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1、 1.汽车制动试验台基本结构11.1驱动装置21.2滚筒装置31.3第三滚筒31.4测量装置41.5指示与控制装置52 汽车制动试验台的工作原理53 汽车制动试验台的力学分析64 汽车制动试验台主要装置参数的选择74.1主、从动滚筒参数的选择74.2第三滚筒参数的选择85.汽车制动试验台检测系统组成86.单片机的选择87.传感器与信号调理电路97.1主、从动滚筒参数的选择97.2制动力传感器107.3传输调理117.4车轮转速传感器127.5车辆到位传感器128.跑偏量的测量138.1编码器的选择148.2数据采集卡的选择149.汽车制动试验台检测系统的软件设计1510对卡丁车项目和这门课的感
2、想和体会1791滚筒反力式汽车制动试验台概述 汽车制动性能的检测是汽车检测的重点，目前应用较为广泛的是滚筒反力式汽车制动试验台，其测试条件固定、重复性好、结构简单、操作安全性能好，是我国各类检测站检测汽车制动性能的主要设备。1.汽车制动试验台基本结构 滚筒反力式汽车制动试验台的结构简图如图2-1所示。它由结构完全相同的左右两套车轮制动力测试装置和一套指示与控制装置组成。每一套车轮制动力测试装置由框架、驱动装置、滚筒装置、第三滚筒和测量装置等组成。1.1驱动装置：驱动装置由电动机、减速器和链传动机构组成，如图2-2电动机经过减速器内的蜗轮蜗杆和一对圆柱齿轮的两级传动后驱动主动主动滚筒又通过链传动
3、机构带动从动滚筒旋转。减速器输出轴与主动滚一轴，减速器壳体为浮动连接即可绕主动滚筒轴自由摆动。减速器的作速增矩，其减速比根据电动机的转速和滚筒测试转速确定。由于测试车滚筒转速也较低，因此要求减速器减速比较大，一般采用两级齿轮减速蜗轮蜗杆减速与一级齿轮减速。1.2滚筒装置：滚筒组相当于一个活动的路面，来承载被检的车辆，承受传递制动力。每套车轮制动力测试单元由左右一对直径相同的主、从动滚筒成。每个滚筒的两端分别用滚动轴承与轴承座支承在框架上，且保持两滚筒线平行。1.3第三滚筒：第三滚筒安装在弹簧支撑的浮动臂上，平时保持在最高位在检测时，被检车辆的车轮置于主、从动滚筒之间，同时压下第三滚筒并保持可靠
4、接触。当两个车轮制动测试单元的第三滚筒同时被压下时，通过开关和延时继电器的作用，两主动滚筒的驱动电机相继启动，同时带动主筒转动。主动滚筒带动车轮旋转，车轮又带动第三滚筒旋转，它们接触点速度相等。在第三滚筒上装有转速传感器。控制装置通过转速传感器即可被测车轮的转动情况。在第三滚上的转速传感器产生一个脉冲信号，送到系统，再换算成车轮的线速度。当被检车轮制动时，主动滚筒的线速度不三滚筒随车轮的线速度发生变化。当转速下降至接近抱死时，控制装置转速传感器送出的相应的脉冲信号使驱动电动机停止工作，主动滚筒停止，以防上滚筒剥伤轮胎并保护驱动电机。1.4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
5、杠杆一端与传感器连接，另一端与减速器壳体连接（减速器壳体为浮动连接，即可绕主动滚筒轴自由摆动），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、控制装置。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 测力传感器原理简化示意图1.5指示与控制装置：试验台的指示与控制装置主要由单片机、放大器、转换器、数字显示装置和打印机等组成，其控制框图如图2-6所示。从感器送来的电信号，经传输调理，放大滤波后，送往A/D转
6、换器转换成数，经单片机采集、存储和处理后，检测结果由数码管显示或打印机打印出2.汽车制动试验台的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，遮挡制动试验台光电开关，光电开关产生到位信号后输入计算机。此时车轮置于主、从动滚筒之间，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相反的等值反
7、作用力，在该反作用力形成的反作用力矩作用下，减速器壳体与测力杠杆一起向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传输调理及放大滤波后，送往A/D转换器转换成相应的数字量，经计算机采集、存储和处理后，检测结果由数码管显示或由打印机打印出来，打印格式与内容由软件设计而定。一般可以把左、右车轮最大制动力、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。 在制动过程中，当左、右车轮制动力和的值大于某一值(如5000N)时，计算机即开始采集数据，采集过程所经历时间是一定的(如3s)。经历了规定的采集时间后，计算机发出指令使
8、电动机停转，以防止轮胎被剥伤。在制动过程中，第三滚筒的转速信号由传感器转变成脉冲信号后输入控制装置，计算车轮与滚筒之间的滑移率。当滑移率达到一定值时，计算机发出指令使电动机停转。如车轮不驶离制动台，延时电路将电动机关闭3-5s后又自动起动。检测过程结束，车辆即可驶出制动试验台.3.汽车制动试验台的力学分析当汽车制动时，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F1 与 F2 (如下图所示)。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，通过测
9、量装置测量滚筒制动力矩的反力F1和F2的代数和，即为受检车轮的制动力的值。车轮与主、从动滚筒都保持接触是制动测试的初始状态，称为稳定状态。检测时，滚筒的线速度(25km/h)很低，略去制动时车轮的惯性力矩和滚动阻力矩，平衡方程为： 其中，式中：N2，N1主、从动滚筒作用于车轮的法向力； F2，F1主、从动滚筒作用于车轮的切向力； FN 非测试轴(其轮与地面附着)对测试车轮的水平作用力；GN 轮载质量的重力载荷； M T车轮所受制动力矩； R 车轮半径； 安置角； L 滚筒中心距；r 滚筒半径。若车轮与滚筒间的附着系数得到充分利用，且均为，则 F1 、 F 2的最大值分别为F1 max=N1，F
10、 2 max=N2 ，代入方程组(2-1)解得：车轮所受最大制动力为：4.汽车制动试验台主要装置参数的选择 4.1主、从动滚筒参数的选择 在这里滚筒的选择与他要储存的能量的大小有关，这里车速为20km/h即5.56m/s，车重为150kg，所以滚筒旋转所储存的能量为：由上面两个式子可以得出单个滚筒的尺寸符合：又由于制动试验台采用滚筒中心距不可调式，因此减小滚筒直径，可使车轮在试验台上的安置角增大，增加试验台的稳定性，提高车轮与滚筒间的附着力，节省驱动电机功率。但滚筒直径不能过小，否则车轮的滚动损耗将明显增加，一般为100200mm。综上所述，本汽车制动试验台选取的滚筒直径为120mm，滚筒长度
11、为425mm，滚筒采用的是铁质的。4.2第三滚筒参数的选择 第三滚筒在制动过程中不承受载荷，所以对其直径无特别要求。但考虑到第三滚筒的转速直接影响到测试的精度，故第三滚筒的直径最好为主动滚筒的1/31/5，这样就使第三滚筒的转速不致过高。本试验台选用的第三滚筒的直径为60mm，长度等于主动滚筒的长度。 5.汽车制动试验台检测系统组成 制动试验台检测系统采用两级结构，分为上位管理机和下位测控机。上位管理机为普通台式计算机，它的任务分为两类：一类是管理任务，完成车辆检测报表的部分数据录入(如车主、车号、车型等信息的输入)、数据处理、检测参数存储、检测信息查询及检测报表统计与打印等；另一类是控制下位
12、机，上位机接收到输入的车型、检测类型、待测项目等数据信息后，根据下位机的当前状态和现有工作状况，向下位机发送命令，然后等待下位机检测结果，待所有检测结果全部送到管理机后，上位机就对各项数据进行分析，并给出总体结果下位机由单片机、传感器及信号调理电路、继电器控制单元、检测指示装置等部分组成，控制车辆检测过程，并进行采样和处理数据。制动试验台检测系统结构如图所示。6.单片机的选择 根据检测功能的要求，单片机系统完成信号检测、数据处理、数据输入、自动测试、数据通信等功能。AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含8K字节的可反复擦写的只读程序存储器(EPROM
13、)和256字节的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机适合于许多较为复杂的控制应用场合AT89C52提供以下标准功能：8K字节Flash闪速存储器2，56字节内部RAM，32位I/O口线，3个16位定时器/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内晶振及时钟电路。同时，AT89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持两种软件可选择的省电模式。空闲方式下，CPU停止工作，但允许RAM、定时器/计数器、串行
14、通信口及中断系统继续工作。在掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，禁止其它所有部件工作直到下一个中断或硬件复位。7.传感器与信号调理电路本系统所用传感器主要有制动力、称重、车轮转速及车辆到位等传感器。为防止信号间相互干扰，各个信号模拟地线单独连接，最后在下位机机箱汇合7.1 汽车轴重、制动力传感器的选用 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。为此滚筒反力式制动试验台还必须装有轴重测量装置，其称重传感器通常安装在每一车轮测试单元框架的4个支承脚处。本系统选用的轴重传感器为HT-305剪切悬臂梁式测力称重传感器。悬臂梁式传感
15、器为一端固定，一端加载的悬臂梁式结构。具有外形高度低，结构强度高，防尘密封性好，量程范围广，精度高，性能稳定可靠，抗偏、抗侧向能力强，安装使用方便的特点。主要技术指标参数如表3-1所示。传感器结构图如图3-3所示。7.2制动力传感器本系统选用的测量制动力传感器为MCL-S系列S式拉压力传感器。测量范围宽，抗偏载能力强，高精度，低温漂，尤其适用于一些要求精度高的工业测量系统。因其高度可靠性及密封设计，即使在恶劣环境下，仍能长时间连续工作。主要技术指标参数如表3-2所示。传感器结构图如图3-4所示。7.3传输调理 在汽车制动力检测中，检测精度受到诸多因素的影响，其中压力传感器信号的变送与远距离的传输处理是影响信号精确度的重要因素之一，为使信号在传输过程中具有较强的抗干扰能力，以保证信号的准确性，一般要对传感器信号进行转换处理。常用的压力传感器信号处理方法有两种：(1)将信号转变为电压信号，直接以电压形式进行信号传送，再通过补偿后将电压值送入A/D转换以得到压力值；(2)将压力传感器信号转换成电流信号，以电流形式进行传输，再对电流进行隔离、放大、补偿处理转换为
