（光学工程专业论文）基于虚拟仪器的汽车制动性能测试系统的研究.pdf

基于虚拟仪器的汽车制动性能测试系统的研究 车辆工程专业 研究生黄伟指导教师孙仁云 汽车制动性能的好坏直接影响到汽车的主动安全性。研制快捷、准确、高效的制 动性能酣瓦忝统，对提高汽车制动系统的设计制造水平、强化菪赡黟爿佥验能力具有 十分重要的意义。虚拟仪器技术的引入，可降低系统的硬件费用、缩短开发周期，并 增强系统的扩展能力本文运用虚拟仪器的思想和面向对象的分析彀斟方祛，以四车 轮制动试验台为硬件平台，以l ab _ 嘲为软件开发平台，构建了功能强大、性能可靠 的汽车制动性能测试系统 该测试系统由硬件和软件两部分组成。硬件部分以传感器、f l c 机和数据采集卡为 杨心，配以信号调理箱电路。设计的信号调理箱电路，包括系统自检、模拟信号滤波 赢幻b 脉冲信号限幅整形、数字0 信号隔离整形等模块。软件部分由上层管理程序 和硬件甄朔蛩手构成。上层管理程序墼鹭翻漆捞哺描铡信号、控制信号的采集、存 储、显示、分析以及历史信号的查询、打印等功能：硬件驱动程序以动态链接库( d l l ) 形式供醣期软件调用，主要完成数据采集板卡的工f 谳设置、数据的采集和传 输，以及对非n i 驱动硬件的操作等功能 在确定了系统软硬件开发平台e 的基础e ，运用动力学原理，对车轮转速、制动 扭矩、轮匍珏功、渭移本弩硒航龆媚的处理方_ i 生；进行了研究重点分析了在l a b v i 肿1 开发环垮盯，这些数据处理方法的具体实现进行了数据采集的模块化设计，测控软 硬胖子系统方案设计及其拉崩填r 潮实现 最后，对系统的各功能陵蝴了现场滑试验证了系统数据采集分析的唾翩生 得出了滑汝与数据分析结果结果表明：所设计自q i 辑豌助性能测试系魄能实时给 出制动距离、制动时间、最大和最小制动扭矩、晟大和最小制动力等制动性能参数， 绘出相应溪l 试与分析曲线，蝴自动化、快速、准确= 嚏实时澍试、数据处理与数据 分析、检测结果输出等功能，能适应不同轴距、不同轮距和不同重量的汽车 该系统功能强大、t i f l f h - t 1 1 、易于扩展、软硬件设计安全可靠、实用性强，可大 大提高汽车制动的检测精度与检测速度，并可以进步推广应用。 t h ea u t o m o h a 妯唱p c 商加n 锄a f f e c t st h ea c t i v es e o n i i y 凼呻t od c v d o pa q u i c k l y , a c c u r a t e , a n dh i 曲e f f e c t i v eb r a 蜮n gp e 面x m n a n = t e s ts y s t e mh a st h es i g 徊赫 f r o e a h a n c i n gt h ed e s e r tm m m f a c u m 。l e v e lo ft ka u t o n 舭b l ；蛐gs y s t e mm i df o r s u m g t h e n 堍t h ea b m t y o f r e g u l a r 呻d e 幻晦t h e 缸呱吐l d i o n o f v 缸u a l i n s u m n 髓t u x ：l m o l o g y 啪r e d u c et h es y s t e mh 刁删慨e x p e n s e , 曲咖位d c w 知删q i c i ca n d e n h a n c et h es y s t e me x p a n s i o n 螂i nl 地p a 眄a 刚y m gt h ev i r t u a lh m t n n n e 删ta n dt h e a 乇和西曲彘珊田a n a l y s i s d e s i g n m a h o d , b 垃培也e 白呱w 跳t e s t b e d a sh 盈皤d w 越p l a 血n n , 锄d 切趣b b 、，琚w 笛出吲0 p 麟斌p k 响吗t h e f u n c t i o n 螂卸d p c m 既幽睇 站旺出l c 锄舾蒯k b l a 姑1 9 p e 商咖蹴埘町蛐墨璐蛔喊 t h e 锻掣咖m 缸m p 嚆e d b y t h e h a r d w a r e a n d t h e s o t h v a m t w o p a r t s h t h e h m d w a r 岛 位s 嘲位删似甲船a n d 她曲a o q 脚衄d 砒脚鼢笛l h e 雠幽，i 。e 锄d n l c 洲啪融枷砖m 砌融m 洲锄嚼融鳓崦慨 d c 确尹c d 五曲l d 鹤蛐m 训岱飘i 曲笛缸劈蛐浊辩接曲咄l k 锄1 0 9 划船柚d e d l 嘞缸廊咧i 蛐a n d 蚺础l k 喇阳刚鲥缅a n d 露s h a 呻培柚d o 几t l l c 衢门站p 宙吐缸m p o s c d b y t h e m p m a n a g u n m t p r o g r a m a n d l h c h a i d w 越血陆g p l o g 聊旺1 h c t o p m 卸a g 础删乒曜p m m 痂由m p l d 黯l k 毋血晦 武锄睇曲哪蛐a n d 锄j 婶蛐妇她跚般删嘣眦内d a l a n d 缸硼m d i s i g n a t , 罄w d l 罄l h c 呐a n d p 向吨蛐h 缸垴衄谢菇舭1 l l c h d w 辩 砸v 崦哪蟊罄岫耻砌哪( d 田蛔缸位印m n a g p 删唧幻 r e c a l l , 锄d m 曲毋血p l d 岱也c 矗l 啦t i 0 惦跚c h 罄w 呦g 辟曲骶s 晌吕加圈岫g 卸d 咖蛐a n d 咖妇n i c 雠- m 赫哑a n d 佩 珊t h e b a s e o f t h c 咖m v 辩a n d t m m w a r c p l a m m h a v i n g b e e a f u n d i n g u s i n g d y n a m i c s 砷硒幽l h c 舯趣m c t b o d o f t l 喇d a t a s u c h 罄l h e w b c e l 删es p c ：c d ，l h c b f a 哑蛔砰| c 她w b c e lq 蛐p r e m u r c , i h es l 砸倒曲a n ds o0 1 1i s 豫嘣班妇dt h e r e a l i z a t i o ao f t h e s ed a t ap l 疑醯1 9m c i h o d st m d a rl a b w i e w t 1d c w 舾弘n c mc m v i r o m m m i sa m i y z c dw i t h 删叩蜮f i l h c 扭的鸭t h e 胁掣枷哪m 劬| l e ，sd 商g n , l h cp l a nd c s i j 匦 0 f l b c 蝌妯蝴砌蛐a n d 缸咖蝴蛐，s l e a l 溉i 眦 巧m l 堍岫i l 曲她s d c h l 豳础o f t h e 矗嘶n m o d 山e s ，t h c 印蹴md a m 叩袖i 卸d 卸a l y s i s ，s i c i i 栅丑y 趣v a 曲咀a a d t l zd c b i | 路吨a n d i h c d a t a 锄a l y s i s 袖 舭o b t a i n e d 啦袖础眦n a a t , 位锄t o m o b f l cb i a l 堍倒妇躐醪蜘锄 s h o w i h c 蛐p c l 缸m 柚p a m m e 橱ss u c ha sn l c 蛐岫m cs t o p 缸岛t i m b i 罂蹲a n dm m a i l 岱t 眦t o r q u c t h eb i 婴蚪a n d 锄嘧i i c s tb l a 蚰喀p r e 墨s m c 锄d s o0 1 1 砌 血鸥a n d 锄血w l h c 鲫【唧曲g 锻锄d 锄l 嫡眠i t c a nr e a l i r e a l 缸蜮d a m 弘醯ga n d 卸a i y s 逸t 杖砧氮她删印ma n d 妇f u n c t i o n s 硼幻叫出c a i 甄q u i c k l ya n d a c c u m t e 1 y f i l m 嘲嗍岛i tc a n 岬t h e 卸妇删c d i 】融哪a x , 删鼬w h e e ld i s t a n c c a n d 蜘w e i g h t f 雎s y s t e m h 罄t b e 曲觚咖s 文l 血笛趣矗玎】d i m 缸锄咖吕砥0 p 暖咖远o o 删韧i a 鸣趣 e x p a n d i n g i s e a s y , t s s o f a , a r e a 日dh a 删慨d e 她砖咖a n d r c l i , 龇, 迅憾蛐妊曲珊g a n ds oo i lw 曲t h i s 捌幻m 曲i l ep c 栅哪勰t e s ts y s t e m , t h ec x a m n m i o ap 1 矧a n d 恤 铭掘蛐s p c 耐0 f l h c 柚妇蛐嘶i l 她锄b c h 删朗绷品a n d i t c a n b c p r o m o t e d t o 丘妇雄叫j c 舡 i v 西华大学磺士学位论文 声明 本人声明所星交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获锝西华大学或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示谢意 本学位论文成果是本人在西华大学读书期间在导师指导下取得的，论文成 果归西华大学所有。特此声明 作者签名步碍口7 r 年厂月易耳 导师签冬舀狮：去夕年莎n 2 日 西华大学硬士学位论文 第l 章绪论 制动性能是保障汽车安全运行、取得预期运行效益的最基本的使用性能， 因此无论汽车制造厂、汽车维修和管理人员还是汽车使用者都非常重视车辆的 制动性能，在交通运输中，制动对确保行车安全有着重要的作用和意义，一方 面是使汽车在任何情况下减速或停车，确保行车的安全；另一方面也是提高汽 车的运行速度，提高牵引重量，即提高交通运输能力的重要手段“ 汽车制动性能在制动系结构定型生产后即已确立，在使用过程中随着汽车 运行里程的延续，制动系的零件、部件不可避免地会磨损、老化、变形和腐蚀， 制动系技术状况因而逐渐恶化、变差，并显示为制动能力逐步下降，直至丧失 虽然不同车辆之间由于车辆固有制动性水平、行驶里程，使用条件的差异，其 制动效能就有明显差异，即使同型号车辆也是各不相同，但其制动性能随行驶 里程的延续不断衰退却是一致的，只是衰退的进程有快有慢而已因此了 解、掌握汽车制动性能衰退程度，就成为保障车辆安全运行的重要技术措施。 制动性能测试是对新造和检修后的制动系统进行各项性能检验检测的性 能将直接影响到汽车的安全行驶在试验台上可以对制动系统的各个性能参数 进行测试，以检验制动效能是否符合技术要求“。 随着计算机技术的迅猛发展。测试系统开始向计算机的方向发展虚拟仪 器( t r m 咖s lh s 咖m 衄1 ) 是现代计算机技术、仪器技术以及其他新技术完美结合 的产物。虚拟仪器技术的提出和发展，标志着2 l 世纪自动测试与电子测量仪器 技术发展的一个重要方向“ 鉴于虚拟仪器技术的优点，我们选择使用虚拟仪器技术来构建汽车制动性 能测试系统 1 1 课题的提出及研究意义 据统计，在因汽车故障弓l 起的事故中，制动系统故障占6 嘿以上汽车制 动性能好坏，是安全行车最重要的因素之一，因此也是汽车检测诊断的重点 汽车有良好的制动性能，遇到紧急情况，可化险为夷；在正常行驶时，可以提 高平均速度，从而提高运输效率随着汽车行驶速度的提高，汽车制动性能对 保障交通安全尤为重要为减少交通事故，我国有关法规明确规定在用汽车必 l 西华大学硕士学位论文 须经过定期检验合格后才允许上路行驶，在汽车定期检验中，制动性能被作为 判定车辆安全技术状况的主要因素1 。 同时我国汽车业的迅速发展，对汽车检测行业和检测设备提出新的要求， 随着我国加入w t o ，汽车的一些标准与法规也须逐渐与国际接轨，我国的制动 法规g b l 2 6 7 6 - 1 9 9 9 汽车制动系统结构、性能和试验方法也基本引用了b c er 1 3 ( 欧洲经济委员会汽车制动法规) 的有关条款。而我国车辆制动性能测试技术 相对落后，面对车种繁多，以及现代汽车结构和使用条件的日趋复杂，需检项 目增多的现状，用传统的检测手段检测车辆制动性能已难以满足需要儿” 随着电子技术与测控技术的迅速发展，在传统检测方法上的基础上，逐步 发展成现代汽车诊断与检测技术。1 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作者选择汽车制动性能检测作为研究 课题，采用先进的设计理念和手段，将虚拟仪器技术引入到汽车制动性能测试 领域，开发了一套功能齐全、性能良好，使用方便，具有高精度和高可靠性的 汽车制动性能测试系统，这对提高汽车制动系统的设计制造水平和在用汽车的 定期安全检验能力具有十分重要的意义 1 2 国内外汽车制动性能检测技术现状与发展 国外对汽车制动性能的研究和检测发展较旱，从上世纪七十年代起，已经 开始运用现代设计方法，如计算机数字仿真、优化设计、可靠性设计、 c a d c a m c a e 等取代传统设计方法“上世纪七十年代初，美国密西根大学的 学者们就将计算机模拟技术应用到汽车制动动态过程研究中从上世纪九十年 代起，国外就不断开发汽车制动系统的设计专家系统，而且也涉及到整车设计 专家系统的研究开发“如日本开发的小型车制动专家系统，使得设计的车 辆具有良好的制动性能，在省时省力基础上得到最佳设计方案。目前，国外生 产的汽车制动性能试验台现代化水平很高。如法国的萨基姆( s a g 酬) 公司、德 国的博世( b o s c h ) 公司、申克( s c h e n c k ) 公司、意大利的马哈( 姒m ) 公司 等等训删 2 西华大学硕士学位论文 我国的汽车工业起步较晚，研发能力还比较落后，相应地，制动性能检测 技术也经历了从引进技术、引进检测设备到自主研究开发、推广应用的阶段， 并发布实旌了有关的汽车检测国家标准和行业标准，取得了很大的进步u 卅1 在g b 7 2 5 8 2 0 0 4 机动车运行安全技术条件) 中规定了路试检验制动性能 与台试检验制动性能的检验项目、检测方法与相应的技术要求删 1 、路试法5 们嘲 路试法要求试验路面应为平坦( 坡度不超过1 ) 、干燥和清洁的水泥或沥 清路面。轮胎与路面之间的附着系数不小于0 7 ，风速不大于s m s 在试验路 面上应画出与标准中规定的制动稳定性要求相应宽度车道的边线。被测车辆沿 着试验车道的中线行驶至高于规定的初速度后置变速器于空档。当滑行到规定 的初速度时急踩制动踏板，使车辆停住用速度计、第五轮仪或用其他测试方 法测量车辆的制动距离，用速度计、制动减速度仪或其他测试方法测量车辆充 分发出的平均减速度( m f d d ) 、制动协调时间。这种方法受人的主观和试验条件 如速度、负荷、路面、轮胎类型和风阻差异的影响很大，并且因为汽车在制动 过程中，车轮被抱死时的制动力不是最大，其有效制动力比最大制动力约小了 5 一2 5 目前国内有国家级的汽车试验场有四个：海南汽车试验场、襄樊汽车试验 场、定远汽车试验场、北京通州汽车试验场在这些试验场中，只有海南汽车 试验场和东风襄樊汽车试验场符合g b l 2 6 7 6 - 1 9 9 9 汽车制动系统结构性能和试 验方法及g b 1 1 3 5 9 4 - 2 0 0 3 机动车挂车防抱制动性能和试验方法 标准规定 的专用试验场地内进行a b s 性能的测试要求 2 、视觉检查法 我国目前的一些小型修理厂或公路旁的特约汽车维修站，人们还常常运用 这种方法这种方法得到的结果可用来预见汽车目前或者运行一段时间后的制 动性能，显见其优点在于其检视费用少，设备简单，仅需要尺子、闪光灯、上 螺丝器、铅笔和纸张就行，操作方便，操作人员的经验可帮助他发现特种车或 带有特别携带物品车辆的故障同时该种方法的缺点也是显而易见的：检视工 作耗时长，只能部分定期检查在运行的车辆，同时检视工作带有一定的主观性， 测试结果在很大程度上取决于操作人员的经验和操作水平，且有不少项目如制 动力、制动减速度等一些重要性能参数测不出来 3 西华大学硕士学位论文 3 、台试法c s s 吮儿“1 彻 台试检测汽车的制动性能是在室内制动检测台进行的。台试法检验制动性 能不受外界条件的限制，重复性好，能定量测得各轮的制动全过程有利于分 析前、后轴制动力的分配及每轴制动力的平衡状态、制动时间等参数，给故障 诊断提供可靠依据。所以台试法在国内外获得了广泛的应用。 目前国内在用的汽车制动性能检测设备绝大部分采用的是日本式与欧洲式 结构的检测设备，其中又以前者居多制动检测台常见的分类方法有：按测试 原理不同，可分为反力式和惯性式两类，按检测台支撑车轮形式不同，可分为 滚筒式和平板式两类，按检测参数不同，可分为测制动力式、测制动距离式和 综合式；按检测台的测量、指示装置传递信号方式不同，可分为机械式、液力 式、和电气式三类i 按检测台同时能测车轴数不同，可分为单轴式、双轴式和 多轴式三类从市场产品分类上讲，大致分为两类：一类是简易流动检测站， 它是采用车载简易便携式测试仪器，在进入测试现场后，将车内的仪器移到地 面，使被检车辆通过这些测试仪器，完成各项安全性能指标的检测：另一类是 载体式流动检测站。它的各种检测设备与车体刚性联接，当被检车辆通过车体 上的检测台时，便可直接检测车辆的各项安性能指标。 随着台式检测法的广泛推广，汽车制动性能检测设备生产企业也由8 0 年代 的不满百家增加到近千家，并由过去仅能生产简单的检修工具发展到能够开发 和生产具有一定水平的检测设备，逐步形成了独立的类别和系列，这些检测设 备对推动我国汽车工业和汽车维修业的繁荣和进步起到了积极作用，使我国的 汽车检铡设备和检测技术得到了较快的发展。汽车检测设备生产厂家增多，从 引进国外先进经验到现在自已能够研发各种检测台，使设备更加符合中国的实 际情况。目前国内较大的汽车制动性能检测设备生产厂家及主要产品见表i - i 4 西华大学硕士学位论文 表1 - 1 国内较大的生产厂家及主要产晶 ：! 些! ：! 堕堑坚咝翌垒塑型唑e 业 厂家名称生产制动性能检测设备 安车科技有限公司( 深圳市)1 、汽车轴重、翻动复合检测台； 2 、平板式检测台； 3 、全车型机动车( 汽摩) 检测线 华燕汽车检测设备厂( 石家庄) 江兴汽车检测设备厂( 温洲) 长安检测设备厂( 靖江市) 施耐汽车保修设备厂( 深圳) 欧林特汽车设备公司( 北京) 威达实业有限公司( 廊坊) 陕西军工厂 1 ，h y 2 1 - a 型便携式滚筒反力制动台； 2 、f z - 1 0 0 g 型滚筒反力式制动检验台； 3 、f z 1 0 0 a b 型滚筒反力式制动检验台； 4 、肝巧系列平板制动检测台 l 、f z 系列制动检验台； 2 、甩系列四板( 二板) 平扳式检验台 1 、c a z d 6 型汽车制动检测台 l 、h e k a 哈克平板检测台( 眦u a 4 ) 1 ，t s 啪t s b - l o 滚筒式车速表检验台； 2 、4 瓤髂、2 腿髂5 0 系列平板式检验台 l 、4 1 7 0 c 组全塑小吨位安检线( 平板式) l 、k i ) z d - 1 0 汽车制动检验台 1 3 虚拟仪器的概念和特点 1 3 1 虚拟仪器的概念 虚拟仪器( v m a zi n s t r u m e n t ) 的概念是由美国国家仪器公司( n a t i o n a l t n s t r u m c n t s ) t 先提出的所谓虚拟仪器是基于计算机的软硬件测试平台，它可 代替传统的测量仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、频谱分析仪等； 可集成于自动控制、工业控制系统之中；可自由构建成专有仪器系统虚拟仪 器是智能仪器之后的新一代测量仪器n 帕“订 虚拟仪器的核心技术思想就是“软件即是仪器”。该技术把仪器分为计算机、 仪器硬件和应用软件三部分虚拟仪器以通用计算机和配备标准数字接口的测 量仪器( 包括g p i b 、r s - 2 3 2 等传统仪器以及新型的v x i 模块化仪器) 为基础， 将仪器硬件连接到各种计算机平台上，直接利用计算机丰富的软硬件资源，将 s 西华大学硕士学位论文 计算机硬件( 处理器、存储器、显示器) 和测量仪器( 各种传感器、数据采集 卡、p x i 仪器、v x i 仪器、g p i b 仪器) 等硬件资源与计算机软件资源( 包括数 据的处理、控制、分析和表达、过程通讯以及图形用户界面) 有机结合起来蛳。 1 3 2 虚拟仪器的特点及优势 一 虚拟仪器是基于计算机的功能化硬件模块和计算机软件构成的电子测试仪 器，而软件是虚拟仪器的核心( 如图卜1 所示) ，其中软件的基础部分是设备驱 动软件，而这些标准仪器驱动软件使得系统的开发与仪器的硬件变化无关这 是虚拟仪器最大的优点之一，有了这一点，仪器的开发和换代时间将大大缩短。 虚拟仪器中应用程序将可选硬件( 如g p i b ，v x i ，r x - 2 3 2 ，d a q 板) 和可重复用 库函数等软件结合在一起，实现了仪器模块间的通信、定时与触发。原码库函 数为用户构造自己的虚拟仪器( v d 系统提供了基本的软件模块。由于v i 的模 块化、开放性和灵活性，以及软件是关键的特点，当用户的测试要求变化时可 以方便地由用户自己来增减软、硬件模块，或重新配置现有系统以满足新的测 试要求这样，当用户从一个项目转向另一个项目时，就能简单地构造出新的 v i 系统而不丢失已有的硬件和软件资源“ f i g u r e1 - 1v i r t u a li n s t r u m e n td i a g r a m 图1 - 1 虚拟仪器开发框图 6 西华大学硕士学位论文 虚拟仪器技术的优势在于可由用户定义自己的专用仪器系统，且功能灵活， 很容易构建，所以应用面极为广泛虚拟仪器技术十分符合国际上流行的“硬 件软件化”的发展趋势，因而常被称作。软件仪器”它功能强大，可实现 示波器、逻辑分析仪、频谱仪、信号发生器等多种普通仪器全部功能，配以专 用探头和软件便可检测特定系统的参数，如汽车发动机参数、汽油标号、炉窑 温度、血液脉搏波、心电参数等多种数据；它操作灵活，完全图形化界面，风 格简约，符合传统设备的使用习惯，用户不经培训即可迅速掌握操作规程 1 4 3 虚拟仪器与传统仪器的比较p j l j q 虚拟仪器具有传统独立仪器无法比拟的优势在高速度、高带宽和专业测 试领域，独立仪器具有无可替代的优势在中低档测试领域，虚拟仪器可取代 一部分独立仪器的工作，但完成复杂环境下自动化测试是虚拟仪器的拿手好戏， 是传统的独立仪器难以胜任的，甚至不可思议的工作 1 传统仪器的面板只有一个，上面布置了种类繁多的显示和操作元件由 此导致许多识读和操作错误虚拟仪器与之不同，它可以通过在几个分面板上 的操作来实现比较复杂的功能这样，在每个分面板上就可以实现功能操作的 单纯化和面板布置的简洁化，从而提高操作的正确性和便捷性同时，虚拟仪 器的面板上显示元件和操作元件的种类与形式不受标准元件和加工工艺的限 制，由编程来实现，设计者可以根据用户的要求和操作需要来设计仪器面板。 2 在通用硬件平台确定后，软件取代传统仪器中由硬件完成的仪器功能。 3 仪器的功能是由用户根据需要用软件来定义，不是事先由厂家定义的。 4 仪器性能的改进和功能扩展只需更新相关软件设计，不需购买新仪器 5 虚拟仪器开放、灵活，与计算机同步发展。与网络及其他周边设备互联。 6 由于其以p c 为核心，使得许多数据处理的过程不必像过去那样由测试 仪器本身来完成，而是在软件的支持下，利用p c 机c p u 的强大的数据处理功能 来完成，使得基于虚拟仪器的测试系统的测试精度、速度大为提高，实现自动 化、智能化、多任务测量 7 可方便地存贮和交换测试数据，测试结果的表达方式更加丰富多样 8 虚拟仪器可在较高性价比的条件下，降低系统开发和维护费用，缩短技 术更新周期 7 西华大学硕士学位论文 9 近年来，随着网络技术的发展，已经形成了网络虚拟仪器。这是一种新 型的基于w e b 技术的虚拟仪器，使得虚拟仪器测试系统成为i n t e r n e t i n t r a n e t 的一部分，实现现场监控和管理在当前流行的c s d 网络模式下，利用嵌入式 技术( 包括数据库嵌入和网络模块的嵌入) 可以充分利用有效资源，提高测试效 率。 表l - 2 虚拟仪器与传统仪器的比较 虚拟仪器传统仪器 开发和维护费用低开发和维护费用高 技术更新周期短( 0 5 - 1 年)技术更新周期长( 5 - 1 0 年) 软件是关键硬件是关键 价格低价格昂贵 开放、灵活与计算机同步，可重复使用和重新配置固定 可用网络联络周边仪器只可连接有限的设备 自动化、智能化，多功能、远距离传输功能单一，操作不便 1 4l a b v i e w 简介“” l a b v i e w 是实验室虚拟仪器集成环境( l a b o r a t o r yv a i r t u r a ll n s t u n n e n t e n g i n e e r i n gw o r k b e n c h ) 的简称。是美国国家仪器公司( n a t i o n a l i n s t r u m e t n ，简称n i ) 的创新软件产品，也是目前应用最广、发展最快、 功能最强的图形化软件开发集成环境用l a b v i e w 编写的仪器软面板，其界 面友好、操作简单直观，与传统文本语言相比、用l a b v i e w 编程易学易懂省 时省力，可以节省大量系统开发时间，即使对于没有文本语言基础的软件工程 师来说，也可以很快学习、掌握并应用l a b v i e w 来开发虚拟仪器 l a b v i e w 是一个完全开放的仪器开发系统，利用它可以构成任意形式的虚 拟仪器，如g p i b 、v 、p x i 、串行系统、p ie 和插入式数据采集系统等，并 可通过互联网与其它数据源连接进行动态数据交换，还可以在l a b v i e w 中嵌 入a c t i v e x 控件从其它开发环境调用l a b v i e w 的源代码，或用l a b v i e w 以 动态链接库的形式在w i n d o w s 下或在其它平台下以分享库的形式调用现在代 盘 西华大学硕士学位论文 码。 i a b v i e w 具有以下特点： 1 i a b v i e w 使用。所见即所得”的可视化技术建立人机界面。提供了大 量的仪器面板中的控制对象，如表头、旋钮、图表等 2 i 盖b v i e w 使用图标表示功能模块，使用图标间的连线表示各功能模块 问的数据传递，使用大多数工程师和科学家所熟悉的数据流程图式的语言书写 程序源代码。这样使得编程过程与思维过程非常近似 3 i a b v i e w 继承了传统的编程语言中的结构化和模块化编程的优点，这 对建立复杂应用、提高代码的可重用性来说是至关重要的 4 b b 、r w 可以用编译方式运行3 2 位应用程序，这就解决了其它用解释 方式运行程序的图形化编程平台运行程序速度慢的闯题 5 i a b v i e w 支持多种操作系统平台，如w m 4 0 w s 9 5 9 8 2 0 0 0 n t ，p o w e r m a c i n 幻曲、h p - u x 、s u ns p a r c 等；在以上任何一个平台上开发的l a b v i e w 应用程序都可以直接移植到其它平台上 6 i 五b v i e w 提供了大量的函数库供用户直接调用从基本的数学函数、 字符串处理函数、数组运算函数和文件i o 函数到高级的数字信号处理函数和 数值分析函数还提供了许多具有标准文件( 如v x i ，g p i b 等) 仪器的驱动 程序，用户可以使用现成的模块方便地组建自己的测试系统 7 l a b v i e w 是一个开放式的开发平台，l a b v i e w 提供d l l 库接口和c i n 节点使用户有能力在l a b v i e w 平台上使用由其它软件平台编译的模块 8 借助d d e 、a c t i v e ) 、d a t as o c k e t 等技术，扩充系统的开发能力 9 l a b v i e w 运用多线程技术改善系统的运行及可靠性 综上所述，虚拟仪器是计算机技术、仪器技术、测量技术、d a 、a d 转 换技术、软件等技术完美的结合，成为当今测量测试领域里的一支最重要的力 量 1 5 本课题的主要研究内容 本论文以室内四车轮汽车制动性能检测系统为设计对象，以计算机控制技 术为核心，旨在使设计的测试系统达到功能齐全、性能良好、使用方便、高精 度、高可靠性，具有。智能化”和。自动化”的特点 9 西华大学硕士学位论文 本论文共分为七章： 第一章介绍了汽车制动性能检测系统研究的意义、发展和现状，并介绍了 虚拟仪器技术的概念、发展前景以及组成虚拟仪器硬件和软件把虚拟仪器技 术与传统的仪器相比较，突出了虚拟仪器成本低、开发周期短、测试分析功能 强大和具有可移植性的优点。另外还对目前流行的虚拟仪器开发平台 l a b v i e w 进行了简单介绍。 第二章介绍汽车制动系统的技术要求及其性能的评价参数，并分析了制动 力和附着力的关系，这是进行汽车制动性能测试的指标依据 第三章介绍了设计对象汽车制动性能检测系统的功能、结构、工作原 理，按照相关标准和功能要求，运用虚拟仪器测控技术，提出系统的整体设计 方案。 第四章详细探讨了系统的硬件设计，包括硬件设计方案、总线的选择、数 据采集卡、传感器的选购以及数据信号调理箱的设计与制作。 第五章在确立了测试系统开发的软硬件平台基础上，研究了测试数据的处 理方法 第六章详细阐述了系统的软件设计，包括各个功能模块调用、系统自检模 块、数据采集和处理模块、数据回放模块的详细分析与代码实现 第七章调试与试验结果分析，通过实验数据和曲线图来验证整个系统的设 计质量。 第八章对全文进行总结，提出对未来工作的设想 本文的主要工作： 1 完成汽车制动性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，对以前所作硬件系统不足之处进行改进。 2 完成 a b v i e w 编程实现软件系统包括：数据采集、处理、分析、显示、 存储 3 现场对系统软、硬件进行安装调试以及标定实验，并根据测量数据的标 定验证了其有效性，使之符合相关标准和实际应用环境 西华大学硕士学位论文 第2 章汽车制动评价指标与检测标准 汽车制动过程，特别是行车制动和应急制动是一个复杂的、时变的过程嘲， 所以在研究汽车制动性检测系统之前，有必要对汽车制动系统及其性能评价参 数等相关知识进行探讨。 2 1 制动系统评价指标”泓1 嘲 汽车制动性能主要由制动效能、制动抗热衰退性和制动时汽车的方向稳定 性三个方面来评价 2 1 1 制动效能 制动效能是指汽车迅速降低行驶速度直至停车的能力，是制动性能最基本 的评价指标它是由制动力、制动减速度、制动距离和制动时间来评定 1 、制动力 “。5 汽车在制动过程中人为地使汽车受到一个与其行驶方向相反的外力，汽车 在这一外力作用下迅速地降低车速以至停车，这个外力称为汽车的制动力魄1 图二l 为汽车在良好的硬路面上制动时的车轮受力图图中互为车轮制动 器的摩擦力矩，l 汽车回转质量的惯性力矩，l 车轮的滚动阻力矩，f 为车轴 对车轮的推力。g 为车轮的垂直载荷，z 是地面对车轮的法向反作用力。 赁 、 口 、 f 一 f 1 1 i 。| | 夕乃蜒 f l f i g u r e2 - 1t h ef o r c zo f w h e e lw h i l eh i b 萼 图2 - l 翻动过程车轮受力简图 l l 西华大学硕士学位论文 在制动过程中滚动阻力矩0 ，惯性力矩t 相对都较小时可忽略不计地面 制动力e 可写为： e 至 ， ( 2 - 1 ) 式中：，车轮制动半径 地面制动力只是汽车制动时地面作用于车轮的外力，e 值取决于车轮的半 径与制动器的磨擦力矩l ，但其极限值受到轮胎与路面间附着力e 的限制 在轮胎周缘克服车轮制动器磨擦力矩所需的力称为翻动器制动力e 郎 e昱(2-2) ， 式中：瓦车轮制动器( 制动蹄与制动鼓相对滑转时) 的磨擦力矩。 制动器制动力e 取决于制动器结构、型式与尺寸大小，制动器磨擦副磨擦 系数和车轮半径。一般情况其数值与制动踏板力成正比，即与制动系的液压或 气压大小成线性关系对于结构、尺寸一定的制动器而言，制动器制动力主要 取决于制动踏板力与磨擦副的表面状况，如接触面大小，表面有无油污等 图2 2 是在不考虑附着系数f 变化的制动过程中，地面制动力e 、制动器 制动力e 及附着力e 随制动系的压力( 液压或气压) 的变化关系 f i m c2 - 2t h cf o r c er e l a t i o nw h n eb r a k i n g 图2 - 2 制动过程中备力之间的关系 西华大学硬士学位论文 从上图可以看出，当制动系管路压力或制动踏板力较小，未达到某一限值 时，制动器磨擦力矩不大，路面制动力足以克服制动器磨擦力矩推动车轮滚动 此时，路面制动力就等于制动器制动力，并随着制动系管路压力( 制动器制动 力) 的增长成正比增大，受路面附着力的制约，达到某一限值，路面制动力便 不再随制动管路压力继续增加，而制动器制动力却随着制动管路压力继续增大 这样路面附着力便成了路面制动力极限，路面制动力( e ) 不可能大于路面附 着力( e ) ，即： 民工e - 兄妒( 2 - 3 ) 最大路面制动力( e 。) 为： e 。u 兄矿( 2 - 4 ) 式中：妒车轮与路面之间的附着系数 路面制动力达最大值，即等于路面附着力时，车轮将“抱死”停转而拖滑 此时若要继续提高路面制动力以使汽车具有更大的制动能力，就只有靠改善车 轮与路面问的附着条件，提高附着系数了 由上述分析可见，制动力是评价汽车制动性能的最本质因素制动力便于 在制动试验台上测量，这种检测方法在汽车综合性能检测站广泛采用通过制 动力的检测不仅可以测得各车轮制动力的大小，还可了解汽车前、后轴制动力 合理分配，以及各轴两侧车轮制力平衡状况若同时测得制动协调时问便能较 全面地检验车辆的制动性能 值得指出的是，在试验台上检测车轮制动时，与车辆行驶制动情况类似， 车轮也会出现两种运动状态，一种是车轮转动状态，此时试验台将测得与制动 踏板力相应的最大车轮制动力( 等于制动器制动力) ；另一种是车轮处于停转( 试 验台滚筒相对车轮轮胎滑转) 状态，此时试验台测量得的车轮制动力( 相当于 前述的地面制动力) 将等于轮胎与试验台滚筒之间的附着力这往往小于车轮 制动器制动力，而无法测得车轮制动器制动力的最大值。因为附着力大小是和 轮胎与滚筒之间的正压力及附着系数有关正压力与轴荷大小，以及车轮在试 验台上与滚筒之间的安置角有关 2 、制动距离 1 3 西华大学硕士学位论文 制动距离与行车安全有直接关系，而且最直观，驾驶员可按预计停车地点 的距离来控制制动强度，故政府职能部门通常按制动距离的要求制订安全法规 各国对制动距离的定义不一致，在我国安全法规中是指在指定的道路条件下， 机动车在规定的初速度下急踩制动时，从脚接触制动踏板( 或手触动制动手柄) 时起至车辆停住时止车辆驶过的距离( 见g b 7 2 5 8 1 9 9 7 ，6 1 4 1 1 ) 。制动距离 与制动过程中产生的地面制动力以及制动传动机构与制动器工作滞后时间有 关，而地面制动力与检验时施加在制动踏板上的踏板力或制动系的压力( 液压 或气压) 以及路面的附着条件有关，因此，测试制动距离时必须对制动踏板力 或制动系的压力以及轮胎与路面的附着条件作出相应的规定。 3 、制动减速度 制动减速度的大小是汽车降低行驶速度能力强弱的量化体现，制动减速度 也是表征汽车制动效能的重要特性参数 制动减速度，与地面制动力e 及车辆总质量有关，以下式表示： ，坠墨( 硝) 。 6 x g 式中：e 汽车总重力； g 重力加速度； 6 汽车回转质量换算系数。 对某一具体车辆而言，制动减速度与地面制动力是等效的。因此也常用制 动减速度作为评价制动效能的指标制动减速度在一次制动过程是变化的，当 车辆制动到全部车轮抱死滑移时，回转质量转换系数6 等于1 ，而此时地面制 动力只- e g 矿，由此可得最大制动减速度： j。-gq,(2-0 通常车辆检测时用平均减速度或最大减速度作为制动效能的评价指标，计 算减速度值的上下限取值区间虽然均在持续制动阶段的范围内，但同制动过程 中计算所得的减速度值也将随取值区间而异因此，必须统一规定计算平均减 速度值的取值区间，才能建立以平均减速度为评定汽车制动能的基础。为此， 联合国欧洲经济委员会( e c e ) 第十三号法规对计算平均减速度的取值区间作 了规定，并将计算得到的平减速度冠名为“充分发生的平均减速度( m e a nf u n y 1 4 西华大学硬士学位论文 d e v e l o p m e n td c c c l c r a t i o n ) ”在我国的安全法规g b l 2 6 7 6 - 1 9 9 9 汽车制动系统 结构、性能和试验方法 中也采用了同样的。充分发出的平均减速度m f d d 。 的评价指标： 脚。惹葛叫，) 式中： ，试验汽车制动车初速度，k m s ； o 8 l ，的汽车制动车速度，k m s ； 。 也0 1 v 的汽车制动车速度，k m s ； 瓯汽车制动车速度从 ，到吒的行驶距离，m ； 鼠汽车制动车速度从l 到也的行驶距离，m 用减速度仪来检验汽车的制动减速度，仪器本身结构简单，使用方便，但 试验的重复性较差，且受路面附着系数的影响很大制动减速度也是一个整车”一 性能参数，它反映不出各轮的制动力及分配情况单独用制动减速度来评价翻 动性能时，也必须同时检验制动协调时间和跑偏量 4 、制动时间 制动过程所经历的时闻即制动时间，很少作为单纯的评价指标但是作为 分析制动过程和评价制动效能时又是不可缺少的参数如对于同一型号的两辆 汽车产生同样制动力所经历的时间不同，则两辆汽车的制动距离就可能相差较 大，对行驶安全将产生不同效果因此通常对制动时间作为一辅助的评价指标 制动过程各阶段的时间分布大致如图2 3 所示， 笔 r 耔 器 f l g u r * 2 - 3c h a n g ec u m o f b r a k i n g 矗h 图2 - 3 制动力变化曲线 当驾驶员接到紧急停车信号时，并没有立即行动，而要经过f 1 秒以后才意 1 5 西华大学硕士学位论文 识到应进行紧急制动，并开始移动右脚，f 称为驾驶员反应时间，一般为 0 3 1 0 s ，它与制动系的性能无关。驾驶员踏住制动踏板后，踏板力迅速增加， 但由于制动器的蹄片与制动鼓之间存在间隙，要经过t ，时间才能使汽车开始减 速，不同的车辆f 2 也不相同，一般取o i s 。f 3 称为制动力协调时间，包括制动 传动机构迟滞时间和制动力增长时间，一般为0 2 - 0 9 s f i 是制动力达到最大之 后稳定维持的时间，这一阶段车辆的减速度稳定，基本不变驾驶员松开踏板 后，制动器制动力的消除还需要一段时间，记为t 。，称为制动释放时间。按规 定，制动释放时间不得大于0 s s 从制动的全过程来看，它包括：驾驶员看到 情况后作出反应、制动器起作用、持续制动和制动完全释放四个阶段。 制动协调时间是制动性能检测中的一个重要参数在g b 7 2 5 8 - 1 9 9 7 机动 车安全运行技术条件 中，将制动协调时间定义为：在急踩制动时。从踏板开 始动作至车辆的减速度( 或制动力) 达到标准中规定的车辆充分发出的平均减 速度( 或标准中规定的制动力) 的7 5 时所需的时间为此，在制动测试过程 中必须由驾驶员通过套装在汽车制动踏板上的脚踏开关向试验台指示、控制装 置发出一个“开关”信号，开始时间计数，直至制动力与轴荷之比达到标准规 定值的7 5 时瞬间为止。这段时间历程即为制动协调时间，通常可以通过试验 台的计算机执行相应程序来实现 2 1 2 抗热衰退性 汽车制动抗热衰退性能是指汽车高速制动、短时间重复制动或下长坡连续 制动时制动效能的热稳定性因为制动过程实质是把汽车的动能通过制动器吸 收转化为热能，制动过程中制动器温度不断升高，制动器磨擦系数下降，制动 器磨擦力矩减小，从而使其制动能力降低，这种现象称为热衰退现象因此可 以用制动器处于热状态时能否保持有冷状态时的制动效能来评价汽车制动抗热 衰退性能。制动抗热衰退性是衡量制动效能恒定性的一个指标随着高速公路 的发展和车速的提高，汽车制动性的恒定要求也愈来愈高但由于测试方法较 复杂，在一般汽车综合检测站较难实旌。对于在用汽车也无需检测制动抗热衰 退性 西华大学硕士学位论文 2 1 3 制动稳定性 制动稳定性是指汽车在制动过程中维持直线行驶的能力或按预定弯道