发展，汽车检测设备向智能化方面发展，出现了一些 具有智能化功能的检测设备，它们能对设备本身和汽车技术状况进行检测，并能 判断出故障发生的部位，引导维修人员迅速排除故障。上世纪8 0 年代，出现了集 2 机动车安全性能检测仪表设计 检测工艺、控制操作、数据采集与结果打印、存储与显示等功能于一体的系统软 件，使汽车检测线实现了全自动化。这样可以避免因人为失误而引起的错误判断， 提高检测的速度和精度，并且可以把受检车辆的状况存储于计算机中，既可作为 车辆性能的档案资料备查，也可供处理交通事故时参考。 目前，车载自诊断系统和汽车故障诊断专家系统开始出现并得到应用。车载 自诊断系统一般是作为汽车结构的组成部分，利用安装在汽车内的各个部位的传 感器，将汽车的主要技术状况经常地、自动地向驾驶员显示。车载自诊断系统和 汽车故障诊断专家系统的进一步发展，有更多的汽车性能参数在这些系统中被检 测出来，甚至可能影响到目前广泛实行的汽车定期检查、审验制度的改变。 我国从上世纪6 0 年代开始研究汽车检测技术。7 0 年代，汽车不解体检测技 术及设备被列为国家科委的开发应用项目。8 0 年代初，交通部门在大连市建立了 国内第一条汽车检测线。8 0 年代中期，公安部在汽车检测站的基础上，进行了推 广和发展，形成了全国的汽车检测网。目前，我国已能自己生产全套汽车检测设 备，这些检测设备对推动我国汽车工业和汽车维修行业的繁荣和进步起到了积极 作用。虽然检测设备的研制生产水平取得了很大的进步，但与世界先进水平相比 还有一定距离。 1 2 项目研究意义 近年来，我国的汽车检测行业已经取得了很大的成绩，但也存在以下不足。 1 私家车的检测需求服务无法满足。近些年，小汽车的生产步入高速发展轨 道，私家车保有量骤增，对车辆的检测需求大大增大，对汽车检测、维修及相关 服务提出了新的要求，同时也带来了广阔的前景。一方面，车主为了保证行车安 全，及时掌握车辆的技术状况，希望对车辆定期进行全面检测，这一点将会逐渐 被人们认识和重视。另一方面，检测线主要为车辆强制年检等质检部f tj 艮务，综 合性能检测站的主要服务对象是营业性运输车辆，私家车主要是在4 s 店进行检 测。目前，4 s 店基本实行免费检测，服务以手工为主，一些检测项目过于简单， 并且个别4 s 店有故意推销零配件的不良行为。目前私家车的检测需求尚无法满 足。 2 高成本。在我国的大中城市，汽车自动检测线已相当普遍。这些主流汽车 检测线主要面对大的质检部门或汽车制造商。检测线一般由多台计算机联网组成， 每台计算机控制一个或多个工位，由主控机汇总得到检测结果，成本较高。在一 些较大型的汽车修理厂或是一些经济欠发达地区，财政紧张，要花费数十万元购 买一套自动检测线是很困难的，因此根据目前国内市场需要，研究开发一套通用 性强、体积小、结构简单，可靠性高、能满足不同用户需求的低成本、易组合单 第一章绪论 机仪表；具有很好的社会和经济效益。 3 单机仪表性能有待提高。近年新建检测线大多采用工控机+ 数据采集卡的 方式，单机仪表检测发展较慢，与真正意义上的具有自检、自校准、自修正等强 大数据处理能力的智能易组合高性能要求尚有差距，所以迫切需要应用高性能微 处理器结合最新的电子技术，增强仪表性能，提高性价比。 4 网络接口方式单一。目前的单机仪表一般只有r s 2 3 2 接口，方式单一。 5 通用性不足。现有机动车安全性能测控系统的设计大多缺乏对系统通用性 考虑。系统设计经常因检测对象、安装方式、检测流程、检测设备等因素的变化 而改变，从而给机动车安全性能测控系统的设计、生产、调试、维护、升级带来 不便。 6 体积较大。目前所用单机仪表大多体积较大，成本较高。论文希望通过应 用高性能微处理器结合新型集成电路，简化电路，缩小仪表外形尺寸，进一步降 低成本，提高可靠性。 7 数据真实性受质疑。近年来，全自动检测线大多采用工控机加数据采集卡 方式，该方式简单、方便，但检测数据在工位计算机上很容易篡改，检测数据真 实性受到质疑。 为此，有必要开发一套机动车安全性能检测单机仪表。依据最新机动车运 行安全技术条件( g b 7 2 5 8 2 0 0 4 ) 的要求，测量被检车辆的侧滑、速度、轴重、 制动四项机动车安全性能指标。每个仪表可独立完成单项检测，打印输出测量结 果，也可结合尾气分析仪或烟度计、声级计、前照灯检测仪、工控机组成全自动 检测线，对被检车辆的侧滑、烟度、尾气、速度、轴重、制动、噪声、灯光等八 项机动车安全性能指标进行检测。可方便地通过r s 2 3 2 、r s 4 8 5 或c a n 总线等 多种通讯方式将测量数据上传至p c ，进行保存、统计、结果打印。 1 3 本文的主要内容 本文首先介绍了国内外机动车检测的发展状况，说明了机动车安全性能检测 的必要性以及本课题研究的意义。接下来分别对机动车制动性能检测、转向轮侧 滑量检测、速度表核准三个检测项目进行介绍，结合滚筒反力式制动检测台、双 滑板式侧滑检测台、滚筒式车速表检验台的各自特点，讨论了三台单机仪表的硬 件、软件设计方案，并给出了硬件框图和软件设计流程图。通过现场测试，三台 仪表具有调试方便，运行稳定，测试数据准确的特点。 本论文主要工作： 1 学习应用美国微芯公司3 0 f 系列1 6 位单片机及其开发环境m p l a bi d e 。 该系列单片机具有驱动能力强、速度快、可靠性高等特点。 4 机动车安全性能检测仪表设计 2 根据要求，完成汽车制动性能检测仪表、转向轮侧滑量检测仪表、速度表 核准仪表系统控制软件设计。 3 完成标定算法，参数编辑保存，结果传输等功能程序代码的编写。 4 现场对系统软、硬件进行安装调试以及进行标定实验。 第二章制动性能检测仪表设计 第二章制动性能检测仪表设计 2 1 制动性能检测简介 在汽车安全性能检测项目中，制动性能检测是非常重要的一项。制动性能直 接关系到汽车的行驶安全，因此良好的制动性能是汽车安全行驶的重要保证。对 汽车制动性能的检测，除了要检测各轮最大制动力、阻滞力、驻车制动力等常用 参数外，还要检测同轴左、右轮制动力上升过程差，制动力协调时间，整车制动 比等核心参数。同时，为了满足对汽车制动系故障诊断的需要，还必须对整个制 动力上升、保持及释放过程进行全面的测试。因此，在汽车制动性能的检测中， 关键是对汽车制动力变化的全过程进行检测，通过对该过程数据的采集、处理和 分析，得出反映汽车制动性能指标的各项参数，最终按国家标准对汽车制动性能 进行评价，进而分析判断制动系存在故障的部位。 2 1 1 车辆制动时受力分析 汽车在制动过程中，制动器对车轮施加一个与汽车行驶方向相反的地面切向 反作用力，使汽车车速迅速降低以至停车。 汽车在良好路面上制动时的车轮受力情况如图2 1 所示。图中，t 肛是制动器 对车轮的摩擦力矩，方向与车轮旋转方向相反；f p 为车轴对车轮的推力；w 为车 轮的垂直载荷；f ：为地面对车轮的法向反作用力，r 为车轮有效半径。 厂 ，f p l 、。： i r r 7 f 小 图2 1 车轮制动时受力副2 】 汽车制动时，根据制动强度的不同，车轮的运动有减速滚动和抱死拖滑两种 状态。此时地面制动力f x b 、制动器制动力耳和附着力f 单随制动踏板力f p 的变化 6 机动车安全性能检测仪表设计 关系如图2 2 所示。 i k ， ， 夕 f x b m 戡= r f x b - f 图2 2 制动过程中f x b 、f 。、f , p 的关系 当制动踏板力较小时，制动器的摩擦力矩不大，地面制动力足以克服制动器 的摩擦力矩而使车轮处于滚动状态。当 o 即车轮滚动时，地面制动力与制动器 制动力相等，且随着制动踏板的增加而成正比增大。但当制动踏板力上升到f p 。 时，地面制动力达到最大值并等于附着力，即f x b m 【r ，这样车轮抱死( ( o ：0 ) ， 在路面上拖滑。当车轮出现抱死拖滑后，随着制动踏板力继续增加，制动器制动 力会因制动器摩擦力矩的增加，而继续按直线关系上升，但地面制动力大小始终 等于附着力而不再增加。显然，地面制动力首先取决于制动器摩擦力矩所形成的 制动器制动力，同时又受到地面附着条件即附着系数q 的限制，其最大值f x b m 双 不会超过附着力r ，即： 巴一e = c 9 ( 2 1 ) 可见，汽车制动时，若要获得较高的地面制动力，必须具有足够的制动器制 动力，同时地面又能够提供高的附着力。 2 1 2 常用制动力检测法 1 路试法 路试检测是指利用必要的仪器，通过道路试验对汽车制动性能进行检测。检 测方法有制动距离法和制动减速度法。国内目前普遍采用的汽车制动性能路试法 主要指拖印法。车辆在平坦干燥的路面上( 坡度1 。) ，以一定的速度行驶时 作紧急制动，以制动开始到制动停止的距离、轮胎在路面上的压印和拖印的痕迹 作为评定制动性能的依据。 路试检验法能够真实反映汽车在实际制动过程中动态性能，是评价汽车制动 性能的最直接手段，而且因为汽车a b s 系统采用的经验控制缺乏直接与设计参数 第二章制动性能检测仪表设计 紧密相关的评价指标，所以，目前对a b s 性能的评价主要采用实车路面试验。 路试检验法在检测过程中易受到气候、道路、驾驶员等多种因素限制，试验 数据受人的主观和试验条件差异的影响很大，因此需要进行多次试验，但每次试 验时对轮胎磨损严重。而且在制动过程中，车轮被抱死拖印时，制动力并未达到 最大，其有效制动力比最大制动力约小5 - - , 2 5 1 4 1 。而理想的制动状态是在车轮 即将抱死而又未完全抱死下，此时的制动距离最短。另外，拖印法对于制动力分 配以及车轮制动时的情况也很难作出定量的分析，这对于a b s 系统评价是很不利 的。 2 台试法 台试法即台架试验法。制动试验台分滚筒反力式制动试验台、平板式制动试 验台及惯性式制动试验台3 种，其中又以滚筒反力式制动试验台最为普遍。 目前，我国的汽车制动性能检测，绝大多数是在制动试验台上测量制动力的 大小，同时，又以车轮制动力的大小和左右车轮制动力的差值大小来评价汽车的 制动性能的好坏，没有对整个制动过程的踏板力、制动力和制动时间的关系进行 记录。这对于制动系统没有故障且制动时无迟滞现象的多数汽车，只要制动力足 够就会发挥良好的制动性能，这时的检测是合理的。而对那些制动系统有故障或 者调修不当的汽车，其制动力虽然能达到规定的数值，但因迟滞现象的存在，将 使其在路试中因制动距离增大而潜在了一些不安全因素。另外从对汽车实际制动 过程的分析可知，制动距离和制动力之间是适时相关的，因此不考虑时间因素， 仅以制动力的大小来判断汽车的制动性能是不够的。 3 两种检测方法比较 台试法检验制动性能的优点是迅速、经济、安全，不受外界条件的限制，重 复性较好，能定量测得各轮制动全过程( 制动力随时间增长的过程) 的参数。因 制动检测台在测试时，左右轮各自同时采集制动力，所以可以分析同一轴制动力 的平衡状态、给故障诊断提供可靠依据。所以台试法是现阶段汽车诊断与检验的 发展方向，在国内外获得了广泛应用。 路试法的优点是直观、简便，能真实反映汽车实际行驶过程中的动态制动性 能，如轴荷转移对制动性能的影响，能综合反映汽车其他系统的结构性能对汽车 制动性能的影响，如转向机构、悬架系统结构对制动方向稳定的影响，且不需要 大型设备与厂房。必须指出，各种汽车制动力检测设备都有一些共性的问题。例 如：只要是动态测量，所测得的结果只能是最大制动力和附着力的小者，当附着 力小于最大制动力时，只能测到附着力，因为在这种情况下制动效能无法充分发 挥出来；只要是滚筒式制动力检测台，就不能避免因安置角而引出的问题，其制 动机理与路试情况便会一定差异。 8 机动车安全性能检测仪表设计 2 1 3 台试法制动检测概述 1 制动台原理 台试法制动力检测台示意图如图2 3 所示。整个测试台由左、右各一对滚筒、 电动机、减速器、传动链、测力传感器组成。检测时，受检汽车驶上制动检测台， 车轮停驻在滚筒上，电动机驱动滚筒带动车轮转动，待车轮转速稳定后驾驶员按 照指示急踩制动踏板卜电动机继续驱动滚筒转动，向车轮施加一个与制动力矩相 反的力矩，直至控制系统采完数据为止，电动机停止转动。这就是滚筒反力式制 动试验台的检测原理。滚筒反力式制动检测台检测时，汽车不动，是滚筒带动车 轮转动，因此是一种静态检测。 显示面板 图2 3 滚筒反力式制动检测台示意图 在主滚筒和链滚筒之间放置一个直径较小，可以自转也可以上下浮动的第三 滚筒。平时由弹簧使其保持在最高位置。在第三滚筒上装有转速传感器。在检验 时，被检车辆的车轮置于主滚筒和链滚筒之上的同时压下第三滚筒，并与其保持 可靠接触，控制装置通过转速传感器即可获得被测车轮的转动情况。当被检车轮 制动，转速下降至接近抱死时，控制装置根据转速传感器送出的相应电信号使驱 动电动机停止转动，以防止滚筒剥伤轮胎和保护驱动电机，该转速信号也可用于 滑移率的测量。 2 检测时车轮受力情况 如图2 4 所示，v l 为主滚筒的速度，v 2 为车轮的速度，v 3 为第三滚筒速度， v 4 为链滚筒的速度，且v l 、v 2 、v 3 、v 4 均指线速度。 测量时汽车驶上制动试验台，车轮置于主、从滚筒之间，同时压下第三滚筒。 第三滚筒的轴由弹性机械装置向上顶压，使第三滚筒和车轮可靠接触。主滚筒由 第二章制动性能检测仪表设计9 电机带动，而第三滚筒没有动力装置。制动力检测台电机启动后，主滚筒带动车 轮转动，车轮的转动方向与主滚筒的转动方向相反。第三滚筒由于和车轮可靠接 触，所以车轮也会带动第三滚筒转动，第三滚筒的转动方向与车轮的转动方向相 反。电机启动至主滚筒转速稳定后，汽车制动踏板未踩下时，主、链滚筒、车轮 和第三滚筒的线速度应相等，即： k = k = k = 虼 ( 2 2 ) 图2 4 台式法检测时车轮受力图 由滚筒、车轮受力情况图所示，根据力的平衡条件，可得 x = 0 ，( l n e ) s i n a o + ( 墨+ e ) c o s a 。= o ( 2 3 ) y = 0 ，( l + n 2 ) c o s a o + ( e f 1 ) s i n a o q = o ( 2 4 ) 坼( 最+ e ) r = 0 ( 2 5 ) 式中，n l 、n 2 为前、后滚筒对被测车轮的法向反力；m t 为被测车轮所受的 制动力矩；f l 、f 2 为前、后滚筒与车轮间的切向力，即制动力，它的大小反映被 测车轮制动器施加的制动力；r 为被测车轮的半径：g k 为被测车轮的轴荷；a o 为 安置角。假定车轮与滚筒间的附着质量得以充分利用，并且两滚筒附着系数相同， 则f 卜f 2 的应为： 互= l 妒，e = 2 9 ( 2 6 ) 式中q 为车轮与滚筒问的附着系数。 将式( 2 - 6 ) 带入式( 2 3 ) 、式( 2 - 4 ) 后可得 m ：g k ( s i na 下o - 自o c o sa o ) ，：g , ( s i na 了o + q o c o sa o ) ( 2 7 ) 1 ( 1 + 妒2 ) s i n 2 a o ( 1 + 妒2 ) s i n 2 a o 1 0 机动车安全性能检测仪表设计 则制动检测台测得的最大制动力为 叫+ 2 肛箍= 击 8 ， 由上式可知，影响制动检验台制动力测量值的因素包括被测车轮轮荷g k ，车 轮与滚筒附着系数p 和安置角a o 。 2 j1 4 检测要求与检测标准 国家标准机动车运行安全技术条件( g b 7 2 5 8 2 0 0 4 ) 中规定了行车制动和 驻车制动性能的检验要求与检验标准，见表2 1 所示。 表2 1 制动力检测标准 整车制动率( )轴制动率( ) 汽车类型 空载 满载 空载满载 三轮汽车 4 56 0 乘用车、总质量不大于 6 05 06 02 0 3 5 0 0 k g 的货车 其它汽车、汽车列车 6 05 0 6 0 摩托车 6 05 5 轻便摩托车 6 05 0 用平板制动检验台检验乘用车时应按动态轴荷计算 空载和满载状态下测试均应满足此要求 一、行车制动性能检验 1 轴制动率和整车制动率 ( 1 ) 轴制动率。轴最大制动率指轴最大制动力与该轴轴荷的百分比。其中， 轴最大制动力是指在单轴制动过程的踏板力不超过制动限定踏板力的区域中，左、 右轮各自最大制动力之和称为轴最大制动力。应该注意的是，定义中的“该轴轴 荷 对于滚筒反力式制动检验台为该轴静态轴荷。 ( 2 ) 整车制动率。整车制动率为整车制动力与该车各轴( 静态) 轴荷之和的 百分比。其中，整车制动力是指被检汽车所有轴的轴最大制动力之和。在制动检 验台上测得的轴制动率和整车制动率应符合表2 1 中的相关规定。 2 轴最大制动不平衡率 在单轴测试过程中，以同轴左、右轮任一车轮产生抱死滑移或左、右两个车 第二章制动性能检测仪表设计 轮均达到最大制动力时为取值终点。在制动力增长过程中，利用测量仪表对左右 轮的制动信号进行同时采样，经过数据处理得到左轮制动力( 强，址) 和右轮制动 力( 强，出) ，其中，i l l 表示第i 时刻，待t 为采样时间。假设在采样时刻n j 处， 左、右轮制动力之差( 哆，r ) 一( 甩，& ) 达到最大值，则时刻n j 称为过程最大 差值点。用m a xi ( ，a t ) - ( 吩，出) i 表示在制动力增长的全过程中，左、右轮 制动力之差的最大值! 而m a ) ( 【( 传，出) ，( 吩，础) 】表示在制动力增长的全过程 中，左、右轮制动力中的大者【2 1 。 轴最大制动不平衡率用来描述同轴左、右车轮制动力平衡的情况。其定义为 在制动力增长的全过程中，左、右轮制动力之差的最大值与左、右车轮最大制动 力中的大值或( 静态) 轴荷的百分比。 前轴的轴最大制动不平衡率应满足： 型! 盘盟二叠剑1 0 0 2 0 ( 2 9 ) m a x ( r ) ，最r ( f ) 】 对于后者来说，当后轴制动力大于等于后轴轴重g 2 的6 0 时，后轴的轴最 大制动不平衡率应满足： m a xf , l ( t ) - f b r ( t ) l 1 0 0 2 4 ( 2 一l o ) m a x ( f ) ，k ( f ) 】 当后轴制动力小于后轴轴重g 2 的6 0 时，后轴的轴最大制动不平衡率应满足： m a x f b z ( t ) - f b r ( t ) i 1 0 0 8 ( 2 1 1 ) g 2 3 车轮阻滞率 车轮阻滞率为测得的该车轮阻滞力与该车轮所在轴( 静态) 轴荷的百分比。 其中，车轮阻滞力是指在制动器完全松开的情况下，车轮转动不少于5 s 区间内， 所测得的车轮转动阻力的平均值称为车轮阻滞力。车轮阻滞率不得大于5 。 二、驻车制动性能检验 汽车的驻车制动性能采用驻车制动率这个指标来评价，指最大驻车制动力与 整车静态重量的百分比值称为驻车制动率。其中，最大驻车制动力是指在驻车制 动全过程中，左、右轮各自驻车轴制动力晟大值的和称为最大驻车制动力。驻车 制动性能可用驻车制动率进行评价。检测汽车驻车制动力时，汽车应空载，乘坐 一名驾驶员，使用驻车制动装置。驻车制动率应不小于2 0 ；对总质量为整备质 量1 2 倍以下的汽车，限制为1 5 。 1 2 机动车安全性能检测仪表设计 2 2 仪表硬件电路设计 制动力检测仪表硬件电路原理框图如图2 5 所示。m c u 选用美国微芯公司 的1 6 位3 0 f 系列单片机d s p i c 3 0 f 4 0 1 3 。它具有优化的c 编译器指令集架构；改 进的哈佛架构；2 4 位宽指令总线和1 6 位宽数据总线。其具有特殊的d s p 特性， 如17 x17 位单周期硬件整数川、数乘法器，模寻址和位反转寻址模式，两个带可选 饱和逻辑的4 0 位宽累加器，所有d s p 指令均为单周期指令等等，这些特点使该 系列单片机的性能远好于同类其它产品。另外，该单片机内部具有4 8 k b 的片上 闪存程序空间；2 k b 的片上r a m ；1 k b 的e e p r o m ；最高为3 0 m i p s 的运行速 度；1 2 位模数转换器，最高2 0 0 k s p s 的转换速率；两个带f i f o 缓冲器的可寻址 u a r t 模块；硬件看门狗等资源【1 2 1 。所有这些都为单片机稳定、高效运行提供保 障。 传感器输出为0 2 4 m v 电压信号，通过由a d 8 2 2 1 构成的放大电路，将信号 放大为0 2 v ，放大倍数约1 0 0 倍，再经由o p 0 7 构成的同相比例放大器，放大 倍数2 4 倍可调。放大后的模拟信号幅度范围是o 5 v ，送入单片机的模拟转换 端口r b 0 - - 一r b 3 进行a d 采样。 图2 5 制动力检测仪表硬件框图 2 3 仪表软件设计 制动力检测系统软件全部使用c 语言编写，主要完成系统参数编辑和保存， 计算标定，数据采集处理，数值显示等功能。程序主流程见图2 6 所示。 第二章制动性能检测仪表设计 图2 6 程序主流程图 上电或复位后，单片机自动硬件初始化。软件完成变量初始化，之后执行数 码管从1 至9 数值显示，以检查显示电路和数码管是否出现异常。当不进行参数 修改时，程序进入待测状态，因为程序面对的是轴重制动复合检测台，所以待测 状态即实时测重状态。通过光电开关或“开始”按键即可启动测试，进入测试流 程。当全部流程走完之后，程序又回到待测状态。 2 3 1 系统参数编辑 系统运行所需要的参数，均保存在单片机内部e e p r o m 中，从而可以实现 掉电存储。上电或复位后的变量初始化中，将参数从e e p r o m 中读入r a m 。在 1 4 机动车安全性能检测仪表设计 上电的同时按下功能键，等待数码管自检完成后即可进入参数编辑部分。为了确 保仪表的通用性，设计了1 3 个参数，见表2 2 。 表2 2e e p r o m 中存储参数 项数显示值：参数意义 10 不进行标定或参数修改 1 标定左轮重量 2标定右轮重量 3标定左轮制动力 4 标定右轮制动力 22 - - - 4 第三滚筒脉冲计算时间( 秒) 31 - 9 9第三滚筒脉冲计算个数 41 2 0升降台延时( 秒) 55阻滞力重量的标准值( ) 6 6 0 前轮最大制动力重量的标准值( ) 7 6 0 后轮最大制动力重量的标准值( ) 8 2 0前轮左右平衡性的标准值( ) 9 8 “制动力重量” 6 0 ，后轮左右平衡性的标准 值( ) 1 1 2 0驻车制动力重量的标准值( ) 1 25 5 总制动力重量的标准值( ) 1 32 32 轴车或3 轴车 仪表参数编辑部分的第一个显示为“1 口e 1 0 ”。其中，最左边的“1 ”表示该 参数的序号。“口 为一个未显示数值的数码管。最右边的“0 ”呈闪烁状态，表 示其为待修改的参数值。如果参数输入操作失误而又忘记修改前的原始参数，可 以按下相应按键退出调整状态而不保存此次修改值。需要时再次按上述方法启动 仪表进行修改。参数调整算法流程见图2 7 所示。 第二章制动性能检测仪表设计 图2 7 参数编辑流程图 2 3 2 计算标定 标定是对确定量进行测量，通过各种调节手段( 包括软件和硬件) ，达到示值 与实际值之间的偏差符合精度要求的目的。 示值的单位应与实际值的单位相一致，轴重示值单位为k g ，制动力的示值单 1 6 机动车安全性能检测仪表设计 位为d a n ( 1 0 n ) 。经单片机采集到的数据是a d 转换后的数字量，所以必须经 过标定使参数的实际量纲相一致才能进行显示和传输。标定是系统的一项重要内 容，是确保系统精度的关键。轴重的标定使用砝码，制动力一般采用杠杆砝码检 定法或传感器式标定法。杠杆标定装置安装在试验台驱动滚筒上，利用的是杠杆 机构对滚筒产生相当于制动力的力矩。虽然轴重与制动力标定使用的工具不同， 但原理是相同的。 本仪表选用分段线性标定法。传感器的输入与输出之间存在着非线性关系， 即在整个量程范围内是非线性的，但若把输入信号分成若干段，在每个小区间范 围内可认为是线性关系，如图2 8 所示。以重量标定为例说明标定算法。首先， 使称重台处于零点平衡状态，此时，第一次按下标定按键，系统将当前的数字量 x 0 存储为系统基值x b ，即完成系统清零。接下来在称重台上放置一定质量的砝 码，按下标定键输入砝码质量值。完毕后再次按下标定键结束输入，与此同时， 系统计算并保存基值到第一个分段点间的斜率k 卜数字量x l 所对应的物理量y l 等参量，此即完成了一个点的标定。接下来继续增加砝码，相同的操作后完成x l 到x 2 区间段的标定。如果某一点标定完成退出后，显示值与输入值相差过大，在 砝码未改变的情况下，可能是因为进入y 值输入前信号未达到稳定。此时可以对 该点进行反复标定，但所输入的y 值必须相同。 图2 8 分段线性标定示意图 标定结束后，将各段斜率k 、区间端点x t 及其对应的显示值y 存入e e p r o m 并读出测重左、右系数。之后系统进入待测状态。对于测重制动复合台，共需要 对四个通道进行标定，通过进入系统参数修改状态选择所要标定的通道。标定算 法流程见图2 9 所示。： 第二章制动性能检测仪表设引1 7 2 3 3 控制流程 图2 9 标定算法流程图 两轴车测试控制流程见图2 1 0 所示。通过仪表面板的“启动 按键手动方式 启动检测，也可通过检测红外光电开关输出的停车到位信号实现自动启动检测。 1 8 机动车安全性能检测仪表设计 车辆首先停于轴( 轮) 重台上，其重力经台面作用于应变式测力传感器，由传感 器将压力转换成电信号，通过放大、滤波、电位平移等信号调理后，送a d 转换 为数字信号，经m c u 计算得到相应轴( 轮) 质量。再启动电机，待电机运转稳 定后，采集5 8 秒阻滞力数据，经计算得到各轮阻滞力，用阻滞力除以相应轮重， 得到阻滞率，根据国标规定判断阻滞率是否合格。再通过单机仪表的指示灯提示 驾驶员踩刹车，测量各轮制动力，得到最大制动力，用最大制动力除以各轮轮重， 所得结果与国标参数比较，判断最大制动力是否合格，同时通过计算，得到左、 右轮最大制动力差。 图2 1 0 控制流程图【2 】 制动性能自动检测系统软件设计的难点是测试流程的控制。由图2 1 0 所示， 一次完整测试包括前轴、后轴的轴重和制动力检测，以及驻车制动性能检测。 第二章制动性能检测仪表设计 1 9 2 4 仪表性能及影响测量准确性的因素 2 4 1 仪表性能 经过现场测试，总结出制动力检测仪表的各项参数见表2 3 和表2 4 所示。 表2 3 轮( 轴) 重检测技术指标：( 依据g b t1 1 7 9 8 7 - - 2 0 0 1 ) 项目 指标 测量范围轮重：0 一- 9 9 9 9k g ；轴重：0 1 9 9 9 8k g ； 分辨力 2k g 示值误差 s 士0 2 ( f s ) 重复性误差 l 零点漂移s 士0 1 ( f s ) ( 3 0 m i n 内) 空载变动性 士0 1 ( f s ) 工作环境相对湿度：s8 5 ；温度：( 0 - - 4 0 ) * c ；电源电压：a c 2 2 0 x ( 1 + 1 0 ) v 表2 4 制动力检测技术指标：( 依据g b 厂r1 3 5 6 4 - - - 2 0 0 5 ) 项目 指标 测量范围 9 9 9 9 1 0 n 分辨力 s1 0 n 静态示值误差 s0 2 示值间差， 1 重复性误差 l 零点漂移 s 士0 1 ( f s ) ( 3 0 m i n 内) 空载动态零值误差 s 士o 2 ( f s ) 相对湿度：s8 5 ；温度：( 0 - 4 0 ) ； 工作环境 电源电压：a c 3 8 0 x ( 1 ：i ：1 0 ) v ，a c 2 2 0 x ( 1 a ：1 0 ) v 2 4 2 制动力检测中存在的问题 现今检测站所使用的检测设备大多数是滚筒式反力制动检测台，其在测试时 会有以下问题。 1 制动力检测值重复性差。包括两种情况：一是同一车辆在同类型但不同的 试验台上进行检测，结果相差较大；二是同一车辆在同一试验台上重复检测，结 2 0 机动车安全性能检测仪表设计 果相差较大。原因有以下几点：( 1 ) 虽然是同类型的试验台，由于滚筒磨损不同 或尺寸、结构等技术参数不同，会造成附着系数和受力状态不同，使同一车辆在 同类型但不同试验台上的检测值不同；( 2 ) 不同检测操作过程中制动油压和气压 不同或车辆摆正位置的差异，。会造成检测值重复性差；( 3 ) 制动鼓失圆较大，造 成在不同的车轮直径上制动器间隙不同，使检测值差异较大；试验表明：在同一 试验台上，当车况正常、操作基本正确、车轮抱死时，制动力检测的重复性较好。 2 在滚筒试验台上车辆向后滚移。从受力分析可知，粘砂式滚筒试验台上车 辆向后滚移的趋势大于齿槽式滚筒试验台。齿槽式试验台一般情况下车轮抱死， 车轮离开副滚筒，但车辆不向后滚移，只是上、下振动。以下情况会出现车辆向 后滚移，并影响检测制动力值。( 1 ) 被测轴荷远大于非测轴荷时，车辆容易向后 滚移。( 2 ) 非测轴车轮的制动力过低时，车辆会向后滚移，此时，一般所测轴车 轮抱死，非测轴车轮在地面上向后滚动。轿车前轴检测时易出现这种现象。解决 办法是在非测轴两车轮后面抵上三角垫进行水平约束。为提高抗向后滚移能力， 制动试验台前、后车轮停放处的滑动摩擦系数越大越好。 3 车轮抱死、制动力之和不合格。( 1 ) 试验台滚筒磨损后附着系数过低，无 法满足检测要求。( 2 ) 试验台测力传感器负值误差过大。( 3 ) 雨天检测，车轮与 滚筒之间有一层水膜，使附着系数大大下降。( 4 ) 试验台技术参数中所测最大制 动力过小，无法检测较大型车辆的制动力。( 5 ) 轿车空载检测或货车满载检测， 前轮抱死，后轮不抱死时，整车制动力和有时会不合格。因此，出现车轮抱死， 制动力和不合格时，不要轻易判为不合格，应认真分析原因，采用增加附加质量 或作用力等方法改善检测条件，重新检测。 第三章转向轮侧滑检测仪表设计 第三章转向轮侧滑检测仪表设计 3 1 转向轮侧滑简介 3 1 1 转向轮侧滑产生的原因 汽车设计时，为使转向轮具有转向轻便、准确和行驶稳定等性能，在其上设 置有四项结构参数，分别是主销内倾角、车轮外倾角、车轮前束和主销后倾角。 称这些参数为车轮定位参数。 1 主销内倾角 如图3 1 所示，主销内倾角是在汽车横向平面内，主销上部向内倾斜而与铅 直线形成的角度。 o f咖 i， 婀 !i l l l i l t l i 除 j ，彳i 1 1 1 1 1 1 t 1 1 i i i _ 士一 卜 图3 1 主销内倾角和前轮外倾角弘w 如果转向销中心线的延长线与路面的交点和车轮中心线接地点间有一个距离 ( 主销偏移量) ，则在行驶中受路面的阻力作用，会使车轮产生回转的力，从而造 成驾驶不稳定。因此，为了缩短这个距离，应使转向销进一步倾斜。这样一来， 因为车轮使车轴升高回转方向盘时易使方向盘复原。主销内倾角可使转向轻便以 及具有使车轮自动回正的作用。 2 车轮外倾角 如图3 1 所示，前轮一般是上部向外张开的。前轮对于铅垂线的倾角称为前 轮外倾角。由于前轮外倾减小了主销偏移量，所以不仅能和主销