卡丁车制动性能的检测(完整)

1、汽车制动性能的检测 作者：向顺班级：车辆四班 学号：201111882013年12月25日目录第一章 综述1.1车辆制动性能的检测及意义 11.2汽车制动性能的检测原理 11.3信号采集及数据处理 31.4本课题的研究任务与内容 3第二章 基于滚筒惯性式制动试验台的结构设计 2.1试验台选择及结构简图 42.2试验台测试原理 42.3试验台结构参数的理论计算 42.4试验台机械传动结构的设计 52.5试验台力学性能分析 7第三章 检测系统的设计 3.1检测过程概述 10 3.2检测元器件的选择 11第四章 检测系统的软件设计4.1软件平台概述 164.2各模块程序简述 17第五章 结语及参考文

2、献5.1结语 185.2参考文献 18第一章 综述1.1 汽车制动性能的检测及意义汽车行驶时能在短距离内迅速停车且维持行驶方向稳定性，在下长坡时能维持一定安全车速，以及在坡道上长时间保持停驻的能力称为汽车的制动性。汽车制动性能直接关系到交通安全，重大交通事故往往与汽车制动性能差有关。制动距离太长或者紧急制动时发生侧滑等都会造成交通事故。在现有路况标准下，随着汽车行驶速度提高，汽车制动性能对保障交通安全尤为重要。制动系统的技术状况不好，将导致事故的发生，必须对汽车的制动装置和制动性能进行严格检测，定期维护。检测方法分为两种，一种是路试检测法，一种是台试检测法。路试法受人的主观和试验条件如速度、负

3、载、路面、轮胎类型和风阻差异的影响很大，并且因为车辆在制动过程中，车辆被抱死时的制动力不是最大，其有效制动力比最大制动力约小了5%25%。台试检测是用制动器试验台来检测制动效能。采用制动试验台检测制动性能具有迅速，准确，经济，安全，不受外界自然条件的限制以及试验重复性好和能测出各车轮的制动力或制动距离等优点。下面介绍常用的两种制动试验台：单轴反力式滚筒制动试验台和惯性式制动试验台。1.2汽车制动性能的检测原理1.2.1单轴反力式滚筒制动试验台的原理反力式滚筒制动试验台（以下简称为制动试验台）是由结构完全相同的左右两套车轮制动力测试单元和一套指示、控制装置组成。每一套车轮制动力测试单元由框架、驱

4、动装置、滚筒组、举升装置、测量装置等构成。滚筒反力式汽车制动性能检测平台简图 1、电动机 2、减速器 3、压力传感器 4、滚筒装置 5、第三滚筒 6、转速传感器 7、链传动 8、测量指示装置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，装在第三滚筒支架下的行程开关被接通）。通过延时电路启动电动机，经减速器、链传动和主、从动滚筒带动车轮低速旋转，待车轮转速稳定后驾驶员踩下制动踏板。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的摩擦力克服制动器的摩擦力矩，维持车轮继续旋转。同时在车轮轮胎对滚筒表面切线方向的摩擦力

5、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、存储和处理后，检测结果由打印机打印出来。 下面从汽车的实际检测受力情况进行分析，假设制动试验台前、后滚筒直径相等且水平安置，被测试车辆前、后轮中心处于同一水平高度，在检测过程中忽略滚动阻力，则测试车轮在滚筒上制动时的受力情况如图1所示。图中G为被测车轮的轮荷；N1、N2分别为前后滚筒对被测车轮的法向反力；F1、F2分别为前后滚筒与车轮间的切向力，即制动力；F为车桥对车轮轴的水平推力；M为车轮

6、所受制动力矩；为安置角；D为被检车轮直径；d为滚筒直径；L为滚筒中心距。 根据力学平衡原理，可以列出下列关系式： (1) (2)D假如被测车轮与滚筒间的附着条件得以充分利用，并且两滚筒附着系数相同，则、的最大值应为： , (3) 将（3）式代人（1）、（2）式得： (4) (5)联立上式解得: (6) (7)当车轮制动时，制动试验台可能测得的最大制动力为： (8)从式（8）中可以看出制动试验台所测得附着力即制动力受水平推力、安置角、滚筒表面的附着系数等因素的影响。1.2.2惯性式制动试验台的原理惯性式制动试验台的滚筒相当于一个移动的路面，试验台上对各滚筒分别带有轮，其惯性质量与受检汽车的惯性质

7、量相当。因此滚筒传动系统具有相当于汽车在道路行驶的惯性，制动时，轮胎对滚筒表面产生阻力，虽然这时驱动滚筒传动系统的动力（如电动机或汽车发动机的动力）已被切断。但由于滚筒传动系统肯定具有一定的惯性，因而滚筒表面将相对于车轮移过一定距离。由此可见，在惯性式制动试验台上可以模拟道路制动试验工况。这种试验台的主要检测参数是各轮的制动距离，同时还可测得制动时间或减速度。惯性式滚筒制动试验台按同时检测的轴数不同可分为单轴式、双轴式。双轴惯性式滚筒制动试验台的结构简图如下。双轴惯性式滚筒制动试验台简图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

8、 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、第三滚筒调节器试验时，被检车驶上试验台后，前、后滚筒组之间的距离可用液压缸17调节，调节后用液压缸18锁紧。由汽车发动机动力驱动轮驱动后滚筒组旋转，左右主动滚筒用半轴与传动器2相连，并经变速器3、万向节13、电磁离合器12、传动轴11、变速器6、传动器2带动前滚筒及汽车前轮一起旋转。此时按被检车辆行驶时的惯性等效质量配置的飞轮1也一起旋转。当达到试验转速时，断开连接各滚筒的电磁离合器，同时作紧急制动。车轮制动后，滚筒飞轮依靠惯性继续转动，滚筒能

9、转动的圈数相当于车轮的制动距离。在规定试验车速下，滚筒继续转动圈数取决于车轮制动器和整个制动系的技术状况。滚筒转动圈数由装在滚筒端部的光电传感器5转变为电脉冲送入计数器记录，在滚筒的端部还装有测速发电机4测定试验车速。为防止汽车制动时向后窜出，在后滚筒组后装有第三滚筒19。这种动态检验制动性能的使用发法的试验条件接近汽车实际行驶条件，具有在任何车速下进行制动测试的优点。但这种试验台旋转部分分转动惯量较大，因此其结构较复杂，占地面积大，且检验的车型范围受到一定限制，所以应用范围不如反力式来得广泛。1.3信号采集及数据处理 数据采集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

10、电量信号，送到上位机中进行分析，处理的过程。 数据采集功能包括采集安装在滚筒端部的圆编码器输出的脉冲信号和采集车辆制动踏板踏下时发出的制动信号。数据采集通过数据采集卡，即实现数据采集DAQ功能的计算机扩展卡。 制动信号由操作者踩踏制动踏板产生。制动踏板和行程开关相连，当制动踏板被踏下时，开关闭合。由此发出一个制动信号。数据采集卡具有数字量输入功能，无输入时默认为高电平，因此可将行程开关与地相连。当开关闭合时，输出低电平信号。采集到制动信号后，同时给离合器发送工作命令，电机与滚筒脱离，从而进入制动状态。由计算机作为数据采集系统前端处理机，并将信号传递给电机，控制电机逐步加速。同时，以圆编码器为主

11、要探测部件对滚筒转动情况进行测量，并以脉冲信号形式反馈给数据采集卡，采集卡将数据传递给计算机，以便计算机作进一步的处理。 1.4本课题的研究任务与内容本课题要求根据给定的卡丁车的各项参数，来设计一个卡丁车制动检验平台并测量卡丁车的制动距离和跑偏量。在了解现有的制动检验平台的结构和原理上，给出自己的设计方案，包括具体的机械结构、硬件检测。关于卡丁车的一些具体数据如下：卡丁车质量 车轮直径 第二章 基于滚筒惯性式原理结构设计2.1 采用滚筒惯性式制动检测平台原因简述 按测试原理不同，制动试验台可分为惯性式、反力式和平板式三类，目前应用比较广泛的是滚筒惯性式汽车制动试验台，因为其测试条件固定、重复性

12、好、结构简单、操作安全性能好。而本次研究采用滚筒惯性式制动试验台是在符合课题要求下，基于其简单和操作性好的特点进行设计的。 汽车惯性式制动检测试验系统通过模拟汽车制动过程，大体由电动机、传动机构、主动轴及从动轴、连接法兰、控制与测试系统等组成。汽车惯性式制动器试验系统中，惯性式汽车制动器试验台是主体。目前常用的惯性式汽车制动器试验台有单轮、双轮和四轮等形式，本文研究的是双轮惯性式制动器试验台。2.2 滚筒惯性式制动试验台总体结构设计 下图为滚筒惯性式制动试验台总体结构图 1、 链轮 2、滚筒 3、圆编码器 4、电机 5、减速箱 6、离合器 7、链条图2-12.3 机械结构特点分析1、采用离合器

13、实现滚筒与电机的断开，操作方便； 2、用同一个电机控制，且离合器、减速器与参与链传动的齿轮位于同一轴上， 并且使对应齿轮齿数相等，大小参数相同可实现左右车轮的转速相等； 3、用链传动的方法使传动不会打滑，且过程稳定，减少实验过程的冲击，有益于实验结果的准确性； 4、本装置采用单电机驱动，与双电机驱动相比，一方面减少经济支出，另一方面不需要采用变频器或PID控制使两个电机的转速相同，降低技术要求；但是需要增加两个离合器使两边的制动检测过程分别进行。2.4 滚筒惯性式制动试验台组成及装置选取 滚筒惯性式制动试验台主要由框架、驱动装置、滚筒装置、测量装置和指示与控制装置等组成。2.4.1 滚筒装置

14、稳定状态下车轮受力图 前轮筒中心 后轮筒中心 车轮中心 图2-2滚筒组相当于一个活动的路面，来承载被检的车辆，承受和传递制动力。车轮制动力测试单元由一对直径相同的主、从动滚筒组成。每个滚筒的两端分别用滚动轴承与轴承座支承在框架上，且保持两滚筒轴线平行。 为防止车轮在滚筒上打滑，可以提高滚筒表面的附着系数。附着系数与滚筒表面的材质和形状有关，滚筒采用高硅合金铸铁、金属网石英颗粒涂塑等材质和先进的粘砂工艺，附着系数可以达到 0.7，从而避免车轮打滑现象提高试验台测力能力。（1）圆筒尺寸的确定 惯性式滚筒制动试验台相当于一个移动的路面，用旋转飞轮及滚筒的转动动能来模拟车辆在道路上行驶时的平动动能，其

15、惯性质量与受检车辆的惯性质量相当，使车轮在试验台上再现道路行驶的实际状况。已知卡丁车的测试车速: （ (1)惯性质量: (2)则制动时系统总能量为其平动动能与四个轮子转动动能之和，如下式: (3)忽略四个轮子的转动动能则制动时系统的总能量如下： (4)为简化飞轮的设计，可把飞轮作为滚筒的一部分，即把卡丁车的平动动能全部用滚筒的转动动能来模拟，于是：每一个滚筒的转动动能应为: (5)设测试时滚筒转速为,角速度为，滚筒切向线速度为,则有:, , 又 (6)每个滚筒的转动惯量 (为滚筒质量，为滚筒半径),则 : (7)从而有: (8)设滚筒平均密度为，滚筒的长度为，则滚筒的直径，则有: (9)取，则

16、由上式计算可得： (10)（2） 滚筒中心间距的确定 由上图位置关系可得安置角的公式为： (11) 经查阅资料可知，当安置角为滚筒的最佳安放位置，带入上式得到，滚筒中心距： (12)综上确定滚筒尺寸：长度 直径滚筒安置角 中心距 2.4.2 驱动装置 滚筒惯性式制动试验台驱动装置由电动机、减速器和链传动机构组成，下面将对这些机构进行参数确定。 （1）电机型号的选取 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，因而要选取合适的电机，就要对制动试验台进行力学分析。 当汽车作行车制动时，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与（如图

17、2-2 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，通过驱动滚筒的扭力箱、传感器及显示仪表，测量滚筒制动力矩的反力与的代数和，即为受检轮的制动力。 车轮与前、后滚筒都保持接触是制动测试的初始状态，称为稳定状态。故稳定状态检测时，平衡方程为: (1) （1）式中，-前、后滚筒作用于车轮的法向力 -前、后滚筒作用于车轮的切向力 -非测试轴（其轮与地面附着）对测试车轮的水平作用力 -轮载质量的重力载荷 -车轮所受制动力矩 -车轮半径 -滚筒中心距 -滚筒半径 -安置角 代入式

18、（1）解得 (2)车轮所受最大制动力为 (3)又有卡丁车和人总质量，则轮载质量的重力载荷，车轮与滚筒间的附着系数为，代入公式（3）中可求得车轮所受最大制动力，再可由电机功率计算公式，其中滚筒线速度等于车速，可以得到选用电机的功率大约为，因而试验台选用的三相异步电机，同时选用继电器来用于三相异步电机的控制。（2）减速箱的传动比确定由于滚筒线速度等于车轮线速度也等于车速,因而可得减速箱的传动比为:。2.5 滚筒惯性式制动试验台三维结构设计图2-5 滚筒惯性式制动实验台实物图图 2-6 滚筒惯性式制动实验台后轮装配体机械结构图图 2-7 滚筒惯性式制动实验台减速器图2.6 滚筒惯性式制动系统的工作原

19、理 惯性式制动试验台的滚筒相当于一个移动的路面，其惯性质量与受检汽车的惯性质量相当，因此滚筒传动系统具有相当于汽车在道路行驶的惯性。制动时，轮胎对滚筒表面产生阻力，虽然这时驱动滚筒传动系统的动力如电动机已被切断，但由于滚筒传动系统肯定有一定的惯性，因而滚筒表面将相对于车轮移过一定距离。由此可见，在惯性式制动试验台上可以模拟道路制动试验工况。这种试验台的主要检测参数是各轮的制动距离，同时还可测得车的跑偏量等其它参数。 工作过程如下：电机经主轴、变速箱 5 以及离合器 6 带动按被检车辆行驶时的惯性等效质量配置的滚筒及汽车后轮一起旋转，同时主动滚筒还通过链传动带动从动滚筒同步转动，当达到试验转速时

20、，断开连接各滚筒的电磁离合器，同时作紧急制动，车轮制动后，滚筒依靠惯性继续转动，滚筒能转动的圈数相当于车轮的制动距离。在规定试验车速下，滚筒转动圈数由装在滚筒端部的圆编码器 3转变为电脉冲送入计数器记录，滚筒继续转动圈数取决于车轮制动器和整个制动系的技术状况。2.7 滚筒惯性式制动系统检测平台特点分析 这种动态检验制动性能的使用方法的试验条件接近汽车实际行驶条件，具有在任何车速下进行制动测试的优点。但这种试验台旋转部分分转动惯量较大，因此其结构较复杂，占地面积大，且检验的车型范围受到一定限制，所以应用范围不如反力式来得广泛。 第三章 制动试验台检测系统硬件设计3.1滚筒惯性式制动试验台检测系统

21、总体结构设计3.1.1制动试验台检测系统功能及组成 卡丁车的制动过程是，当卡丁车以规定的初速度在试验台上行驶，驾驶员一脚将制动器踩到底直到卡丁车停止。制动性能检测仪利用传感器感应传输制动过程参数，并经数据采集和积累，直观地将制动性能显示在计算机显示屏上同时也完成对制动距离和制动时间的检测。该检测系统完成检测主要包括三个过程：制动开始的判断和数据的采集过程;数据的处理和分析过程；制动距离和制动时间的显示过程。 因而，要做到对制动过程时时检测，就要利用传感器不断的向计算家传输计算机能够识别的信息，因此制动检测系统的主要硬件应包括传感器（圆编码器）、数据采集卡等。检测系统硬件平台结构图如下：图3-1

22、 制动检测系统硬件平台结构图3.1.2 数据采集系统的工作原理和构成数据采集是指从传感器和其他待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集非电量或则电量信号，送到上位机中进行分析，处理的过程。 数据采集功能包括采集安装在滚筒端部的圆编码器输出的脉冲信号和采集车辆制动踏板踏下时发出的制动信号。数据采集通过数据采集卡，即实现数据采集功能的计算机扩展卡。制动信号由操作者踩踏制动踏板产生。制动踏板和行程开关相连，当制动踏板被踏下时，开关闭合。由此发动一个制动信号。数据采集卡具有数字量输入功能，无输入时默认为高电平，因此可将形成开关与地相连。当开关闭合时，输出低电平信号。采集到制动信号后，同时给离合器发送工作

23、命令，电机与滚筒脱落，从而进入制动状态。 数据采集系统的基本组成如图所示。由计算机作为数据采集系统前段处理机，并将信号传递给电机，控制电机逐步加速。同时，以圆编码器为主要探测部件对滚筒转动情况进行测量，并以脉冲信号形式反馈给数据采集卡，采集卡将数据传递给计算机，以使计算机作进一步处理。数据采集过程及系统构成如下图：图3-2 数据采集系统基本组成3.2 编码器的选择3.2.1 编码器工作原理及特点 光电编码器，是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。这是目前应用最多的传感器， 光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形

24、孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图1所示；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判定旋转方向，码盘还可提供相位相差90o的两路脉冲信号。 根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、尽对式以及混合式三种。本系统采用增量式编码器。增量式旋转编码器的内部工作原理：图3-3 光电编码器工作原理图及输出波形3.2.2 光电编码器的选取 编码器的分辨率是指以每旋转360度提供多少的通或暗刻线或可读取并输出的最小

25、角度变化，其对应的参数有：每转刻线数、每转脉冲数、最小步距、位等，线数一般在每转分度510000线。 分辨率的确定：测量过程中，需要通过光电编码器测量滚筒从制动开始到停止转动为止，滚筒所转动的圈数，由于实际测试中要求测量误差近似为即可，所以要求的传感器的精度为：,其中为线数，为滚筒半径且值为,则可得出光电编码器每圈输出脉冲数应大于8，但是这只是理论推算值，根据实际情况为了提高系统的测量精度肯定不能选取分辨如此小的编码器。故需要选择编码器线数大于8的编码器，而市面上大多数编码器都能满足这一要求。所以根据经济性、实用性原则选择了IHA8030型号的编码器，此编码器是增量式光电编码器，且2500脉冲DC5-24空心旋转编码。IHA8030型号编码器图3-4图3-5 编码器安装尺寸3.3 数据采集卡选择3.3.1数据采集卡简介 数据采集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