汽车刹车效能检测系统的设计

1、xxxxx 大学 毕业设计（论文） 题目：题目：汽车刹车效能检测系统的设计汽车刹车效能检测系统的设计 学院（系）： 专业班级： 学生姓名： 指导老师： 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成 果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表 或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向 有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，

2、允许论文被查阅和借阅。本 人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1、保密囗，在 年解密后适用本授权书 2、不保密囗 。 （请在以上相应方框内打“”） 作者签名： 年 月 日 导师签名： 年 月 日 本科生毕业设计（论文）任务书本科生毕业设计（论文）任务书 学生姓名：学生姓名： 专业班级：专业班级： 指导教师：指导教师： 工作单位：工作单位： 设计设计(论文论文)题目题目: 汽车刹车效能检测系统的设计汽车刹车效能检测系统的设计 设计（论文）主要内容：设计（论文）主要内容： 1、研

3、究汽车制动性能及相关检测方法与技术； 2、了解汽车制动系结构，基于单片机设计一套基于制动力、制动距离分析的刹车效能测 量系统。 要求完成的主要任务：要求完成的主要任务： 1、完成一篇与本课题或测控专业内容相关的英文资料翻译任务，中文字数要求 5000 以 上。 2、设计硬件电路, 用 protel 绘制完整电路图。 3、完成相关的软件设计并调试通过。 4、按武汉理工大学有关毕业设计要求完成毕业论文，字数 1 万以上，参考文献 15 篇。 必读参考资料及主要参考文献必读参考资料及主要参考文献 1关文达.汽车构造m.北京:清华大学出版社,2009. 2 李光辉，荣董安.汽车机械应用技术m.北京：国

4、防工业出版社,2003. 3 麦兆辉. 现代汽车电子控制系统m.北京：人民交通出版社，1998. 4 王维，刘建农，何理光.汽车制动性能检测m.北京：人民交通出版社，2005 5 方泳龙. 汽车制动理论与设计m.北京：国防工业出版社，2005 指导教师签名：指导教师签名： 系主任签名：系主任签名： 院长签名（章）院长签名（章） xxxxxx 大学大学 本科生毕业设计（论文）开题报告本科生毕业设计（论文）开题报告 1、目的及意义（含国内外的研究现状分析） 当今社会，汽车已成为现代人们生活不可或缺的工具。随着汽车使用率越来越高， 人们开始关注汽车的各种性能，其中制动性能就是一项重要指标。制动性能是

5、汽车在行 驶中能人为地强制降低行驶速度并根据需要停车的能力，是汽车的重要性能之一，制动 性能的优良与否直接关系的汽车的性能和安全性。 汽车检测技术始于 20 世纪 50 年代的发达国家，当时的检测还主要靠眼看、手摸等 经验对汽车性能做出判断。进入 20 世纪 60 年代后，检测设备应用技术获得了较大的发 展，设备使用率大大增加，逐渐将单项检测诊断技术联线建站，成为既能进行维持诊断， 又能进行安全环保检测的综合检测技术。随着微机的发展，不仅单个检测设备实现了微 机控制，而且于 20 世纪 70 年代初出现了检测控制自动化、数据处理自动化、检测结果 自动存储并打印的现代综合检测技术，其检测效率极高

6、。随着电子技术与机械制造业的 发展，传统检测方法逐渐演变为现代汽车诊断与检测技术。在此期间，各国相继开始研 制和生产先进的检测设备，希望用更科学的手段快速准确地判断汽车技术状况是否处于 规定水平。新的检测设备和检测方法的出现，不仅提高了检测的精度和工作效率，同时 也促进了汽车工业的技术进步。 我国的现代仪器设备诊断起步较晚。在 20 世纪六七十年代，国家有关部门虽然也从 国外引进过少量检测设备，国内不少科研单位和企业对检测设备也组织过研制，但由于 种种原因，该项目技术一直发展缓慢。进入 20 世纪 80 年代以后，随着国民经济的发展， 特别是随着汽车制造业、公路交通运输业的发展，和进口车辆的增

7、多，我国的机动车保 有量迅速增加。汽车增加必然带来一系列社会问题，如何保证这些车辆安全运行和降低 社会公害，逐渐提到政府有关部门的议事日程上来，因而促进了汽车诊断与技术的发展， 使之成为国家“六五”期间重点推广的项目，并视为推进汽车维修现代化管理的一项重 要技术措施。 据公安部门统计，汽车方面的交通事故，有 13 以上是由汽车制动方面 的原因造成的。2003 年，全国公安交通管理部门共受理道路交通事故 667 万起，造成 104 万人死亡、494 万人受伤，直接经济损失 337 亿元，分别比 2002 年下降 137、46、121和上升 1.40%。这是十年来首次下降。但因机械故障导致的交 通

8、事故死亡人数略有上升，比 2002 年上升了 9.1。机械故障类型主要是制动失效和制 动不良，增长幅度分别为 110和 73。今年是我国实施缺陷汽车产品召回管理 规定以来的第 10 个年头。国家质检总局缺陷产品管理中心最新统计，从 2004 年 6 月 18 日至 2009 年 12 月 28 日，我国境内共发生汽车召回事件 214 起。在这些召回事件中， 大约 30%与汽车零部件缺陷有关，其中汽车制动等关键件问题高居榜首。 汽车制动性能还直接影响汽车燃料经济性和运输生产效率，因此在实际检测的基础 上对在用车辆的制动性能进行分析和研究，找出其存在的问题并提出解决的方法，对确 保道路交通安全无疑

9、具有非常重要的意义。 对此各国对轿车行车制动系统的要求（制动性还包括驻车制动器性能），制动系统 的评价指标如下: 1、制动效能，即制动距离与制动减速度； 2、制动方向稳定性，即制动时汽车不发生跑偏、侧滑以及失去转向能力； 3、制动效能的恒定性，即抗热衰退性与抗水衰退性。 随着我国加入 wto，汽车的一些标准与法规逐渐与国际接轨，我国的制动法规 gb126761999（汽车制动系统结构、性能和试验方法）也基本引用 ecer13（欧洲经济委 员会汽车制动法规）的有关条款，因此，在汽车制动检测中，按照 ecer13 的标准进行检 测，对提高汽车制动系统的安全性具有十分重要的意义。 我国交通部 29

10、号令汽车运输业车辆综合性能检测站管理办法、号令道路运 输行政处罚办法规定发布以后，各地相继建立了汽车安全及综合性能检测站。据市场 预测，随着我国机动车保有量的高速增长，汽车维修企业今后每年将会以 10-15的速 度发展，各种类型的汽车安全检测站将在各地陆续建立。因此，中国汽车检测行业的发 展潜力是巨大的，开发汽车制动性测控系统会得到巨大的经济效益。 2、基本内容和技术方案 本课题是设计一种基于单片机设计一套基于制动力、制动距离分析的刹车效能测量 系统。研究并解决了该检测系统的关键技术。所做的主要研究工作包括以下内容： 1）速度传感器与加速传感器的选取。 2）数学模型的设计。 3）信号的采集与信

11、号处理电路的设计。 4）系统软件设计。 5）labview 仿真。 6）误差分析与补偿。 3、进度安排 第 13 周：明确任务要求，查阅相关资料，撰写开题报告 第 4 周：翻译相关外文资料。 第 58 周：设计硬件电路，并制作相关器件。 第 912 周：进行软件设计及调试。 第 1314 周：撰写毕业设计说明书。 第 15 周：准备答辩。 4、指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日 目目 录录 1 绪论.1 1.1 汽车制动性能检测的目的和意义.1 1.2 汽车制动性能检测方法的国内外发展现状1.2 1.3 本文主要研究内容.2 2 汽车制动系统结构及工作原理 .3 2.1 汽车制动系统的基

12、本组成及工作原理.3 2.2 汽车制动系统的结构及分类.3 2.3 制动防抱死（abs）和防滑转（asr）控制系统.4 2.3.1 汽车 abs 的结构及工作原理 .4 2.3.2 汽车 asr 的结构及工作原理 .5 3 汽车制动性能的评价参数 .7 3.1 制动距离.7 3.2 制动减速度 .7 3.3 制动力 .8 3.4 制动时间.8 4 测试系统的设计 .9 4.1 测试系统的组成.9 4.2 测试系统的工作原理 .10 4.2.1 测试原理 .10 4.2.2 车速的测量 .11 4.2.3 制动距离的测量 .12 4.2.4 制动时间的测试 .13 4.2.5 制动平均速度的测量

13、 .13 4.3 测试系统硬件部分 .13 4.3.1 工控机的选用 .13 4.3.2 数据采集卡的选用 .14 4.3.3 传感器的选用 .14 4.3.4 制动踏板开关选用 .17 4.3.5 测试信号调理电路的设计 .17 4.4labview 部分设计 .20 4.4.1 用户界面设计 .20 4.4.2 测试软件流程 .20 4.4.3 测试系统各模块 .22 5 测试结果 .24 5.1 仿真示意图 .24 5.2 仿真结果 .25 6 总结 .26 参考文献 .27 致 谢 .28 摘摘 要要 近年来，科学技术的进步和人们生活水平的提高，汽车越来越多的融入到人们的日 常生活中，

14、给人们的工作、出行等带来的极大地便利。然而随着汽车行驶速度的提高， 道路行车密度的增大，对于汽车行驶安全性能的要求也越来越高，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。 汽车制动性能检测系统的研究是一门综合性应用科学，涉及诸多学科和领域。本论 文的主要目标是设计一套汽车制动性能测试系统，着重于计算机控制技术的应用，使之 具备功能齐全、性能良好、使用方便、高精度、高可靠性，以及“智能化”和“自动化” 的特点。 本论文首先阐述了汽车制动性能检测系统研究的意义、发展和现状。接着结合车辆 制动性能特点和评价参数，进行测试系统的设计，包括测试系统的组成、原理、硬件配 置

15、、电路设计、测试软件开发。本设计以 labview 为软件开发平台，将虚拟仪器技术与 检测技术相结合，构建了功能强大、性能可靠、操作便捷的车辆制动性能检测系统。 关键词：汽车，labview，制动性能，检测系统 abstract with the progress of science and technology and the improvement of peoples living standard, automobiles have increasingly penetrated into peoples daily life, bringing great convenience

16、to their daily activities. with the improvement of vehicle driving speed, road traffic density increases, for automobile driving safety performance requirements are increasingly high, automobile braking performance is safe driving, is one of the most important factors and therefore are automobile de

17、tection and diagnosis of focus. the research of the automotive braking performance measurement and control system is an all-around using science including many subjects and fields. the main objective of this paper is to design a set of vehicle braking performance test system and lay stress on the ap

18、plication of the computer controlling technology to improve the intelligence and automation speciality of the system which make it more multifunctional, good-performance, easy-used and with high precision and reliability. the contents about the significance, development and situation of the research

19、 of the automotive braking performance measurement and control system.then combine with the braking performance characteristics of vehicle and evaluation parameters, for test system design, including the composition of test system, the principle, hardware configuration, the circuit design, test soft

20、ware development. this design is based on the labview platform, combining the virtual instrument technology with the technology of testing, constructing a braking performance testing system which is powerful, with reliable performance and with convenient operation. key word: car，labview，the braking

21、performance，testing system 1 绪论 1.1 汽车制动性能检测的目的和意义 当今社会，汽车已成为现代人们生活不可或缺的工具。随着汽车使用率越来越高， 人们开始关注汽车的各种性能，其中制动性能就是一项重要指标。制动性能是汽车在行 驶中能人为地强制降低行驶速度并根据需要停车的能力，是汽车的重要性能之一，制动 性能的优良与否直接关系的汽车的性能和安全性。 据公安部门统计，汽车方面的交通事故，有 13 以上是由汽车制动方面的原因造成 的。2003 年，全国公安交通管理部门共受理道路交通事故 667 万起，造成 104 万人 死亡、494 万人受伤，直接经济损失 337 亿元，

22、分别比 2002 年下降 137、46、121和上升 1.40%。这是十年来首次下降。但因机械故障导致的交 通事故死亡人数略有上升，比 2002 年上升了 9.1。机械故障类型主要是制动失效和制 动不良，增长幅度分别为 110和 73。今年是我国实施缺陷汽车产品召回管理 规定以来的第 10 个年头。国家质检总局缺陷产品管理中心最新统计，从 2004 年 6 月 18 日至 2009 年 12 月 28 日，我国境内共发生汽车召回事件 214 起。在这些召回事件中， 大约 30%与汽车零部件缺陷有关，其中汽车制动等关键件问题高居榜首。 汽车制动性能还直接影响汽车燃料经济性和运输生产效率，因此在实

23、际检测的基础 上对在用车辆的制动性能进行分析和研究，找出其存在的问题并提出解决的方法，对确 保道路交通安全无疑具有非常重要的意义。 对此各国对轿车行车制动系统的要求（制动性还包括驻车制动器性能），制动系统 的评价指标如下: 4、制动效能，即制动距离与制动减速度； 5、制动方向稳定性，即制动时汽车不发生跑偏、侧滑以及失去转向能力； 6、制动效能的恒定性，即抗热衰退性与抗水衰退性。 随着我国加入 wto，汽车的一些标准与法规逐渐与国际接轨，我国的制动法规 gb126761999（汽车制动系统结构、性能和试验方法）也基本引用 ecer13（欧洲经济委 员会汽车制动法规）的有关条款，因此，在汽车制动检

24、测中，按照 ecer13 的标准进行检 测，对提高汽车制动系统的安全性具有十分重要的意义。 我国交通部 29 号令汽车运输业车辆综合性能检测站管理办法、号令道路运 输行政处罚办法规定发布以后，各地相继建立了汽车安全及综合性能检测站。据市场 预测，随着我国机动车保有量的高速增长，汽车维修企业今后每年将会以 10-15的速 度发展，各种类型的汽车安全检测站将在各地陆续建立。因此，中国汽车检测行业的发 展潜力是巨大的，开发汽车制动性测控系统会得到巨大的经济效益。 1.2 汽车制动性能检测方法的国内外发展现状1 汽车检测技术始于 20 世纪 50 年代的发达国家，当时的检测还主要靠眼看、手摸等 经验对

25、汽车性能做出判断。进入 20 世纪 60 年代后，检测设备应用技术获得了较大的发 展，设备使用率大大增加，逐渐将单项检测诊断技术联线建站，成为既能进行维持诊断， 又能进行安全环保检测的综合检测技术。随着微机的发展，不仅单个检测设备实现了微 机控制，而且于 20 世纪 70 年代初出现了检测控制自动化、数据处理自动化、检测结果 自动存储并打印的现代综合检测技术，其检测效率极高。随着电子技术与机械制造业的 发展，传统检测方法逐渐演变为现代汽车诊断与检测技术。在此期间，各国相继开始研 制和生产先进的检测设备，希望用更科学的手段快速准确地判断汽车技术状况是否处于 规定水平。新的检测设备和检测方法的出现

26、，不仅提高了检测的精度和工作效率，同时 也促进了汽车工业的技术进步。 我国的现代仪器设备诊断起步较晚。在 20 世纪六七十年代，国家有关部门虽然也从 国外引进过少量检测设备，国内不少科研单位和企业对检测设备也组织过研制，但由于 种种原因，该项目技术一直发展缓慢。进入 20 世纪 80 年代以后，随着国民经济的发展， 特别是随着汽车制造业、公路交通运输业的发展，和进口车辆的增多，我国的机动车保 有量迅速增加。汽车增加必然带来一系列社会问题，如何保证这些车辆安全运行和降低 社会公害，逐渐提到政府有关部门的议事日程上来，因而促进了汽车诊断与技术的发展， 使之成为国家“六五”期间重点推广的项目，并视为

27、推进汽车维修现代化管理的一项重 要技术措施。 1.3 本文主要研究内容 本文介绍了汽车制动性能检测方法的目的和意义以及现在国内外的发展状况，设计 一种基于单片机设计一套基于制动力、制动距离分析的刹车效能测量系统。研究并解决 了该检测系统的关键技术。 2 汽车制动系统结构及工作原理 2.1 汽车制动系统的基本组成及工作原理 汽车的制动系统具有以下四个基本组成部分： (1) 供能装置：供给、调节制动所需能量以及改善传能介质状态的部件。其中产生 制动能量的部分称为制动能源。人的肌体可作为制动能源。 (2) 控制装置：产生制动动作和控制制动效果的部件。 (3) 传动装置：将制动能量传输到制动器的各个部

28、件。 (4) 制动器：产生阻碍车辆运动或运动趋势的力(制动力)的部件。制动器也包括辅 助制动系统中的缓速装置。 较为完善的制动系统还应具有制动力调节装置、报警装置、压力保护装置等附加装 置。 汽车制动系统的工作原理 制动系统的一般工作原理是，利用与车身(或车架)相连的非旋转元件和与车轮(或传 动轴)相连的旋转元件之间的相互摩擦来阻止车轮的转动或转动的趋势。 1)制动系不工作时 蹄鼓间有间隙，车轮和制动鼓可自由旋转 2)制动时 要汽车减速，脚踏下制动器踏板通过推杆和主缸活塞，使主缸油液在一定压力下 流入轮缸，并通过两轮缸活塞推使制动蹄绕支承销转动，上端向两边分开而以其摩擦片 压紧在制动鼓的内圆面

29、上。不转的制动蹄对旋转制动鼓产生摩擦力矩，从而产生制动力 3）解除制动 当放开制动踏板时回位弹簧即将制动蹄拉回原位，制动力消失。 2.2 汽车制动系统的结构及分类 动系统一般由制动操纵机构和制动器两个主要部分组成： (1) 制动操纵机构 产生制动动作、控制制动效果并将制动能量传输到制动器的各个部件。 (2) 制动器 产生阻碍车辆的运动或运动趋势的力(制动力)的部件。汽车上常用的制动器都是利 用固定元件与旋转元件工作表面的摩擦而产生制动力矩，称为摩擦制动器。它有鼓式制 动器和盘式制动器两种结构型式。 汽车制动系统的分类： (1) 按制动系统的作用 制动系统可分为行车制动系统、驻车制动系统、应急制

30、动系统及辅助制动系统等。用 以使行驶中的汽车降 低速度甚至停车的制动系统称为行车制动系统；用以使已停驶的汽 车驻留原地不动的制动系统则称为驻车制动系统；在行车制动系统失效的情况下，保证 汽车仍能实 现减速或停车的制动系统称为应急制动系统；在行车过程中，辅助行车制动 系统降低车速或保持车速稳定，但不能将车辆紧急制停的制动系统称为辅助制动系统。 上 述各制动系统中，行车制动系统和驻车制动系统是每一辆汽车都必须具备的。 (2)按制动操纵能源 制动系统可分为人力制动系统、动力制动系统和伺服制动系统等。以驾驶员的肌体 作为唯一制动能源的制 动系统称为人力制动系统；完全靠由发动机的动力转化而成的气 压或液

31、压形式的势能进行制动的系统称为动力制动系统；兼用人力和发动机动力进行制 动的制动系统 称为伺服制动系统或助力制动系统。 (3)按制动能量的传输方式 制动系统可分为机械式、液压式、气压式、电磁式等。同时采用两种以上传能方式 的制动系称为组合式制动系统。 汽车制动力与制动性能 汽车的制动就是刹车，制动力就是可达到的最大滚动摩擦力，因为由滚动变滑动时 摩擦力会突降，也就是最大滚动摩擦力比滑动摩擦力大，这就是为什么汽车有防抱死系 统。 判断制动性能是否好用，我们有一个最基本的性能指标制动力的大小，也就是说各 个车轮的制动力是不是能够达到它的规定标准值。第二，制动系统四个轮子的制动力是 不是均匀地同时分

32、别都是加在四个车轮上的，也就是说制动的时效性。第三，制动存不 存在制动系统的拖滞现象。比如有一个车轮无论是不是排除制动踏板，制动力始终在车 轮上，车轮会产生持续的制动力，造成热量急剧增加，最后造成车轮制动失效。 2.3 制动防抱死（abs）和防滑转（asr）控制系统 2.3.1 汽车 abs 的结构及工作原理 通常，abs 是在普通制动系统的基础上加装车轮速度传感器、abs 电控单元、制动压 力调节装置及制动控制电路等组成的。 制动过程中，abs 电控单元（ecu）不断地从传感器获取车轮速度信号，并加以处理， 分析是否有车轮即将抱死拖滑。 如果没有车轮即将抱死拖滑，制动压力调节装置不参与工作，

33、制动主缸和各制动轮 缸相通，制动轮缸中的压力继续增大，此即 abs 制动过程中的增压状态。 如果电控单元判断出某个车轮（假设为左前轮）即将抱死拖滑，它即向制动压力调 节装置发出命令，关闭制动主缸与左前制动轮缸的通道，使左前制动轮缸的压力不再增 大，此即 abs 制动过程中的保压状态2。 若电控单元判断出左前轮仍趋于抱死拖滑状态，它即向制动压力调节装置发出命令， 打开左前制动轮缸与储液室或储能器的通道，使左前制动轮缸中的油压降低，此即 abs 制动过程中的减压状态。 abs 液压控制总成是在普通制动系统的液压装置基础上经设计后加装 abs 制动压力调 节器而形成的。 普通制动系统的液压装置一般包

34、括制动助力器、双腔式制动主缸、储液室、制动轮 缸和双液压管路等。除了普通制动系统的液压部件外，abs 制动压力调节器通常由 电动 泵、储能器、主控制阀、电磁控制阀和一些控制开关等组成。实质上，abs 系统就是通过 电磁控制阀体上的控制阀控制分泵上的油压迅速变大或变小，从而实 现了防抱死制动功 能。 （1）电动泵 电动泵是一个高压泵，它可在短时间内将制动液加压（在储能器中）到 1518mpa， 并给整个液压系统提供高压制动液体。电动泵能在汽车起动一分钟内完成上述工作。电 动泵的工作独立于 abs 电脑，如果电脑出现故障或接线有问题，电动泵仍能正常工作。 （2）储能器 储能器的结构形式多种多样。用

35、得较多的为活塞-弹簧式储能器，该储能器位于电磁 阀与回油泵之间，由轮缸来的液压油进入储能器，进而压缩弹簧使储能器液压腔容积变 大，以暂时储存制动液。 （3）电磁控制阀 电磁控制阀是液压调节器的重要部件，由它完成对 abs 的控制。abs 系统中都有一个 或两个电磁阀体，其中有若干对电磁控制阀，分别控制前、后轮的制动。常用的电磁阀 有三位三通阀和二位二通阀等多种形式。 （4）压力控制、压力警告和液位指示开关 压力控制开关（pcs）独立于 abs 电脑而工作，监视着储能器下腔的压力。压力报警 开关（pws）和液位指示开关（fli）的功能是，当压力下降到一定值 （14mpa 以下）时 或制动液面下降

36、到一定程度时，点亮制动系统故障指示灯和 abs 故障指示灯，同时让 abs 电脑停止防抱死制动工作。 2.3.2 汽车 asr 的结构及工作原理 asr 是驱动防滑系统的简称，其作用是防止汽车起步、加速过程中驱动轮打滑，特别 是防止汽车在非对称路面或转弯时驱动轮空转，并将滑移率控制在 10% 20%范围内。由 于 asr 多是通过调节驱动轮的驱动力实现控制的，因而又叫驱动力控制系统，简称 tcs， 在日本等地还称之为 trc 或 trac。 asr 和 abs 的工作原理方面有许多共同之处，因而常将两者组合在一起使用，构成具 有制动防抱死和驱动轮防滑转控制(abs/asr)系统。该系统主要由轮

37、速传感器、abs/asr ecu、abs 执行器、asr 执行器、副节气门控制步进电机和主、副节气门位置传感器等组 成。在汽车起步、加速及运行过程中，ecu 根据轮速传感器输入的信号，判定驱动轮的滑 移率超过门限值时，就进入防滑转过程：首先 ecu 通过副节气门步进电机使副节气门开 度减小，以减少进气量，使发动机输出转矩减小3。 ecu 判定需要对驱动轮进行制动介 入时，会将信号传送到 asr 执行器，独立地对驱动轮进行控制，以防止驱动轮滑转，并 使驱动轮的滑移率保持在规定范围内。 3 汽车制动性能的评价参数 3.1 制动距离 制动距离是指机动车在规定的初速度下急踩制动踏板时，从脚接触制动踏板

38、(或手触 动制动手柄)时起至机动车停住时机动车驶过的距离13。制动距离是一种动态检测参数， 检测只能在室外进行，一般需要有专用的试验场地。 设 t1 为制动系统响应时间、t2 为制动力增长时间、v 为制动初速、a 为制动减速度、 制动器起作用阶段车辆行驶距离 s1、持续制动阶段汽车驶过的距离为 s2。则汽车在制动 两阶段内驶过距离的和便是制动距离 s，即4 （3- ） 2 （ a2 s 2 1 2 21 t tss 1） 由式 3-1 可见，决定汽车制动距离的主要因素是:制动系作用时间、制动器的最大制 动力以及制动初速，其中制动初速和制动位移是平方的关系，其对制动距离的影响尤为 显著。制动距离

39、的长短直观地体现了汽车制动效能的高低，是表征汽车制动性最基本的 参数，系统运用五轮仪和光电速度传感器进行制动距离检测。 3.2 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，也是表征汽车制动效 能的重要特征参数，在其他条件一定时制动减速度的大小是制动系外表显示，在很大程 度上反映了制动系的总体状况5。测试系统运用加速度传感器检测汽车制动减速度，并 在测试软件中开发减速度示波器动态显示其变化趋势。 汽车制动过程中，制动减速度是变量，因此只有其均值才能准确的反映汽车的制动 性，所以，通常都是用平均制动减速度表征汽车的制动性。虽然计算减速度值的上下限 取值区间均在持续制动阶段的范

40、围内，但同一制动过程计算所得的平均减速度值也将伴 随取值区间而异。为此，联合国欧洲经济委员会(ece)第十三号法规对计算平均减速度的 取值区间作了规定，并将计算得到的平均减速度冠名“充分发出的平均减速度( mean full developed deceleration, mfdd)即1314 （m/s2） (3-2) )( 2 22 be eb ss mfdd 上式中 0.8的汽车制动车速，m/s b 0.1的汽车制动车速，m/s e 汽车制动车速从到的行驶距离，m b s b 车制动车速从到的行驶距离，m e s b e 3.3 制动力 制动力是制动过程的基本输出参数，通常所说的制动力都是

41、指路面制动力，它是制 动器的摩擦力矩(即制动力矩)在具体道路条件的体现，其主要取决于两个摩擦副的摩擦 力:制动器内制动摩擦片与制动鼓(盘)间的摩擦力和轮胎与地面间的摩擦力5。 汽车的制动器制动力的大、小完全取决于制动系的状况，制动系结构参数的变量最 终都体现为制动器制动力的变化，所以制动器制动力是最重要的表征制动系技术状况的 参数6。制动力利用制动试验台进行检测，道路试验中制动减速度、制动距离和时间能 够对车辆制动过程的状况进行完整的描述，另外制动力和制动减速度之间存在一定的线 性函数关系，考虑到方便系统维护、软件开发简单化以及节省投入成本，没有在测试系 统中开发制动力测试、分析模块。 3.4

42、 制动时间 制动时间是指制动过程所经历的时间，是表征制动过程的重要参数，为便于分析制 动过程的各个阶段，常将制动时间按制动阶段分成制动响应(滞后)时间、制动力增长时 间、持续制动时间和制动放松时间4。 驾驶员响应时间完全取决于驾驶员的素质，在车辆状况、车辆运行条件完全一致的 条件下，驾驶员响应时间的长、短因人而异，与车辆技术状况无关，故而至今对驾驶员 制动响应时间尚无法检测4。由于制动器各铰链和轴承之间存在间隙，制动蹄片与制动 鼓(盘)间存在间隙，以及要克服蹄片复位弹簧的拉力，要消除制动踏板的自由行程等原 因，制动踏板力出现一段时间后才出现制动减速度，制动力不随踏板力同步出现的时间 差称为制动

43、系响应时间7。另外，制动力由零增大到最大值也需要一定的时间。 持续制动时间是指制动过程中制动力(或制动减速度)基本保持稳定值的时域。其他 条件一定时，持续时间的长、短，首先取决于稳定的制动力值的高、低;当制动力值相同 时，持续制动时间的长、短就取决于制动初速，制动初速越高，持续制动时间就越长6。 制动放松时间是指从驾驶员放松制动踏板时刻起至制动力消失所经过的时间4。 4 测试系统的设计 4.1 测试系统的组成 测试系统主要由计算机、数据采集卡、传感器、五轮仪、五轮仪调节机构、电路集 成盒、电源(蓄电池)及一些辅助设备构成。系统总体结构如下图 4-1 所示。 计算机在测试系统中起着数据运算分析、

44、数据显示、数据存储的作用，是用户与测 试系统的对话平台，用户通过安装在计算机内的测试软件控制测试系统的开始与停止。 数据采集卡接收从信号调理电路输出的信号，并对信号进行 a/d 转换后输入计算机。 测试系统的传感器包括加速度传感器和光电速度传感器，加速度传感器用于感受制 动测试过程中试验车辆的制动减速度，并将感受到的减速度转换为电压信号。光电速度 传感器在制动测试过程中产生和车辆制动距离成正比例关系的脉冲信号，间接反映制动 距离和平均速度，其产生脉冲的频率和即时速度存在直接对应关系。 五轮仪安装在试验车辆尾部，同车辆保持一致运动状态，五轮仪行驶距离和车辆的 行驶距离相同。安装在五轮仪旋转轴上的

45、信号盘控制光电传感器的通断，其转速决定光 电传感器产生脉冲的频率。 调节机构具有固定和调节的双重作用，将五轮仪固定在车辆尾部和车辆运动一致， 同时，调节机构的调整弹簧能够保证五轮仪始终在一定压紧力下和试验道路接触。 稳压电源电路、减速度信号调理电路、数字隔离电路集成在电路集成盒内。稳压电 源电路将车辆蓄电池供电电压转换为稳定电压，保证测试系统供电安全。减速度信号调 理电路对加速度传感器产生的减速度信号进行滤波和线性光电隔离，数字隔离电路对光 电速度传感器产生的信号进行数字光电隔离。 试验车辆蓄电池提供测试系统工作电源，保证测试试验的长时间连续进行，并节省 了额外电源成本。 除上述设备，一些辅助

46、设备在测试系统的连接、固定和装配中起着重要作用。计算 机台架固定在车厢内(和车辆无相对运动)供测试中计算机、采集卡和电路集成盒摆放;数 据线在测试系统中起着数据传输和连接硬件接口的作用。 测试系统按测试功能可分为减速度测试系统和制动距离测试系统，减速度测试系统 由加速度传感器、减速度信号调理电路、数据采集卡以及计算机构成。制动距离测试系 统由统由五轮仪、光电速度传感器、数字隔离电路、数据采集卡以及计算机构成。 图 4-1 系统总体结构图 4.2 测试系统的工作原理 4.2.1 测试原理 制动试验过程中，加速度传感器固定在车厢内，和待测车辆保持一致运动状态，五 轮仪采用专用的调节机构悬挂在车辆后

47、桥上，跟随车辆运动，制动踏板上布置一脚踏式 微动控制开关，状态为常开，开关输入端接到光电速度传感器信号输出端口，开关输出 端和光电速度传感器信号调理电路的输入端连接。车辆制动开始，踏板控制开关接通电 路，五轮仪上的光电速度传感器则产生和制动距离成正比关系的脉冲信号，经数字隔离 后成标准的 ttl 电平输入到数据采集卡，数据采集卡计数器统计数字信号周期，并通过 usb 数据线将其输入计算机中，制动距离采集模块从设置的对应通道中读出数据，测试软 件触发采集模块保证加速度传感器和光电速度传感器采集同步性以及数据的准确对应， 当计数器捕捉到 ttl 电平的第一个上升边沿，立即触发加速度传感器进行采集，

48、由于采 集卡的响应速度非常快，触发时间很短，从而基本上保证了采集同步性。加速度传感器 产生和制动减速度成一定比例关系的电压信号，此时的电压信号是模拟信号，电压值非 常低，且其中混有干扰信号，如果直接进行 a/d 转换和分析，则信号很容易失真，且整 个测试系统安全性和稳定性极差，必须经过信号调理电路预处理后才能输入采集卡进行 a/d 转换，利用 labview 开发的测试软件对信号进行分析和运算，得出加速度极值、信号 幅频特性、制动时间、制动距离、平均减速度等制动参数。 图 4-2 系统工作流程图 4.2.2 车速的测量 车辆制动试验的初速度按照国标设定，制动过程中的瞬时车速通过车速与频率的关

49、系计算，即运用频率计数法进行测量。频率计数法是目前转速测量中应用较多的一种方 法，它是将待测转速通过转速传感器转化成为与转速成正比的电脉冲信号，再由电子计 数器测出该电脉冲信号的频率或周期，从而求得待测转速，这就是通常所说的测频法测 量转速和测周法测量转速。测频法适用较高转速，当被测量转速较低时，应用测频法测 量转速会带来较大的误差，此时宜选用测周法测量转速8。 机动车运行安全技术条件 (gb7258-2004)规定制动试验的初速度最高为 50km/h，所以制动过程中五轮仪转速并不高， 综合考虑，在此系统中选用频率计数法中的测周法测量五轮仪的转速。 测周法是以标准时钟脉冲填充待测脉冲，计数器累

50、计一个待测脉冲信号周期内的 x t 标准时钟脉冲数，从而求得待测转速。下图 4-3 为用测周法测量转速的原理图。其工作 n 原理如下:经过放大整形后的晶振脉冲信号(频率为、周期为)被传输到主门的输入端， o f o t 使从速度传感器输出的待测脉冲信号(频率为、周期为)进入控制门。设第一个待测 x f tx 脉冲信号进入控制门时，使门内的双稳态触发器再次翻转，使主门关闭，不允许晶振脉 冲通过。两个待测脉冲信号之间的间隔，即为待测脉冲信号的周期。所以计数器累计 x t 的即为在内的晶振脉冲数，晶振脉冲的周期可以通过时标旋钮调节，则待测周期 x t o n o t ，所以待测转速为8 )或(mss

51、tnt oox （4- x tz n 60 1） 为被测轴每旋转一圈所产生的脉冲信号个数。 ztst xx 值；为单位的为以 车辆制动 同步控制开关 加速度 传感器 速度传 感器 调理及线性 隔离电路 调理及数字 隔离电路 数据采集卡 测试软件 1. 制动距离 2. 制动时间 3. 平均减速 度 4. 瞬时速度 图 4-3 测周法原理框图9 根据测周法测量原理，且有效地利用采集卡资源，可以将采集卡 ni daq pad-6016 的计数器 pfi3/ctr1 source 设置为脉冲计数器，利用采集卡自身的晶振和定时器/计数 器相结合，代替晶振器和时基分频器，pfi8/ctrosource 提

52、供时基信号，速度信号输入采 集卡。被测信号由计数器 1 的 source 口接入，gate 口接入计数器 0 的闸门信号，采集卡 内部信号源提供的时基信号频率为定值，以时基信号为基准，计算出每个数字波形周期 内出现时基信号的次数，计数器 1 out 端的输出则是 source 端输入信号的频率，测试软 件根据计数器 1 输出的频率计算出车速。 （m/s） (4-2) t t n d v （m/s） 车辆瞬时速度v 信号盘光栅数量n (m) 五轮仪直径d （s） 数字信号即时周期t （s） 时基信号周期t 4.2.3 制动距离的测量 测试系统的制动距离由装有光电速度传感器的五轮仪测定，测试时，五

53、轮仪和试验 车辆行驶状态保持一致，五轮仪每旋转一圈，则行驶距离为五轮仪车轮一个周长。信号 盘和五轮仪同轴，旋转角速度相等，信号盘嵌入光电速度传感器 u 型槽，信号盘上均匀 开有多个通孔用以控制光电速度传感器通断，通孔排列成和信号盘同圆心的圆周，信号 盘(五轮仪)转动一周，光电速度传感器接收器感光次数与小孔数目相同，从而产生相应 数量的脉冲信号，脉冲信号经调理后成数字信号(ttl 信号)，数字信号上升边沿数和光电 速度传感器产生的脉冲数相等，最终测试软件统计出的总上升边沿数和五轮仪每圈产生 的脉冲数比值则为五轮仪行驶总圈数，通过总行使圈数和五轮仪车轮周长的乘积计算出 车辆制动距离。 设光电速度传

54、感器的信号盘光栅数有，最终统计的上升沿总数 dz个，五轮仪直径为 为 。则制动距离为： cs （m） （4- z dc s 3） 4.2.4 制动时间的测试 运用数据计时 vi 进行制动时间的测量，测试时，当驾驶员进行车辆制动时，微动开 关接通，光电速度传感器的信号通过信号调理电路处理后输入采集卡，当测试软件的采 集模块接收到信号，立即触发软件计时 vi 开始运算计时，车辆停止行驶后，安装在五轮 仪上的光电速度传感器停止运转，转速脉冲信号结束，因而测试软件采集模块从采集卡 计数器端口捕捉到的 ttl 信号边沿数不再增加，计时模块停止运算，软件前面板数据显 示区域的时间表和时间显示端口的最终值即

55、为制动时间，时间存储 vi 将时间的变化过程 保存到指定目录。 4.2.5 制动平均速度的测量 充分发出的平均减速度 mfdd，是一个最终的评价指标，只需在测试完成后得出结果 即可。所以借助软件的变量存储、调用和运算功能即可实现。运用 labview 的数组算出 制动位移再除以时间进行计算。 4.3 测试系统硬件部分 4.3.1 工控机的选用 目前工控机的主要类别有：ipc（pc 总线工业电脑） 、plc（可编程控制系统） 、 dcs（分散型控制系统） 、fcs（现场总线系统）及 cnc（数控系统）五种。 本次设计选用 ipc 即 pc 总线的工业电脑。据 2000 年 ipc 统计目前 pc

56、 机已占到通用 计算机的 95%以上，因其价格低、质量高、产量大、软/硬件资源丰富，已被广大的技术 人员所熟悉和认可，这正是工业电脑热的基础。其主要的组成部分为工业机箱、无源底 板及可插入其上的各种板卡组成，如 cpu 卡、i/o 卡等。并采取全钢机壳、机卡压条过滤 网，双正压风扇等设计及 emc（electromagneticcompatibility）技术以解决工业现场的 电磁干扰、震动、灰尘、高/低温等问题。 ipc 有以下特点： 可靠性：工业 pc 具有在粉尘、烟雾、高/低温、潮湿、震动、腐蚀和快速诊断和可 维护性，其 mttr（meantimetorepair）一般为 5min，mt

57、tf10 万小时以上，而普通 pc 的 mttf 仅为 1000015000 小时。 实时性，工业 pc 对工业生产过程进行实时在线检测与控制，对工作状况的变化给予 快速响应，及时进行采集和输出调节（看门狗功能这是普通 pc 所不具有的） ，遇险自复 位，保证系统的正常运行。 扩充性，工业 pc 由于采用底板+cpu 卡结构，因而具有很强的输入输出功能，最多可 扩充 20 个板卡，能与工业现场的各种外设、板卡如与道控制器、视频监控系统、车辆检 测仪等相连，以完成各种任务。 兼容性，能同时利用 isa 与 pci 及 picmg 资源，并支持各种操作系统，多种语言汇 编，多任务操作系统。 4.3

58、.2 数据采集卡的选用 数据采集卡是测量系统中的关键部件，数据采集卡的功能有模拟输入、模拟输出、 数字 i/o、计数器/计时器等。数据采集卡的选用主要基于模数转换的采样率、测量范围 以及输入输出精度等技术指标，在满足车载传感器信号采集及传输要求的基础上，还须 结构简单，使用方便。测试系统选用 ni 公司的 nidaqpad-6016 数据采集卡，该卡为 usb 接口，使用方便，启动迅速，通断电安全保护能力强，且为 ni-usb 多功能数据采集，内 置螺孔端子连接，从而省去了缆线和接线端子部分的费用，具体的参数见表 4-1 采集卡 的端口模块主要由 3 部分组成，分别为功能扩展模块、数字端口和时

59、钟模块以及模拟端 口模块15。数字端口和时钟模块用于输入数字信号，模拟端口模块输入模拟信号。 表 4-1 数据参数卡参数 采样率200ks/s数字输入输出32 条数字 i/o 线（5v ttl 信号） 输入范围10v，5v模拟输出2 路 输入精度16 位输出精度16 位 模拟输入16 路定时2 个计数器/定时器 4.3.3 传感器的选用 传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息， 并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以 满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求10。它是实现自动检测和自动 控制的首

60、要环节。 加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中 作用在物体上的力，就好比地球引力，也就是重力。加速力可以是个常量，比如 g，也可 以是变量。加速度计有两种：一种是角加速度计，是由陀螺仪（角速度传感器）的改进 的。另一种就是线加速度计。 本设计选用的加速度传感器为北京康泰电子有限公司（总部位于美国俄亥俄州的 quatronix 公司）设计的 iepe 压电加速度传感器。iepe 加速度传感器, 是在传感器内 部集成了微型集成电路放大器(mini ic)的压电加速度传感器,将传统的压电加速度传感 器与电荷放大器集于一体, 能直接与采集或记录仪器连接, 简化了测试