车辆制动性能检测解析

卡丁车制动性能测试 周少杰 1 摘要摘要 制动系统是卡丁车的一个重要组成部分 对卡丁车行驶安全起着重要的作 用 本设计中提出了一种反力式滚筒制动试验台检测的设计方法 进行测试 运用一些原理对卡丁车在实际工作中的制动检测进行分析 对今后卡丁车制动 系统的实际推广有重要价值和意义 关键词 检测关键词 检测 分析分析 制动制动 卡丁车制动性能测试 周少杰 2 1 1 综述 综述 1 11 1车辆制动性能检测发展背景车辆制动性能检测发展背景 随着我国经济的发展 汽车的数量与日俱增 为了确保公路安全 行车出 厂前 厂家需要对车辆进行整车安全检测 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 合计算机 自动控制等高技术来检测汽车 技术现状 它是一门综合性的应用科学 汽车的制动性是汽车的主要性能之一 制动性能的检测对所有车辆都是极 其重要的 汽车的制动性关系到人的安全 它是汽车安全行驶的重要保障 资 料表明 因制动不良而导致的道路交通事故占事故总数的l 3 汽车的制动性 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 汽车的制动性是由汽车的制动系统决定的 其制动过程是很复杂的 它与 汽车总布置和制动系各参数选择有关 汽车本身又是一个复杂的系统 在运行 当中 各个总成之间都在运动 随着时间的推移 各系统的技术状况都会发生 变化 其技术状况将不断恶化 造成汽车的各种性能的下降 从而使其发生故 障的可能性逐渐增加 造成交通安全隐患的大量聚合 随着道路质量的提高和 高等级公路及高速公路的发展 汽车行驶速度愈来愈快 因此对汽车制动性能 的要求也愈来愈高 1 21 2 车辆制动性能试验台的研究意义车辆制动性能试验台的研究意义 我们知道 路试法虽是最直观 最真实的一种检测方法 但路试法需要专 业的试验场地 在我国专业的试验场地并不多 国家级的汽车试验场只有四个 海南汽车试验场 襄樊汽车试验场 中国定远汽车试验场 北京通州汽车试验 场 所以难以推广 并不适合我国的国情 另外路试法对汽车会产生一定的磨 损 并且在进行路试时每次都须将各种传感器安装在汽车的车轮或车轴上 来 采集汽车在路试的时候的制动数据 这样就很难避免每次装卸这些传感器所造 成的误差 在GB7258 2004中规定当机动车经台架检验后对其制动性能有质疑 时 可用路试检验进行复检 并以满载路试的检验结果为准 在现有的检测设 备中一直都没有能够以台试的方法来代替路试的检测设备 动态制动检测系统 则是以模拟路试为设计原则 找到一种能够尽可能的接近路试的方法 过去曾 发生过在路试时合格 而在台试时却不合格 最终按照路试的检测结果作为最 终检测结果 这便体现出路试与台试存在不统一的问题 动态制动检测系统是 建立在路试法的基础上 用台试的方法来进行路试的检测 这样我国的汽车检 测事业将更加科学化 汽车制动器台架试验是制动器强制检定项目 它模拟汽车的制动过程 以 台架试验的方式来测试制动器总成的制动效能 热稳定性 衬片磨损以及强度 等各项性能 从而揭示其内在的统计规律性 找出其存在的问题并提出解决的 方法 确保道路交通安全 它的优点是能迅速 准确地检测制动性能 不受气 候条件限制 试验重复性较好 能定量地指示各轮的制动力或制动距离 有利 卡丁车制动性能测试 周少杰 3 于分析前后轴制动力的分配及每轴制动力的平衡状态 制动协调时间等参数 给故障诊断提供可靠的依据 现在 台架试验检测已成为汽车诊断与检测最常 用的方法 目前应用较多的是反力式滚筒制动试验台和平板式制动试验台 由于反力式 滚筒制动试验台所需场地小 设备造价低 测试方便 因此目前成为我国各 类检测站测量机动车制动性能的主要设备 平板式制动试验台接近实际道路状况 台 面上制动时车轮的受力情况与路面上制动时车轮的受力情况很相似 使测试结 果更接近实际情况 但平板式制动试验台对传感器 检定工具 测试方法等有 较严格的要求 使得造价升高 测试难度增加 综合考虑各种因素 在此次试验 中我选取反力式滚筒试验台 1 31 3 车辆制动性能检测标准 车辆制动性能检测标准 对制动力的要求 制动力总和占整车重力的百分比 空载 60 或满载 50 主要承载轴的制动力占该袖轴荷的百分比 空载 60 或满载 50 在 GB7258 1997 中 仍保持制动力总和与整车重力的百分比空载 60 或满载 50 的 要求 由于对主要承载轴的理解容易有误 将主要承载轴的制动力与该轴轴荷 之比改为前轴制动力不得小于前轴轴荷的 60 对制动力平衡的要求 原标准中是以轴荷为基准确定的 即前轴左右轮制动力 差不得大于该轴轴荷的 5 后轴左右轮制动力差不得大于该轴轴荷的 8 由于 这种规定不能准确反映制动力差的数值应随制动力增加按正比例相应变化的实 际情况 所以在 GB7258 一 1997 中改为 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 这个要求的幅度与原标准比较 前轴要求适当放宽 对后铀的要求基本保 持不变 1 41 4 车辆制动性能检测标准的意义车辆制动性能检测标准的意义 保障行驶安全和使汽车的动力性得以充分发挥 1 5 论文主要论述内容及途径论文主要论述内容及途径 1 5 1 主要研究内容主要研究内容 对汽车制动试验台的论述主要集中在以下几方面 1 制动试验台运动学和动力学的分析 对汽车在反力式制动试验台上的运 动及受力情况进行分析 推导制动力 滚筒支承反力的解析表达式 分析试验 台的最大测试能力 2 制动试验台结构设计的研究 对制动试验台绘制相关图样 3 制动试验台控制系统硬件设计包括传感器选型 信号调理电路设计 数 据采集系统设计 控制装置的设计 1 5 2 途径与方法途径与方法 卡丁车制动性能测试 周少杰 4 1 运动学和动力学分析 2 使用 AutoCAD 进行零件图的绘制 2 常用三种常用三种实验台的对比分析 2 1 反力式滚筒制动检验台反力式滚筒制动检验台 图图 1 反力式制动检验台结构简图反力式制动检验台结构简图 制动性能的台式检测方法由于具有方便快捷 节省空间且不像路试方法那样受天气 情况的影响 等优点而广泛应用 其结构如图 1 所示 它的检测方法是将车轮置于滚筒之 上 由电机带动滚筒 驾驶员踩制动踏板通过车轮向滚筒施加 制动力 由连接在滚筒上的传 感器测试出制动 反 力的大小制动力测试装置主要由测力杠杆和传感器组成 测 力杠杆一端与传感器连接 另一端与减速器壳体连接 被测车轮制动时测力杠 杆与减速器壳体将一起绕主动滚筒 或绕减速器输出轴 电动机枢轴 轴线摆 动 传感器将测力杠杆传来的 与制动力成比例的力 或位移 转变成电信号 输送到指示 控制装置 测力传感器受力点受力的大小与滚筒表面制动力的关系为 滚筒表面制动力 N 测力传感器受力 N 测力臂水平长度 滚筒半径 2 1 1 滚筒反力式制动试验台的优点有滚筒反力式制动试验台的优点有 1 安全保护作用 即只有在被测车轮同时压下左右制动试验台的第三滚 筒时 滚筒才能被启动 因而可以避免操作人员误操作而造成伤害 2 随着现在计算机技术的发展 可以显示车辆左 右轮制动力增长全过 程随采样时间的变化情况 且能准确指明左 右轮制动力不平衡最大值在制动 力增长过程中的具体位置 从而分析判断引起制动力平衡差超标的根本原因 还可以为车辆修理单位提供有效的信息支持 3 滚筒反力式制动检验台测试工况稳定 重复性好 2 1 2滚筒制动试验台的缺点 滚筒制动试验台的缺点 传统的滚筒式制动试验台逐渐暴露出很多 问题 已经渐渐不能满足人们对制动性能检测 卡丁车制动性能测试 周少杰 5 真实 性的要求 它的主要问题 1 很难测得实际制动力 并且很难测得制动器的制动力最大值 2 悬架中减振器性能得不到检测 汽车悬架装置对汽车行驶安全性 操 纵稳定性 通过性 燃料经济性等诸多性能均产生影响 3 测试效率低 采用滚筒制动试验台检测制动性能时 对车辆各轴的检 测是分开进行的 从而影响了车辆的测试效率 4 制动力的检测受车轮安置角的影响 5 驱动转速较低 无法检测装有 AB S 的车辆 在 AB S 起作用时的制动性 能 6 滚筒制动试验台是静态检测设 备 无法反 映出由于车辆轴荷的动态 变化而引起制动力动 态变化的过程 7 操作规范化的问题 2 2 2 2平平板板式式制制动动性性能能试试验验台台 它的检测原理是检测时汽车以一定的初速度驶上平板 利用平板将汽车制动时的前冲惯 性力 数值与汽车制动力相等 传递给平板下的力 传感器 其结构如图 2 所示 A 轴荷测试仪 B 制动性能测试板 C 侧滑测试板 D 悬架性能测试板 E 行驶方 向 图图 2 平板式制动性能试验台简图平板式制动性能试验台简图 平板制动试验台的原理和结构简单 检测条件 与汽车在道路上的制动状态类似 能充分 反映汽车 制动的真实性能 不存在安置角引出的问 题 还可 设计成既能检测制动力 也能 检测轴重 侧滑 悬挂 等项目的汽车综合性能检测台等优 点 但它相对 于滚筒式制动试 验台占用空间大 测试重复性也要 差一些 我国最新颁布的 GB7258 2004 中 针对用平 板台检验乘用 车行车制动性能提出了 特殊要 求 但不论是滚筒式还是平板式的试验台 在测试时都 可能有问题出现 因此标 准规定对台试制动性 能 检验 结果有质疑的机动车应以路试检验制动性能 的结果为准 2 3 其他的台式检测设备的原理与技术其他的台式检测设备的原理与技术 除了滚筒式和平板式制动台外 还有一些制动 性能试验台应用于试验研 卡丁车制动性能测试 周少杰 6 究 一种常见的试验 台 是惯性式制动力检测台 如图3 所示 它是利用电 机或车辆本身的动力驱动滚筒 通过测量制动初始 速度和制动时间得到制动减 速度 由于滚筒的转 动惯量是事先知道的 这样就可以推算出车轮的制 动力 矩 但难办的是车轴和车轮的转动惯量不 知 道 如果略去不计 则会产生较大 误差 如需精确测量 就要通过增设附加转动惯量 每车做 2 次试验 再对试验数据 解联立方程才能得到较理想的结果 因此惯性式制动力检测台在实际检测中 应用较少 多为试验研究用 1 飞轮 2 传动器 3 6 变速器 4 测速发电机 5 9 光电传感器 7 可移导轨 8 12 电磁离合器 10 移动架 11 传动轴 13 万向节 14 后滚筒 15 前滚筒 16 举升托板 17 移动架驱动液压缸 18 锁紧液压缸 19 第三滚筒 20 第三滚筒调 节器 图图 3 惯性式滚筒制动试验台简惯性式滚筒制动试验台简 本文将主要介绍和研究滚筒反力式汽车制动 3 反力式原理卡丁车制动检测台设计 反力式原理卡丁车制动检测台设计 3 1 滚筒反力式检测台的结构滚筒反力式检测台的结构 3 1 1滚筒反力式检测台的结构图和基本原理滚筒反力式检测台的结构图和基本原理 滚筒反力式制动台由左右各一对滚筒 滚筒驱动电机 减速器 离合器 传动链 测力传感器 速度传感器 磁电开关或磁电传感器 和指示控制装置 等构成 其结构如图4滚筒反力式检测台结构图所示 其立体CAD示意图如图5所 卡丁车制动性能测试 周少杰 7 示 1 电机 2 变减速器 3 压力传感器 4 滚筒 5 第三滚筒 6 电磁传感器 7 链传动 8 测量指示仪表 图图 4 滚筒反力制动实验台原理图滚筒反力制动实验台原理图 图图 5 5 滚筒反力制动实验台滚筒反力制动实验台 检测时 汽车待检轴车轮停驻在滚筒上 另一车轴支承在地面上 电机经 过减速器驱动主动滚筒 主动滚筒通过传动链带动从动滚筒及车轮转动 达到 固定的检测速度后 驾驶员急踩制动踏板自动车轮 电机仍然驱动滚筒转动 向车轮施加一个与制动力矩方向相反的转矩 直至受检车轮被制动住停止转动 滚筒相对车轮滑转时 接近抱死状态 电机才停止转动 截断滚筒的驱动力 此时 测力传感器测得的力值即是该检测条件下的车轮最大制动力 3 1 2 驱动装置驱动装置 驱动装置由电动机 减速器和链传动组成 电动机经过减速器两级减速后 驱动 或再通过链传动 主动滚筒 主动滚筒通过链传动带动从动滚筒旋转 制 卡丁车制动性能测试 周少杰 8 动检测台测试车速都很低 且滚筒的直径较小 因此驱动电动机的功率较小 在此可选用功率为11kW的交流同步电机 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 一般在40 lOOr min范围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 3 1 3滚筒组滚筒组 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 滚动轴承与轴承座支承在框架上 且保持两滚简轴线平行 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 滚筒直径与两滚 筒间中心距的大小 对试验台的性能有较大影响 滚筒直径增大有利于改善与 车轮之间的附着情况 增加测试车速 使检测过程更接近实际制动状况 但必 须相应增加驱动电机的功率 而且随着滚筒直径增大 两滚筒间中心距也需相 应增大 才能保证合适的安置角 这样使试验台结构尺寸相应增大 制造要求 提高 因此选用的滚筒直径为240mm 从动滚筒与主动滚筒中心距为400mm 3 1 4第三滚筒第三滚筒 设在主从滚筒间的直径较小的滚筒成为第三滚筒 其既可自转 又可借支 臂上下摆动 平时由弹簧使其保持在最高位置 受检时受检车轮将其压下 支 臂弹簧就使第三滚筒与车轮保持可靠接触 受检车轮带动第三滚筒一起转动 第三滚筒上有转速传感器 可获知时间车轮的转动状况 当左右车轮转速在允 许范围内达到转速相等时 开始制动受检车轮 车轮转速下降至接近抱死时 制动台控制系统根据传感器发出的相应信号便立即停止驱动电机转动 截断主 动滚筒的动力 反正主动滚筒继续旋转剥伤轮胎和保护驱动电机 受检车轮未制动减速之时 滚筒时间车轮和第三滚筒线速度一致 均等于 主动滚筒的驱动速度 主动滚筒的驱动速度是由驱动装置确定 为恒定值 在 时间车轮制动减速后 就会相对主动滚筒产生滑移 第三滚筒线速度与受检车 轮一致 由此可确定受检车轮制动时的转动状况 计算出受检车轮滑移率 主 动滚筒线速度 受检车轮线速度 主动滚筒线速度 3 1 5 制动力测量装置制动力测量装置 制动力测量装置主要由测力杠杆和传感器组成 测力杠杆一端与传感器连 接 另一端与减速器壳体连接 被测车轮制动时测力杠杆与减速器壳体将一起 绕主动滚筒 或绕减速器输出轴 电动机枢轴 轴线摆动 传感器将测力杠杆传 来的 与制动力成比例的力 或位移 转变成电信号输送到指示 控制装置 卡丁车制动性能测试 周少杰 9 1 传感器 2 电动机 3 减速器 4 测力杆 5 链传动 6 从动滚筒 7 第三滚筒 8 主动滚筒 9 框架 图图 6 车轮制动力测试单元车轮制动力测试单元 3 2 检测台功能检测台功能 1 检测台能够提供驱动小车的动力 使小车模拟其在路面行驶 2 能够检测小车左右轮的转速大小 3 有独立调整左右车轮转速的功能 4 能够显示小车左 右轮制动时的制动力 3 3 工作原理及工作步骤工作原理及工作步骤 被测车辆先由举升装置放在在测试台上 然后由制动台检测其制动性能 测力滚筒支撑被测车辆的左 右车轮 此时小滚筒 测转速得第三滚筒 被车轮 下压 其表面与车轮表面紧密接触 制动试验台接通电源 测力滚筒在电机驱 动下转动 并以一定速度 般为2 5km h 带动被测车辆车轮转动 同时小滚筒也在车轮的带动下转动 当左右轮转速达 到要求的相同转速时开始踩下制动踏板 车辆制动开始 此时通过触发程序采 集模块实现制动力传感器和磁电开关转速传感器采集的同步性和对应性采集制 动力 采集卡在检测软件程序驱动下对左 右车轮制动力信号和转速信号进行 同步采集 并将信号输入计算机 通过labview开发的虚拟仪器后面板对信号进 行处理 运算分析 得出制动力 制动速度 制动时间等性能参数 然后存储 数据并在虚拟仪器前面板中实现动态显示 检测系统工 作流程图如图7图所示 卡丁车制动性能测试 周少杰 10 图图7 检测系统工作流程图检测系统工作流程图 3 3 1检测时力学原理分析检测时力学原理分析 进行车轮制动力检测时 被检汽车驶上制动试验台 车轮置于主 从动滚 筒之间 放下举升器 或压下第三滚筒 装在第三滚筒支架的行程开关被接通 通过延时电路起动电动机 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 测得车轮拖滞力 接着 驾驶员踩下制动踏板 车轮 在滚筒上的受力如图2 3 1 所示 当汽车制动时 各轴车轮都产生制动效应 受检轴车轮将对滚筒产生制动阻力 滚筒 则对车轮作用反作用力 F1 与 F2 如下图所示 驱动滚筒的电机功率是根据车轮对滚筒的 最大制动力和滚筒的线速度选择的 它足以克服车轮制动时的阻力 在整个制动过程中 滚筒对车轮的反作用力与车轮的制动力相平衡 因此 通过测量装置测量滚筒制动力矩的 反力 F1 和 F2 的代数和 即为受检车轮的制动力的值 卡丁车制动性能测试 周少杰 11 图图 8 车轮受力图车轮受力图 车轮与主 从动滚筒都保持接触是制动测试的初始状态 称为稳定状态 检测 时 滚筒的线速度 2 5km h 很低 略去制动时车轮的惯性力矩和滚动阻力矩 平衡方程为 0 0sin cos 0cos sin 21 2121 2121 RFFM GaFFaNN FaFFaNN r N N 其中 2 arcsin rR L a 式中 N2 N1 主 从动滚筒作用于车轮的法向力 F2 F1 主 从动滚筒作用于车轮的切向力 FN 非测试轴 其轮与地面附着 对测试车轮的水平作用力 GN 轮载质量的重力载荷 M T 车轮所受制动力矩 R 车轮半径 安置角 L 滚筒中心距 r 滚筒半径 若车轮与滚筒间的附着系数得到充分利用 且均为 则 F1 F 2 的最 大值分别为 F1 max N1 F 2 max N2 代入方程组 2 1 解得 卡丁车制动性能测试 周少杰 12 a aaFaaG N a aaFaaG N NN NN 2sin 1 sin cos cos sin 2sin 1 sin cos cos sin 2 2 2 1 车轮所受最大制动力为 a FG NNF NN cos 1 2 21max 在F1 F2形成的反作用力矩作用下 减速器壳体与测力杠杆一起朝滚筒转 动相反方向摆动 测力杠杆一端的力或位移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 送往A D转换器转换 成相应数字量 经计算机采集 存贮和处理后 对制动力一时间曲线进行分析 就可以得到最大制动力等与制动性能相关的参数 卡丁车制动过程的加速度 瞬时速度曲线如图9所示 t Vb Ve 加速度曲线 V a 瞬时速度曲线 图图 9 卡丁车制动过程的加速度 瞬时速度曲线卡丁车制动过程的加速度 瞬时速度曲线 3 3 2 检测台工作步骤检测台工作步骤 反力式滚筒汽车制动性能试验台的工作过程如下 1 左电机启动正转 2 右电机启动正转 3 测试左右轮转速 使左右轮达到等速 4 踩刹车 测两轮最大制动力 5 当滑移量达到设定值时 停两电机 6 当转速为零 约停机后3s 时 两电机反转 7 3 4s后停两电机 在制动过程中 当左 右车轮制动力的值大于某一值时 计算机即开始采 集 数据 在制动过程中 第三滚筒的转速信号由传感器转变成电信号后输入计算 机 计算车轮与滚筒之间的滑差率 车轮与滚筒线速度之差 滚筒线速度 100 当滑差率达到一定值 如25 时 计算机发出指令使电动机停转 检测过程结 卡丁车制动性能测试 周少杰 13 束 车辆即可驶出制动试验台 4 4 卡丁车制动检测系统测试部分设计方案卡丁车制动检测系统测试部分设计方案 4 1检测系统简介检测系统简介 检测系统如图 10 所示 检测部分主要功能是检测制动力和车轮转速 并将这些被测量转化为计算机 能够处理的数字信号 因此检测系统主要包括以下几部分 1 传感器部分 包括测力传感器和转速传感器 2 信号调理部分 3 数据采集模块 4 总线 5 PC 机及显示指示部件 检测系统设计一方面要满足系统精度要求 另一方面要考虑经济型 在满 足系统功能要求的前提下 尽量选取技术较成熟且市场价格较低的部件 图图 10 系统结构图系统结构图 4 2 传感器选型与确定传感器选型与确定 传感器的确定是设计检测系统的第一个环节 其主要作用是将感知的被测 非电量按 一定的规律转化为某一种量输出 通常是电信号 选用传感器遵循以下原则 1 具有合适的量程 量程是指测量范围上限和下限的代数差 2 灵敏度高 传感器输出量的变化值与相应被测量的变化值之比为其灵敏度 3 分辨力大 传感器在规定测量范围内可能检测出的被测量的最小变化量称为 分辨力 4 误差较小 误差是指测量值与真实值之间的误差 它反映传感器的主要性能 参数之一 它本质上反映了传感器的精度 准确性 误差越大 即表示准确 度越低 反之亦然 故它要求选择传感器时需考虑误差的因素 卡丁车制动性能测试 周少杰 14 5 重复性好 要求重性较好即是反映随相对于时间的稳定性 可以通过对被测 量对象多次 重复测量来进行计算误差的方法来反映 6 线性度好 线性度即是指其输入输出关系曲线与某一内在直线偏差的程度 线性度若较好 则可以通过多种数据融合技术进行补偿从而改善传感器的性 能 7 过载承受能力较强 过载承受能力即是在传感器技术指标允许的范围内加载 在传感器上但不发生性能永久性变化的被测量的最大值 通常在实际选择中 过载量不要超过传感器的规定数值即可 8 响应迅速 响应是否迅速主要由响应时间来决定 它是由被测对象受到激励 引起变化 传感器输出上升到其最终规定值时所需要的时间 9 可靠性好 在规定条件下 传感器正常工作的可能性 综合考虑上述因素 以国家标准为依据 选出相应传感器以满足检测系统对 制动力 转速等参数的检测要求 4 2 1 制动力传感器制动力传感器 目前国内外测力传感器 有筒式 柱式 轮辐式 板环式 梁式 S型 桥 式等多种类型 S型双孔测力传感器具有体积小 稳定性好 输出信号大 灵敏 度高 抗侧向力强 粘贴方便 易于加工 各项技术指标 线性 重复性 滞后 性 蠕变性 在满量程状态下测量结果均可达到0 030 之内 在检测车辆左 右轮制动力中 采用S型拉压力传感器 其主要特点 承受 拉 压力均可 精度高 结构紧凑 根据制动力特点 选LYS 41型电阻应变式 称重传感器来测量制动力的大小 该种传感器为应变电阻拉压传感器 既可以 测量拉力 也可以测量压力的大小 具有优良的静态性能和良好的动态性能 LYS 41传感器参数如下表1所示 表表1 1 LYS 41LYS 41传感器参数传感器参数 型号 LYS 41 量程 0 5000N 传感器非线性 0 05 FS 传感器重复性 0 05 FS 传感器迟滞 0 05 FS 零点温度影响 0 05 FS 10 在0 70 范围 灵敏度 2 0 mV V 输入阻抗 380 10 输出阻抗 350 3 输入电压 12VDC 输出电压 0 20mV 接线方式电源 红线 电源 绿线 输出 黄线 输出 白线 传感器利用电阻应变原理构成 拉压传感器由S型弹性元件和电阻应变片组 成 利用电阻应变原理测量制动力大小 如图11所示 四片电阻应变片对称地 粘贴在S型弹性体孔上 下侧 在电路上连接成 惠斯登 电桥 在未加载时电 桥处于平衡状态 无电压信号输出 当受力时 弹性梁变形 其相对变形大小 卡丁车制动性能测试 周少杰 15 正比于该处载荷大小 此时四片电阻应变片同时产生变形 它们的阻值也相应 地发生变化 图图1111 全桥差动电路全桥差动电路 4 4 2 2 转速传感器转速传感器 制动检测台中 由第三滚筒检测车辆左 右轮转速 进而计算车速 转速 传感器在检测系统中用来测量车轮的转速 将转速变换为与其有一定函数关系 的所需要信号 接近开关 工业自动控制系统常用的实现检测 控制作用的开关器件 这 种传感器结构简单 结实可靠 无接触运动件 无火花和无压力 抗干扰强 寿命长 根据其工作原理 接近开关传感器有高频振荡式 电容量式 磁式和 光电式 含射线式 根据检测中要求工作可靠 系统采用磁电开关式 选用Schneider 施耐德 XS4P08NA340型磁电开关传感器 其参数见表2 表表2 2 XS4P08NA340XS4P08NA340型磁电开关传感器主要参数型磁电开关传感器主要参数 型号Schneider 施耐德XS4P08NA340型 传感器类型管状接近开关 工作频率 Hz 5000 检测距离 mm 2 5 最大负载 mA 200 指示灯LED显示 电路类型三线NPN 直径 mm 8 输入电压类型直流 温度范围 F 13 176 其工作原理 如图12所示 待测量滚筒 试验台第三滚筒 是空心滚筒 它 的外圆一端均布z个小圆孔 滚筒上分布12个小圆孔 磁电开关传感器固定在空 心滚筒侧面 滚筒以转速为n旋转时 当非孔部分经过磁电开关时 开关闭合 当小圆孔部分经过磁电开关时 开关打开 当空心滚筒旋转时即可测得脉冲频 率f 即确定滚筒的转速n 卡丁车制动性能测试 周少杰 16 图图 1212 车轮转速测量原理图车轮转速测量原理图 其输出波形如图如图1313所示 图图1313 输出波形图输出波形图 输出信号的频率与转速关系为 式中 n 第三滚筒转速 r min f 传感器的脉冲频率 Hz w 第三滚筒的角速度 rad s z 小圆孔个数 4 3信号调理模块信号调理模块 信号调理电路是检测系统的组成部分 它的输入是传感器的输出电信号 输出为适合传输 显示 记录或者能更好的满足后续标准设备或装置要求的信 号 信号调理电路在检测系统中的作用至关重要 是决定检测结果的关键环节 卡丁车制动性能测试 周少杰 17 影响系统的检测精度 该检测系统中 制动力检测S型拉压力传感器的输出信号 为模拟信号 其经过由放大电路 滤波电路 线性隔离电路等组成的调理电路 达到数据采集卡输入信号的要求 转速检测磁电开关传感器的输出信号为低电 压方波信号 其调理电路需要经过滤波电路 放大电路 数字光电隔电路 转 化成数字信号便于采集卡采集 在此选择CM3608型八通道信号调理器 其性能参数如表4所示 表表4 4 CM3608CM3608型八通道信号调理器型八通道信号调理器 型号 CM3608 供电电压 10DVC 输出电压范围 10V 放大增益 500 工作环境温度 0 70 截止频率 1KHZ 4 44 4数据采集模块数据采集模块 在检测系统中 采集卡的是主要的硬件组成之一 起着桥梁的作用即是将 传感器感受的信号输入PC机中 从而可以实现基于PC机的虚拟仪器系统检测 检测系统中所用的采集卡为美国国家仪器公司生产的Pad 6016采集卡 该卡为 USB接口 信号输入接线部分采用螺丝接线方式 因此它具有即插即拔 接线方 便的特点 主要参数见表3 4 1 采集卡的组成部分可分为三大模模块 数字和 计数模块 模拟模块和扩展模块 这三大模块分别用于数字信号采集与控制 计时 模拟信号采集与控制及相关功能扩展 总线类型 USB 触发类型数字 模拟输入采样率 200kS s 模拟输入分辨率 16bits 模拟输入通道数16路 最大输入电压范围 10V 10V 最大电压输入范围 50Mv 50mV 数字I O通道数32条数字I O线 数字I O分辨率 24bits 数字I O最大量程 0V 5V 数字I O定时2个计数器 定时器 4 54 5 总线总线 总线是模块与模块之间或者设备与设备之间传送信息的一组公用信号线 是系统在主控制器 模块或设备 的控制下 将发送器 模块或设备 的信息准确 地传送给某个接收器 模块或设备 的信号通路 目前 LabVIEW能支持以下5种 接口设备总线方式 串口总线 GPIB总线 PXI总线 VXI总线和PCI总线 USB总线通用串行总线具有传输速率高 支持异步和等时传输等特点 适合 于大数据量 数据传输速率要求比较高的数据传输场合 以其使用方便 传输 速度快 即插即用 通用性强 扩展性好和性价比高等优点得广泛的应用 在 检测系统中采用的是PC DAQ系统结构 选用USB接口数据采集卡 LabVIEW软件 卡丁车制动性能测试 周少杰 18 和USB数据采集卡相结合实现数据采集和显示系统 将充分发挥两者的优点口 4 64 6 PCPC机的选用机的选用 PC机为检测系统的数据运算 分析 结果显示 存储的物理执行机构 该检测系统选 用IBM公司的便携式PC机IBM ThinkPad系列机型 该系列机具有较高的工作稳定性 运算 和处理性能也较好 抗振性能较优等特点 5 检测系统的软件设计检测系统的软件设计 检测系统软件是制动检测系统的运算 分析核心 由检测系统标定模块和 功能子模块组成 标定模块包括 制动力测量标定 转速测量标定 在试验前 用于修正检测系统测量误差 功能子模块包括 数据采集和运算模块 显示模 块 数据存储模块 数据回放与复位模块 数据分析处理模块 打印模块组成 功能模块在制动测试过程中构成检测系统的一部分 软件系统的工作流程图如图14所示 图图1414 系统软件工作流程图系统软件工作流程图 运行检测系统软件 判断开 停止 按钮的值 即判断是否点击 停止 按钮的操作 若有点击 停止 按钮的操作 为 0 值 系统运行就停止 若 无点击 停止 按钮的操作 为 l 值 则可以继续运行 接下来采集信号 左 右轮制动力信号为一组 为模拟信号 左 右轮转速信号为另一组 为数 字信号 为了使采集的信号保持时间上的一致 通过数字触发的方式来采集四 卡丁车制动性能测试 周少杰 19 路信号 首先由一个数组采集一路数字信号 同时由该路数字信号触发另一路 数