汽車制動性能測試系統(tǒng)的研究與設計_圖文

1、 自動化儀表 第 29卷第 5期 2008年 5月汽車制動性能測試系統(tǒng)的研究與設計Research and Design of B raking Performance Test System for Aut omobiles陳廣秋 1 辛 華 2 楊宏偉1(長春理工大學電子信息工程學院 1, 吉林 長春 130022; 吉林大學通信工程學院 2, 吉林 長春 130025摘 要 :汽車制動性能測試是機動車安全運行檢測中的一個重要項目。針對反力式滾筒汽車制動力測試臺的基本結構和受力過程 的特點 , 設計了高精度力傳感器和速度傳感器輸出信號的調理模塊 , 利用工業(yè)控制計算機采集制動力值和第三滾筒

2、速度值 , 測試系統(tǒng) 的精度和實時性得到了提高。 實測證明 , , 關鍵詞 :制動性能 反力式滾筒 測試臺 調理模塊 信號放大器 中圖分類號 :TP274+.2 文獻標志碼 :AAbstract:The braking perfor mance test for automobiles is an i detection f or power driven vehicles . I n accord 2ance with the basic structure and features of of braking force test p latfor m, the highly p reci

3、se conditi oning module for output signals of force is . By using industrial computer, the braking 2f orce and the vel ocity of the third r oller are collected . real 2ti me perfor mance of the test system are enhanced . The test p r oves that the dynam ic demand of braking force test is fully and t

4、he system offers high reliability .Keywords:B raking perfor mance Anti 2force roller Test p latf or m Conditioning module Signal amp lifier 修改稿收到日期 :2007-09-11。第一作者陳廣秋 , 男 , 1977年生 , 2006年畢業(yè)于吉林大學測控技術及 儀器系 , 獲碩士學位 , 助教 ; 主要從事汽車檢測技術的研究 。0 引言汽車制動性能是安全行車的重要因素之一 , 也是汽 車安全性能檢測的重要指標之一。 制動性能測試的方 法主要有路試法和臺試法

5、。 路試法主要是在道路上對 汽車制動性能進行檢測 , 此方法易受氣候、 道路等諸多 條件的限制 ; 臺試法主要在室內進行 , 測試條件穩(wěn)定 , 測 試手段較為安全且易實現(xiàn)。 因此 , 汽車制動性能測試絕 大多數(shù)采用臺試法。 根據(jù) G B 7258220041規(guī)定 , 利用制 動性能試驗臺對汽車的制動性能檢測要求符合以下標 準 (以兩軸車為例 : 制動力。 空載時 , 汽車制動力總 和與整車質量的百分比 60%, 前軸制動力與前軸軸荷 的百分比 60%, 后軸制動力與軸荷的百分比 20%。 制動力平衡。 在制動力增長的全過程中 , 左右輪制動 力差的最大值與該軸左、 右輪制動力大者之比對前軸 2

6、0%, 后軸 24%。 通過制動試驗臺進行制動力的測 量 , 并以車輪制動力的大小和左、 右車輪制動力的差值 來綜合評價汽車的制動性能。1 制動性能測試臺的基本結構及原理反力式滾筒制動試驗臺2-5由結構相同的左、 右兩套車輪制動力測試單元和一套指示裝置組成。 每套 車輪制動力測試單元由驅動裝置、 滾筒組、 第三滾筒、 測量裝置等構成。驅動裝置由電動機、 減速器和鏈傳動裝置組成。 電動機經(jīng)過減速器減速后驅動主動滾筒 , 主動滾筒通 過鏈條傳動帶動從動滾筒旋轉。 滾筒組相當于一個活 動的路面 , 來承載被檢車輛、 承受和傳動制動力。 每套 車輪制動力測試單元由左、 右一對直徑相同的主 、 從動 滾

7、筒組成 。設置在兩滾筒間的第三滾筒能測得車輪 速 , 用于根據(jù)車輪速來控制制動試驗臺電機。制動力 測量裝置主要由測力杠桿和應變測力傳感器組成。測 力杠桿一端與傳感器連接 , 另一端與減速器殼體連接。 進行汽車制動力檢測時 , 將被檢汽車駛上制動試驗臺 上 , 車輪置于主、 從動滾筒之間 , 壓下第三滾筒 , 起動電 動機 , 經(jīng)減速器、 鏈傳動和主、 從動滾筒帶動車輪轉動。 被測車輪制動時 , 測力杠桿與減速器殼體將一起繞主 動滾筒軸線擺動 , 傳感器將測力杠桿傳來的與制動力 大小成正比的力轉換成相應電信號后送給后繼處理裝 置。 當車輪速度下降 20%時 , 最大制動力值已經(jīng)出 現(xiàn) , 計算機

8、發(fā)出指令使電動機停轉。2 制動過程受力分析制動力測量過程中2-5, 車輪受力比較復雜 , 針對系統(tǒng)特點繪出了壓力傳感器式測量裝置及車輪受力分15汽車制動性能測試系統(tǒng)的研究與設計 陳廣秋 , 等 PR OCESS AUT OM AT I O N I NSTRU M ENTAT I O N Vol . 29No . 5M ay 2008析示意圖 , 如圖 1所示。圖 1 測量裝置示意圖及車輪受力分析圖Fig . 1 Sche matic of the measuring device and analysison the f orces taken on wheel當踩下制動踏板 , M r 作用

9、下開始減速轉動 , F 1, 動器摩擦力矩 , , 車輪輪 反作用力 F 1、 F 2, 在 F 1、 F 2形成的反作用力矩作用下 , 減速器殼體與測力杠桿一起朝滾筒轉動相反方向擺 動 , 測力杠桿一端的力經(jīng)傳感器轉換成與制動力大小 成比例的電信號后經(jīng)過高精度微弱信號放大器放大 , 送到 A /D轉換板進行處理。根據(jù)制動時 , 車輪的受力 分析 , 可得如下平衡方程 :(F 1+F 2 cos +(N 1-N 2 sin -F 3=0(1 (N 1+N 2 cos +(F 2-F 1 sin -G k =0(2 (F 1+F 2 R -M r =0(3 =arcsin2(R +r (4 由式

10、 (1 式 (4 得 : N 1=G 0(sin-cos +F 3(cos +sin (1+2sin2(5N 2=G 0(sin+cos -F 3(cos -sin (1+2sin2 (6 當車輪與滾筒間的附著質量充分利用 , 附著系數(shù)相同 , 則 F 1、 F 2的最大值為 F 1=N 1, F 2=N 2, 則 :F =F 1+F 2=(N 1+N 2(7 由式 (5 式 (7 得 :F =(G 0+F 3(1+2cos (8式 (1 式 (8 中 :M r 為被檢車輪所受的制動力矩 ,N m ; G 0為被檢車輪負荷 ,N; 為安置角 , ° F 1、 F 2為前 后滾筒作用于

11、被檢車輪切向反力 , N; N 1、 N 2為前后滾筒 對被檢車輪的法向反力 , N; F 3為非檢測車輪對被檢車 輪的水平作用力 (即非檢測車輪胎面與地面的附著力 ,N; F 為被檢車輪制動時的最大切向力 , 即制動力 ,N 。由式 (8 可以看出 , 影響被檢車輪最大制動力的因素有被檢車輪負荷 G 0、 安置角 、 非檢測車輪對被檢車 輪的水平作用力 F 3和車輪與滾筒間的附著因數(shù) 。 當 制動力 F 大于車輪與滾筒的附著力 (F 1+F 2 時 , 車輪 在滾筒上打滑 , 此時測得的是非最大制動力。 要增加測 得最大制動力的準確度 , 一般采取以下方法 : 提高非 檢測車輪胎面與地面的附

12、著力 ; 提高輪胎胎面與滾筒 間的附著因數(shù) ; 對于 L 固定的制動實驗臺 , 采用滾筒, 可減小 R 右輪制動力傳感器信號 調理模塊、 第三滾筒速度傳感器信號調理模塊、 數(shù)據(jù)采 集模塊 (A /D卡 、 控制輸入 /輸出模塊 (I/O卡 及 LED 顯示模塊組成。 其總體框圖如圖 2所示。 整個測試過 程如下 :汽車開上制動測試臺后 , 其左、 右輪壓到位開 關 , 工業(yè)控制計算機通過采集 I/O卡狀態(tài) , 判斷汽車是 否到位 , 通過 I/O卡輸出兩個信號控制固態(tài)繼電器 , 使 交流接觸器吸合 , 啟動左、 右輪滾筒電機 , 此時開始測取 阻滯力 , 在 LED 顯示屏上顯示結果 , 并提

13、示駕駛員踩下 制動踏板 , 車輪的制動力作用在滾筒上 , 該力通過力臂傳給測力傳感器 , 經(jīng)過信號調理模塊 , 由計算機通過 A /D轉換板測量出車輪的制動力并顯示在 LED 屏幕上 , 同 時當?shù)谌凉L筒的速度下降到最大速度的 80%時 , 計算 機通過 I/O板輸出信號停止電機轉動 , 以防止粘砂滾 筒對車輪胎造成損壞 , 此時完成了一次測試過程。圖 2 制動力測試系統(tǒng)的總體框圖Fig . 2 General bl ock diagra m of braking 2f orce test syste m3. 1 制動力測量的原理及電路制動 力 測 量 傳 感 器 采 用 應 變 片 式 電

14、阻 傳 感 器6-7, 實現(xiàn)力 -電壓的線性轉換 , 其原理是基于電阻應變效應 , 即在導體產(chǎn)生機械變形時 , 它的電阻值相應發(fā)生變化 , 即 R =KR, K 為應變系數(shù) (通常為 12 ;25汽車制動性能測試系統(tǒng)的研究與設計 陳廣秋 , 等 自動化儀表 第 29卷第 5期 2008年 5月為微應變 ; R 為應變計電阻阻值 , 。圖 3是制動力測量傳感器信號調理電路 , 其中 V +、V -為傳感器輸出的差動電壓 ; RV 1為調零電位器 ; RV 2為放大倍數(shù)調整電位器。 整個電路實現(xiàn)了制動力從零 到滿量程對應的電壓值為 010V, 計算機根據(jù) A /D采 集卡采集的 AD 碼就可以換算

15、出制動力值。圖 3 Fig . 3 Measuring circuit 3. 2 速度測量的原理及電路 8-9, 應電動勢。 , 當, 磁電傳感器產(chǎn)生與齒圈相同頻, 經(jīng)過圖 4所示的電路放 大整形后產(chǎn)生標準 TT L 方波脈沖 , A /D板上的 8253對 此脈沖計數(shù) , 即可求出汽車輪速。圖 4 速度信號放大整形電路Fig . 4 Amp lifying and rectifying circuit of vel ocity signal3. 3 系統(tǒng)的軟件設計整個控制系統(tǒng)軟件設計采用 Del phi 語言來編寫 源代碼 , 整機軟件由主程序、 判斷車輛到位子程序、 汽 車軸重子程序、 剎

16、車力測量子程序、 標定子程序、 顯示 子程序、 數(shù)據(jù)傳送子程序等組成。制動力測量主程序 流程如圖 5所示。4 系統(tǒng)運行測試4. 1 靜態(tài)測試及誤差補償在車輛檢測站進行實測 , 該測試臺測量最大單輪 制動力為 3000daN (1daN =10N , 設 Y 為汽車制動 力 , X 為信號調理模塊輸出電壓值對應的 AD 碼 (傳感 器信號調理模塊輸出電壓為 010V, 對應的 AD 碼值 為 04095 用公式表示如下 :Y =kX +b式中 :k 為放大倍數(shù) ; b 為誤差補償值 。圖 5 制動力測量主程序流程圖Fig . 5 M ain fl owchart of braking 2f or

17、ce measure ment35汽車制動性能測試系統(tǒng)的研究與設計 陳廣秋 , 等 PR OCESS AUT OM AT I O N I NSTRU M ENTAT I O N Vol . 29No . 5M ay 2008 通過實測一組 Y 、 X 后 , 用最小二乘法即可求出 k 、b 。 采用砝碼標定來獲取 Y i 、 X i 的步驟為 :在杠桿的砝碼盤上加一標準砝碼 Y 1, 測得電壓值 V 1和 AD 碼值X 1, 接著在砝碼盤上加另一塊標準砝碼 Y 2, 測得電壓值 V 2和 AD 碼值 X 2, 通過此方法 , 可以依次測出從 03000daN 間的一組 Y i 和 X i 。經(jīng)

18、過制動力分段補償后的實測數(shù)據(jù)如表 1所示。表 1 實測數(shù)據(jù)Tab . 1 Practi ca l m ea sured da t a 參 數(shù) 數(shù) 據(jù)0. 010. 412. 053. 986. 007. 999. 97AD 碼值1216181210180522 從表 1, 測標定誤差最大為 ±5%的技 術指標。4. 2 動態(tài)測試和結果分析對 1. 1t 的捷達轎車進行兩次實測 (以 前軸為 例 , 結果如表 2所示 。表 2 兩次測試的數(shù)據(jù)Tab . 2 Da t a of two tests序號軸重/kg最大制動力/daN過程差最 大差值點/daN阻滯力 /daN制動率/%不平 衡

19、率/%左右左右左右左 右332310198230190224201466. 714. 8 由表 2比較兩組數(shù)據(jù)后可以看出 , 兩次測量結 果偏差較小 , 基本一致 , 表明系統(tǒng)重復性較好 , 有較 高的準確性和穩(wěn)定性 。5 結束語本文對檢測汽車制動力時車輪的受力情況進行 了詳細地分析 , 根據(jù)實際要求設計了制動力傳感器 信號調理模塊和速度信號調理模塊電路 , 針對車輪 受力特點設計了該套測試系統(tǒng) 。此系統(tǒng)在長春華港 機動車檢測中心投入運行后 , 測量結果理想 、 性能穩(wěn) 定可靠 、 操作方便 , 、 友好 , 通過了吉林 省技術監(jiān)督局的標定 , 。. G B 725822004機動車運行安全技S.2004:14-15.2白旭明 , 鐘國燾 , 杜新民 . 反力式滾筒制動實驗臺檢測制動力的分析 J .建筑機械 , 1998(1 :23-27.3張慧 , 黃署 , 王欽若 . 基于單片機的滾筒反力式汽車制動力檢測系統(tǒng) J .計算機應用 , 2004(6 :10-13.4王翔 , 王欽若 , 謝晨陽 . 一種汽車制動性能檢測儀的研制 J .傳感器技術 , 2004, 23(2 :24-26.5徐光泉 . 汽車制動試驗臺數(shù)據(jù)采集、 處理系統(tǒng)研制 D .長春 :吉林大學 , 2005.6黃繼昌 . 傳感器工作原理及應用實例 M.北京 :人民郵電出版