西南交大測試技術(shù)基礎(chǔ)論文

1、汽車制動性檢測姓名：1班級：1學(xué)號：1汽車制動性檢測背景汽車制動性是汽車主動安全性的主要性能之一，它直接影響汽車速度性能的發(fā)揮，關(guān)系到乘員、車輛和行人的安全，是汽車安全行駛的基本保障。汽車若沒有優(yōu)良的、可靠的制動性，再好的動力性、再好的道路也都不能發(fā)揮其效能，收不到快速、高效運輸?shù)纳鐣б妗Ｒ虼?，汽車制動性受到制造廠、使用者、維修和管理人員的高度重視，對汽車制動性提出了越來越嚴(yán)格的法規(guī)性要求。汽車制動性是由汽車制動裝置（制動和減速系統(tǒng)）的各結(jié)構(gòu)參數(shù)確立的，通過制動過程輸出特性參數(shù)顯示出來。表征制動性的特性參數(shù)主要是制動效能、制動效能的穩(wěn)定性和制動是汽車的方向穩(wěn)定性。我國GB7258規(guī)定制動性檢

2、測可用平板式檢驗臺，也可使用滾筒式檢驗臺，未對臺架結(jié)構(gòu)參數(shù)提出要求，這樣用于制動性檢測的臺架就各種各樣，但都?xì)w屬于平板式和滾筒式。這是按制動檢驗臺檢測時支撐受檢車輪方式的一種分類。檢驗時受檢車輪由平板支撐的，稱為平板式制動檢驗臺（平板臺），由滾筒支撐的稱為滾筒式制動檢驗臺（滾筒臺）。【2】各國使用的汽車制動檢驗臺也都可歸類為平板式或滾筒式。而根據(jù)制動臺檢測制動性的原理，又可將制動臺分為慣性式制動檢驗臺（慣性臺）和反力式制動檢驗臺（反力臺）兩類。1.滾筒反力式制動檢驗臺：汽車制動性能的檢測是汽車檢測的重點，目前應(yīng)用較為廣泛的是滾筒反力式汽車制動試驗臺，其測試條件固定、重復(fù)性好、結(jié)構(gòu)簡單、操作安全

3、性能好，是我國各類檢測站檢測汽車制動性能的主要設(shè)備。1.1結(jié)構(gòu)原理簡圖目前市場上的滾筒反力式汽車制動試驗臺的結(jié)構(gòu)簡圖如下圖所示。它由結(jié)構(gòu)完全相同的左右兩套車輪制動力測試裝置和一套指示與控制裝置組成。每一套車輪制動力測試裝置由框架、驅(qū)動裝置、滾筒裝置、第三滾筒和測量裝置等組成。1.2制動力測量原理：滾筒臺制動力測量原理，如圖所示。制動力測量裝置由測力杠桿5和傳感器4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。減速器殼與驅(qū)動電機殼連成一體，驅(qū)動電機3的電樞軸與減速器的輸出軸同軸，通過殼體兩端面的支承軸頸經(jīng)滾動軸承及軸承座支承在框架上（圖中未繪出），減速器殼與驅(qū)動電機殼成為浮動連接，即可

4、繞殼體支承軸線自由擺動。檢測時，電機3經(jīng)減速器驅(qū)動滾筒2低速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的滾筒帶動受檢車輪1旋轉(zhuǎn)。當(dāng)踩下制動踏板時，制動器的摩擦力矩是受檢車輪增加對滾筒2 的旋轉(zhuǎn)阻力，而電機驅(qū)動的滾筒隨之增大對車輪周緣作用的切向力克服車輪制動器的摩擦力矩（制動力矩），推動車輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動。與此同時，車輪對滾筒表面切線方向附加一個與滾筒切向推力大小相等、方向相反的反作用力也隨之增加。在此反作用力形成的力矩作用下，電機減速器殼體及與之連接的測力杠桿一起就朝滾筒轉(zhuǎn)動的反方向擺動。測力杠桿一端的力就經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成語制動力大小成比例的電信號輸送至制動臺的控制系統(tǒng)6，信號經(jīng)放大濾波后，送至A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量，級經(jīng)計

5、算機采集、存儲、處理后，檢測結(jié)果就由數(shù)碼管顯示或打印輸出?！?】1.3受檢車輪受力圖當(dāng)汽車制動時，各軸車輪都產(chǎn)生制動效應(yīng)。受檢軸車輪將對滾筒產(chǎn)生制動阻力，滾筒則對車輪作用反作用力F1 與 F2 (如下圖所示)。驅(qū)動滾筒的電機功率是根據(jù)車輪對滾筒的最大制動力和滾筒的線速度選擇的，它足以克服車輪制動時的阻力。在整個制動過程中，滾筒對車輪的反作用力與車輪的制動力相平衡。因此，通過測量裝置測量滾筒制動力矩的反力F1和F2的代數(shù)和，即為受檢車輪的制動力的值。車輪與主、從動滾筒都保持接觸是制動測試的初始狀態(tài)，稱為穩(wěn)定狀態(tài)。檢測時，滾筒的線速度(25km/h)很低，略去制動時車輪的慣性力矩和滾動阻力矩，平衡

6、方程為： 其中，式中：N2，N1主、從動滾筒作用于車輪的法向力； F2，F(xiàn)1主、從動滾筒作用于車輪的切向力； FN 非測試軸(其輪與地面附著)對測試車輪的水平作用力；GN 輪載質(zhì)量的重力載荷； M T車輪所受制動力矩； R 車輪半徑； 安置角； L 滾筒中心距；r 滾筒半徑。若車輪與滾筒間的附著系數(shù)得到充分利用，且均為，則 F1 、 F 2的最大值分別為F1 max=N1，F(xiàn) 2 max=N2 ，代入方程組(2-1)解得：車輪所受最大制動力為： 1.4滾筒反力式制動臺的優(yōu)點和不足：滾筒反力式的制動試驗臺其測試條件固定、重復(fù)性好、結(jié)構(gòu)簡單、操作安全性能好，課檢測車輪阻滯力和駐車制動力。滾筒反力式

7、制動臺是靜態(tài)檢測，不能檢測汽車動態(tài)制動狀況（軸荷轉(zhuǎn)移）下的制動力，尤其是用于檢測轎車前軸制動力；在結(jié)構(gòu)上的制約，一次只能檢測一軸車輪的制動力。2.1總體構(gòu)造 2.1.1驅(qū)動裝置：驅(qū)動裝置由電動機、減速器和鏈傳動機構(gòu)組成，如圖2-2電動機經(jīng)過減速器內(nèi)的蝸輪蝸桿和一對圓柱齒輪的兩級傳動后驅(qū)動主動主動滾筒又通過鏈傳動機構(gòu)帶動從動滾筒旋轉(zhuǎn)。減速器輸出軸與主動滾一軸，減速器殼體為浮動連接即可繞主動滾筒軸自由擺動。減速器的作速增矩，其減速比根據(jù)電動機的轉(zhuǎn)速和滾筒測試轉(zhuǎn)速確定。由于測試車滾筒轉(zhuǎn)速也較低，因此要求減速器減速比較大，一般采用兩級齒輪減速蝸輪蝸桿減速與一級齒輪減速。減速器鏈連接2.1.2滾筒組：滾

8、筒組相當(dāng)于一個活動的路面，來承載被檢的車輛，承受傳遞制動力。每套車輪制動力測試單元由左右一對直徑相同的主、從動滾筒成。滾筒都是用鋼管制作，經(jīng)滾筒軸承固裝在機架上，兩滾筒軸線互相平行，其中與電機連接的滾筒稱為主動滾筒，另一滾筒稱為從動滾筒。主動滾筒通過鏈傳動帶動從動滾筒旋轉(zhuǎn)。滾筒表面有涂覆層，其中以細(xì)石英砂構(gòu)成的涂覆層占主導(dǎo)。2.1.3第三滾筒： 第三滾筒作為一種保護(hù)測得最大動力、自動停機裝置在國內(nèi)的制動臺產(chǎn)品上已廣泛應(yīng)用。 如圖所示，第三滾筒既可自轉(zhuǎn)，又可借支臂上下擺動，平時由彈簧使其保持在最高位置；檢測時，受檢車輪將其壓下，支臂彈簧就使第三滾筒與車輪保持可靠接觸，受檢車輪便帶動第三滾筒一道滾

9、動。第三滾筒上設(shè)有轉(zhuǎn)速傳感器，聽過車速傳感器發(fā)出的信號就可獲知受檢車輪的轉(zhuǎn)動狀況。當(dāng)受檢車輪制動，轉(zhuǎn)速下降至接近抱死時，制動臺控制系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器發(fā)出的相應(yīng)信號便立即停止驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，截斷主動滾筒的動力，以防主動滾筒繼續(xù)轉(zhuǎn)動剝傷車輪胎和保護(hù)電機。 當(dāng)受檢車輪未制動減速之前，滾筒、受檢車輪和第三滾筒的線速度是等同一致的。因此，在受檢車輪制動減速后，就會相對主動滾筒產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)，第三滾筒的線速度卻與受檢車輪一致，這樣依據(jù)第三滾筒的線速度便可確定受檢車輪制動減速時的轉(zhuǎn)動狀況，計算出受檢車輪的滑移率。當(dāng)實際檢測過程，受檢車輪的滑移率達(dá)到設(shè)定值時，控制系統(tǒng)立即切斷主動滾筒的動力，不讓主動滾筒繼續(xù)轉(zhuǎn)動，以保

10、護(hù)受檢車輪。2.1.4測量裝置：制動力測試裝置主要由測力杠桿和傳感器組成。測力杠桿一端與傳感器連接，另一端與減速器殼體連接（減速器殼體為浮動連接，即可繞主動滾筒軸自由擺動），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（或繞減速器輸出軸、電動機樞軸）軸線擺動。傳感器將測力杠桿傳來的、與制動力成比例的力（或位移）轉(zhuǎn)變成電信號輸送到指示、控制裝置。測力傳感器受力點受力的大小與滾筒表面制動力的關(guān)系為：滾筒表面制動力（N）=測力傳感器受力(N)×測力臂水平長度÷滾筒半徑 測力傳感器原理簡化示意圖2.1.5控制、顯示裝置以及工作流程： 近代返利臺局帶有計算機，這話總代計算機的反

11、力臺的控制。顯示裝置主要由計算機、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字顯示器和打印機等組成。返利臺沒有信號反饋控制要求，控制限號也是較簡單的開關(guān)信號，主要是對信號進(jìn)行采集、處理、顯示、因此控制。顯示系統(tǒng)的軟、硬件相對簡單。如下圖。上圖為工作流程2.2.汽車制動試驗臺主要裝置選擇 2.2.1主、從動滾筒參數(shù)的選擇 在這里滾筒的選擇與他要儲存的能量的大小有關(guān)，這里車速為20km/h即5.56m/s，車重為150kg，所以滾筒旋轉(zhuǎn)所儲存的能量為：由上面兩個式子可以得出單個滾筒的尺寸符合：又由于制動試驗臺采用滾筒中心距不可調(diào)式，因此減小滾筒直徑，可使車輪在試驗臺上的安置角增大，增加試驗臺的穩(wěn)定性，提高車輪與滾筒

12、間的附著力，節(jié)省驅(qū)動電機功率。但滾筒直徑不能過小，否則車輪的滾動損耗將明顯增加，一般為100200mm。綜上所述，本汽車制動試驗臺選取的滾筒直徑為120mm，滾筒長度為425mm，滾筒采用的是鐵質(zhì)的。2.2.2第三滾筒參數(shù)的選擇 第三滾筒在制動過程中不承受載荷，所以對其直徑無特別要求。但考慮到第三滾筒的轉(zhuǎn)速直接影響到測試的精度，故第三滾筒的直徑最好為主動滾筒的1/31/5，這樣就使第三滾筒的轉(zhuǎn)速不致過高。本試驗臺選用的第三滾筒的直徑為60mm，長度等于主動滾筒的長度。 2.2.3車輪轉(zhuǎn)速傳感器 制動力測試時，主、從動滾筒、車輪和第三滾筒的速度變化如圖3-12所示，圖中V1 V2 V3 V4 均

13、為線速度當(dāng)電機啟動至主動滾筒轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，汽車制動踏板未踩下時，主、從動滾筒、車輪和第三滾筒的線速度應(yīng)相等，即：V1 = V2 = V3 = V4 當(dāng)踩下制動踏板時，主動滾筒的速V4 由于是由驅(qū)動電機帶動的，所以它的線速度不變，而車輪的線速度由于汽車制動系的作用而降低變?yōu)閂1 ，同時第三滾筒的線速度變?yōu)閂3 ，因為第三滾筒是由車輪帶動的，所以有 V1=V3 ，故測量第三滾筒的轉(zhuǎn)速即可測得車輪的轉(zhuǎn)速。2.2.4車輛到位傳感器 在汽車制動試驗臺檢測開始前，制動試驗臺要首先確定車輛是否到位，本系統(tǒng)選用對射式光電開關(guān)來檢測車輛的當(dāng)前位置。對射式光電開關(guān)包含了在結(jié)構(gòu)上相互分離且光軸相對放置的發(fā)射端和接收端，

14、發(fā)射端發(fā)出的光線直接進(jìn)入接收端，當(dāng)被檢測物體經(jīng)過發(fā)射端和接收端之間且阻斷光線時，光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號。當(dāng)檢測物體為不透明時，對射式光電開關(guān)是最可靠的檢測裝置 。發(fā)射端的光電開關(guān)有兩根線，只要供上12V240V直流或24V240V的交流電即可正常工作。正常工作的表現(xiàn)為：光電開關(guān)上的紅色指示燈亮。接收端有五根線，其中兩根線的顏色和發(fā)射端的兩根線的顏色一樣為電源供電線，另外三根線中有一根為公共端(檢測線上接+5V電源)，一根為常開端，一根為常閉端，視光電開關(guān)的型號而定用常開或常閉觸點將5V的電源提供給單片機?！?】當(dāng)電源工作正常的情況下，把發(fā)射端和接收端對在一條線上后，兩端的光電開關(guān)指示燈全亮，

15、否則是接收端的指示燈不會亮，正常檢測時兩個光電開關(guān)上的指示燈應(yīng)該全亮，當(dāng)車輛駛上檢測臺或駛?cè)胍?guī)定位置時，接收端的光電開關(guān)指示燈滅，將公用端和常開端導(dǎo)通，把5V電源傳入單片機上，單片機接收信號后確認(rèn)車輛到位，開始執(zhí)行檢測程序本制動試驗臺采用兩對對射式光電開關(guān)的布置形式。當(dāng)車輛駛?cè)胫苿釉囼炁_時，只有當(dāng)車輪把兩對光電開關(guān)的光線都擋住時，系統(tǒng)才確定車輛已到位，只擋住其中一個光電開光的光線或都沒被擋住時，則認(rèn)為沒有到位，檢測程序?qū)⒉焕^續(xù)執(zhí)行下去。車輛到位及未到位示意圖如下圖所示。2.2.5 光柵傳感器 光柵尺是利用光的透射、 衍射現(xiàn)象制成的光電檢測元件， 也稱光電脈沖發(fā)生器。它主要由標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭

16、兩部分組成。光柵讀數(shù)頭是由光源、 透鏡、 指示光柵、 光敏元件和檢測電路組成的。 （ ）標(biāo)尺光柵和指示光柵 標(biāo)尺光柵和指示光柵是刻有均勻密集線紋的透明玻璃片或長條形金屬鏡面， 通常， 標(biāo)尺光柵固定在機床活動部件上（如工作臺或絲杠上）。同一光柵檢測裝置，其標(biāo)尺光柵和指示光柵的線紋密度必須相等。這些線紋相互平行， 線紋之間的距離相等， 該間距稱為柵距， 柵距是決定光柵性質(zhì)的基本參數(shù)。 圖6-17 光柵讀數(shù)頭的組成原理圖 （2）光柵讀數(shù)頭 光柵讀數(shù)頭裝在傳感器部分的固定部件上。圖6-17為光柵讀數(shù)頭的組成原理圖。當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動時， 標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭產(chǎn)生相對移動。讀數(shù)頭光源采用白熾燈泡， 白熾燈泡發(fā)出

17、輻射光線， 經(jīng)過透鏡后變?yōu)槠叫泄馐?照射光柵尺。光敏元件接收透過光柵尺的光強信號， 并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號 （3）摩爾條紋 光柵讀數(shù)是利用摩爾條紋的形成原理進(jìn)行的。摩爾條紋形成原理如圖 將指示光柵和標(biāo)尺光柵疊合在一起， 中間保持0.010.1的間隙， 并使指示光柵和標(biāo)尺光柵的線紋相互交叉保持一個很小的夾角 ， 如圖所示。當(dāng)光源照射光柵時， 在 a-a線上，兩塊光柵的線紋彼此重合， 形成一條橫向透光亮帶； 在 b-b線上， 兩塊光柵的線紋彼此錯開， 形成一條不透光的暗帶。這些橫向明暗相間出現(xiàn)的亮帶和暗帶就是摩爾條紋。兩條暗帶或兩條亮帶之間的距離叫摩爾條紋的間距 ， 設(shè)光柵的柵距為 ， 兩光

18、柵線紋的夾角為， 因為夾角 很小， 所以可近似認(rèn)為sin (/2 )/2， 則摩爾條紋的間距 B、 光柵的柵距 以及兩光柵線紋的夾角三者之間的關(guān)系為：B W/由上式可知， 越小，B越大， 相當(dāng)于把柵距 W 擴(kuò)大了1/ 倍后， 轉(zhuǎn)化為摩爾條紋間距 B。例如： 柵距 W0.01， 夾角=0.001rad， 則摩爾條紋的間距 B=1 0。這說明， 不需要復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)和電子系統(tǒng)處理， 就可以把光柵的柵距 放大1000倍并轉(zhuǎn)變成橫向移動的摩爾條紋。不難理解， 如果兩塊光柵相對移動一個柵距， 則光柵某一固定點的光強按明暗明規(guī)律變化一個周期， 即摩爾條紋移動了一個摩爾條紋的間距。因此， 光電元件只要讀出移

19、動的摩爾條紋數(shù)目， 就可以知道光柵移動了多少柵距， 也就知道了運動部件的準(zhǔn)確位移量。工作特點 光柵尺是數(shù)控機床常用的檢測元件， 具有精度高、 響應(yīng)速度較快等優(yōu)點， 是一種非接觸式檢測裝置。但它對外界環(huán)境條件要求高， 使用時應(yīng)注意加強維護(hù)和保養(yǎng)。2.3信號處理傳感器信號處理方法可有兩種方法：1、將信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，直接以電壓形式進(jìn)行信號傳送，再通過補償后將電壓值送入AD轉(zhuǎn)換以得到壓力值；2、將傳感器信號轉(zhuǎn)換成電流信號，以電流形式進(jìn)行傳輸，再對電流進(jìn)行隔離放大補償處理轉(zhuǎn)換為電壓輸出。A/D 轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時傳送給單片機進(jìn)行處理。2.4編碼器的選擇編碼器是將信號或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設(shè)備。 根據(jù)其刻度方法及信號輸出形式，分為增量式編碼器和絕對式編碼器。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)