汽车制动试验台控制系统设计毕业论文.doc

北京工商大学毕业论文（设计）汽车制动试验台控制系统设计毕业论文目录摘要1Abstract2目录3第一章 绪论11.1 本文研究的目的及意义11.2 ABS系统的技术水平及功用11.2.1 ABS的基本组成及其工作过程11.2.2 汽车ABS系统的发展21.2.3 ABS系统的功用31.3 汽车ABS制动检测技术现状与研究状况41.4 本课题研究的内容5第二章 汽车ABS制动试验台的原理与设计72.1 汽车ABS试验台工作原理72.2 汽车ABS检测试验台的结构组成72.3 汽车ABS检测试验台检测过程91当车辆行驶到试验台上后，由到位光电开关检测车辆是否到位。如果已经到位，则向计算机传送到位信号，计算机收到信号后，控制举升器下降，并向变频器发送信号，变频器驱动电动机开始启动，带动主动轴旋转，主动轴，通过磁粉离合器带动主动滚筒、车轮、从动滚筒旋转。92.4 汽车ABS检测试验台的设计9第三章 汽车制动试验台测控系统的硬件设计123.1 制动测控系统的总体设计123.2虚拟仪器测控系统的硬件构成133.2.1 数据采集卡的选择133.2.2 板卡的驱动程序设计163.2.3 传感器的选择173.3 信号量的换算201预定参数203.4 模拟工作板的制作213.4.1 工作板的组成213.4.2 工作板制作过程22第四章 汽车制动试验台控制系统的软件设计284.1 汽车制动试验台控制系统软件的选择284.2 虚拟仪器的概述284.2.1 虚拟仪器的概念284.2.2 虚拟仪器的特点294.3 控制系统软件的总体设计294.4 ABS制动试验台控制系统软件设计过程304.4.1 数据采集卡的驱动方法314.4.2 进入系统界面314.5. 数据采集模块324.5.1 AD信号采集324.5.2 AD信号采集模块的前后面板设计384.5.3 本试验台控制系统的DA数据采集前后面板的设计444.5.4 本试验台控制系统的DO开关量输出的前后面板设计444.5.5 本系统的预定参数454.6 数据存储与读取模块的前后面板设计454.7 数据分析与显示模块464.8 本制动试验台测试系统控制流程图设计小结47第五章 控制系统调试与试验分析495.1 验证495.2 调试程序515.3 汽车制动试验台控制系统测试过程52第六章 控制系统设计中遇到的主要问题及解决方法57第七章 总结与展望617.1 工作总结617.2 工作展望62致谢63参考文献64附录A66附录B72汽车制动试验台控制系统设计第一章 绪论1.1 本文研究的目的及意义随着现代科学技术的飞速发展，特别是计算机技术的突飞猛进，汽车检测技术也在飞速发展，各种先进的仪器设备已广泛应用于对汽车的不解体检测。近年来，随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高，汽车检测的重要性表现得越来越明显2。防抱制动系统(Anti-lock Braking System,后文简称ABS)是现代汽车提高主动安全性的主要技术12。随着汽车行驶速度的提高，道路行车密度的增大，对于汽车行驶安全性能的要求也越来越高，汽车防抱死控制系统就是在这种要求下产生和发展的。装有ABS的汽车，在制动时可以极大地提高汽车制动过程中的操纵稳定性，从而在一定程度上保障了行车安全性。然而，随着车辆的使用以及其它一些因素都可能导致汽车ABS工作性能下降或失灵，给车辆的安全行驶带来了隐患。因此，这就需要对在用车辆的ABS进行检测，及时发现其缺陷，进行维修或更换，以避免因此而发生交通事故及财产损失1。1.2 ABS系统的技术水平及功用1.2.1 ABS的基本组成及其工作过程ABS 通常由车轮转速传感器、制动压力调节装置、电子控制装置和 ABS警示灯等组成，在不同的 ABS 系统中，制动压力调节装置的结构形式和工作原理往往不同，电子控制装置的内部结构和控制逻辑也可能不尽相同1。典型ABS 的系统构成如图1.1所示。图1.1 ABS系统构成图汽车 ABS 的基本工作过程是：汽车在制动过程中，车轮转速传感器不断把各自车轮的转速信号及时输送给 ABS 的电子控制装置（ECU），电子控制装置根据设定的控制逻辑对转速传感器输入的信号进行处理，计算汽车的参考车速、各车轮速度和减速度，确定各车轮的滑移率。如果某个车轮的滑移率超过设定值，电子控制装置就发出指令控制液压调节器，使该车轮制动轮缸中的制动压力减小；如果某个车轮的滑移率还没达到设定值，电子控制装置就控制液压调节器，使该车轮的制动压力增大；如果某个车轮的滑移率接近于设定值时，电子控制装置就控制液压调节器，使该车轮制动压力保持一定。从而使各个车轮的滑移率保持在理想的范围之内，防止车轮完全抱死。各种ABS的结构形式和工作过程并不完全相同，但都是通过对趋于抱死车轮的制动压力进行自适应循环调节，来防止被控制车轮发生制动抱死的，而且各种 ABS 在工作过程中，以下两个方面都是相同的。1.ABS只有在汽车的速度超过一定以后（如 5km/h 或 8km/h），才会对制动过程中趋于抱死的车轮进行防抱死制动压力调节。当汽车速度被制动降低到一定时，ABS 就会自动中止防抱死制动压力调节，此后，装备 ABS 汽车的制动过程将与常规制动系统的制动过程相同。这是因为汽车在低速行驶时，即使车轮制动抱死，也不会对汽车的制动安全性能造成太大的影响，而且如果要使汽车尽快制动停车，就必须使车轮制动抱死。2.在制动过程中，只有当被控制车轮趋于抱死时，ABS才会对趋于抱死车轮的制动压力进行防抱死调节；在被控制车轮还没有趋于抱死时，制动过程与常规制动系统的制动过程完全相同14。1.2.2 汽车ABS系统的发展防抱制动系统在制动过程中防止车轮被制动抱死，避免在地面拖滑，提高汽车在制动过程中的方向稳定性和转向操纵能力，缩短车辆的制动距离，也可以延长轮胎的寿命。ABS和ASR（Acceleration Slip Regulation,驱动防滑系统）统称为道路附着系统。1950年，世界上第一台防抱制动系统（ABS）研制成功并首先被应用于航空领域的飞机上。德国博世公司（BOSCH）是最早从事汽车ABS的发明、研制单位。60年代初就开始ABS的开发工作，于1978年正式生产出ABS1型汽车防抱制动系统。1984年推出ABS2型，1986年开始生产ABS3型，以后相继开发出ABSZS型及将汽车防抱死制动系统与驱动力自动调节装置有机结合的ABS/ASR系统。该公司在80年代末期已达到年生产ABS2型100万套的能力，并自1985年起已向欧洲、美国、日本、和南韩德22家轿车生产厂和9家载货汽车生产厂的66种汽车提供大量的ABS。德国的瓦布科公司（WABCO）从1974年就开始研制生产用于商用车辆的ABS，是世界上最大的ABS生产厂家之一。于1975年研制出部分集成模拟信号处理的第一代ABS产品，以后又相继研制出全数字化和高密度集成化的ABS产品，并将微机控制应用于制动系统中。该公司还准备将其产品打入我国汽车市场。德国的戴维斯公司（TEVES）于1987年，在法兰克福投资组建了一个ABS生产厂，1988年其ABS的生产能力就达年产60万套。1990年该公司开始生产第四代ABS，年产量达50万套。80年代是汽车ABS研制生产应用迅速发展的阶段。此间美国的凯尔西海斯公司（KELSEY HAYES）研制和生产后轮制动防抱装置（EBC）。美国通汽车公司子公司达科公司（DELCO）研制出ABS VI防抱制动系统。德国的科诺尔公司（KNORR）研制生产出KB90型防抱装置。英国格林公司（GIRLING）研制生产出DGX型货车用防抱制动装置。我国对ABS的研究始于80年代初，现刚刚进入产品试制和装车试验阶段。1.2.3 ABS系统的功用作为加装在汽车现有制动系统的一种安全装置，其功用是根据汽车的行驶状态、车轮的转动情况，在制动过程中自动调节轮缸压力，把车轮滑移率控制在一狭小范围内，不使车轮抱死，以保证汽车在各种行驶条件下制动时均能充分利用轮胎与路面间的纵向和侧向附着力，提高汽车抗侧滑的能力，缩短制动距离，有效提高行车安全性。实践证明它有如下几项显著的优点4：1防止汽车侧滑甩尾，大大提高车辆制动过程中的方向稳定性；2使汽车转向轮具有可操作性，即使在制动过程中，仍能操纵汽车避开车辆前方的障碍；3可缩短制动距离，特别在冰雪路面上可缩短制动距离约10%-20%；4防止轮胎“拖胎”，减少轮胎磨损，降低轮胎粉末对大气的污染，并可提高轮胎使用寿命6%-10%；5提高汽车行驶的平均车速15%；当今世界汽车的主动安全性越来越受到重视，ABS已经成为载客车辆上的必备配置，在其它各类汽车上推广应用将是必然趋势。ABS在汽车运行过程中，由于种种原因，可能出现各种故障，例如：轮速传感器出现故障、制动压力调节器出现故障、自我诊断系统出现故障等等。有些车辆ABS没有自动检测功能，系统本身无法检测到ABS的工作是否正常。因此，通过检测试验台对ABS是否正常工作进行检测是非常必要的。1.3 汽车ABS制动检测技术现状与研究状况国内外在ABS方面的研制上都已经做了很多工作，国外的技术已经相当成熟，而国内还与之有一定的差距。国外从80年代开始研究计算机混合仿真技术,其技术开始用于要求为零故障的或测试、试验成本太高的航空业、军事工业。Kempf 所建立的能够进行五自由度汽车 ABS 实时硬件仿真就由 DECVAX 计算机工作站组成，结构非常复杂且 代 价 不 菲。 Fennel 在九十年代初研发了一种基于收发微处理器（Transputer）网络的 ABS 实时仿真系统实验台。其体积要比Kempf小的多，但结构依然复杂。其除了一台 PC 机作为主机， 还需要八个Transputer分别为轮胎模型、液压系统模型等进行仿真并相互间要进行数据交换。仿真的结果和用 于实车的情况都非常理想。Michales 根据美国高速公路安全管理局所提供的车 辆模型建立了一个17自由度的汽车ABS实时仿真系统 ，该系统具有高效、便携和多窗口图象显示的特点。 随着电子技术的发展和对混合仿真技术研究的深 入，所开发的ABS开发系统，体积也越来越小。如基于Transputer 的实时硬件仿真系统有 Sailer 的关于卡车的三维、非线性的仿真系统，有 Svaricek 的黑箱检测系统（ BBT）及 Bach 开 发 的基 于 DSP 技 术 的 三 维 实 时 仿 真 系 统。但是它们都需要额外的微处理器，结构比较复杂。随着 PC 技术的发展，建立了基于 PC 机的混合仿真实验台，该实验台可将路试验转变为室内的台架 试验，并且试验条件是可控的、试验可反复进行的。这就大大提高了调试控制器 的效率。且大部分工作可在实验室做。这些ABS 混合仿真系统比以前的结构简单了许多，且成本较低。国外的ABS计算机仿真技术发展的历程可总结为：理论研究（ TS）;数学模拟（MS）； 实时硬件模拟（HIL）;实时硬件闭环混合模拟（CHIL）。进入20世纪90年代，ABS 在国内的研究进入高潮。清华大学、吉林大学，上海交通大学等单位均作了一些理论上的探索，清华大学和吉林大学还建立了自己的仿真试验台，它们的共同点是，仿真实验台由三个子系统组成，软件子系统、接口子系统和实际的ABS部件，其中三个子系统的各个功能模块均是可选择和插接的，这样可以用该系统单独仿真和检验 ABS 各部件的独立性能，也可以仿真和检验整个 ABS 系统的总体性能。清华大学的仿真试验台在国内首先使用了驾驶员模拟。清华大学还是国家科委“九五”科技攻关项目“ABS 关键技术研究”的主要参加单位，并承担了东风汽车公司、南京汽车厂两种车型匹配 ABS 的研究课题。清华大学已经开发研制了两代ABS产品，并在分析BoschABS和BendicsABS的基础上开发研制ABS软件。表1.1 国内外研究现状一览研发人/单位研发技术研发产品优点/缺陷 Kempf计算机混合仿真技术实现五自由度汽车ABS实时硬件仿真结构复杂、成本过高、体积庞大Fennel计算机混合仿真技术基于收发微处理器网络的ABS实时仿真系统试验台结构复杂 仿真结果非常理想Michales黑箱检测系统(BBT)、DSP技术17自由度汽车ABS实时仿真系统高效、便携、多窗口显示、体积依然庞大Bach黑箱检测系统(BBT)、DSP技术三维实时仿真系统需要额外处理器、结构复杂Sailer基于Transputer 的实时硬件仿真系统卡车的三维、非线性的仿真系统体积较小、需要额外处理器PC技术基于PC机的混合仿真试验台结构简单、成本较低清华大学、吉林大学硬件在环技术仿真试验台系统可单独仿真也可检测整个汽车总体性能清华大学BoschABS、BendicsABS技术开发ABS软件1.4 本课题研究的内容从国内外汽车ABS检测技术的研究现状来看，大多数都显示出结构复杂，检测条件影响较大等缺陷，并且用户操作复杂，不便于在实际中推广使用。鉴于现有的汽车 ABS 检测手段虽能进行检测，但检测时间较长、效率低，不能满足高效率、智能化检测的需求。而本文研究的ABS试验台的测控系统具有很大的优越性，所以在国内的汽车生产、检测与维修行业将具有非常广阔的应用前景，对于推动我国检测设备的技术更新也将具有十分重要的意义，对于推动我国检测技术及设备的发展将具有十分重要的意义。本制动试验台控制系统是采用图形化界面功能强大的Labview虚拟仪器软件进行测控，实时检测与数据存储，不需要额外的处理器，方便高效。硬件由台式电脑、数据采集卡、检测设备及传感器组成，克服了体积庞大、成本过高的缺陷。而且，本试验台可以检测不同车型在附着系数不同的路面上行驶的ABS性能，克服了易受外界环境限制的缺陷。该试验台具有如下优越性：1功能强。在目前国内外生产的试验台中，其电器部分比较先进的都是采用PC构成智能化单机仪表的方式来实现，这种方法由于受PC技术本身功能上的限制，难以实现更深层次的分析、评价与诊断。本课题直接采用高档微型计算机进行数据采集与处理，就可以方便地使原来比较单一的数据检测，上升到更高层次的分析与诊断，使设备的功能得以大大增强；2效率高.试验台对速度和压力的检测同时进行，而且对试验数据可以实时存储，大大缩短了检测时间。3便携性，试验台不会受试验条件的影响，满足检测不同车型在不同附着系数的路面测试情况。界面更加友好、操作简单、直观，便于实际中推广使用。第二章 汽车ABS制动试验台的原理与设计2.1 汽车ABS试验台工作原理汽车装有ABS 的最主要目的是为了提高汽车在低附着系数路面上紧急制动时的操纵稳定性。因此，对汽车 ABS 的性能进行试验与评价时，应使用低附着系数的各种试验路面。为了在台架检测时能较准确地反映汽车在路面上的运行状况，使检测结果真实反映汽车的性能状况，设计了此检测试验台。汽车ABS检测试验台是一种不解体检验汽车防抱制动系统性能的检测设备，它是通过室内台架模拟汽车在道路上行驶工况的方法来检测汽车ABS系统的性能的。试验台用滚筒的旋转运动代替汽车在道路上的运行，在滚筒试验台上，通过压力控制阀控制油缸的压力来模拟不同道路的附着能力，以实现对不同附着系数路面的模拟；同时采用电机加惯性飞轮的方式来模拟汽车在道路上行驶时汽车的能量变化，控制行驶状况，使之与在路面上制动时一致，从而达到对汽车ABS性能的客观评定10。此试验台为电机驱动，试验过程中，每个车轮悬于两个滚筒之上，每个车轮单独连接一压力调节的液压油缸，并由电脑控制在一定范围内改变油压，使车轮压向滚筒，变频器驱动电动机开始启动，电动机通过皮带传动带动滚筒转动，汽车前轮与后轮之间的滚筒靠齿轮传动，惯性轮组通过联轴器联接在滚筒上，使之与滚筒一起转动。汽车在实验台上运行时，滚筒就相当于滚动的地面，由于滚筒与惯性轮组相连，具有较大的惯性，滚筒飞轮组的惯性质量与受检汽车的惯性质量相当。由于受检汽车型号不同，质量各异，通过选择不同的飞轮组合来进行匹配，使得滚筒传达系统具有相当于汽车在道路行驶的惯量，制动时轮胎相对于滚动路面产生阻力，但由于滚筒传动系统具有一定惯性，因而滚动路面将相对于车轮转过一定距离，滚筒相对于车轮滑动的距离，就相当于汽车在道路试验时的制动距离。以此可以模拟道路制动时的试验工况，用试验台试验达到了模拟道路试验的目的11。2.2 汽车ABS检测试验台的结构组成汽车ABS检测试验台结构如图2.1所示。主要由异步电动机、磁粉离合器、储能飞轮、主动滚筒、从动滚筒、举升器、转矩转速传感器、工业控制计算机等组成。图2.1 汽车ABS检测试验台结构组成图1-前滚筒；2-后滚筒；3-飞轮；4-变速器；5-离合器；6-电动机；7-传动链图2.2 惯性式滚筒制动试验台结构简图汽车ABS检测试验台具体分以下几部分组成：路面附着条件模拟部分、滚筒驱动部分、车轮支撑部分、能量补偿部分。其中，路面附着条件模拟部分主要由电动机、磁粉离合器组成；滚筒驱动部分、能量补偿部分主要由异步电动机、变频器、转矩转速传感器等组成；车轮支撑部分主要有主动滚筒、从动滚筒、举升器组成。在检测时，不仅要模拟路面状况还要对汽车平动惯性能量进行补偿，因此对汽车ABS检测试验台的检测过程进行熟悉是必要的。同时计算机发出指令控制磁粉离合器的电流，即控制其输出转矩矩。惯性式滚筒制动试验台 惯性式滚筒制动试验台是模拟道路行驶动能检测车辆制动性能的装置，汽车在惯性式滚筒制动试验台检测制动性，与在反力式滚筒制动台上一样，汽车对地面无相对运动，也是一种静态检测。图2.2为单轴检测的滚筒惯性式制动试验台。受检车轮分别支承在前、后两滚筒上，前、后滚筒通过链条联接为滚筒组。左右滚筒组分别由驱动电机经离合器和变速器驱动，左右滚筒组还分别设置了飞轮，以增加滚筒系统的惯量，检测时分别起动驱动电机带动受检车轮滚筒系统转动，达到设定检测速度后，切断驱动力，并急踩制动踏板，车轮滚筒系统依靠自身的转动动能将继续转动，直至其转动动能全部被车轮制动器吸收，才停止转动。显然，车轮紧急制动时，滚筒转过的转数对应制动距离；滚筒的圆周速度即为车身的运动速度6-7。2.3 汽车ABS检测试验台检测过程1当车辆行驶到试验台上后，由到位光电开关检测车辆是否到位。如果已经到位，则向计算机传送到位信号，计算机收到信号后，控制举升器下降，并向变频器发送信号，变频器驱动电动机开始启动，带动主动轴旋转，主动轴，通过磁粉离合器带动主动滚筒、车轮、从动滚筒旋转。2转速传感器向计算机传送滚筒转速，计算机通过分析计算得到车轮线速度，当车轮的线速度达到一定值时，计算机向变频器发出电机停转指令。3车轮达到一定速度后，计算机向显示屏发送“踏下制动踏板”指令，驾驶员踏下制动踏板，同时计算机发出指令控制磁粉离合器的电流，即控制其输出转矩矩；计算机实时采集转矩转速传感器传输进来的信号，根据采集的信号控制变频器的输出频率，来控制电动机转速，达到补偿汽车动能的目的，直至车轮转速为零为止。4计算机将采集的数据信号进行分析处理，得出检测结果。检测过程的每一步实现都需要硬件和软件的支持614。2.4 汽车ABS检测试验台的设计自行开发的汽车ABS制动试验台，采用了无级调节惯性轮组来真实准确地模拟汽车质量，使其符合实车的道路运行状况，其结构如图2.3所示，主要由电动机、电磁离合器、惯性轮组、滚筒及各相关的传感器部分等组成。图2.3 制动试验台结构图试验台检测系统的结构组成中，机械结构检测图如图2.4所示。工业控制计算机数据采集卡数字编码器主动滚筒轮速传感器车轮压力传感器制动缸压力传感器液压缸压力传感器前、后制动主缸泵站液压缸调节变频电机变频器继电器惯性轮组继电器异步电机继电器主离合器继电器制动踏板COM1车轮半径轴距质心离地高度图2.4 机械结构检测图第三章 汽车制动试验台测控系统的硬件设计3.1 制动测控系统的总体设计本系统是采用虚拟仪器技术实现通用数据采集以及对多种制动性能试验进行测试,利用计算机强大的处理、计算和显示功能，对虚拟仪器软件LabView编程来实现的。本系统采用微机系统作为中央控制单元，具有自动化程度高，测量精确，操作简单方便等特点。全套设备采用智能测试技术、虚拟仪器技术和全汉化人机操作界面进行操作。系统主要能实现以下功能：表3.1 输入输出信号图输入AD信号数量量程液压缸压力40-3.5MPa制动缸压力40-3.5MPa制动主缸压力20-3.5MPa车速10-200KM/h轮速40-150KM/h液压系统10-3.5MPa管路系统10-3.5MPa输出信号数量量程液压缸压力40-3.5MPa异步电机2主离合器1惯性轮离合器5制动踏板1计时器1泵站11系统功能液压缸压力、制动缸压力、整个液压系统以及管道压力数据检测、车速、各轮速、滚筒的转速数据采集、并能对数据进行实时显示、存储、调用、输出和后期整理。具有检测报警功能，控制功能。采集数据时选用调用库函数的驱动方法，并且拆分信号，在指定的图中显示，存储到指定文件中，可以供用户调出并处理数据。2用户操作功能图3.1 控制系统硬件模块结构图用户可以对测试系统的初始化参数进行设置，调定试验车速，大于此车速时报警灯闪亮。根据车重，平均分配各轮液压缸压力。根据试验车辆的型号不同，需要在试验开始前，设定试验车型、车轮半径、车重、轴距、质心离地高度以及质心距前轴距离等参数。最重要的是，汽车检测时所处路面的附着系数不同，测出的制动力以及惯性力也会不同，因此，还要设定附着系数参数。本系统可以操作各个开关按钮。有多个开关量和按钮可以实现输出输入。3扩展功能能够对多种制动机进行性能测试。测试中可以顺序执行各测试步骤，也可以选择执行指定的测试步骤。3.2虚拟仪器测控系统的硬件构成基于虚拟仪器采集的虚拟仪器系统，在虚拟仪器中，插人式数据采集卡(DAQ)是最常用的接口形式，通过AID变换将模拟、数字信号输入计算机进行分析、处理、显示等，并可通过D/A变换实现反馈控制。根据需要还可加入信号调理和实时DSP等硬件模块。3.2.1 数据采集卡的选择传感器输出的信号无论是开关量、数字量都需要通过接口电路转化成计算机能接收的信号。LabVIEW软件获取数据的方法是通过对I/O接口设备的驱动完成的。虚拟仪器系统中，I/O接口设备主要是数据采集卡。数据采集卡作为仪器系统硬件的主要组成部分，是外界的电信号与PC机之间的桥梁。它不仅具有信号传输的功能，还具有信号转换和译码的功能。本检测系统要实现对异步电动机、泵站、制动踏板的通断控制，对各个光电开关信号、滚筒转速、制动缸、液压系统压力、车速及轮速的测量。因此需要I/O卡及计数卡等，本测控系统中选用了中泰研创公司生产的PCI8335A数据采集卡，该卡具有即插即用的功能。其操作系统可选用目前流行的Windows系列、高稳定性的Unix等多种操作系统以及专业数据采集分析系统LabVIEW等软件环境。在硬件的安装上也非常简单，使用时只需将接口卡插入机内任何一个PCI总线插槽中，信号电缆从机箱外部直接接入20。但是这块板卡也具有其不足的地方：1此块板卡并不是NI公司指定的板卡，因此NI公司拥有的强大的DAQ数据采集系统的操作控件均不可用。2中泰研创公司并不提供该板卡在LabView编程环境中的驱动程序，因此需要编写驱动程序或者调用库函数的方法，比较繁琐。3该块板卡的计数器输出的是随转速大小变化的递减的数字，不直接输出频率。该块板卡的特性如下：模入部分：输入通道数：单端32路，双端16路输入电压范围（跳线选择）：4V，5V，10V，3.33V，5V，10V增益范围（程控）：1，2，4，8（可定制其他增益范围）输入精度：16Bit最大采样频率：250KHz缓冲区（FIFO）：8K启动转换方式：软件启动/定时/外触发启动模出部分输出通道数：单端4路输出电压范围：5V，5V（可定制其他电压范围）输出精度：12Bit输出电压建立时间：10uS到0.012%开关量部分：电平方式：TTL输入通道数：16路输出通道数：16路计数器部分：使用芯片：82C54兼容器件输入通道数：3路电源功耗: +5V500mA使用环境要求:工作温度: 050相对湿度:40%80%存贮温度:-40+120外形尺寸:长高=175.6mm X 98.3mm图3.2 布局图（阴影部分是跳线出厂设置）表3.2 出厂设置图计数器控制（JP1）三个计数器全部外接DA输出范围（JP2）单极性05VAD输入方式(JP3)单端AD输入范围(JP4,JP5,JP6,JP7)单极性010VJP4、JP5、JP6、JP7(模拟量输入范围选择跳线)对应关系如图3.3所示图3.3 模拟量输入范围图JP3（模拟量输入单双端选择跳线）对应关系如图3.4所示图3.4 模拟量输入单双端选择图JP2（模拟量输出单双极性跳线）对应关系如图3.5所示图3.5 模拟量输出单双极性图本系统设计选用模拟量输出单极性0-5V、模拟量输入单端。按照这样的方式接在板卡上。3.2.2 板卡的驱动程序设计1直接用LabView的In Port，Out Port 图标编程：LabView的Function模版内AdvancedMemory中的In port、Out port 图标可以使用其画程序方框图，设计该A/D插卡的驱动程序。2用Labview的CIN图标生成A/D插卡驱动程序的子VI：Labview的Functions模板内Advanced中有一个CIN（Code Interface Node）图标，用CIN结点生成A/D插卡驱动程序的子VI的方法可较充分发挥A/D的高转换速度，获得高的采样频率。但编程较复杂，不能由Labview直接修改。3用Labview的Call Library Functions图标，动态链接数据采集插卡的.DLL库函数许多数据采集插卡附有.DLL库函数形式的驱动程序，用户可使用某种DLL链接库的编程工具，如VC、VB编写应用程序来调用它。Labview也提供了一个动态链接库函数的图标Call Library Function，放在Functions模板内的Advanced子模板中。在example/dll目录中有使用该图标的例子，可参照它们完成对数据采集插卡的.DLL库函数的调用21。我选用了第三种驱动方式，调用库函数来驱动。使用DLL的动态链接库是在程序中记录了函数的人口点和接口，在程序执行时才将库代码动态地装入内存，装载时DLL被映射到进程的地址空问中。然后从PCI-8335A.h文件中找到所需的库函数的介绍，在.dll文件中调用它就可实现。3.2.3 传感器的选择1压力传感器： 图3.6MSP300压力传感器图本系统选用的压力传感器为MSP300压力变送器压力传感器(美国)其特点是不锈钢单件一体化结构、 压力范围高达10000psi或700bar、毫伏或放大输出、高精度、工作温度范围广。其技术参数如下所示：25时性能： 压力范围：0-100，250，1000，2500，5000，10000PSI （0-7，17，25，70，175，350，700bar） 精度（包括非线性度，迟滞及重复性）：1%FS 介质兼容性：17-4PH不锈钢 压力接口：1/4NPT，M20X1.5mm（或按客户需求） 压力循环：大于10的8次方满压循环 压力限值：两倍标称压力 破坏压力：五倍标称压力或20000PSI 长期稳定性（1年）：0.25%FS（典型值） 供应电源：5VDC， 10-30VDC 供应电流：10mA， 15mA 输出：0-100mVDC，与输入成正比（2） 1-5VDC，固定的（4） 0.5-4.5VDC，与输入成正比（3） 4-20mA两线（5） 界面：2英尺电缆线 零点偏差：3%FS（0-100mA输出型） 2%FS 满量程偏差：2%FS 输出负载：1M（对毫伏输出型），5K（对电压输出型），010V，110030V（对 4-20mA型） 噪音：2mVRMS 频带宽（-3dB）：DC至1K赫兹（典型值） 环境要求： 工作温度范围：-4085 补偿温度范围：055 零点温度漂移：2%FS 满量程：2%FS 储藏温度范围：-4085 冲击：50G，11msec，1/2sine（MIL标准202F，方法213B，条件A） 2车轮速度传感器：图3.7 HE-01霍尔传感器图车轮速度传感器也叫轮速传感器或转速传感器，它可以测出车轮与驱动轴共同旋转的速度，然后产生与车轮转速成正比的交变信号，并传送给ABS的ECU，ECU通过识别信号频率来确定车轮转速，决定是否开始或准确地进行防抱死制动。如果ECU发现车轮的圆周减速度急剧增加，滑移率达到20时，它立刻给液压调节器发出指令，减小或停止车轮的制动力，以免车轮抱死。本系统选用了国产的江阴市中泰科技有限公司研发的HE-01型霍尔转速传感器，它采用霍尔效应，当金属齿经过霍尔传感器前端时，引起磁场变化，霍尔元件检测到磁场变化，并转换成一个交变电信号，传感器内置电路对该信号进行放大、整形，输出良好的矩形脉冲信号，测量频率范围更宽，输出信号更精确稳定，安装简单，防油防水，已在电力、汽车、航空、纺织、石化等测速领域得到广泛应用。技术参数如下：工作电压：524V 测量范围：020KHz感应距离：03mm测速齿轮形式：模数2 4（渐开线齿轮）输出信号：方波，其峰峰值等于工作电源电压幅度，与转速无关，最大输出电流20mA工作温度：-40 +150螺纹规格：16传感器（M161）重 量：约120g此霍尔转速传感器完全符合本系统测量车速的要求。3滚筒转速传感器：随着计算机、数字通讯技术的迅速发展，编码器被广泛应用于机械、纺织、电力、电气、航空等各行各业，用来测量线位移、角位移、转速以及测量定位、限位、判向，对提高自动控制系统的先进性、稳定性、可靠性发挥着巨大的作用。为了系统的方便检测，选用了M法来测量滚筒转速。M法测速度是指在给定的时间T内，传感器旋转每周产生N个脉冲信号，读取码盘脉冲个数m，由m/T计算出转速为时间固定时，统计盘脉冲个数，可以得出转子旋转过的角度，然后除以时间即可得转子转速。首尾两个盘脉冲计数时可能会产生误差，误差的大小为正负一个盘脉冲的间隔1317。3.3 信号量的换算1预定参数本ABS汽车制动试验台可以根据不同的路面附着系数来检测汽车ABS性能，而且在车速达到25m/s以上，ABS系统才能发挥其功用。汽车在被测路面附着系数不同条件下，测得的制动力、惯性力都会不同。因此，应设定试验参数包括：试验车速、附着系数、还有涉及运算过程中所需的转速传感器齿数。根据汽车型号的不同，还需要设定汽车型号、汽车重量、轴距、轮胎直径、质心离地高度、质心距前轴距离等参数。 因此，设计中最大车速设为150km/h，当测得车速超过150m/s时，报警灯亮。附着系数为0.7，由于实际运用中不同的车辆车轮半径是不同的，所以我设定的半径在0.15-0.5m之间。此外，由于我没有真实的传感器来进行测量，所以传感器齿数我设定在10-120之间。2信号量换算因为本系统设计所选用的数据采集卡上，AD输入值全部是电压值，所以要想办法把电压值与所选用的传感器的输出值进行换算。首先，所选的压力传感器的量程是0-10MPa，而我模拟电位器的输入电压是0-5v，所以换算关系是5000mV*0.002=10MPa，这样我可以把输入的电压信号全部乘以0.002就等于传感器输出的压力量了。通过换算，我可以得到四个轮的制动缸、液压缸的压力，还有整个系统、管路系统的压力。其次，我所选用的霍尔转速传感器是HE-01型，其输出的是频率值在0-20KHz，而且其最大输出电流是0-20mA，所以我先把每条通道输入先连接上一个250欧姆的电阻，然后在和频率进行换算。频率是0-20000Hz，而电压输入是0-5000mV,这样，5000*4=20000Hz。根据v=f/齿数*2*车轮半径，就可以换算出车速、四个车轮的速度。3.4 模拟工作板的制作3.4.1 工作板的组成由于本试验台的控制系统设计在没有传感器的条件下设计的，因此我先制作了模拟控制系统所需一切必要物件的模拟的工作板。里面包括：接头接口、滤波电路、AD数据采集电路、DA输出电路、DO开关量输出电路、DI开关量输入电路、滚筒转速测量电路。根据板卡的引脚表3.3可知：表3.3 J1（模拟量输入和计数器输出接口）D型头图插座引脚号信号定义插座引脚号信号定义1AD0（AD0+）20AD16（AD0-）2AD1（AD1+）21AD17（AD1-）3AD2（AD2+）22AD18（AD2-）4AD3（AD3+）23AD19（AD3-）5AD4（AD4+）24AD20（AD4-）6AD5（AD5+）25AD21（AD5-）7AD6（AD6+）26AD22（AD6-）8AD7（AD7+）27AD23（AD7-）9AD8（AD8+）28AD24（AD8-）10AD9（AD9+）29AD25（AD9-）11AD10（AD10+）30AD26（AD10-）12AD11（AD11+）31AD27（AD11-）13AD12（AD12+）32AD28（AD12-）14AD13（AD13+）33AD29（AD13-）15AD14（AD14+）34AD30（AD14-）16AD15（AD15+）35AD31（AD15-）17AGND36DA118DA237DA319DA4ADx表示模拟量输入的第x通道，括号外的为单端定义，括号内的是双端定义AGND指模拟地，单端使用时为信号地DAx表示模拟量输出的第x通道表3.4 J2（开关量输入输出和计数器输入接口40PIN）图插座引脚号信 号 定 义插座引脚号信 号 定 义DB37_1DI0DB37_20DI1DB37_2DI2DB37_21DI3DB37_3DI4DB37_22DI5DB37_4DI6DB37_23DI7DB37_5DI8DB37_24DI9DB37_6DI10DB37_25DI11DB37_7DI12DB37_26DI13DB37_8DI14DB37_27DI15DB37_9DO0DB37_28DO1DB37_10DO2DB37_29DO3DB37_11DO4DB37_30DO5DB37_12DO6DB37_31DO7DB37_13DO8DB37_32DO9DB37_14DO10DB37_33DO11DB37_15DO12DB37_34DO13DB37_16DO14DB37_35DO15DB37_17DGNDDB37_36DGNDDB37_18CLK0DB37_37CLK1DB37_19CLK2DIx表示开关量输入的第x通道 DOx表示开关量输出的第x通道DGND指开关量信号地3.4.2 工作板制作过程设计的两块工作板，一块用于AD、DA模拟量输入输出信号，另一块用于开关量输入输出的。所以先按照以上接口把信号传输接头接口焊好，主要焊好后用热熔胶涂抹在排线曲折处，防止经常使用线被折断。数据处理层级数据处理微机采集卡层级数据采集卡AD数据采集模块四个轮的液压缸压力六个轮的制动缸压力液压系统、管路压力车速、四个轮的转速滚筒转速DA数据输出模块四个轮液压缸压力预定调节DO开关量输出模块主离合器开关主传动开关液压系统开关变速调节6个惯性轮离合器开关制动踏板预定参数：最大车速车轮半径；传感器齿数如果车速大于最大车速，报警灯闪亮数据处理、分析、打印图3.8 汽车制动试验台控制系统硬件结构图首先进行稳压滤波处理，模拟板的供电电源由台式电脑电源提供，输出为5V，由于模拟板体积较小，而且保证模拟板供电稳定，加上一个三洋公司生产的6V680uF的固态电容，它比在同容量情况下其它的电解电容滤波效果好得多。此外，防止模拟板短路对电脑产生损坏，在电源部分加装1.2安培的保险丝。1AD数据采集模块：AD输入信号一共有17个，分别是左前轮、右前轮、左后轮、右后轮制动缸压力、液压缸压力、液压系统、管路系统压力、前后制动主缸压力、四个轮的轮速、还有滚筒转速。表3.5 AD采集信号图插座引脚号 插座定义所测信号1AD0左前轮液压缸压力2AD1右前轮液压缸压力3AD2左后轮液压缸压力4AD3右后轮液压缸压力5AD4前制动主缸压力6AD5左前轮速7AD6右前轮速8AD7左后轮速9AD8右后轮速10AD9液压系统压力11AD10管路系统压力12AD11左前轮制动缸压力13AD12右前轮制动缸压力14AD13左后轮制动缸压力15AD14右后轮制动缸压力32AD28车速AD信号数据采集电路设计：AD采集通道共有16条，每条通道的电路设计如图所示，图3.9 AD通道电路图电路由阻值为500的电位器、一个二极管、一个阻值为1K的电阻、一个插针组成。具体模拟过程：调节500的电位器阻值，可以模拟数据采集的电压输入。随着阻值慢慢变小或者变大，电路中的二极管的亮度也会随着变暗或者变亮，这样设计更直观、显而易见。由于大电流会使二极管过载，串联一个1K电阻保护二极管，然后把相应的信号线插在插针上。这样就实现了一个模拟的传感器的信号输入到数据采集卡上。按照这样的做法，做出前15个信号的AD输入。但是，滚筒转速的测量并不是这么简单。滚筒转速的测量电路如下图3.10所示：图3.10 滚筒测量电路图该电路中包括一个在机箱中废弃的光驱电机、一个四个齿数的码盘、一个光电耦合管、一个发光二极管、以及若干电阻、导线。用一个小电机来代替滚筒的转动，在电机上做一个码盘来模拟一个测速传感器，设为该传感器是四个齿数的。然后把光电耦合管固定在码盘下面，以此来测量电机转动的频率。当码盘转到白色时，计为1，转到黑色时，计为0。更直观的是，通过二极管的亮灭速度来简要判断电机转动的快慢。插在AD数据采集上，转换成电压信号输出。2DA信号输出模块：DA输出信号一共有四个分别是：左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的液压缸的压力调节。表3.6 DA输出信号图插座引脚号信号定义所测信号17AGND信号接地36DA1液压缸1调节18DA2液压缸2调节37DA3液压缸3调节19DA4液压缸4调节图3.11 DA通道电路图在开启电源开关后，先设定参数，其中包括预先调节左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的液压缸压力。预先调节液压缸压力为了能让整个系统正常启动，制动踏板触发正常，刹车有效。DA信号输入电路如图3.11所示。该电路由一个发光二极管、一个1K电阻组成。根据调定的压力大小可以由发光二极管的亮度来显示。当电压达到1000mV时，二极管开始亮，然后随着压力的增大，亮度也会随之增大。制作四个这样的电路可以预先调节四个轮子的液压缸压力。3DO开关量输出模块：本系统采用了十个开关量分别是主传动开关、主离合器开关、液压系统开关、车速变速调节、泵站还有5个惯性轮离合器开关。开关的电路图如图所示：电路由一个发光二极管、一个1K的电阻组成。数据采集卡输出的开关量可以通过发光二极管的亮灭来表示。图3.12 DO信号输出电路图4DO开关量输出信号列表：表3.7 D O开关量输出一览DO开关输出板卡引脚信号定义主传动开关DB37_9DO0主离合器开关DB37_28DO1液压系统开闭DB37_10DO2车速调节DB37_29DO3惯性轮1DB37_11DO4惯性轮2DB37_30DO5惯性轮3DB37_12DO6惯性轮4DB37_31DO7惯性轮5DB37_13DO8制动踏板 DB37_32DO9第四章 汽车制动试验台控制系统的软件设计汽车制动试验台控制系统测试软件设