卡丁车制动检测.docx

1、卡丁车制动检测 卡丁车制动检测设计学号： 班级： 日期：2012.01.011制动性能检测简介1.1机动车制动性能检测的意义进入二十一世纪，中国机动车保有量持续增长，同时机动车安全运行成为人们日益关注的焦点。据统计在因汽车故障引起的事故中，制动系统故障占60以上。汽车有良好的制动性能，遇到紧急情况，可以化险为夷；在正常行驶时，可以提高平均速度，从而提高运输效率。随着汽车行驶速度的提高，汽车制动性能对保障交通安全尤为重要。为减少交通事故，我国有关法规明确规定在用汽车必须经过定期检验合格后才允许上路行驶，在汽车定期检验中，制动性能被作为判定车辆安全技术状况的主要因素。因此汽车制动性能好坏，是安全行

2、车最重要的因素之一，汽车制动性能检测是汽车性能检测诊断中的重点。制动性是保障机动车安全运行和取得预期运营行效益的最基本的使用性能，因此汽车制造厂，使用者，汽车维修和管理人员都很重视机动车的制动性。汽车业的迅速发展，对汽车检测行业和汽车检测设备提出了新的要求，传统的汽车检测方法已远不能适应现代的汽车检测了。随着我国加入WTO，汽车的一些标准和法规进一步与国际接轨，我国的汽车制动法规GBl2676。1999“汽车制动系结构、性能及试验方法也基本引用ECE R13(欧洲经济委员会汽车制动法规)的有关条款。目前，我国汽车检测站主要用检测制动力的方法来检验汽车的制动性能，但许多制动性能检测系统还不具备检

3、验制动协调时间的能力，使检测结果不能准确地反映汽车的实际制动效果，这个问题应引起足够的重视。因此，严格执行新标准，根据“智能化”、“自动化”的应用技术发展趋势，采用先进的设计理念和手段，设计一套功能齐全、性能良好，使用方便，具有高精度和高可靠性的汽车制动性能试验台，对提高汽车制动系统的设计制造水平和在用汽车的定期安全检验能力具有十分重要的意义。 机动车固有制动性在制动系结构定型生产后即已确定，在使用过程中随着制动系零部件磨损老化等制动性逐渐衰退，制动能力逐步下降。因此，了解并掌握机动车制动性衰退程度，就成为保障车辆安全运行的重要技术措施。检测是了解并掌握机动车制动性能的唯一途径。定期对机动车制

4、动性检测可以判断机动车能否上路运行，促使车主维持制动系处于良好技术状态，以保障人身及财产安全。制动性能检测系统是应用于新车研究开发的实验、新车的出厂检验和交通管理部门对上路车辆定期检验的测试装置 。1.2常用机动车制动性能检测方法简介汽车制动性能检测系统按工作原理可分为：反力式滚筒制动性能试验台和惯性式滚筒制动性能试验台两种。反力式滚筒制动性能试验台可以测出汽车各轮的最大制动力、拖滞力、制动平衡、协调时间等相关参数。它结构简单、工作可靠、易于控制、通用性好，使用方便，因此得到广泛地采用。惯性式滚筒制动性能试验台可以测出汽车的制动距离，它利用飞轮转动惯量来模拟汽车行驶的动能，且试验车速高，因此，

5、比较接近于路试试验工况，但是，惯性式滚筒制动性能试验台旋转部分的转动惯量比较大，因而结构复杂，占地面积大，且检测车型范围受到一定限制，所以，惯性式滚筒制动性能试验台主要是在特定领域中应用，特别是应用于新车研究开发阶段，使用范围要小得多。1.2.1 滚筒惯性式检测法 滚筒惯性式检测台由电动机、飞轮、滚筒、传动链条、转角传感器、速度传感器等部分组成。其结构如图1.2.1滚筒惯性式检测台结构图所示。滚筒惯性式检测台的滚筒相当于移动路面，检测时受检车轮支承在前后两滚筒上，前后滚筒通过链条联接为一体的滚筒，保持两滚筒有相同的转速。左右两滚筒组分别由驱动电机经离合器和变速器驱动旋转。左右滚筒组还分别设置了

6、飞轮，以增加滚筒系统的惯量，储存能量。 图1.2.1滚筒惯性式检测台结构图检测装置运行时，启动电动机带动受检车轮滚筒系统转动，达到设定检测速度后，通过离合器动作截断驱动力并急踩制动器。此时轮胎对滚筒表面产生了制动力，滚筒系统借助自身的惯性克服车轮施加的阻力，仍将继续转动，直至其转动动能被车轮制动器完全吸收才停止不转。为计量滚筒的转速，通常在滚筒组的主动滚筒上安装转角传感器，根据传感器在单位时间内发出的转角信号即可确定滚筒的转速。并用获得的数据分析制动性能。1.2.2滚筒反力式检测法 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

7、感器）和指示控制装置等构成。其结构如图1.2.2滚筒反力式检测台结构图所示。 图1.2.2滚筒反力式检测台结构图检测时，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。2基于反力式原理卡丁车制动检测台的结构设计2.1检测台功能(1) 检测台能够提供驱动小车

8、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2.2制动检测台的结构反力式制动检测台结构如图2.2-1所示本检测台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(试验台将左、右测试单元的框架制成一体)、驱动装置、滚筒组、测量装置等构成。其立体示意图如图2.2-2所示 图2.2-1反力式制动检测台结构图 图2.2-2反力式制动检测台立体结构示意图2.2.1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，

9、见图2.2-1)主动滚筒，主动滚筒通过链传动带动从动滚筒旋转。制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-lOOrmin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。2.2.2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

10、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。2.2.3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，如图2.2-3所示。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

11、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。 2.2-3第三滚筒示意图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。2.2.4制

12、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，见图2.2-1)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。制动台制动力测量原理如下图1-2。制动力测量装置由测力杠杆，S型压力传感器等组成。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

13、制装置。2.3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

14、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2.3图所示。2.3.1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。筒的现象，则滚筒车轮的荷重G分别由前、后滚筒承受，N1、N2为前后滚筒对车轮的反力。驱动电机驱

15、动滚筒转动，滚筒通过对车轮的切向摩擦力以、克服车轮制动器的摩擦力矩(制动器制动力矩Tu)、带动车轮转动。滚筒对车轮的切向摩擦力的大小受制于正压力(支反力)N1、N2摩擦系数(车轮与滚筒间的附着系数)、为车轮在滚筒上的滚动阻力矩，w为车轮转速。受检车轮在滚筒台上制动时，支承在地面的非测试车轮通过车桥对受检车轮轴作用有水平推力F。图中的为车轮在滚筒上的安置角。 式中:L前、后滚筒中心距；D车轮直径；d滚筒直径。根据力学平衡条件；并忽略车轮滚动阻力和车轮弹性变形对车轮受力的影响，可建立车轮受力的平衡方程：X=0，(N1N2)sina+(Fx1+Fx2)cosa-F=0 y=0，(N1+N2)cosa

16、-(Fx1-Fx2)sina-G=0M=0，(Fx1+Fx2)D/2-Tu=0若受检车轮制动时充分利用了车轮与滚筒间的附着条件，又未产生把受检车轮推向后滚推动车轮的切向摩擦力的最大值为： 、解得在受检车辆不发生后移的情况下，滚筒所能产生的附着力()便是制动台能测得的最大制动力。滚筒反力式制动台能测得的最大制动力受车轮安置角、滚筒的附着系数和水平推力F的制约。在、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AD转换器转换成相应数字量，经计算机采集、存贮和处理后，对

17、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。2.3.2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)34s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)

18、时，计算机发出指令使电动机停转。检测过程结束，车辆即可驶出制动试验台。3卡丁车制动检测系统测试部分设计方案3.1检测系统简介检测系统如图3-1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。 3.2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

19、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。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。

20、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。3.2.1制动力传感器

21、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(外形如图3.2.1-1所示)。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

22、3.2.1所示 表3.2.1-1 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070范围灵敏度2.0mV/V输入阻抗38010输出阻抗3503输入电压12VDC输出电压020mV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3.2.1-2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

23、号输出；当受力时，弹性梁变形，其相对变形大小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。 3.2.2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XS4P08N

24、A340型磁电开关传感器。其参数见表3.3.2。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3.2.2-2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。

25、其输出波形如图3.3.2-1所示。输出信号的频率与转速关系为： 式中：n第三滚筒转速，rmin；f传感器的脉冲频率，Hz；w第三滚筒的角速度，rads；z小圆孔个数。3.3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，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

26、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3.3-1所示。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1KHZ3.4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Pad6016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

27、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-10V10V最大电压输入范围-50Mv50mV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0V5V数字I/O定时2个计数器/定时器3.5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

28、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PCDAQ系统结构，选用USB接口数据采集卡。LabVIEW软件和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。3.6 PC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

29、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。4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4-l所示。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

30、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字信号采集和一组模拟信号的采集(数字信号有两路，选其中一路数字信号为触发信号，这里取左轮转速信号为触发信号，当采集卡采集左轮数字信号的同时，触发了右轮数字信号的采集和左、右轮制动力信号的采集。时间差非常小，几乎是同步的)，模似信号由一个二维数组同时采集，速度信号和制动力信号同步时间误差值在几毫秒到二十毫

31、秒之间，完全可以接受，从而基本达到四路信号的同步性。左、右轮制动力，左、右轮速度通过运算、分析模块计算得出即时左、右轮制动力，左、右轮速度，左、右轮制动力之差和它与轴重的百分比等参数，并分别输入到显示模块实时显示，同时由数据存储模块完成对数据的存储。图42为检测系统软件流程图。首先通过接通电源采集转速信号，与此同时通过转速传感器信号(两个转速传感器信号的其中一个转速信、选左轮转速信号为触发信号)来触发左、右轮制动力信号的采集，然后对所采集的信号进行分析处理、运算、存储、波形显示等。在此过程之前，系统还可以对硬件、软件等参数设置进行判断，判断其设置是否一致或合理。速度采集函数判断计数器输入端口是否有数字信号输入，如检测到有数字信号则速度信号采集模块从采集卡通道读取数据，将两路数字信