卡丁車制動(dòng)性能檢測(cè)

1、卡丁車制動(dòng)性能檢測(cè)系統(tǒng)一、 背景介紹1.1 卡丁車制動(dòng)性能檢測(cè)概述及意義卡丁車制動(dòng)性能好壞，是安全行車最重要的因素之一，因此也是卡丁車檢測(cè)診斷的重點(diǎn)?？ǘ≤嚲哂辛己玫闹苿?dòng)性能，遇到緊急情況，可以化險(xiǎn)為夷；在正常行駛時(shí)，可以提高平均行駛速度，從而提高運(yùn)輸生產(chǎn)效率?？ǘ≤囍苿?dòng)系應(yīng)具有行車制動(dòng)、應(yīng)急制動(dòng)和駐車制動(dòng)三大基本功能。主要考慮制動(dòng)時(shí)卡丁車的方向穩(wěn)定性，即制動(dòng)時(shí)不發(fā)生跑偏、側(cè)滑及失去轉(zhuǎn)向，及制動(dòng)平穩(wěn)性，在制動(dòng)時(shí)制動(dòng)力應(yīng)迅速平穩(wěn)地增加; 在放松制動(dòng)踏板時(shí)，制動(dòng)應(yīng)迅速消失，不拖滯。而制動(dòng)性能的好壞在測(cè)試中則體現(xiàn)在制動(dòng)距離上，單輪距離是否合格，是否有跑偏量。 常見(jiàn)故障：制動(dòng)跑偏和制動(dòng)力不足。所謂的制

2、動(dòng)跑偏是指卡丁車直線行駛制動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)向車輪發(fā)生自行轉(zhuǎn)動(dòng)，使卡丁車產(chǎn)生偏駛的現(xiàn)象。由于卡丁車制動(dòng)時(shí)，偏離了原來(lái)的運(yùn)行軌跡，因而常常是造成撞車、掉溝，甚至翻車等事故的根源，所以必須予以重視。引起跑偏的因素，就制動(dòng)系統(tǒng)而言，一是左右輪制動(dòng)力不等；二是左右輪制動(dòng)力增長(zhǎng)速度不一致。其中特別是轉(zhuǎn)向輪，因此要對(duì)制動(dòng)力增長(zhǎng)全過(guò)程的左右輪制動(dòng)力差作出規(guī)定，且對(duì)前后軸車輪的要求不同；制動(dòng)力不足即制動(dòng)距離過(guò)長(zhǎng)，超出了設(shè)定的距離，或者是制動(dòng)能力完全喪失。這些都可以通過(guò)試驗(yàn)臺(tái)得以反映。1.2 本文相關(guān)設(shè)定及要求為便于后文相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算，本文設(shè)定卡丁車總質(zhì)量為150KG ，制動(dòng)時(shí)卡丁車的行駛速度為20Km/h，人的質(zhì)量為60

3、KG ，卡丁車車輪直徑為400mm, 制動(dòng)距離精度要求為±0.1m, 而且要求測(cè)定卡丁車在制動(dòng)時(shí)的跑偏量。1.3 制動(dòng)性能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)1：對(duì)制動(dòng)力的要求：制動(dòng)力總和占整車重力的百分比，空載60%或滿載50%；主要承載軸的制動(dòng)力占該袖軸荷的百分比，空載60%或滿載50%。在GB7258-1997中，仍保持制動(dòng)力總和與整車重力的百分比空載60%或滿載50%的要求，由于對(duì)主要承載軸的理解容易有誤，將主要承載軸的制動(dòng)力與該軸軸荷之比改為前軸制動(dòng)力不得小于前軸軸荷的60%。對(duì)制動(dòng)力平衡的要求：原標(biāo)準(zhǔn)中是以軸荷為基準(zhǔn)確定的，即前軸左右輪制動(dòng)力差不得大于該軸軸荷的5%，后軸左右輪制動(dòng)力差不得大于該軸軸

4、荷的8%。由于這種規(guī)定不能準(zhǔn)確反映制動(dòng)力差的數(shù)值應(yīng)隨制動(dòng)力增加按正比例相應(yīng)變化的實(shí)際情況，所以在GB7258一1997中改為：在制動(dòng)力增長(zhǎng)的全過(guò)程中，左右輪制動(dòng)力差與該軸左右輪中制動(dòng)力大者之比，前軸不得大于20%，后軸不得大于24%。這個(gè)要求的幅度與原標(biāo)準(zhǔn)比較，前軸要求適當(dāng)放寬，對(duì)后鈾的要求基本保持不變1.4 制動(dòng)性能檢測(cè)系統(tǒng)分類及性能比較：目前制動(dòng)性能檢測(cè)系統(tǒng)主要分為路試、反力式和慣性式三大類，測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)則按測(cè)試原理不同，可分為反力式和慣性式兩類；按檢驗(yàn)臺(tái)支撐車輪形式不同，可分為滾筒式和平板式兩類。本文選取目前使用較為廣泛的兩種制動(dòng)性能檢測(cè)平臺(tái)進(jìn)行介紹及對(duì)比。（1）反力式滾筒制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)a 、

5、基本結(jié)構(gòu)反力式滾筒制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖所示。它由結(jié)構(gòu)完全相同的左右兩套對(duì)稱的車輪制動(dòng)力測(cè)試單元和一套指示、控制裝置組成。每一套車輪制動(dòng)力測(cè)試單元由框架（多數(shù)試驗(yàn)臺(tái)將左、右測(cè)試單元的框架制成一體）、驅(qū)動(dòng)裝置、滾筒組、舉升裝置、測(cè)量裝置等構(gòu)成。圖1 反力式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖b 、制動(dòng)力測(cè)量裝置制動(dòng)力測(cè)試裝置主要由測(cè)力杠桿和傳感器組成。測(cè)力杠桿一端與傳感器連接，另一端與減速器殼體連接，被測(cè)車輪制動(dòng)時(shí)測(cè)力杠桿與減速器殼體將一起繞主動(dòng)滾筒（或繞減速器輸出軸、電動(dòng)機(jī)樞軸）軸線擺動(dòng)。傳感器將測(cè)力杠桿傳來(lái)的、與制動(dòng)力成比例的力（或位移）轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸送到指示、控制裝置。 測(cè)力傳感器受力點(diǎn)受力的大小與滾筒表

6、面制動(dòng)力的關(guān)系為：滾筒表面制動(dòng)力（N ）=測(cè)力傳感器受力(N×測(cè)力臂水平長(zhǎng)度÷滾筒半徑C 、檢測(cè)過(guò)程進(jìn)行車輪制動(dòng)力檢測(cè)時(shí)，被檢汽車駛上制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，車輪置于主、從動(dòng)滾筒之間，放下舉升器（或壓下第三滾筒，裝在第三滾筒支架下的行程開(kāi)關(guān)被接通） 。通過(guò)延時(shí)電路起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，經(jīng)減速器、鏈傳動(dòng)和主、從動(dòng)滾筒帶動(dòng)車輪低速旋轉(zhuǎn)，待車輪轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后駕駛員踩下制動(dòng)踏板。車輪在車輪制動(dòng)器的摩擦力矩作用下開(kāi)始減速旋轉(zhuǎn)。此時(shí)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的滾筒對(duì)車輪輪胎周緣的切線方向作用制動(dòng)力以克服制動(dòng)器摩擦力矩，維持車輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。與此同時(shí)車輪輪胎對(duì)滾筒表面切線方向附加一個(gè)與制動(dòng)力方向反向等值的反作用力，在反作用力矩作用下

7、，減速機(jī)殼體與測(cè)力杠桿一起朝滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)相反方向擺動(dòng)（如圖2-4-2），測(cè)力杠桿一端的力或位移量經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成與制動(dòng)力大小成比例的電信號(hào)。從測(cè)力傳感器送來(lái)的電信號(hào)經(jīng)放大濾波后，送往A D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)數(shù)字量，經(jīng)計(jì)算機(jī)采集、貯存和處理后，檢測(cè)結(jié)果由數(shù)碼顯示或由打印機(jī)打印出來(lái)。打印格式或內(nèi)容由軟件設(shè)計(jì)而定。一般可以把左、右輪最大制動(dòng)力、制動(dòng)力和、制動(dòng)力差、阻滯力和制動(dòng)力時(shí)間曲線等一并打印出來(lái)。d 、反力式滾筒制動(dòng)檢測(cè)方法的不足目前，采用的反力式滾筒制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)對(duì)具有防抱死（ABS ）系統(tǒng)的汽車制動(dòng)系的制動(dòng)性能，還無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)試。主要原因是這些試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試車速較低，一般不超過(guò)5km/h，而現(xiàn)代防抱

8、死系統(tǒng)均在車速10km/h20km/h以上起作用，所以在上述試驗(yàn)臺(tái)上檢測(cè)車輪制動(dòng)力時(shí)，車輛的防抱死系統(tǒng)不起作用，只能相當(dāng)于對(duì)普通的液壓制動(dòng)系統(tǒng)的檢測(cè)過(guò)程。而本文假設(shè)卡丁車在制動(dòng)時(shí)速度為20km/h,因而本文不采用該種檢測(cè)原理。（2）慣性式滾筒制動(dòng)臺(tái)a 、基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介慣性式滾筒制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)它由結(jié)構(gòu)完全相同的左右兩套對(duì)稱的車輪制動(dòng)測(cè)試單元和一套指示、控制裝置組成，包括滾筒軸承、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、儲(chǔ)能飛輪和一系列傳感器。b 、制動(dòng)與檢測(cè)原理粗略地說(shuō)， 慣性式滾筒制動(dòng)臺(tái)是利用儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)存和汽車在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中具有的同樣的動(dòng)能，通過(guò)對(duì)輪胎對(duì)飛輪的制動(dòng)性能的檢測(cè)來(lái)等效檢測(cè)輪胎對(duì)車身的制動(dòng)性能。汽車在運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于自身質(zhì)量

9、的存在而具有一定的動(dòng)能T ，選擇合適的飛輪參數(shù)和轉(zhuǎn)速，使飛輪所具有的能量E 與汽車動(dòng)能T 相同。此時(shí)踩下制動(dòng)踏板，由于車輪對(duì)滾筒摩擦力的存在，飛輪、滾筒會(huì)慢慢減速直至停止。測(cè)出整個(gè)制動(dòng)過(guò)程中的時(shí)間、飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)角度以及初始轉(zhuǎn)速等參數(shù)，就可以對(duì)之動(dòng)過(guò)程中制動(dòng)力、側(cè)移量和制動(dòng)距離等指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。（具體計(jì)算過(guò)程將在后續(xù)工作中展開(kāi)）c 、檢測(cè)過(guò)程進(jìn)行車輪制動(dòng)力檢測(cè)時(shí)，被檢汽車駛上制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，車輪置于主、從動(dòng)滾筒之間，放下舉升器（或壓下第三滾筒，裝在第三滾筒支架下的行程開(kāi)關(guān)被接通）。通過(guò)延時(shí)電路起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，經(jīng)減速器、鏈傳動(dòng)和主、從動(dòng)滾筒帶動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)。待到轉(zhuǎn)速稍高于指定轉(zhuǎn)速時(shí)，斷開(kāi)電機(jī)的連接，讓車輪在各種外界

10、阻力因素下制動(dòng)，此時(shí)，通過(guò)各類傳感器可以測(cè)出外界阻力矩。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到指定轉(zhuǎn)速時(shí)，踩下制動(dòng)踏板制動(dòng)，直到滾筒、飛輪完全停止，將傳感器所收集的信號(hào)傳入電腦計(jì)算，最后輸出所要參數(shù)的數(shù)值。d 、慣性式滾筒制動(dòng)檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)與不足這種動(dòng)態(tài)檢驗(yàn)制動(dòng)性能的使用發(fā)法的試驗(yàn)條件接近汽車實(shí)際行駛條件，具有在任何車速下進(jìn)行制動(dòng)測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)。但這種試驗(yàn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)部分分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，制動(dòng)過(guò)程中存在各軸制動(dòng)力分布不均的因素, 因此其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，占地面積大，且檢驗(yàn)的車型范圍受到一定限制，所以應(yīng)用范圍不如反力式來(lái)得廣泛。(3平板式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)a 、基本結(jié)構(gòu)這種試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，主要由幾塊測(cè)試平板、傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成。小車線一

11、般由四塊制動(dòng)-懸架-軸重測(cè)試用平板及一塊側(cè)滑測(cè)試板組成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由力傳感器、放大器、多通道數(shù)據(jù)采集板等組成。這種試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 、運(yùn)動(dòng)件少、 用電量少、日常維護(hù)工作量小，提高了工作可靠性。測(cè)試過(guò)程與實(shí)際路試條件較接近，能反映車輛的實(shí)際制動(dòng)性能，即能反映制動(dòng)時(shí)軸荷轉(zhuǎn)移帶來(lái)的影響，以及汽車其他系統(tǒng)（如懸架結(jié)構(gòu)、剛度等）對(duì)汽車制動(dòng)性能的影響。該試驗(yàn)臺(tái)不需要模擬汽車轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，較容易將制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)與輪重儀、側(cè)滑儀組合在一起，使車輛測(cè)試方便且效率高。但這種試驗(yàn)臺(tái)存在測(cè)試操作難度較大（測(cè)試重復(fù)性主要處決于車況及檢驗(yàn)員踩剎車快慢）、對(duì)不同軸距車輛適應(yīng)性差，占地面積大、需要助跑車道等缺點(diǎn)。b 、基本原理平板制

12、動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)是一種低速動(dòng)態(tài)檢測(cè)車輛制動(dòng)性能的設(shè)備，其檢測(cè)原理基于牛頓第二定理“物體運(yùn)動(dòng)的合外力等于物體的質(zhì)量乘加速度”，即制動(dòng)力等于質(zhì)量乘（負(fù)）加速度。檢測(cè)時(shí)只要知道軸荷與減速度即可求出制動(dòng)力。從理論上講制動(dòng)力與檢測(cè)時(shí)車速無(wú)關(guān), 與剎車后的減速度相關(guān)。檢驗(yàn)時(shí)汽車以510km/h（或按出廠說(shuō)明允許更高）速度駛上平板，置變速器于空檔并緊急制動(dòng)。汽車在慣性作用下，通過(guò)車輪在平板上附加與制動(dòng)力大小相等方向相反的作用力，使平板沿縱向位移，經(jīng)傳感器測(cè)出各車輪的制動(dòng)力、動(dòng)態(tài)輪重并由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)處理計(jì)算出輪重、制動(dòng)、及懸架性能的各參數(shù)值，并顯示檢測(cè)結(jié)果。 (3、過(guò)程分析在車輛掛空擋駛上臺(tái)面時(shí)，臺(tái)面水平方向的測(cè)力傳

13、感器測(cè)取車輛當(dāng)前軸空擋滑行阻力，稱重傳感器同步測(cè)取當(dāng)前車軸的載荷，即可計(jì)算出車輛空擋滑行阻力與荷重之百分比。車軸駛上臺(tái)板后實(shí)施制動(dòng)，此時(shí)前軸因?yàn)檩S荷前移而制動(dòng)力（見(jiàn)圖2-4-5(a）與軸荷均迅速增加，同時(shí)后軸軸荷減少，制動(dòng)增長(zhǎng)相對(duì)前軸較??；前軸軸荷達(dá)到最大后，前橋向上反彈，軸荷減小，后橋軸荷增加；經(jīng)幾個(gè)周期振蕩后前后橋軸荷處于穩(wěn)定。二、本文卡丁車制動(dòng)性能檢測(cè)系統(tǒng)的選擇及設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)方法、思路的選擇通過(guò)對(duì)以上汽車制動(dòng)性能檢測(cè)系統(tǒng)的分析比對(duì)，考慮到需要得到卡丁車的跑偏量，查閱相關(guān)書(shū)籍論文，選擇使用滾筒慣性式制動(dòng)性能檢測(cè)平臺(tái)。設(shè)計(jì)該測(cè)試系統(tǒng)的思路如下 利用solidworks 軟件建立簡(jiǎn)化后單軸慣

14、性式制動(dòng)性能檢測(cè)臺(tái)的3D 模型如下圖所示：滾筒慣性式制動(dòng)系統(tǒng)后輪裝配體機(jī)械結(jié)構(gòu)俯視圖滾筒慣性式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)總體結(jié)構(gòu)圖大概機(jī)構(gòu): 1、鏈輪 2、滾筒 3、圓編碼器 4、電機(jī)5、傳動(dòng)及減速裝置 6、離合器 7、鏈條簡(jiǎn)述：試驗(yàn)時(shí)，被檢車駛上試驗(yàn)臺(tái)，并將兩主動(dòng)輪分別置于左右兩滾筒組之間.慣性式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的滾筒相當(dāng)于一個(gè)移動(dòng)的路面，其慣性質(zhì)量與受檢汽車的慣性質(zhì)量相當(dāng)，因此滾筒傳動(dòng)系統(tǒng)具有相當(dāng)于汽車在道路行駛的慣性動(dòng)能。 制動(dòng)時(shí)，輪胎對(duì)滾筒表面產(chǎn)生阻力，雖然這時(shí)驅(qū)動(dòng)滾筒傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力(如電動(dòng)機(jī) 已被切斷，但由于滾筒傳動(dòng)系統(tǒng)具有一定的慣性動(dòng)能，因而滾筒表面將相對(duì)于車輪移過(guò)一定距離。由此可見(jiàn)，在慣性式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)

15、上可以模擬道路制動(dòng)試驗(yàn)工況。這種試驗(yàn)臺(tái)的主要檢測(cè)參數(shù)是各輪的制動(dòng)距離，同時(shí)還可測(cè)得卡丁車的跑偏量等其它參數(shù)。工作過(guò)程如下：電機(jī)經(jīng)主軸、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及變速箱5以及離合器6帶動(dòng)按被檢車輛行駛時(shí)的慣性等效質(zhì)量配置的滾筒及汽車后輪一起旋轉(zhuǎn)，同時(shí)主動(dòng)滾筒還通過(guò)鏈傳動(dòng)帶動(dòng)從動(dòng)滾筒同步轉(zhuǎn)動(dòng)，工作時(shí)，輪速要高于制動(dòng)檢測(cè)速度，后減速，當(dāng)達(dá)到試驗(yàn)轉(zhuǎn)速時(shí)，斷開(kāi)連接各滾筒的電磁離合器，同時(shí)作緊急制動(dòng)，車輪制動(dòng)后，滾筒依靠慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，滾筒能轉(zhuǎn)動(dòng)線長(zhǎng)度相當(dāng)于車輪的制動(dòng)距離。在規(guī)定試驗(yàn)車速下，滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)由裝在滾筒端部的圓編碼器3轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖送入計(jì)數(shù)器記錄，滾筒繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)取決于車輪制動(dòng)器和整個(gè)制動(dòng)系的技術(shù)數(shù)據(jù)狀況。 其特點(diǎn)

16、有:(1采用離合器實(shí)現(xiàn)滾筒與電機(jī)的斷開(kāi)，操作方便；(2用同一個(gè)電機(jī)控制，且離合器、減速器與參與鏈傳動(dòng)的齒輪位于同一軸上，并且使對(duì)應(yīng)齒輪齒數(shù)相等，大小參數(shù)相同可實(shí)現(xiàn)減速前左右車輪的轉(zhuǎn)速相等；(3用鏈傳動(dòng)的方法使傳動(dòng)不會(huì)打滑，且過(guò)程穩(wěn)定，減少實(shí)驗(yàn)過(guò)程的沖擊，有益于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性；(4本裝置采用單電機(jī)驅(qū)動(dòng)，與雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)相比，一方面減少經(jīng)濟(jì)支出，另一方面不需要采用變頻器或PID 控制使兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速相同，降低技術(shù)要求；但是需要增加兩個(gè)離合器使兩邊的制動(dòng)檢測(cè)過(guò)程分別進(jìn)行。滾筒慣性式制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)主要由框架、驅(qū)動(dòng)裝置、滾筒裝置、測(cè)量裝置和指示與控制裝置等組成。滾筒慣性式制動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)后輪裝配體機(jī)械結(jié)構(gòu)圖 （1）

17、滾筒裝置：穩(wěn)定狀態(tài)下車輪受力分析圖注： O 1-前輪筒中心 O 2-后輪筒中心 O 3-車輪中心滾筒組相當(dāng)于一個(gè)活動(dòng)的路面，來(lái)承載被檢的車輛，承受和傳遞制動(dòng)力。車輪制動(dòng)力測(cè)試單元由一對(duì)直徑相同的主、從動(dòng)滾筒組成。每個(gè)滾筒的兩端分別用滾動(dòng)軸承與軸承座支承在框架上，且保持兩滾筒軸線平行。為防止車輪在滾筒上打滑，可以提高滾筒表面的附著系數(shù)或表面粗糙度。附著系數(shù)與滾筒表面的材質(zhì)和形狀有關(guān)，滾筒采用高硅合金鑄鐵、金屬網(wǎng)石英顆粒涂塑等材質(zhì)和先進(jìn)的粘砂工藝，附著系數(shù)可以達(dá)到0.7，從而避免車輪打滑現(xiàn)象提高試驗(yàn)臺(tái)測(cè)力能力。a 、圓筒尺寸的確定當(dāng)質(zhì)量為M 的卡丁車在車速v o 時(shí)剎車時(shí)，系統(tǒng)總能量表達(dá)是為：總能

18、量=人和車的平動(dòng)動(dòng)能+兩個(gè)輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能1122即: E =(M 人+M 卡 v o +2(J 輪輪 22其中 v o =輪D 2=20k m /，h M 人=60kg ，M 卡=150kg ，D =400mm車輪質(zhì)量與整個(gè)系統(tǒng)相比較輕，忽略兩個(gè)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能，最后得到卡丁車制動(dòng)時(shí)人車系統(tǒng)的總能量為：E =3240.74J1又因?yàn)?E 筒=E =4J 12筒 2=2J 12筒 =2J 1(v o 2 r因?yàn)樗玫膱A筒可近似視為為實(shí)心圓柱，而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)具有一定動(dòng)能，因此在實(shí)際運(yùn)用中可用一定尺寸的圓筒代替飛輪功能，所以在設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)時(shí)，為精簡(jiǎn)機(jī)構(gòu)，可忽略飛輪?？杉俣ㄒ粋€(gè)滾筒質(zhì)量為m ，則轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可近似為：1

19、J 1=mr 2 2則v 12 E =2mr 2(o 2=mv o 2r1化簡(jiǎn)求得一個(gè)滾筒的質(zhì)量： m =(M 人+M 卡 =105 k g 2假定用普通合金鋼材料制作滾筒，密度為 =7.85×103g cm 3，在此規(guī)定滾筒的長(zhǎng)度l 筒=0.30m則根據(jù)公式m = r 2l 筒可確定滾筒半徑為：r =0.1203m （2）滾筒中心間距的確定位置關(guān)系可得安置角公式=arcsin L ，由此可看出滾筒直徑、車輪直2(R +r 徑和滾筒中心距是制動(dòng)臺(tái)結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)。車輪在滾筒上的安置角是指車輪與滾筒接觸點(diǎn)的切線方向與水平方向的夾角，經(jīng)查閱資料及由經(jīng)驗(yàn)值可知道，當(dāng)安置角=36.87 為滾筒

20、的最佳安放位置，故帶入上式中得到，滾筒中心距L =0.3844m 。其中，車輪半徑R =D /2=0.2m 。（3）試驗(yàn)臺(tái)滾筒設(shè)計(jì)尺寸 2.3檢測(cè)平臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)卡丁車的制動(dòng)過(guò)程是，當(dāng)卡丁車以規(guī)定的初速度在試驗(yàn)臺(tái)上行駛，駕駛員一腳將制動(dòng)器踩到底自到卡丁車停止。制動(dòng)性能檢測(cè)儀利用傳感器感應(yīng)傳輸制動(dòng)過(guò)程參數(shù)，并經(jīng)數(shù)據(jù)采集和處理，直觀地將制動(dòng)性能顯示在計(jì)算機(jī)顯示屏上同時(shí)也完成對(duì)制動(dòng)距離和制動(dòng)時(shí)間的檢測(cè)。該檢測(cè)系統(tǒng)完成檢測(cè)主要包括3個(gè)過(guò)程：制動(dòng)開(kāi)始的判斷和數(shù)據(jù)的采集過(guò)程；數(shù)據(jù)的處理和分析過(guò)程；制動(dòng)距離和制動(dòng)時(shí)間的顯示過(guò)程。因而，要做到對(duì)制動(dòng)過(guò)程時(shí)時(shí)檢測(cè)，就要采用傳感器不斷地向計(jì)算機(jī)傳輸計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別

21、的信息，因此制動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的主要硬件應(yīng)包括傳感器（圓編碼器）、數(shù)據(jù)采集卡等。檢測(cè)系統(tǒng)硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖如下：圖3-1 制動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)硬件平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖數(shù)據(jù)采集是指從傳感器和其它待測(cè)設(shè)備等模擬和數(shù)字被測(cè)單元中自動(dòng)采集非電量或者電量信號(hào)，送到上位機(jī)中進(jìn)行分析，處理的過(guò)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(hào)和采集車輛制動(dòng)踏板踏下時(shí)發(fā)出的制動(dòng)信號(hào)。數(shù)據(jù)采集通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡，即實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集(DAQ功能的計(jì)算機(jī)擴(kuò)展卡。制動(dòng)信號(hào)由操作者踩踏制動(dòng)踏板產(chǎn)生。制動(dòng)踏板和行程開(kāi)關(guān)相連，當(dāng)制動(dòng)踏板被踏下時(shí)，開(kāi)關(guān)閉合。由此發(fā)出一個(gè)制動(dòng)信號(hào)。數(shù)據(jù)采集卡具有數(shù)字量輸入功能，無(wú)輸入時(shí)默認(rèn)為高電平，因此可將行程開(kāi)關(guān)與

22、地相連。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，輸出低電平信號(hào)。采集到制動(dòng)信號(hào)后，同時(shí)給離合器發(fā)送工作命令，電機(jī)與滾筒脫離，從而進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本組成如圖3-2所示。由計(jì)算機(jī)作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前端處理機(jī)，并將信號(hào)傳遞給電機(jī)，控制電機(jī)逐步加速。同時(shí)，以圓編碼器為主要探測(cè)部件對(duì)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)情況進(jìn)行測(cè)量，并以脈沖信號(hào)形式反饋給數(shù)據(jù)采集卡，采集卡將數(shù)據(jù)傳遞給計(jì)算機(jī)，以便計(jì)算機(jī)作進(jìn)一步的處理。數(shù)據(jù)采集過(guò)程及系統(tǒng)構(gòu)成如下圖： 圖3-2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本組成(1 編碼器工作原理及特點(diǎn)編碼器（Encoder ）為傳感器(Sensor類的一種，一種通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)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(lái)監(jiān)測(cè)機(jī)械

23、運(yùn)動(dòng)角速度。編碼器由一個(gè)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(hào)組合成A 、B 、C 、D, 每個(gè)正弦波相差90度相位差（相對(duì)于一個(gè)周波為360度），將C 、D 信號(hào)反向，疊加在A 、B 兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號(hào)；另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)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(hào)輸出形式，分為增量式編碼器和絕對(duì)式編碼器，本測(cè)試系統(tǒng)選用增量式編碼器。 圖3-3 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(gè)脈沖，用于

24、基準(zhǔn)點(diǎn)定位。它的優(yōu)點(diǎn)是原理構(gòu)造簡(jiǎn)單，機(jī)械平均壽命可在幾萬(wàn)小時(shí)以上，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，適合于長(zhǎng)距離傳輸。其缺點(diǎn)是無(wú)法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對(duì)位置信息。其計(jì)數(shù)起點(diǎn)任意設(shè)定，可實(shí)現(xiàn)多圈無(wú)限累加和測(cè)量。編碼器軸轉(zhuǎn)一圈會(huì)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(hào)連接編碼器的脈沖信號(hào)連接計(jì)數(shù)器、PLC 、計(jì)算機(jī)，PLC 和計(jì)算機(jī)連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開(kāi)關(guān)頻率有低有高。(2 光電編碼器工作原理光電編碼器，是一種通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)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(cè)裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開(kāi)通若

25、干個(gè)長(zhǎng)方形孔。由于光電碼盤與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)，其原理示意圖如下圖所示；通過(guò)計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)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(hào)。光電編碼器結(jié)構(gòu)原理圖 源編碼器實(shí)圖(3 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(duì)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(cè)量過(guò)程中，需要

26、通過(guò)光電編碼器測(cè)量滾筒從制動(dòng)開(kāi)始到停 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(jì)性、實(shí)用性原則選擇了IHA8030型號(hào)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。圖3-5 IHA8030型號(hào)編碼器圖3-6 IHA8030型號(hào)編碼器安裝尺寸IHA8030型號(hào)的編碼器技術(shù)參數(shù)如下： 工作溫度 防護(hù) -10-70 防塵 IP50 價(jià)格 ：555.00 元/個(gè) b 數(shù)據(jù)采集卡選擇 (1 數(shù)據(jù)采集卡簡(jiǎn)介 數(shù)據(jù)采集(DAQ，是指從傳感器和其它待測(cè)設(shè)備等模擬和數(shù)字被測(cè)單元中自 動(dòng)采集非電量或者電量信號(hào),送

27、到上位機(jī)中進(jìn)行分析、處理。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)或者其他專用測(cè)試平臺(tái)的測(cè)量軟硬件產(chǎn)品 來(lái)實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測(cè)量系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集卡，即實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集(DAQ功 能的計(jì)算機(jī)擴(kuò)展卡，可以通過(guò) USB 等總線接入個(gè)人計(jì)算機(jī)。 運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)采集卡并送給 PC 機(jī)，通過(guò)運(yùn)行在 PC 機(jī)上的特定軟 件對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析， 以此判斷當(dāng)前運(yùn)行設(shè)備的狀況， 進(jìn)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(jì)中，多采用單任務(wù)順序機(jī)制。 (2 數(shù)據(jù)采集卡選取 我們知道，安裝在滾筒端部的圓編碼器輸出的是脈沖信號(hào)，即為模擬信號(hào)， 然而直接的脈沖信號(hào)是無(wú)法被計(jì)算機(jī)識(shí)別的， 所以在測(cè)試過(guò)程中要先將模

28、擬量轉(zhuǎn) 化為數(shù)字量才能被計(jì)算機(jī)識(shí)別，故需要數(shù)據(jù)采集控制卡采集到脈沖信號(hào)后進(jìn)行 A D 轉(zhuǎn)換，進(jìn)而傳給計(jì)算機(jī)進(jìn)行識(shí)別處理。 首先在滿足滿足實(shí)際需要基礎(chǔ)上選取了幾款數(shù)據(jù)采集卡， 再?gòu)墓?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(qiáng)大的低成本多功能 PCI 總線數(shù)據(jù)采集卡， 具有獨(dú)特的電路設(shè)計(jì)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 I0 和 2 通道數(shù)模輸出，采集速率可達(dá) 100kHz，可編程的計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)器可作為 AD 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

29、連接三部分。具體規(guī)格簡(jiǎn)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 I/O 接口類型 尺寸 68 針 SCS-II 孔型接口 175 ´ 100 mm （6.9" ´ 3.9"） 典型 PCI-1711 +5 V ，850mA 最大 +5V ，1.0mA 工作 060 °C （32140 °F ） 存儲(chǔ) 相對(duì)濕度 -2070 °C （-4158 °F ） 5%95% RH，無(wú)凝結(jié) 功耗 溫度 模擬量輸入 l 通道 l 分辨率 精度 DC AC 16 路單端 12 位 INLE： &#

30、177; 0.5LSB 單調(diào)性：12 位 補(bǔ)償誤差：可調(diào)零 增益誤差：0.0005% FSR（增益=1） SNR：68 dB ENOB：11 位 l l l FIFO 大小 采樣速率 最大輸入過(guò)載電壓 1K 采樣 100KS/s max 20V l l l 輸入保護(hù) 輸入阻抗 觸發(fā)模式 30Vp-p 2 M W /5pF 軟件觸發(fā)，可編程定時(shí)器觸發(fā)或外部觸發(fā)、 模擬量輸出 l 通道 l 分辨率 輸出范圍 2 12 位 內(nèi)部參考電壓 外部參考電壓 相對(duì) 差分非線性 0+5V，0+10V 0+x V 或x V（-10 £ x £ 10） ± 1/2 LSB ± 1/2 LSB （內(nèi)部和外部參考電壓） 精度 l l l l l l 增益誤差 零漂 驅(qū)動(dòng)能力 吞吐量 輸出阻抗 參考電壓 可調(diào)零 40 ppm/ °C 3 mA 依賴于 PC，軟件更新速率（Di