卡丁車制動性能檢測平臺設(shè)計_圖文

1、 卡丁車制動性能檢測平臺設(shè)計 姓名：王 峰班級：車輛一班學(xué)號：20101634指導(dǎo)教師：傅 攀第一章汽車制動性能檢測技術(shù)現(xiàn)狀1.1滾筒反力式制動檢測臺工作原理：將車輛開到檢測臺上，使車輪處于每對滾筒之間，滾筒在電動機驅(qū)動下帶動車輪轉(zhuǎn)動，相當(dāng)于車不動，路以一定速度移動。然后對車輪采取制動，車輪的制動力作用在滾筒上，該力的方向與滾筒的轉(zhuǎn)動方向相反，此時，與滾筒相連的減速器（扭力箱）在反作用力矩的作用下發(fā)生一定程度的翻轉(zhuǎn)，通過測力裝置，便可測量、顯示出制動力的數(shù)值。因所測的制動力的方向與滾筒的轉(zhuǎn)動方向相反，故稱之為滾筒反力式制動試驗臺。 滾筒反力式汽車制動試驗臺結(jié)構(gòu)簡圖 1. 壓力傳感器 2. 傳力

2、杠桿 3. 減速器 4. 主動滾筒 5. 從動滾筒 6. 電動機 7. 車輪測力杠桿與減速器殼體連接方式圖1.2平板式制動檢測臺工作原理：被檢汽車以510km/h的速度駛上該測試平板時，駕駛員迅速踩下制動踏板，使各車輪分別在每塊制動、軸重懸架測試板上停住。此時測試平板將汽車制動時的前沖慣性力（數(shù)值與汽車制動力相等）和測試平板承受荷重變化分別傳遞給平板下的拉力傳感器和壓力傳感器，即壓力傳感器和拉力傳感器分別用于測量在制動過程中被檢車輪作用于測試平板上的垂直力和水平分力。測量儀表通過對垂直力隨時間的變化曲線進行處理和分析，除了得到被檢車輪的軸重外，還可獲知車身的振動情況，從而判斷被測車輪懸架的技術(shù)

3、情況。而對水平力隨時間的變化曲線的處理和分析，可得出各車輪制動力、軸制動力、軸動力平衡、全車制動力和制動協(xié)調(diào)時間、制動釋放時間等測試結(jié)果，然后顯示測試結(jié)果和各車輪制動力隨時間的變化曲線。 平板式制動檢測臺1.3慣性式滾動檢測試驗臺工作原理：檢測時，由被檢汽車的驅(qū)動輪驅(qū)動后滾筒旋轉(zhuǎn)，并經(jīng)過電磁離合器，花鍵軸，變速器和差速器帶動前滾筒即汽車前輪一起旋轉(zhuǎn)。此時，按被檢車輛行駛時的慣性等效質(zhì)量配置的飛輪也一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)車輪制動后，滾筒及飛輪在慣性力矩作用下繼續(xù)轉(zhuǎn)動，滾筒轉(zhuǎn)動圈數(shù)與其周長的乘積相當(dāng)于車輪的制動距離。在規(guī)定制動初速度下，滾筒繼續(xù)轉(zhuǎn)動的圈數(shù)決定于車輪制動器和整個制動系的技術(shù)情況。滾筒轉(zhuǎn)動圈數(shù)由

4、裝在滾筒端部的光電傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，送入計?shù)器記錄。在滾筒的端部還裝有測速發(fā)電機，能把試驗車速轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴?慣性式滾筒制動試驗臺1.4三種檢測試驗臺的優(yōu)缺點比較優(yōu)點：1. 安全保護作用，即只有在被測車輪同時壓下左右制動檢測臺的第三滾筒時，滾筒才能被啟動，因而可以避免操作人員誤操作而造成傷害。2. 滾筒反力式制動檢測臺測試工況穩(wěn)定，重復(fù)性好。缺點：1. 很難測得實際制動力，并且很難測得制動器的制動力最大值。2. 懸架中減震器性能得不到檢測。3. 測試效率低，采用滾筒反力式制動檢測臺檢測制動性能時，對車輛各軸的檢測是分開進行的，從而影響了車輛的測試效率。優(yōu)點：1.結(jié)構(gòu)簡單，省去了滾筒反力式的兩

5、個大功率電動機，耗電小，它的耗電量僅約為滾筒反力式的1/100。2. 操作簡單，測試速度大大加快，檢測時只需開上測試平板踩一腳制動，即可同時完成前后橋的制動、軸荷、側(cè)滑、減震器等檢測，效率高。3. 安裝簡單，降低了混凝土工程造價。4. 維修保養(yǎng)量低，幾乎不需要日常保養(yǎng)。缺點：1. 很難檢測車輪阻滯力，車輪阻滯力是車輪不進行制動時的阻力，由于受平板長度限制，較難準(zhǔn)確檢測阻滯力。2. 檢測范圍有限，對于雙后軸、三后軸的車輛，很難單獨測取各橋的制動力值。另外，不方便檢測半掛車，全掛車，不能檢測超長、超重、超寬車輛。3. 檢測數(shù)值重復(fù)性差，由于駕駛員踩制動踏板所用力不同，每次測試條件很難保持一致，所以

6、每次測得的制動力會有較大差異。優(yōu)點：慣性式滾筒制動方法的實驗條件接近汽車的實際行駛條件，可在任何車速下測試。缺點：其試驗臺結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大，且檢驗的車型范圍受到一定限制。第二章檢測平臺機械結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1系統(tǒng)功能本系統(tǒng)適用于卡丁車測試其制動系統(tǒng)的工作情況，具體測試數(shù)據(jù)包括該卡丁車（車重150kg ，車長1000mm ，車寬600mm ，輪寬200mm ，車輪直徑400mm ，后輪制動）在20km/h速度下的制動距離及跑偏量。2.2機械結(jié)構(gòu)滾筒組相當(dāng)于一個活動的路面，來承載被檢的車輛，承受和傳遞制動力。車輪制動力測試單元由一對直徑相同的主、從動滾筒組成。每個滾筒的兩端分別用滾動軸承與軸承座支承

7、在框架上，且保持兩滾筒軸線平行。當(dāng)質(zhì)量為M 車的卡丁車在車速0v 時剎車時，系統(tǒng)總能量表達式為： 總能量=人和車的平動動能+四個輪子的轉(zhuǎn)動動能，即：2211( 4(22o E M M v J =+人車輪輪其中：020km /v h =，=50M kg 人，=150M kg 車，400D m m =。如果忽略四個車輪轉(zhuǎn)動動能，最后得到卡丁車運動時的總能量為：21( 3086.422o E M M v J=+=人車 又因為 2122E E J =飛輪飛輪飛輪22o v J J r = 飛輪飛輪飛輪滾筒因為所用的圓筒為空心圓柱，其質(zhì)量遠遠小于飛輪質(zhì)量，則可忽略其轉(zhuǎn)動慣量。假定一個飛輪質(zhì)量為m 飛輪，

8、則轉(zhuǎn)動慣量可近似為：212J m r =飛輪飛輪飛輪則 ：22021112222o v r v E m r m r r = 飛輪飛輪飛輪飛輪滾筒滾筒假定用合金鋼材料制作飛輪，其密度為 ：337.8510kg m-=，在此規(guī)定飛輪的厚度：=0.08h m 飛輪 則根據(jù)公式2m r h =飛輪飛輪飛輪可確定滾筒半徑為：0.2740r m= 飛輪車輪在滾筒上的安置角是指車輪與滾筒接觸點的切線方向與水平方向的夾角，經(jīng)查閱資料及由經(jīng)驗值可知道，當(dāng)安置角30=為滾筒的最佳安放位置，滾筒中心距0.3L m =。其中，車輪半徑0.22D R m=。試驗臺滾筒設(shè)計尺寸表 滾筒和車輪安放示意圖 檢測機構(gòu)主要工作部

9、分示意圖 檢測機構(gòu)單元示意圖 主滾筒 副滾筒 傳動鏈條 電機與飛輪離合器 飛輪與主滾筒聯(lián)軸器： 飛輪 滾筒支架 電動機 圓編碼器 渲染效果圖第三章傳感器選擇及數(shù)據(jù)采集3.1 檢測系統(tǒng)設(shè)計在本設(shè)計中，使用的硬件主要有圓編碼器，數(shù)據(jù)采集卡，變頻器等，其中變頻器控制電機帶動滾筒旋轉(zhuǎn)，圓編碼器在滾筒轉(zhuǎn)動時輸出脈沖信號，數(shù)據(jù)采集卡采集脈沖，在轉(zhuǎn)速調(diào)整階段，供計算機計算車輪轉(zhuǎn)速并通過控制變頻器調(diào)節(jié)兩組滾筒轉(zhuǎn)速相同；在制動性能檢測階段，供計算機進行制動距離計算。數(shù)據(jù)采集卡將圓編碼器輸出的脈沖電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并輸入計算機。車輛制動性能檢測硬件平臺結(jié)構(gòu)圖 3.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作原理和構(gòu)成數(shù)據(jù)采集是指從傳

10、感器和其它待測設(shè)備等模擬和數(shù)字被測單元中自動采集非電量或者電量信號，送到上位機中進行分析，處理的過程。 數(shù)據(jù)采集功能包括采集安裝在滾筒端部的圓編碼器輸出的脈沖信號和采集車輛制動踏板踏下時發(fā)出的制動信號。數(shù)據(jù)采集通過數(shù)據(jù)采集卡，即實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集(DAQ功能的計算機擴展卡。制動信號由操作者踩踏制動踏板產(chǎn)生。制動踏板和行程開關(guān)相連，當(dāng)制動踏板被踏下時，開關(guān)閉合。由此發(fā)出一個制動信號。數(shù)據(jù)采集卡具有數(shù)字量輸入功能，無輸入時默認(rèn)為高電平，因此可將行程開關(guān)與地相連。當(dāng)開關(guān)閉合時，輸出低電平信號。采集到制動信號后，同時給離合器發(fā)送工作命令，電機與滾筒脫離，從而進入制動狀態(tài)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本組成如圖3-2所示

11、。由計算機作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端處理機，并將信號傳遞給電機，控制電機逐步加速。同時，以圓編碼器為主要探測部件對滾筒轉(zhuǎn)動情況進行測量，并以脈沖信號形式反饋給數(shù)據(jù)采集卡，采集卡將數(shù)據(jù)傳遞給計算機，以便計算機作進一步的處理。數(shù)據(jù)采集過程及系統(tǒng)構(gòu)成 3.3 編碼器工作原理及特點編碼器（Encoder ）為傳感器(Sensor類的一種，一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，主要用來監(jiān)測機械運動角速度。編碼器由一個中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取, 獲得四組正弦波信號組合成A 、B 、C 、D, 每個正弦波相差90度相位差（相對于一個周波為

12、360度），將C 、D 信號反向，疊加在A 、B 兩相上，可增強穩(wěn)定信號；另每轉(zhuǎn)輸出一個Z 相脈沖以代表零位參考位。根據(jù)編碼器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，本測試系統(tǒng)選用增量式編碼器。 增量式編碼器工作原理圖增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A 、B 和Z 相；A 、B 兩組脈沖相位差90º，從而可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而Z 相為每轉(zhuǎn)一個脈沖，用于基準(zhǔn)點定位。它的優(yōu)點是原理構(gòu)造簡單，機械平均壽命可在幾萬小時以上，抗干擾能力強，可靠性高，適合于長距離傳輸。其缺點是無法輸出軸轉(zhuǎn)動的絕對位置信息。其計數(shù)起點任意設(shè)定，可實現(xiàn)多圈無限累加和測量。編碼器

13、軸轉(zhuǎn)一圈會輸出固定的脈沖，脈沖數(shù)由編碼器光柵的線數(shù)決定。一般地，信號連接編碼器的脈沖信號連接計數(shù)器、PLC 、計算機，PLC 和計算機連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開關(guān)頻率有低有高。3.4光電編碼器工作原理光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器， 光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，其原理示意圖如下圖所示；通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就

14、能反映當(dāng)前電動機的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90度的兩路脈沖信號。 圖12 光電編碼器結(jié)構(gòu)原理圖3.5 光電編碼器的選取編碼器的分辨率，是指以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少的通或暗刻線或可讀取并輸出的最小角度變化，其對應(yīng)的參數(shù)有：每轉(zhuǎn)刻線數(shù)（line ）、每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（PPR ）、最小步距（Step ）、位（Bit ）等，線數(shù)一般在每轉(zhuǎn)分度510000線。分辨率的確定：測量過程中，需要通過光電編碼器測量滾筒從制動開始到停止轉(zhuǎn)動為止，滾筒所轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，由于實際測試中要求測量誤差近似為0.1m ±即可，所以要求的傳感器的精度為：20.1mr s，其中s 為線數(shù)，r 為滾筒半徑

15、且值為0.1m ， 則可得得出光電編碼器每圈輸出脈沖數(shù)s 應(yīng)大于6，但是這只是理論推算值，根據(jù)實際情況為了提高系統(tǒng)的測量精確度肯定不能選用分辨率如此小的編碼器。故需要選擇編碼器線數(shù)大于6的編碼器，而市面上大多數(shù)編碼器都能滿足這一要求。所以根據(jù)經(jīng)濟性、實用性原則選擇了IHA8030型號的編碼器，此編碼器是增量式光電編碼器，且2500脈沖DC5-24V空心旋轉(zhuǎn)編碼。 IHA8030型號編碼器 IHA8030型號的編碼器技術(shù)參數(shù) 3.5 數(shù)據(jù)采集卡選取數(shù)據(jù)采集(DAQ，是指從傳感器和其它待測設(shè)備等模擬和數(shù)字被測單元中自動采集非電量或者電量信號, 送到上位機中進行分析、處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計算

16、機或者其他專用測試平臺的測量軟硬件產(chǎn)品來實現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測量系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集卡，即實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集(DAQ功能的計算機擴展卡，可以通過USB 等總線接入個人計算機。運行時的數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)采集卡并送給PC 機，通過運行在PC 機上的特定軟件對這些數(shù)據(jù)進行分析，以此判斷當(dāng)前運行設(shè)備的狀況，進而采取相應(yīng)措施。當(dāng)前常用的數(shù)據(jù)采集裝置，在其系統(tǒng)軟件設(shè)計中，多采用單任務(wù)順序機制。我們知道，安裝在滾筒端部的圓編碼器輸出的是脈沖信號，即為模擬信號，然而直接的脈沖信號是無法被計算機識別的，所以在測試過程中要先將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量才能被計算機識別，故需要數(shù)據(jù)采集控制卡采集到脈沖信號后進行A D 轉(zhuǎn)換，進而傳給計算機

17、進行識別處理。首先在滿足實際需要基礎(chǔ)上選取了幾款數(shù)據(jù)采集卡，再從節(jié)約成本方面考慮，最后選定了研華PCI-1711總線數(shù)據(jù)采集卡，它是是一款12位的低損耗且功能強大的低成本多功能PCI 總線數(shù)據(jù)采集卡，具有獨特的電路設(shè)計和完善的數(shù)據(jù)采集與控制功能，支持即插即用，具有16通道單端模數(shù)輸入、16通道數(shù)字I 0和2通道數(shù)模輸出，采集速率可達100kHz ，可編程的計數(shù)計時器可作為A D 轉(zhuǎn)換的速度觸發(fā)。內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有單端模擬輸入通道、模擬輸出通道和觸發(fā)源連接三部分。具體規(guī)格簡介如下： 研華 PCI-1711數(shù)據(jù)采集卡PCI-1711數(shù)據(jù)采集卡規(guī)格 第四章測控軟件4.1軟件功能本軟件將實現(xiàn)卡丁車制動性能

18、檢測平臺的功能，其中包括控制滾筒起停，調(diào)節(jié)滾筒速度，接收圓編碼器傳來的數(shù)據(jù)，記錄剎車距離，計算跑偏量，顯示并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。4.2軟件控制過程車輛制動性能檢測系統(tǒng)是一個完整的測控平臺，它具有數(shù)據(jù)采集，自動控制，數(shù)據(jù)處理等功能。其中，數(shù)據(jù)采集功能包括采集安裝在滾筒端部的圓編碼器輸出的脈沖信號和采集車輛制動踏板踏下時發(fā)出的制動信號。自動控制功能體現(xiàn)在對滾筒轉(zhuǎn)速的精確控制。數(shù)據(jù)處理功能包括控制曲線圖的顯示，制動距離的計算，車輛跑偏量的計算，數(shù)據(jù)保存等。因此該系統(tǒng)的軟件部分由以下功能模塊組成：變頻器啟動/停止命令子程序，變頻器頻率控制子程序，變頻器串口通信子程序，轉(zhuǎn)速控制子程序（PID 控制，模糊邏輯控制），制動信號采集子程序，制動距離檢