测试技术基础 -卡丁车跑偏量测量 期末论文.docx

卡丁车跑偏量的测量论文 机械2009级 机械四班 贾权 学号20090900目录一 综述二 机械结构三 计算过程四 测试流程图五 检测系统六 元器件介绍七 参考文献一、综述 制动检测系统简介制动性能是指汽车迅速降低车速直至停车的能力。评价制动性能的指标主要有制动效能和制动稳定性。制动效能的评价指标是制动距离、制动系统协调时间和制动力;制动稳定性是指汽车在制动时仍能按给定方向的轨迹行驶 ,即不发生跑偏、侧滑及失去转向的能力。据统计 ,由车辆原因造成的交通事故中 ,80 %是因制动性能引起的 ,制动性能直接关系到汽车的行驶安全。在我们此次卡丁车制动试验中主要是设计一个获得卡丁车制动距离和检验卡丁车在制动过程中是否有跑偏的方案。卡丁车制动原理反力滚筒制动原理国标规定 ,机动车可通过路试或台试法 ,用制动力、制动减速度、制动距离和制动时间来评价制动性能。路试法虽然实际、简便 ,但也存在许多问题 ,例如受天气、道路状况等因素的影响 ,试验重复性较差，而且只能对制动性能做定性分析 ,无法获得定量数据.。台试法在室内进行 ,能定量地指示各轮的制动力或制动距离 ,且不受外界自然条件的限制 ,试验重复性好 ,可以近似地模拟实际制动过程 ,在国内外获得了广泛应用 .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。二 机械结构1、双滚筒式制动试验台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。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，待车轮转速稳定后踩下制动踏板。车轮在车轮制动器的摩擦力矩作用下开始减速旋转。此时电动机驱动的滚筒对车轮轮胎周缘的切线方向作用制动力以克服制动器摩擦力矩，维持车轮继续旋转。与此同时车轮轮胎对滚筒表面切线方向附加一个与制动力方向反向等值的反作用力，在反作用力矩作用下，减速机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量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AD转换器转换成相应数字量，经计算机采集、贮存和处理后，检测结果由数码显示或由打印机打印出来。打印格式或内容由软件设计而定。一般可以把左、右轮最大制动力、制动力和、制动力差、阻滞力和制动力时间曲线等一并打印出来。 （如下图，为机构简图，要求两个电机可以同步驱动车轮转动，两轮转动不可以干扰，否则影响跑偏量的测量）2、安置角对制动力检测精度的影响用双滚筒式制动试验台检测小型汽车时 ,往往出现制动力过大的现象 ,而且轮胎直径越小 ,轴距越短 ,制动力值越大。这种现象是由双滚筒式制动试验台的结构引起的。双滚筒式制动试验台所模拟的路面接触条件与实际状况有较大差距。滚筒与车轮的接触面积都小于车轮与平坦路面的接触面积 ,轮胎比压增大 30 %46 % 取决于滚筒的直径与间距 ,造成运转时滚动阻力增加 ,同时附着系数下降。双滚筒式制动试验台的受力如图 1 所示 ,它是通过双滚筒与被测车轮间的摩擦力产生的扭矩进行测力的 G为轮重; N 、N 为滚筒对车轮的支承反力; F 、F 是滚筒与车轮间产生的摩擦力 即制动力 ; F为支承在地面的非测试车轮通过车桥对受检车轮轴作用的水平推力; 是摩擦角; 是车轮与滚筒间所构成的夹角,即安置角;l 为前、后滚筒中心距图 1 滚筒式制动试验台的受力关系 由于车轮对制动滚筒的压力方向与重力方向不同 ,造成压力增大。被测车轮压在制动滚筒上后所受的支承反力为N1 、N2 ,显然式中:r为制动滚筒的半径;R 为车轮半径。式 1 表明, N1 、N2 两个分压力值的代数和与轮重总压力 G的比值,与两制动滚筒的轴距 L、制动滚筒的半径 r及车轮半径 R 有关。由于 L与 r 为定值,则 R 越小,作用在制动滚筒上的分力 N1 、N2 相对 G的比值越大 ,造成压力增值越大。即轮胎半径越小 ,制动检测误差越大。因而用双滚筒式制动试验台检测小型汽车制动时,往往出现制动力值过大的现象,且汽车轮胎直径越小 ,制动力值越大。3、试验台检测中存在测试状态不稳定的现象实践证明,滚筒式制动试验台进行制动试验时,车轮在主从动滚筒上的负载发生转移,严重时车轮沿主动滚筒爬起,离开被动滚筒,导致测试状态不稳定。测量制动力时,滚筒顺时针转动,车轮抱死时,左、右滚筒与车轮产生的摩擦力分别为 F1 、F2 ,水平分力为 F1x 、F2x ,方向向左;与此同时,滚筒的推力制动力 分别为 P1 、P 2,其水平分力为 P1x 、P2x ,方向向右,作用都是把车轮推向右滚筒。当 P1 、P2达到某一值时,车轮将离开左滚筒,在此瞬间可建立摩擦力平衡方程 见图 1 :从式 2 、3 可知,如果 P2x 0、P2y 0,车轮将在右滚筒上产生向上浮动和滑移,这对制动力的检测效果不利;只有当 P2x =0、P2y =0 时 ,检测效果才最佳。由此可见 ,安置角 是保证制动力测量精度的关键。安置角由被检测车轮的半径 R 与滚筒半径 r及两滚筒中心距 l 构成,而现有双滚筒式制动试验台的 l 一般不能调整。因而被检测车轮的半径成为影响制动力测量精度的关键因素。三 计算过程 已知卡丁车重150kg，后轮直径400mm，轮距1m，车速20km/h.设小车能量得m=74.9kg.为了算出滚筒角速度和相应的电动机匹配,假设一个滚筒半径，经过多次计算，R取110mm较合适，,得滚筒角速度，即得其转速,用皮带传动，则此转速也为电机的转速查1-1表得对应p=6时，即,算的转差率=3.5%,对照表1-2可查得对应的电机转矩T.即可选择电动机。 表1-1 不同磁极对数时的同步转速 p123456n0/r min300015001000750600500表1-2滚筒渲染图小车整体渲染图四 测试流程图 1 硬件平台 2 软件平台 （可以选择现有的平台也可以自己编写） 软件平台应具有的功能：1、 变频器的启动/停止(命令子程序)2、 变频器频率调节子程序3、 转速调节子程序4、 通信子程序5、 自动信号采集子程序6、 控制面板7、 人机交互人机交互界面应该友好，简洁方便，尽量实现大多数功能的直接控制，可以由自己用编译语言编写。8、 计数、D/A转换子程序六 一些重要的元件1变频器把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把三相或单相交流电变换为直流电（DC）。然后再把直流电（DC）变换为三相或单相交流电（AC），我们把实现这种转换的装置称为“变频器”（inverter）电机的旋转速度同频率成比例。所指的电机为感应式交流电机，在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电机。旋转速度近似地取决于电机的极数和频率。电机的极数是固定不变的。另外，频率是电机供电电源的电信号，所以该值能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。因此，以控制频率为目的的变频器，是作为电机调速设备的优选设备。其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。附：原理图产品特点采用最新高速电机控制专用芯片DSP，确保矢量控制快速响应无PG矢量控制、有PG矢量控制、转矩控制、V/F控制可灵活选择有PG矢量控制低频力矩达180%，无PG矢量控制低频力矩达150%，输出平稳硬件电路模块化设计，确保电路稳定高效运行稳速精度可达0.2%，低速时速度变化率小，运行平滑内置先进的PID算法，响应快、适应性强、调试简单内置简易PLC功能，实现定时、定速、定向等多功能逻辑控制，以灵活的控制方式满足各种不同复杂的工况要求内置直流制动加能耗制动，快速实现制动停机配备RS485接口，内置国际标准MODBUS RTU/ASCII通讯协议，可通过 PC/PLC等上位机实现变频器组网集中控制输入电压范围广，具备输出自动稳压（AVR）功能，瞬间掉电不停机独特的“挖土机”自适应控制特性，电机转矩上限自动限制，抑制过电流强大的输入输出多功能可编程端子，可方便实现16段速，接收高速脉冲输入，两路模拟输出自由选择采用独立风道设计，风扇可自由拆卸，散热性好7.5KW(含7.5KW)外形尺寸表：2编码器编码器Encoder为传感器(Sensor)类的一种，一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，主要用来监测机械运动角速度。根据其刻度方法及信号输出形式，分为增量式编码器和绝对式编码器，在试验中我选择绝对式编码器。绝对式编码器原理 绝对编码器光码盘上有许多道光通道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16 线。编排，这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码（格雷码），这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由光电码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。绝对编码器由机械位置决定的每个位置是唯一的，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。这里我们采用海顿科克 G4-25000系列电机用永磁式电机编码器固态技术的应用使得该增量式编码器的结构极其紧凑，该编码器通过双检波电路，由一个信号芯片进行信号处理。在医疗设备、分析仪器或机器人行业中，为获得精准的位置反馈，就可以使用海顿公司的永磁式电机配套该编码器。该64线正交脉冲编码器选用高性能的钕作为磁性材料，8位数字信号处理，每圈总计输出256个脉冲。该编码器有A/B相输出，相位差为90度。此外，还提供一个Z相脉冲即每转一个脉冲信号。该编码器最高每秒10000个脉冲，输出更新采样时间为100毫秒。 256脉冲磁编码器是普通光学编码器一个绝佳的替代品，几乎不受震动，冲击，灰尘和污染物等的影响和干扰。编码器可以使用一个3.3V或5V输入电压。它与海顿25000系列线性驱动结构配套使用，势必成为一个功能强大，结构紧凑的直线运动结构。海顿G4-25000系列直线步进电机与市场其他同尺寸电机相比拥有更大的输出力，G4-25000产品使用了完美的定子齿形，强力钕磁钢，大尺寸的花键轴以及能提供更好的旋转支撑和更高的轴向负载能力的加大的球轴承以保证产品在整个使用寿命中都能保持免维护和重复定位精度。3、数据采集卡数据采集(DAQ)，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集非电量或者电量信号,送到上位机中进行分析,处理。 数据采集卡，即实现数据采集(DAQ)功能的计算机扩展卡。 本实验中采用研华公司的数据采集卡，具体技术参数介绍如下： 研华 PCI1710 100KS/s，12位高增益，PCI总线数据采集卡产品特性100KS/s，12位高增益，PCI总线数据采集卡主要特点 16路单端或 8 路差分模拟量输入, 或组合方式输入 12位 A/D 转换器, 采样数率可达 100 kS/s 单端或差分输入自由组合 板载 4K采样FIFO 缓冲器 每个输入通道的增益可编程 产品规格PCI-1710是一款PCI总线的多功能数据采集卡。其先进的电路设计使得它具有更高的质量和更多的功能。这其中包括五种最常用的测量和控制功能:12位A/D转换,D/A转换,数字量输入,数字量输出及计数器/定时其功能。七 参考文献【1】 /view/8a287d02a6c30c2259019e32.html【2】 /p-89195364.html【3】 电工技术基础 王英 编 机械工业出版社【4】 http:/wenku.