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1、 汽车行业 汽车制动试 验台数据采集处理系统研 制 摘 要 本文主要研究内容是汽车检测线制动工位测控系统的研制 GB7258 2007 机动车运行安全技术条件 中对汽车制动系统提出了主要技术条件 规定 了台式检验制动性能的检测项目及相关标准 根据要求设计了总体方案 根据 检测实际环境和技术要求具体设计了系统硬件和软件 首先 在确立了对汽车制动性能参量检测及控制的总体方案后 根据各个 参量的特点设计了硬件检测电路 第二部分对软 硬件的可靠性设计 抗干扰 措施等方面进行了研究 第三部分研究了本系统所采用的数据处理方法 包括 FIR 数字滤波算法 最后一部分对制动力测控系统进行了系统调试和性能试验
2、用前面提到的数据处理方法处理实验数据结果达到预期要求 关键词 汽车制动性 测控检测系统抗干扰 数字滤波 FIR ABSTRACT This thesis designs automobile braking performance inspecting and control system Some primary technical qualification of automobile braking has been brought forward in inspecting item and correlate criterion of table inspection braking
3、 performance has been prescripted in it The hardware and software are designed according to practical need In order to restrain the noise the design of hardware anti interference and digital filter is necessary Firstly establishing the blue print of auto braking performance inspecting and control sy
4、stem the hardware has been designed according to the characteristic of the parameter The second part is the software and hardware reliability and anti jamming has been researched The third part is about data processing method including digital filtering arithmetic and data synthesizing technical suc
5、h as FIR digital filtering In the last part we did some system debug and performance test to braking inspecting system According to the data gained by using the technical we said just now Key Words automobile braking performance inspecting system digital filtering Finite Impulse Response 目 录 第一章 绪 论
6、 1 1 1 本课题研究的目的及意义 1 1 2 本课题研究的主要内容 1 第二章 制动试验台检测系统的设计 2 2 1 检测系统结构 原理及方案 2 2 1 1 制动工作试验台的工作原理 2 2 1 2 汽车制动性能检测相关标准 3 2 2 设计方案 3 2 3 输入模块的设计 4 2 3 1 力传感器信号处理电路 4 2 3 2 速度传感器信号处理电路 7 2 4 输出模块设计 11 2 5 系统软件设计 11 第三章 系统抗干扰设计 14 3 1 干扰的形成 14 3 1 1 干扰源 14 3 1 2 耦合方式 14 3 2 硬件抗干扰措施 14 3 2 1 供电系统的抗干扰措施 14
7、3 2 2 接地系统的抗干扰措施 15 3 2 3 针对电磁场耦合及辐射干扰而采取的措施 15 3 2 4 接口电路的抗干扰措施 15 3 3 用软件消除干扰的方法 16 3 3 1 软件抗干扰的提出 16 3 3 2 软件抗干扰的特点 16 3 3 3 设计合适的数字滤波程序 16 3 3 4 提高系统的容错能力 16 3 4 总结 17 第四章 数字处理方法研究 18 4 1 曲线拟合 18 4 1 1 拟合曲线的优化算法 19 4 1 2 拟合曲线的优化算法 19 4 1 3 段拟合函数的构造 20 4 14 段拟合函数的构造 20 4 15 优化后制动力曲线 21 4 2 FIR 数字
8、滤波器的设计 21 4 2 1 FIR 结构简介 21 4 2 2窗函数的选择及程序框图 22 第五章 系统调试 23 5 1 制动过程分析 23 5 2 系统调试 23 5 2 1 静态调试 23 5 2 2联机仿真调试 24 5 3 系统标定 24 5 3 1 标定实验 24 5 3 2制动台数据处理 25 结 论 26 参 考 文 献 27 致 谢 28 第一章 绪 论 1 1 本课题研究的目的及意义 机动车制动性能是安全检测的重点检测项目之一 据调查 在机动车发生 的交通事故中由于制动不良占有很大的比重 可见机动车必须具备良好的制动 性能才能保证行驶安全 同时也只有在此条件下才能提高行
9、驶速度和运输生产 率 因此我们应该高度重视机动车的制动性能 必须经常对制动系统进行检验 和调整 随着电子技术和机械加工工业的发展 在传统检测方法的基础上 逐步发 展成现代汽车诊断与检测技术 汽车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汽车技术状况 是以工程数学 故障物 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 汽车检测对于保证交通安全 加强环境保护 提高运输能力和降低生 产成本都具有重要意义 因此选择汽车性能检测作为研究课题是很有现实意义 的 1 2 本课题研究的主要内容 本文的研究工作分为三部分 第一部分是汽车制动性测控系统
10、的设计 在确立了对汽车制动性能参量检 测及控制的总体方案后 根据各个参量的特点设计了硬件检测电路 并介绍了 各个部分的工作原理 最后根据检测项目和功能要求设计了软件 第二部分讨论了对系统抗干扰和滤波的问题 介绍了在线检测系统中干扰 信号和噪声的排除和抑制的若干途径 提到了在本系统中如何解决系统中抗干 扰和滤波方法 第三部分是系统调试部分 本文的主要工作 1 完成汽车制动性能整个检测系统硬件部分的设计 传感器信号处理电路 的设计 2 完成 FIR 算法 设计 FIR 滤波器 3 对系统制动过程进行分析及调试 第二章 制动试验台检测系统的设计 2 1 检测系统结构 原理及方案 2 1 1 制动工作
11、试验台的工作原理 滚筒反力式制动试验台由结构相同的左右两套车轮制动力测试单元和一套 指示装置组成 每套车轮制动力测试单元由驱动装置 滚筒组 第三滚筒 测 量装置等构成 其结构简图如图 2 1 所示 1 电动机 2 减速箱 3 压力传感器 4 滚筒 5 第三滚筒 6 光电传感器 7 链传动 8 测量指示仪表 图 2 1 滚筒反力式制动试验台 制动力测量装置主要由测力杠杆和应变测力传感器组成 测力杠杆一端与 传感器连接 另一端与减速器壳体连接 进行汽车制动力检测时 将被检汽车 驶上制动试验台上 车轮置于主 从动滚筒之间 压下第三滚筒 起动电动机 经减速器 链传动和主 从动滚筒带动车轮转动 被测车轮
12、制动时 测力杠杆 与减速器壳体将一起绕主动滚筒轴线摆动 传感器将测力杠杆传来的 与制动 力大小成正比的力转换成相应电信号后输送给后继处理装置 当车轮速度下降 20 时 计算机发出指令使电动机停转 1 2 汽车制动性测量参量包括 车轮阻滞力 制动力和检测 制动力平衡检测 制动协调时间检测 驻车制动力检测 因此汽车制动性参量测量的技术指标主 要是力学参量测量的技术指标 其内容如下 2 1 制动力最大测试范围 0 30000N 2 踏板力最大测试范围 0 1000N 3 零值误差不超过 0 1 FS 4 制动力不大于 4 FS 的 不超过 0 4 5 制动力大于 4 FS 的 不超过 5 6 左右制
13、动力示值间差 当制动力不大于 4 FS 时不超过 5 当制动 力大于 4 FS 时不超过 3 7 自动关机时 其第三滚筒在自动关机时的线速度值应为主滚筒线速度值 的 70 90 根据所规定的技术指标 本系统制动力测量采用的力传感器为 0 05 级 万 分之五 BHR 系列悬臂梁式高精度测力传感器 量程为 0 50000N 供电电 压 DC9V DC15V 输出信号 1 5 20mV 由此可见 传感器的选择足以满 足所需的测量精度 2 1 2 汽车制动性能检测相关标准 GB7258 2007 机动车运行安全技术条件 中对汽车制动系统提出了主 要技术条件 规定了台式检验制动性能的检测项目及相关标准
14、 制动性能台式 检验的技术要求如下 1 制动性能台式检验车轴制动力的要求见表 2 1 2 制动力平衡要求 在制动力增长的过程中 左 右轮制动力差与该轴左 右轮中制动力大者 之比对前轴不得大于 20 对后轴不得大于 24 3 车轮阻滞力 汽车和无轨电车车轮阻滞力均不得大于该轴轴荷的 5 4 制动协调时间 是指从驾驶员踩下制动踏板的瞬间作为起始点 直至制动力与轴荷之比达 到标准规定值的 75 时为止 单车不得大于 0 6s 汽车列车不得大于 0 8s 表 2 1 台式检验制动力要求 制动力总和与整车质量的百 分比 车辆类型 空载满载 前轴制动力与 轴荷的百分比 汽车 汽车 列车 60 50 60
15、2 2 设计方案 由前面介绍的汽车在制动试验台上测试制动性的原理以及制动性参量检测 的技术指标可知 实时性 测量数据的准确性 控制的可靠性和强抗干扰能力 是系统设计的关键 15 本测试系统由工控机结合单片机完成数据采集和控制等功能 传感器信号 经过处理后送 A D 转换 向单片机传送数据 以便与 PC 机通信 工控机通过 I O 来控制试验台的启动和停止 总体结构方案如图 2 2 所示 图 2 2 系统总体结构方案 2 3 输入模块的设计 2 3 1 力传感器信号处理电路 由上面的分析可以得到力传感器信号测量的技术方案如图 2 3 所示 力力传传感感 器器信信号号 A D 转转换换 隔隔离离
16、放放大大 I V变变换换V I变变换换模模拟拟通通道道 图 2 3 压力传感器信号处理框图 3 1 V I 电路的设计 V I 转换器的一个功能是把输入的电压信号转换成与之成正比例的电流信 号输出 实现电压电流变换 另一个功能是 若输入信号电 压不变 则输出电 流恒定 此时的 V I 转换器就是一个恒流源 集成运算放大器型接地负载 V I 转换器的电路 如图 2 4 所示 为运算放大器 一般是中功率晶体管 和为输入电阻 和为输入反馈电阻 为限流电阻 为电流反馈采样电阻 是负载电阻 为输入电压 0 20 为输出 电流 0 20 图 2 4 0 20 电压转换成 0 20 电流的转换器 该电路中采样电阻浮置而负载电阻接地 因浮置故需两个输入反馈电阻和 常规的输入反馈电阻用于电流采样 而接到的另一端用以提供被转换的电压 若不用 则和均成为采样电阻 输出电流就和有关 不是恒流源 集成运算放 大器接成深反馈同相放大器 同时存在正 负两种反馈 由于改变时 点电位 变化比点大 反馈的净效应仍然为负 由于运算放大器的输入阻抗很高 反馈 采样电阻采到的电流信号 以电压的形式加到运算放大器的输入端 且极性
