（机械制造及其自动化专业论文）汽车刮水器转角快速检测技术研究及系统开发.pdf

长春工业大学硕士学位论文 摘要 近年来，随着人们生活水平的不断提高和汽车工业的迅速发展，全球汽车的拥有 量也在不断地上升。我国加入w t o 以后，汽车的拥有量也在大幅度地增长。汽车作为 当代主要的交通工具之一，其质量安全问题不仅仅是汽车消费者最关心的，对于整个 社会来说也是一个大众十分关注的。它不仅仅关系到司机本人、乘客和路人的生命财 产安全，也严重影响着社会安定和经济发展。汽车的安全性同汽车性能、车载娱乐和 燃油效率一样都是非常重要的，安全气囊和制动防抱死系统将会成为汽车的标准配置。 汽车检测在保证汽车的安全方面发挥着越来越重要的作用。 前挡风玻璃就相当于司机的眼镜，直接影响着司机的行车视线，特别是雨、雪天 气。在这种情况下，刮水器合格与否直接关系到司机行车视线的好坏。本论文就是以 刮水器传动机构作为研究对象，研制出一套检测刮水器各个性能指标是否合格的综合 检测试验台。 本论文主要论述了研制刮水器性能综合检测试验台的目的、意义及主要研究的内 容，同时回顾了国内外汽车检测技术的发展概况，并阐述了当今比较先进的转角测量 技术。目前，应用现代化的传感技术进行技术检测已发展成为汽车制造厂、交通管理 部门、标准计量部门解决问题很好的一个方案。该论文就是采用此方案，选用相应的 传感器，并从厂家的具体实际要求出发，研制了一套比较完善的刮水器传动机构性能 综合检测试验台。 此检测系统选用高精度的旋转编码器对刮水器转轴旋转角度直接进行测量，应用 单片机技术对其进行采集信号，并采用v i s u a lb a s i c 进行软件开发设计，实现自动控 制、数据处理、显示、存储、数据库统计管理工作等，实现了刮水器各个指标的检测 工作，并达到了很高的检测精度。该系统是集微机控制技术、通讯技术、单片机技术 及传感技术、电子技术于一身的有机整体。本论文从系统的总体研究方案到系统功能、 软硬件开发设计及具体功能的实施方案都作了比较详细的论述。 经过三个月的检测实践证明，该检测试验台操作方便、检测精度高、经济实用， 而且具有很好的稳定性、可靠性和安全性。该检测试验台采用旋转编码器对转角进行 直接测量，打破了以往线性间接测量的方式，从而大大提高了检测精度。 综上所述，本论文提出刮水器传动机构检测试验台的设计方案，并完成了实际的 研究和设计工作，改进了旧检测设备的不足，提高了检测精度和效率、节约了成本、 减轻了检测人员的工作强度，实现了刮水器传动机构性能检测的科学性、准确性和快 速性。 关键词：刮水器传动机构，旋转编码器，综合检测试验台，旋转角度 长春工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w i t he n h a n c e m e n to f t h ep e o p l el i v i n gs t n a d a r da n dr a p i dd e v e l o p m e n t o ft h ea u t o m o b i l ei n d u s t r y , c a p a c i t yo ft h eg l o b a la u t o m o b i l ea l s oi o s e a f t e ro k l l c o u n t r y j o i n e dw t o c a p a c i t y o fa u t o m o b i l ea l s og r e wi nl a r g es c a l e t h ea u t o m o b i l ea st h em a i n i r a m p o r t a t i o nv e h i c l e ，t h ea u t o m o b i l es e c u r i t yi sn o tm e r e l ym o s ti s s u eo fc o n c e l t io ft h e a u t o m o b i l ec o n s u l n e l 暑，r e g a r d i n gt h ee n t i r es o c i e t ya l s oi st h es o c i a lq u e s t i o nw h i c h p o p u l a c ep a ya t t e n t i o ne x t r e m e l y n o to n l yi tr e l a t e sd r i v e r , t h ep a s s e n g e ra n dp a s s e r - b y s f i f ea n dp r o p e r t y , a l s oi sa f f e c t i n gt h es t a t ee c o n o m yd e v e l o p m e n ts e r i o u s l y t h ea u t o m o b i l e s e c u r i t y , t h es e c u r i t yp e r f o r m a n c eo ft h ea u t o m o b i l e , c a r r y i n gt h ee n t e r t a i n m e n to ft h e v e h i c l ea n dt h ef u e lo i le t t i e i e n c yi sm o s ti m p o r t a n t , a e r o c y s ta n da b sw i l lb ea b l et o b e c o m et h es t a n d a r dd i s p o s i t i o n i no r d e rt og u a r a n t e et h ea u t o m o b i l et h es e c u r i t yo f s e r v i c e ， t h ea u t o m o b i l ed e t e c t i o ni sm o l e a n d d i o i p l a y i n gi t sv i t a lr o l e t h ef i r s tw i n d s h i e l di se q u a lt od r i v e r sg l a s s e s , a n di sd i r e c t l ya f f e c t i n gd r i v e r sf r o n t l i n eo fs i g h t , e s p e c i a l l yw e a t h e ro fs n o wa n dr a i n u n d e rs u c hs i t u a t i o n , w h e t h e rw i p e ri s q u a l i f i e d 讲n o ti sv e r yi m p o r t a n c e mp a p e rt a k e st h es t a r t i n gp o i n tf r o mt h ew i p e r s m e c h a n i s m , a n dd e v e l o p sa s e tt e s tp a n e lo fw i p e r sd e f l e c t i o nw h i c hc a l ld e t e c tw i p e r s i n d e x 弧ep a p e rm a i n l ye l a b o r a t e dt h eg o a l t h es i g n i f i c a n c ea n dt h em a i nr e s e a r c hc o n t e n to f t h ed e v e l o p m e n to fw i p e rp e r f o r m a n c e st e s tp a n e l , s i m u l t a n e o u s l yr e v i e w e dt h ed o m e s t i c a n df o r e i g nd e v e l o p m e n to ft e e l m o l o g yo fa u t o m o b i l ed e t e c t i o n , a n de l a b o r a t e dn o wt h e m o l ea d v a n c e dt e c h n o l o g yo fa n g l em e a s u r e m e n t a tp r e s e n t , a p p l y i n gm o d e m i z e ds e n s i n g t e c h n o l o g yf o rd e t e c t i o nh a sd e v e l o p e di n t oag o o dp l a nf o rs o l v i n gq u e s t i o n sf o r t h ea u t o m a l a u f a e t u r e r , t h et r a t t i ec o n t r o ld e p a r t m e n t , a n dt h es l a n d a r dm e a s u r e m e n td e p a r t m e n tt h i s p a p e ra d o p t st h ep l a n , c h o o s e st h ec o r r e s p o n d i n gs e n s o rs u i t a b l y , a c c o r d i n gt ot h ef a c t o r y s p e c i f i cr e q u e s t , a n dd e v e l o p sa s e to f q u i t ep e r f e c tw i p e rp e r f o r m a a e es y n t h e s i st e s ts y s t e m t h es y s t e mm a i n l yc h o o s e st h eh i g hp r e c i s er o t a r ye n e o d e rt od e t e c tt h ew i p e r s r o t a t i v ea n g l ed i r e c t l y , a p p l i e st e c h n o l o g yo fs i n g l ec h i pc o m p u t e rt og e ts i g n a l ，u s e sv i s u a l b a s i ct oc a r r yo nt h es o f t w a r ed e v e l o p i n gd e s i g n , c a r r i e so na u t o m a t i cc o n t r o l ，t h ed a t a p r o c e s s i n g ，t h ed e m o n s t r a t i o n , t h em e m o r y , t h ed a t a b a s es t a t i s t i c ss u p e r v i s o r yw o r ka n ds o o n , h a sr e a l i z e dt h ew i p e re a c hi n d e xd e t e c t i o n sw o r k , a n dh a sa c h i e v e dt h ev e r yh i 曲 d e t e c t i o n sp r e c i s i o n t h i ss y s t e mi st h ec o l l e c t i o no f m i c r o c o m p u t e rc o n t r o lt e c h n o l o g y , t h e n e t w o r kc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , s i n g l ec h i p c o m p u t e rt e e l m o i o g ya n dt h es e n s i n g t e c h n o l o g y , t h ee l e c t r o n i ct e c h n o l o g yi na l lo r g a n i cw h o l e n 忙p a p e rf r o mo v e r a l lp l a no f 长春工业大学硕士学位论文 t h es y s t e m sr e s e a r c ht ot h es y s t e mf u n c t i o n , d e v e l o p i n gd e s i g no f t h es o f t w a r ea n dh a r d w a r e a n di m p l e m e n t i n gp l a no f t h ec o n c r e t ef u n c t i o n , h a sa l lm a d et h eq u i t ed e t a i l e de l a b o r a t i o n p r o v e da f t e rt h r e em o n t h - l o n gp r a c t i c e s ，t h es y s t e mo ft h et e s tp a n e li se c o n o m y , p r a c t i c a l ，a n dh a sv e r yg o o ds e c u r i t y , t h es t a b i l i t y , t h er e l i a b i l i t y t h et e s tp a n e lu s e dt h e r o t a r ye n c o d e rt oc a r r yo nt h ed i r e c tm e a s u r e m e n tt ot h er o t a f i v ea n g l e ，a n dh a sb r o k e nt h e f o r m e rl i n e a ro fi n d i r e c tm e a s u r e m e n t sw a y , t h u si n c r e a s e dt h em e a s u r e m e n t sp r e c i s i o n g r e a t l y i ns u m m a r y , t h ep a p e rp r o p o s e dt h ei d e ao f w i p e rm e c h a n i s m sd e t e c t i o n , i m p r o v e dt h e d e f i c i e n c yo f o r i g i n a ld e v i c e ，s a v e dt h ec o s t , a l s or e d u c e dw o r k ss t r e n g t ho f w o r k , a n dr e a l l y r e a l i z e da c c u r a c yo f t h ew i p e r sd e t e c t i o n , t h es c i e n t i f i cn a t u r ea n dt h er a p i d i t y k e yw o r d s ：w m d s h i e l dw i p e r st r a n s m i s s i o ns y s t e m ，r o t a r ye n c o d e r ，s y n t h e s i se x a m i n i n g t e s tp l a t f o r m ，r o t a t i v ea n g l e i 长春工业大学硕士学位论文 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经 发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名：a 缸叛 吨 日期：2 0 0 7 年3 月2 2 日 长春工业大学硕士学位论文 第一章绪论 汽车自1 8 8 6 年问世以来，已经走过了一百多年。从第一辆每小时只有1 8 公里速 度的笨重三轮汽车到现在，从零加速到每小时1 0 0 多公里的速度只需要三秒钟多一点 的时间“】。在这一百年里，汽车惊人的速度变化，更是值得我们思考的。 在这百年间里，汽车已从一种试验性的发明转变为工业化最广，工业技术和效果 最大的综合性产业，也是资源密集、技术密集、人才密集、综合性强和效益性高的产 业。特别是最近几十年来，电子技术飞速发展，从真空管、晶体管、集成电路、大规 模集成电路到超大规模集成电路的技术进步，出现了计算机等各种各样的电子装置。1 。 其在汽车工业中的广泛应用，使汽车电子化也逐年随着深化与发展，汽车的动力性、 经济性、安全性、环保性、舒适性己大大改善，使其成为人们日常生活中不可缺少的 必备工具。 汽车在不断满足人们需求的同时，其性能结构也在不断的复杂化，给设备检测和 维修带来了很大的困难。为了对汽车性能和运行故障进行快速、方便、准确的检测， 满足现代汽车检测、诊断的要求，必须在原有的检测基础上，大力发展汽车的检测技 术和检测设备。 1 1 国内外汽车性能检测发展概况 汽车性能检测是指以客观的手段检测设备( 包括仪器、仪表) 和设施，对汽车重 要的技术性能进行检验，以评定技术等级和维修质量0 1 。其主要是对汽车的动力性、经 济性、安全性、可靠性以及噪声、污染排放等状况进行检测，并提供准确的、科学的 检测数据。 汽车检测技术是伴随着汽车技术的发展而发展的咖。在汽车发展的早期，主要是通 过有经验的维修人员发现汽车的故障并作有针对性的修理。随着现代科学技术的进步， 特别是计算机技术的进步，汽车检测技术也随之飞速发展。目前，人们已能依靠各种 先进的仪器设备，对汽车进行不解体检测，而且满足安全、迅速、准确的现代检测机 制要求，适应汽车检测业的发展。 1 1 1 国外汽车性能检测发展概况 汽车作为综合性的工业产品越来越受到人们的普遍重视，其检测技术涉及许多学 科领域。随着汽车工业的迅速发展，汽车保有量的不断增长，对汽车技术性能的要求 也越来越高。如何保证汽车的安全运行、降低能源消耗、减少汽车排放对环境的污染、 保护生态平衡，己成为人类迫切需要解决的问题。汽车检测与诊断技术正是因此而生， 长春工业大学硕士学位论文 并随着汽车结构的不断完善而逐渐发展起来的。 国外一些发达资本主义国家，在这方面起步较早。上个世纪五十年代一些工业发 达国家就已开始故障诊断和性能调试为主的单项检测技术和生产单项检测设备随”。世 界各国在汽车检测技术及相应仪器设备的研究开发方面投入了大量的人力、物力。 进入二十世纪六十年代获得较大发展，逐渐将单项检测技术联线建站，进行维修 检验，又能进行安全与环保检测的综合检测技术，检测设备有美国的发动机分析仪、 英国的发动机点火系故障诊断仪和汽车道路检测速度分析仪等。六十年代后期，国外 汽车检测诊断技术发展很快，并且大量应用电子、光学、理化与机构相结合的光机电、 理化机电一体化检测技术。例如：非接触式车速仪、前照灯检测仪、车轮定位仪、排 气分析仪等都是光机电、理化机电一体化的检测设备。 进入二十世纪七十年代以来，随着计算机技术的发展，出现了汽车检测诊断、数 据采集处理自动化、检测结果直接打印等功能的汽车性能检测仪器和设备。美国在以 军事为目的的研究基础上不断的研制了新技术和开发了新产品。美国陆军坦克汽车研 究与发展部与美国无线电公司合作，研究的内燃机建议检测设备e p s t e i c e 于七十年代 末装备于部队。 二十世纪八十年代，美国的太阳公司( s l t n ) 又相继开发了1 1 2 0 型发动机分析仪、 9 2 0 型发动机检测仪、s c a1 7 0 0 汽车综合分析仪、m e a l 5 0 0 s l 标准化发动机综合分析仪 等产品，目前美国以该公司的产品最为先进。其主要特点是检测项目多，参数齐全、 图文并显，监测数据于诊断结果以多种方式输出，并具有一定的诊断功能，计算机应 用技术水平很高。日本也非常重视汽车检测技术的研究与开发，如弥荣把汽车其动态、 车速表、排放分析仪、噪声计等与四轮定位动态测试系统组合一起，不但可以测定汽 车四轮定位参数，还可测定其动力、速度和噪声。日产贩卖推出的综合检验台，测试 的项目更多，可以测定地盘输出功率、b e a r - 4 0 0 型全电脑发动机诊断监测系统，德国 博世公司推出的f s a 6 0 0 型发动机综合检测以及奥地利a v l 公司生产的a v l - 8 4 5 型电脑发 动机诊断检测一等，都代表了当代先进技术水平。德国百斯巴特公司自8 0 年代以来， 首先采用了计算机技术，先后研制出世界上第一台计算控制的彩色显示的四轮定位仪 和车轮平衡机( m t 5 5 0 型) ，至u 1 9 9 0 年c c d 测量传感系统和无限数据传输的新一代才平息 四轮定位仪m t 4 0 0 0 问世，使百斯巴特公司在汽车保修检测设备领域又开拓了一步。之 后，美国太阳公司( s l t n ) 、汉尼公司( h e n n e s s y ) 、大熊公司( b 队r ) ，以及法国班米纳公 司( b e m m u l l e r ) 意大利科技公司( c o k g h i ) 等，相继推出了太阳牌妣c 型和e e w a i o i 型、汉 尼士牌a m m c o a 5 0 0 型和a m m c 0 4 5 0 1 型、大熊牌b e a r 系列、班米纳牌8 6 7 0 型和科基牌 e x a c t - 6 0 型等全电脑四轮定位监测系统。 在此基础上，为了加强汽车管理，各工业发达国家相继建立汽车检测站和检测线， 使汽车检测制度化。概括地讲，工业发达国家的汽车检测在管理上已实现了制度化； 在检测基础技术方面已实现了标准化：在检测技术上向智能化、自动化检测方向发展。 2 长春工业大学硕士学位论文 下面就对发达国家汽车检测业进行概括地介绍”1 。 1 制度化 在德国，汽车的检测工作由交通部门统一领导，在全国各地建有由交通部门认证 的汽车检测场站，负责新车的登记和在用车的安全检测，修理厂维修过的汽车也要经 过汽车检测场的检测，以确定其安全性能和排放是否符合国家标准。在日本，汽车的 检测工作由运输省统一领导。运输省在全国设有“国家检车场”和经过批准的“民间 检测场”，代替政府执行车检工作，其中“国家检车场”主要负责新车登记和在用车 安全检测；“民间检测场”通常设在汽车维修厂内，经政府批准并受政府委托对汽车 进行安全检测。 2 标准化 工业发达国家的汽车检测有一整套的标准。判断受检汽车技术状况是否良好，是 以标准中规定的数据为准则，检查结果是以数字显示，有量化指标，以避免主观判断 上的误差。国外比较重视安全性能和排放性能的检测，如美国规定，修理过的汽车必 须经过严格的排放检测方能出厂。 除对检测结果有严格完整的标准以外。国外对检测设备也有标准规定，如检测设 备的检测性能、具体结构、检测精度等都有相应标准。对检测设备的使用周期、技术 更新等也有具体要求。由于检测制度、技术的标准化，不仅提高了检测效率，而且也 保证了检测质量。 3 智能化、自动化检测 随着科学技术的进步，国外汽车检测设备在智能化、自动化、精密化、综合化方 面都有新发展，应用新技术开拓新的检测领域，研制新的检测设备。随着电子计算机 技术的发展很快出现了汽车检测诊断、控制自动化、数据采集处理自动化、检测结果 直接打印等功能的现代综合性能检测技术与设备。例如：国外生产的汽车制动检测仪、 全自动前照灯检测仪、发动机分析仪、发动机诊断仪、计算机四轮定位仪等检测设备， 都具有较先进的全自动功能。尤其是近、现代，计算机技术在汽车检测技术领域的应 用进一步向深度和广度发展，已出现集检测工艺操作、数据采集和打印、存储、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，这样不仅可避免由于人为 因素导致的判断失误，提高检测准确性；而且可以把受检汽车的技术状况数据存储在 计算机中，建立检测信息数据库。既可作为下次改进设计、性能检验提供依据，还可 为交通安全事故分析处理提供参考。 4 车载自诊断系统及汽车故障诊断专家系统 车载白诊断系统一舻是作为汽车结构的组成部分，利用安装在汽车内各个部位的 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。显示方式有声光讯号， 也有数字式图形讯号。美国凯迪拉克轿车系列，日本丰田、本田轿车系列等均己先后 采用了车载自诊断系统。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 长春工业大学硕士学位论文 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。 总之，一些先进国家的汽车综合检测技术发展很快，己达到广泛应用的阶段，给 交通安全、环境保护、节约能源、降低运输成本和提高运力等方面，带来了明显的社 会效益和经济效益。 1 1 2 国内汽车性能检测发展概况 随着我国汽车保有量的不断增多和汽车技术的不断进步，在交通部门统筹规划、 合理布局的政策引导下，为在用车辆技术状况进行监控和维修质量控制提供服务的汽 车检测行业得到了迅速发展，目前己建成各类性能检测站1 1 0 0 多个，一个布局基本合 理、能力配套、管理有序、方便快捷的汽车综合性能检测网络已基本形成，为保障车 辆完好的技术状况、监督检查汽车维修质量、提高道路运输能力提供了有力的技术支 持和保障作用。 从交通安全管理部门的角度来看，我国汽车检测技术的发展大致主要经历了以下 四个阶段“”： 1 ) 二十世纪八十年代以前，汽车性能和维修质量的检验，一般是由富有实践经验的 检验人员耳听、手摸、眼看，并辅以在专门的试车道路上进行试车检测的定性判断。这 种方法人为因素干扰大、费时，且成本高，不能适应车型多样化和车辆技术进步，不能 做出定量的评价； 2 ) 进入二十世纪八十年代，我国引入了一些国外检测设备，其多为仪表显示，对各 主要性能分别进行监测，每个检测项目有专用仪器，人工操作，存在人为认读误差； 3 ) 二十世纪八十年代中后期，随着计算机自身技术的进步和应用技术的发展以及 传感元件电量数据化，运用计算机、传感器技术，在原分立设备的基础上提取各仪器 输出信号加以放大、转换，最后由计算机完成逻辑判断、显示、打印测量结果； 4 ) 进入二十世纪九十年代，工控机取代单板机、商用微机，提高了检测的可靠性、 稳定性和自动化程度，还实现了远程集中管理、控制、监视、数据传送等要求，既排除 了人为因素干扰，又达到了快速高效、降低综合成本的目的。其间，我国性能检测站联 网技术达到了国际先进水平；我国的检测设备也从依赖进口转变为自给，制造技术、质 量有了飞跃提高，除个别设备外，完全达到了国外先进水平，有些产品还出口国外。 为了配合汽车检测工作，国内已发布实施了有关汽车检测的国家标准、行业标准、 计量检定规程等1 0 0 多项。从汽车性能检测站到汽车检测的具体检测项目，都基本作到 了有法可依。我国汽车性能检测经历了从无到有、从小到大；从引进技术、引进检测 设备，到自主研究开发推广应用；从单一性能检测到综合性能检测，取得了很大的进 步。尤其是检测设备的研制生产得n t 快速发展，缩小了与先进国家之间的差距。如 4 长春工业大学硕士学位论文 今汽车检测中通用的制动检测试验台、侧滑检测试验台、底盘测功机等，国内己自给 有余，而且结构形式多样，虽然已经取得了很大的进步，但与世界先进水平相比，还 有一定距离。我国汽车检测技术要赶超世界先进水平，应该从汽车检测技术基础、汽 车检测设备智能化和汽车检测管理网络化等方面进行研究和发展。 1 汽车检测技术基础规范化 我国检测技术发展过程中，普遍重视硬件技术，忽略或是轻视了难度大、投入多、 社会效益明显的检测方法、限值标准等基础性技术的研究。随着检测手段的不断完善， 与硬件相配套的检测技术软件将进一步完善，我国正致力于开展下述汽车检测技术的 基础研究： 1 ) 制定和完善汽车检测项目的检测方法和限值标准，如驱动轮输出功率、底盘传 动系的功率损耗、滑行距离、加速时间和距离、发动机燃料消耗率、悬架性能、可靠 性等； 2 ) 制定营运汽车技术状况检测评定细则，统一规范全国各地的检测要求及操作技 术； 3 ) 制定用于综合性能检测站的大型检测设备的形式认证规则，以保证综合性能检 测站履行其职责。 2 汽车检测设备智能化 目前，国外的汽车检测设备已大量应用光、机、电一体化技术，并采用计算机测 控，有些检测设备具有专家系统和智能化功能，能对汽车技术状况进行检测，并能诊 断出汽车故障发生的部位和原因，引导维修人员迅速排除故障。我国目前的汽车检测 设备在采用专家系统和智能化诊断方面与国外相比还存在较大差距。如四轮定位检测 系统、电喷发动机综合检测仪等等，还主要依靠进口。今后我们要在汽车检测设备智 能化方面加快发展速度。 3 汽车检测管理网络化 目前，我国的汽车综合性能检测站部分已实现了计算机管理系统检测，虽然计算 机管理系统检测采用了计算机测控，但各个站的计算机测控方式千差万别。即使采用 计算机网络系统技术的，也仅仅是一个站内部实现了网络化。随着技术和管理的进步， 今后的汽车检测将真正地实现网络化，从而做到信息资源共享、硬件资源共享、软件 资源共享。在此基础上，利用信息高速公路将全国的汽车综合性能检测站联成一个广 域网，使上级交通管理部门可以随时了解各地区车辆状况。 随着交通和国民经济的发展，以及电子技术、传感器技术和计算机技术的发展， 以汽车检测诊断技术为核心内容的“视情维修”制度在我国己逐步建立起来。它的重 大意义和十分明显的社会效益已经引起广泛的重视。 综上所述，在科学技术高速发展的今天，人类越来越重视自身安全保险和自然界 的生态平衡，今后汽车检测诊断设备将随着汽车检测技术、电子技术、计算机技术、 5 长春工业大学硕士学位论文 自动化控制技术及传感器技术等科技技术在汽车上的应用而不断发展，各种新型的、 功能强大的汽车检测诊断设备会不断出现，并将向功能多样化、数字化、智能化、小 型化和综合型发展。 1 2 转角测量技术发展概况 角度测量是计量科学的重要组成部分，发展较为完备，各种测量手段的综合运用 使测量准确度达到了很高的水平。角度测量技术可以分为静态测量和动态测量两种嘲。 对于静态测量技术来说，测量方法己经有很高的测量基准，国内的技术水平己经达到 了国际先进水平，其主要任务集中在如何提高测量精度和测量分辨力上”。随着工业 的发展，对动态转角测量要求也越来越多，人们在静态测角的基础上，对旋转物体的 动态转角测量问题进行了大量的研究，产生了许多新的测角方法。 测角技术中研究最早的是机械式和电磁式测角技术，如多齿分度台和圆磁栅等， 此方法的主要缺点大多为手上测量，不容易实现自动化，测量精度受到限制“。”1 。光学 测角方法由于具有非接触、高准确度和高灵敏度的特点而倍受人们的重视，尤其是稳 定的激光光源的发展使工业现场测量成为可能，因此使光学测角法的应用越来越广泛， 各种新的光学测角方法也应运而生。目前，光学测角方法除众所周知的光学分度头法 和多面棱体法以外，常用的还有光电编码器法“”、衍射法“”、自准直法、光学内反射 法“、激光干涉法“。埘以及环形激光法“”等。这些方法中的很多方法在小角度的精密测 量中已经得到了成功地应用，并得到了较高的测量精度和测量灵敏度，通过适当的改 进还可对3 6 0 。整周角度进行测量。对于众所周知的光学分度盘、轴角编码器、光电光 楔测角法等来说，由于应用较多，技术已比较成熟。 1 - 3 本课题研究的意义、目的和内容 1 3 1 本课题研究的意义及目的 随着经济的发展，交通运输事业也日益繁荣，汽车作为人们的重要交通工具，近 些年来，正迅猛发展着。世界各大汽车生产厂家纷纷在中国合资设立汽车生产基地。 特别是中国进入i r l 0 以来，中国汽车行业有了大幅度提高，汽车已走进了家庭。汽车 作为现代化交通工具，在给人们的生活带来便利与乐趣的同时，也因其引起的交通事 故给人类的生命和财产带来极大的威胁和伤害。因此，汽车在出厂前和整个使用过程 中，汽车性能检测尤为重要。 一般说来，现代汽车是由各种不同材料制成结构复杂、零件加工精度很高、组合 件装配严格的交通工具。汽车在行驶过程中，由于它在各种道路、气候条件下工作，受 到温度、机械、化学的强烈作用，其初始性能、质量、参数会逐渐变化，其技术状况和 使用性能将随着里程数的增加而逐渐变坏，出现动力性下降、经济性变差、安全可靠 6 长春工业大学硕士学位论文 性降低，如果在出厂前，各零部件的检验过程不合理，以及在使用过程中不适当进行 性能检测，就会严重影响到了汽车的经济效益和运输效率的发挥，而且甚至会威胁到 生命安全。这就要求我们在出厂前对各个汽车零部件进行安全可靠的检测以及在使用 过程中及时对其性能进行检测，并对故障加以查明和消除。 我国是一个交通大国，公路分布越来越广，车辆的数量及其种类也越来越多，汽 车司机前方视线的清晰度严重影响着交通的安全。虽然在汽车的总和中，刮水器是个 比较小的零部件。但是，一旦遇到雨天，这个小部件就会发挥大作用。每一片刮水器 的刮刷每年平均在汽车玻璃上刮1 0 0 万次以上。据国际驾驶安全调查显示：雨天驾车， 因刮水器失灵引起的交通事故率比平常高出大约5 倍。由此可见，对刮水器而言，其 是否合格，会严重影响着雨雪天气司机的行车视线和安全。如果汽车上安装了不合格 的刮水器，极易在雨雪天气造成交通事故的发生。另外，夜雨中行车，没有刮净的雨 滴会在灯光下产生各种反射光，使前方视野极度模糊，也容易引发事故。因此，刮水 器的精确检测是十分重要的。 刮水器检测的主要目的就是检测刮水器电机和转角是否达到规定的标准要求，给 雨雪天气的司机一个清晰的视野，减小了交通事故的发生率，保证人们驾车出行的安 全。 i 3 2 本课题研究的内容 本课题来源于上海万江零部件有限公司汽车刮水器传动机构性能综合检测试验台 ( 以下简称为综合检测试验台) 的设备改造项目。 通过对原有检测设备进行充分地调查、分析和研究，总结其不足之处作为设计根 本出发点，采用相应有效的检测方法，实现了对各个性能指标的检测，并达到了很高 的检测精度。该综合检测试验台是集微机控制技术、通讯技术、单片机技术及传感技 术、电子技术于一身的有机整体。选用高精度的旋转编码器对刮水器转轴进行转角测 量，应用单片机技术进行实时采集信号，并采用v i s u a lb a s i c6 0 进行软件开发设计， 实现对检测结果进行统计分析、曲线显示、存储、查询、打印等功能。 综合检测试验台研究设计的主要内容如下： i 安装支架设计研究 由于刮水器的形状不规则，需要对其刮角和电机进行检测，而且流水线作业要求 快速装夹，既要求速度又要保证其安装位置适合采集信号，因此刮水器安装支架的设 计对整个综合检测试验台设计来说都是十分困难而且基础的设计。对被检测型号的刮 水器形状和原有检测试验台进行了仔细地观察、分析、调查、研究后，提出了一种安 装方案，并对其进行了充分的理论分析，为方案的可行性奠定了基础； 2 单片机信号采集电路设计研究 7 长春工业大学硕士学位论文 论文从刮水器检测各参数的实际出发，选择相应的单片机型号及适当的传感器， 并考虑到了干扰信号，对其进行合理的外围电路设计，使单片机采集信号进一步地稳 定和准确，增强了检测的精确性； 3 电脑界面、数据操作设计 本论文的电脑界面采用v i s u a lb a s i c6 0 进行设计，使操作简单，数据清晰地显 示于界面之中，而且可以将当前数据以曲线绘图的方式显示，直观地分辨出其产品的 合格与否，并能对数据进行存储、查询和打印等功能； 4 单片机与电脑之间的数据通讯 在本检测系统中，单片机与工控电脑选用异步串行通讯r s - 2 3 2 接口进行数据的传 输。r s - 2 3 2 是美国电子工业协会正式公布的串行总线标准，也是目前最常用的串行接 口标准，用来实现计算机与计算机、外设之间的数据传送。 1 3 3 论文章节安排 第一章绪论 主要介绍了国内外汽车性能检测、转角测量技术的发展现状以及本课题研究的目 的、意义和内容。 第二章检测试验台的主要技术要求 明确了综合检测试验台的主要功能、适应范围及现行检测产品的性能指标和检测 标准。 第三章检测试验台的总体研究 在对原检测试验台分析的基础之上，构思了试验台总体设计方案，而且分别为上、 下位机功能实现做了总体设计，为以后具体的研究设计工作做了充足的前提准备。 第四章检测试验台的具体研究及设计 详细论述了本综合检测试验台具体的设计过程，其中包括刮水器安装支架、机柜、 电源、单片机外围电路、外部信号采集电路以及上、下位机软件的设计，并给出了实 验的检测数据。 第五章系统抗干扰研究 这章分别介绍了干扰的来源和抗干扰的主要措施，而且将本检测系统采取的抗干 扰措施归纳总结。 第六章结论 得出结论，并指出该综合检测试验台存在的问题和今后研究的方向。 8 长春工业大学硕士学位论文 第二章汽车刮水器性能检测的主要技术要求 汽车刮水器性能检测一般主要包括刮水器电机和刮水器转轴角度的性能检测，即刮 水器工作时电机的电压、电流、频率、速差、自动停车和刮刷角度的检测。 2 1 综合检测试验台的主要功能 综合检测试验台的功能( 由上海万江汽车零部件有限公司提供) ： i 该综合检测试验台应能对不同传动机构及安装尺寸系列的刮水器产品进行左右 刮角、高低速刮刷频率、高低速工作电流、电压、速差及自动停车性能的检测； 2 产品检测完成后，可回到交付状态位置，并能实现对检测结果进行统计分析、 存储、查询和打印的功能； 3 产品从安装到检测完成卸下所需时间不超过3 0 秒，对不合格产品可进行报警。 2 2 综合检测试验台适应范围 综合检测试验台的适应范围如下： 1 适用环境：+ 5 0 一3 5 ； 2 适用检测电压范围：0 3 0 r ； 3 适用检测电流范围：0 1 0 h ； 4 刮角检测区域：7 0 。1 2 0 。； 5 检测精度：刮水器刮角检测精度不超过指标公差1 0 。 2 3 现行所需检测产品性能指标及检测标准 现行所需检测汽车刮水器性能指标及检测标准如表2 - 1 ： 9 长春工业大学硕士学位论文 表2 - 1 汽车刮水器性能指标及检测标准。 性能指标 序号项目试验标准 g s q 1 3b 1 1a 1 1 1 检测电压( v ) 1 3 0 11 3 0 11 3 d - o 1 电机工作时的电压 电机旋转一圈时，连接机 2 主刮角( 。) 7 9 8 8 3 88 1 5 1 58 2 1 构主刮臂摆动最大角度。 电机旋转一圈时，连接机 3 副刮角( 。) 9 9 1 0 38 8 5 1 - 59 3 2 构副刮臂摆动最大角度。 高速刮刷频率机构通电1 分钟往复摆动 45 5 8 55 8 7 85 5 8 5 ( r m i n )次数，即电机旋转圈数。 低速刮刷频率机构通电1 分钟往复摆动 53 5 5 44 0 5 03 5 5 4 ( r m i n )次数，即电机旋转圈数。 机构通电运行高速工作时 6高速工作电流( a )4 54 53 8 的电流。 机构通电运行低速工作时 7 低速工作电流( a ) 332 5 的电流。 高低速工作时，每分钟电 8 速差( r m i n ) 1 51 51 5 机旋转圈数之差。 自动停车 机构运行后，电机摇臂起 91 01 01 0始和终止时的角度位置公 ( 。) 差。雪 刮水器电机接线：1 停车正极：2 一高速( 红线) ；3 停车控制；螂速( 蓝线) ；5 一地。 自动停车；3 和4 连通，电源正极接l ，电源负极接5 。 l o 长春工业大学硕士学位论文 第三章综合检测试验台的总体研究 3 1 总体方案设计 3 1 1 原有检测试验台分析 上海万江原有刮水器传动机构性能综合检测试验台的检测精度，长时间使用已无 法达到该厂的检测标准，因此需要对此设备迸行更换，以达到厂家检测的技术要求。 原有检测设备主要存在以下几点不足： 1 它的检测原理是利用连杆的位移变化带动钢丝所形成的变化差，利用数学公式 将其转化为角度从而达到测量摆角的目的。检测原理是根据刮水器转轴摆动弧度的线 性位移间接地测量摆角，而且由于钢丝的长期拉伸、热胀冷缩的物理现象也影响了其 长度变化，因此钢丝作为检测刮水器摆角出现了不可靠性。如图3 - 1 所示，钢丝一端 与刮水器摆杆轴相连，通过一个滑轮和钢管改变钢丝的运动轨迹。当刮水器工作时， 取钢丝变化最大位移，在连杆机构中根据位移、摆杆长度来计算刮水器摆动角度的变 化量。 图3 - 1 原有检测设备图一 2 检测过程中为了将被检测刮水器固定在检测试验台上，利用了小电机及压块进 行夹紧工作，但是在整个夹紧固定过程中不能确定何时夹紧，而是凭借小电机的自锁 特性达到夹紧被检测刮水器的且的，以至于小电机经常被烧毁。小电机夹紧固定刮水 器具体过程如图3 - 2 、3 - 3 所示。 长春工业大学硕士学位论文 图3 屹原有检测设备图二 图3 - 3 原有检测设备图三 基于以上对原有检测设备的分析，该论文方案应着眼于采用一种直接测量角度的 检测方法，这样才能保证检测精度高，达到厂家的检测标准。而且在检测过程中的刮 水器固定方面上，也应着重考虑，为其重新设计出一套完整的安装支架，保证刮水器 安装的合理性、装卸的方便性和快速性，这样才可以充分地完成本检测试验台的设计 任务。 3 1 2 总体方案设计 该综合检测试验台主要用于上海万江刮水器性能检测。本检测系统应完全按照上海 万江零部件有限公司提出的技术要求，进行研制和加