卡丁车制动性能检测系统设计.docx

1、卡丁车制动性能检测系统设计卡 丁车制动检测系统设计姓名 学号 班级 目录一 车辆制动性能检测现状21.1车辆制动性能检测的意义 21.2车辆制动性能检测量 21.3车辆制动性能检测方法 31.4车辆制动性能检测台实例 4二 检测系统设计72.1设计软件介绍 72.2检测系统设计原理 82.3检测系统设计图 92.4.旋转编码器112.5.数据采集卡132.6.变频器132.7.程序设计部分14 三.总结16参考文献一、车辆制动性能检测现状1.1车辆制动性能检测的意义近年来，随着汽车工业的不断成熟，很多普通家庭也拥有了自己的车，汽车成为人们出行必不可少的代步工具。但每年因为车祸丧生的人也有很多，

2、有的是因为车辆故障，有的是因为不遵守交通规则据统计 ,由车辆故障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。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。车辆制动性能好坏，是安全行车最重要的因素之一，因此也是车辆检测诊断的重点。车辆有良好的制动性能，在正常行驶时，可以提高平均速度，从而提高运输效率;遇到紧急情况，可化险为夷。随着车辆行驶速度的提高，车辆制动性能对保障

3、交通安全尤为重要。为减少交通事故，世界各国有关法规明确规定在用车辆必须经过定期检验合格后才允许上路行驶，在车辆定期检验中，制动性能被作为判定车辆安全技术状况的主要因素。【1】车辆的制动性能是车辆的主要性能之一，制动性能的检测对所有车辆都极其重要，它关系到人的安全，是车辆安全行驶的重要保障。车辆的制动性能是由车辆的制动系统决定的，其制动过程相当复杂，它与车辆总布置和制动系各参数选择有关。车辆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，造成车辆的各种性能的下降，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

4、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，车辆行驶速度愈来愈快，因此对车辆制动性能的要求也愈来愈高。由此可见车辆安全检测中的制动性能检测是重要而且是必须的。为了尽量减少因交通事故死亡的人数，国家对机动车进行强制性的定期安全检测。我国车辆制动性能测试技术相对落后，面对车种繁多，以及现代车辆结构和使用条件的日趋复杂，需检测项目增多的现状，用传统的检测手段检测车辆制动性能己难以满足需要。【2】随着电子技术与测控技术的迅速发展，在传统检测方法的基础上，逐步发展成现代车辆诊断与检测技术阎。车辆检测通常指使用现代检测技术和设备，结合计算机、自动控制等高新技术来检测车辆技术状况，以工程数学、故障

5、物理、可靠性理论、电子学和电子技术、信息控制理论等为基础的一门综合性应用科学。【3】1.2车辆制动性能检测量制动距离是衡量一款车的制动性能的关键性参数之一，它的意思就人们在车辆处于某一时速的情况下，从开始制动到汽车完全静止时，车辆所开过的路程。是汽车在一定的初速度下，从驾驶员急踩制动踏板开始，到汽车完全停住为止所驶过的距离。包括反应距离和制动距离两个部分。显然，在应对突发事件时，制动距离越小，越容易化险为夷。由于它比较直观,因此成为广泛采用的评价制动效能的指标。正确掌握汽车制动距离对保障行车安全起着十分重要的作用。【4】制动时，汽车自动偏离原行驶方向，这种现象叫制动跑偏。一旦制动跑偏很容易造成

6、撞车、下路掉沟甚至翻车等严重事故。为提高制动的稳定性，保证行车安全，在紧急制动时，不允许汽车有明显的跑偏现象。 制动跑偏的原因，主要是前轮左右车轮制动力不等，制动时就形成绕重心的旋转力矩，使汽车有发生转动的趋势，因而易出现制动跑偏现象。【5】在我们此次卡丁车制动检测系统设计中主要是设计一个获得卡丁车制动距离和检测卡丁车在制动过程中的跑偏量的方案。1.3车辆制动性能检测方法 国标规定 ,机动车可通过路试法或台试法 ,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。【6】 （1）路试法【7】路试法要求试验路面应为平坦(坡度不超过1%)、干燥和清洁的水泥或沥清路面。轮胎与路面之间的附着系数不

7、小于0.7，风速不大于5m/s。在试验路面上应画出与标准中规定的制动稳定性要求相应宽度车道的边线。被测车辆沿着试验车道的中线行驶，至高于规定的初速度后置变速器于空档。当滑行到规定的初速度时急踩制动踏板，使车辆停住。用速度计、第五轮仪或用其他测试方法测量车辆的制动距离；用速度计、制动减速度仪或其他测试方法测量车辆充分发出的平均减速度(MFDD)、制动协调时间。这种方法受人的主观和试验条件如速度、负荷、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，车轮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%一25%。目前国内有国家级的车辆试验场有四个，分别是海南车辆试验场、襄樊

8、车辆试验场、定远车辆试验场、北京通州车辆试验场。 （2）台试法【8】台试检测车辆的制动性能是在室内制动检测台进行的。台试法检验制动性能不受外界条件的限制，重复性好，能定量测得各轮的制动全过程。有利于分析前、后轴制动力的分配及每轴制动力的平衡状态、制动时间等参数，给故障诊断提供可靠依据。所以台试法在国内外获得了广泛的应用。目前国内在用的车辆制动性能检测设备绝大部分采用的是日本式与欧洲式结构的检测设备，其中又以前者居多。制动检测台常见的分类方法有按测试原理不同，可分为反力式和惯性式两类，按检测台支撑车轮形式不同，可分为滚筒式和平板式两类，按检测参数不同，可分为测制动力式、测制动距离式和综合式按检测

9、台的测量、指示装置传递信号方式不同，可分为机械式、液力式、和电气式三类，按检测台同时能测车轴数不同，可分为单轴式、双轴式和多轴式三类。从市场产品分类上讲，大致分为两类:一类是简易流动检测站，它是采用车载简易便携式测试仪器，在进入测试现场后，将车内的仪器移到地面，使被检车辆通过这些测试仪器，完成各项安全性能指标的检测。另一类是载体式流动检测站，它的各种检测设备与车体刚性联接，当被检车辆通过车体上的检测台时，便可直接检测车辆的各项安全性能指标。现今我国各检测站所使用的制动力检测设备大致有:单轴反力式滚筒制动检测台、惯性式制动检测台、平板式制动检测台。路试法虽然实际、简便 ,但也存在许多问题 ,例如

10、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 。【9】1.4车辆制动性能检测台实例 1.惯性式制动实验台【10】 （1）基本结构 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，如图下图所示。 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 1

11、5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 （2）基本原理惯性式制动试验台的滚筒相当于一个移动的路面，试验台上各对滚筒分别带有飞轮，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(如电动机或汽车发动机的动力)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，同时还可测得制动时间或减速度。试验时，被检车驶上试验台后，

12、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

13、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。具体实物图如下所示： 2.反力式滚筒制动检验台【11】 （1）结构反力式滚筒制动检验台的结构简图如图 1所示。它由结构完全相同的左右两套对称的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（多数试验台将左、右测试单元的框架制成一体）、驱动装置、滚筒组、举升装置、测量装置等构成。（2）驱动装置驱动装置由电动机、减速器和链传动组成。电动机经过减速器减速后驱动主动滚筒，主动滚筒通过链传动带动从动滚

14、筒旋转。减速器输出轴与主动滚筒同轴连接或通过链条、皮带连接，减速器壳体为浮动连接（即可绕主动滚筒轴自由摆动）。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。理论分析与试验表明，滚筒表面线速度过低时测取协调时间偏长、制动重复性较差，过高时对车轮损伤较大，推荐使用滚筒表面线速度为2.5km/h左右的制动台。反力式制动检验台结构简图（3）制动力测量装置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

15、（或位移）转变成电信号输送到指示、控制装置。传感器有应变测力式、自整角电机式、电位计式 、差动变压器式等多种类型。早期的日式制动试验台多采用自整角电机式测量装置，而欧式以及近期国产制动检验台多用应变测力式传感器。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在标定时标定加载力的大小与滚筒表面制动力的关系为： 滚筒表面制动力（N）=标定加载力(N)标定杠水平长度滚筒半径（4）工作原理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

16、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（如图1. 2），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

17、。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。由于制动力检测技术条件要求是以轴制动力占轴荷的百分比来评判的，对总质量不同的汽车来说是比较客观的标准。为此除了设置制动检验台外，还必须配置轴重计或轮重仪，有些复合式滚筒制动试验台装有轴重测量装置。其称重传感器（应变片式）通常安装在每一车轮测试单元框架的4个支承脚处。 制动力测试原理图有的反力式滚筒制动试验台可以选择每一车轮制动力测试单元的滚筒旋转方向。两个测试单元的滚筒既可同向正转、同向反转，又可以一正一反。具有这种功能的试验台可以检测多轴汽车并装轴（如三轴汽车的中轴和后轴，

18、其间设有轴间差速器）的制动力。测试时使左、右车轮制动测试单元的滚筒转动方向一正一反，只采集正转时的制动力数据，这样可以省去试验台前、后设置自由滚筒装置。这是因为驱动轴内有轮间差速器的作用，当左、右车轮反向等速旋转时差速器壳与主减速器将不会转动。所以当被检测轴车轮被滚筒带动时，另一在试验台外的驱动轴将不会被驱动。而对于装有轴间差速器的双后轴汽车可在一般的反力式滚筒制动台上逐轴测试每车轴的车轮制动力。基于对以上资料的介绍分析，本文设计一种依据惯性式制动原理的检测系统。二.检测系统设计2.1设计软件介绍本次设计基于AutoCAD2008软件。AutoCAD（Auto Computer Aided D

19、esign）是美国Autodesk公司首次于1982年生产的自动计算机辅助设计软件，用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计。现已经成为国际上广为流行的绘图工具。.dwg文件格式成为二维绘图的事实标准格式。AutoCAD具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。在不断实践的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断提高工作效率。 AutoCAD具有广泛的适应性，它可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上运行，并支持分辨率由320200到20481024的各种图形显示设备40多种，以及数字化仪和鼠标器

20、30多种，绘图仪和打印机数十种，这就为AutoCAD的普及创造了条件。AutoCAD软件具有如下特点： (1)具有完善的图形绘制功能。(2)有强大的图形编辑功能。(3)可以采用多种方式进行二次开发或用户定制。(4)可以进行多种图形格式的转换，具有较强的数据交换能力。 (5)支持多种硬件设备。 (6)支持多种操作平台 (7)具有通用性、易用性，适用于各类用户此外，从AutoCAD2000开始，该系统又增添了许多强大的功能，如AutoCAD设计中心（ADC）、多文档设计环境（MDE）、Internet驱动、新的对象捕捉功能、增强的标注功能以及局部打开和局部加载的功能，从而使AutoCAD系统更加完

21、善.【12】 基于CAD的特点，再加上本人学习CAD时间久，对其比较熟练，故采用该软件绘制了此次检测装置的三维模型。 2.2检测系统设计原理系统采用惯性式测试原理，左右两轮采用独立的测试装置，由电动机通过传动装置带动滚筒转动，被测车轮放置于两滚筒之间，车辆挂空档，车轮会随之转动，待系统的运转速度稳定之后，撤去电动机，同时踩下刹车，在汽车制动力的作用下，系统逐渐停止运转。在测试过程中需要保持左右两轮的转速一致，需要有变频器控制转速，同时又要有速度的反馈信号来控制变频器。然后在速度一致后，数据采集开始时同时停止变频器以及撤去电机。在实际行驶过程中，汽车是运动的，具有一定的动能，刹车过程是汽车动能减

22、小到零的过程，而在检测台上汽车车身不动，车轮转动，所以用飞轮转动的动能替代汽车在行驶过程中的动能。在整个过程中，与滚筒同轴相连的有一个旋转编码器，用来计数，传感器把信号传给计算机，计算机可以记录在单位时间里的脉冲数n（个/s），在转动稳定之后、制动之前开始记录数据，n减小的时刻就是制动开始的时刻，到n=0这段时间就是制动时间，可以计算出这段时间内计数次数n。则此轮的制动距离跑偏量 测试过程中系统可以动态显示测得转速，制动距离的量，最终得到的制动距离和跑偏量是衡量汽车制动性能的重要指标。 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，其惯

23、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: 惯性质量: 则其平动动能: 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设测试时滚筒转速为,角速度为，滚筒切向线速度为, 则有, , 又 每个滚筒的转动惯量(为滚筒质量，为滚筒半径)， 则, 从而有 设滚筒平均密度为，滚筒的长度为，则滚筒的直径，则有 取，则由上式计算可得。综上确定滚筒尺寸：长度，直径。2.3检测系统设计图 检测系统可以在室内使用的台式装置，要有相应的驱动装置和机械传动系统带动车轮转动，为精确检测出车辆的制

24、动性能，必须使车辆左右两轮的转速保持一致，要有相应的速度控制系统，在速度达到要求后制动检测系统开始工作，其基本原理图如下图所示。 速度调整装置速度调整数据采集装置本测试系统的主要结构有电动机，变频器，联轴器，有数据采集卡的计算机，编码器，机械传动机构和支撑机构。 2.4.旋转编码器2.4.1旋转编码器原理旋转编码器是集光机电技术于一体的速度位移传感器。当旋转编码器轴带动光栅盘旋转时，经发光元件发出的光被光栅盘狭缝切割成断续光线，并被接收元件接收产生初始信号。该信号经后继电路处理后，输出脉冲或代码信号。其特点是体积小，重量轻，品种多，功能全，频响高，分辨能力高，力矩小，耗能低，性能稳定，可靠使用

25、寿命长等特点。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。【13】旋转编码器结构简图2.4.1.1 增量式编码器增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。 其计数起点任意设定，可实现多圈无限累加和测量。编码器轴转一圈会输出固定的脉冲，脉冲数由编码器光栅的线数决定。 2.4.1.2 绝对式编码器绝对式编码器轴旋转器时，有与位置一一对应

26、的代码（二进制，BCD码等）输出，从代码大小的变更即可判别正反方向和位移所处的位置，而无需判向电路。它有一个绝对零位代码，当停电或关机后再开机重新测量时，仍可准确地读出停电或关机位置地代码，并准确地找到零位代码。一般情况下绝对值编码器的测量范围为0360度，但特殊型号也可实现多圈测量。BCD码盘2.4.2旋转编码器选型【14】 上海恒祥电子有限公司K100-C3N2000增量式(通用型,空心轴,抱扣形式) 外形尺寸：体积小,外径100mm,厚度为48mm,轴径45mm全空 (其它轴径可选30mm,32mm,35mm,38mm,40mm,42mm) 分 辨 率：2000P/R本系列其他型号可达5

27、000P/R 电源电压：DC5V:DC5V-12V;DC12V-24V 防护等级：IP50 插座：9芯 外罩质地：铝 重量：约675g输出方式接线方式 2.5.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。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。通常，必须在数据采集设备采集之前调制传感器信号，包括对其进行增益或衰减和隔离，放大，滤波等。【15】数据采集卡选型【16】研华PCI-1780 8位可

28、编程时钟源8路计数器/定时器卡 8位数字量TTL输出和8位数字量TTL输入 最大20MHz输入频率 可选多个计数器时钟源 计数器输出可编程 计数器门控功能PCI-1780是一款PCI总线的多通道计数器/定时器卡,该卡使用了AM9513芯片,能够通过CPLD实现计数器/定时器功能,此外,该卡还提供8个16位计数器通道,8路数字量输出和8路数字量输入,该产品完全能够满足工业或实验室应用。2.6.变频器2.6.1 变频器原理主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类:电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交

29、流的变频器，其直流回路滤波是电感。 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。变频器集成了高压大功率晶体管技术和电子控制技术，得到广泛应用。变频器的作用是改变交流电机供电的频率和幅值，因而改变其运动磁场的周期，达到平滑控制电动机转速的目的。变频器的出现，使得复杂的调速控制简单化。【17】2.6.2 变频器选型【18】贝斯特三相380V 1.5KW矢量变频器1.采用英飞凌一体化模块2.开关电源多达6路隔离3.采用日本红宝石电容4.功率板、控制板和外部输入输出三部分全部采购光耦隔离5.内部采用进

30、口绝缘漆防护6.采用32位MCU输入输出特性 输入电压范围：380/220V15% 输入频率范围：4763Hz 输出电压范围：0额定输入电压 输出频率范围：0400Hz 外围接口特性 可编程数字输入：4路开关量输入，1路高速脉冲输入 可编程模拟量输入：AI1：010V输入，AI2：010V或020mA 输入 可编程开路集电极输出：1路输出（开路集电极输出或高速脉冲输出） 继电器输出：2路输出（2.2kW以下1路） 模拟量输出：1路输出，分别可选0/420mA或010V 技术性能特性 控制方式：V/F控制 过载能力：150%额定电流 60s；180%额定电流 10s 调速比：1：100 载波频率：0.515.0kHz 功能特性 频率设定方式：数字设定、模拟量设定、脉冲频率设定、串行通讯设定、多段速及简易PLC设定、PID设定等，可实现设定的组合和方式切换。 PID控制功能 简易PLC、多段速控制功能：15段速控制 摆频控制功能 长度、时间控制功能