测试技术作业

1、西南交通大学题 目：汽车制动检测系统的研究班 级：姓 名：学 号：一、 制动检测技术综述 1.1 汽车检测技术的发展 汽车检测技术是伴随着汽车技术的发展而发展的。在汽车发展早期，汽车检测主要是有经验的专业人员通过眼看、耳听、手摸的方式进行。随着现代科学技 术的进步，运用各种先进的仪器设备，安全、迅速、准确地对汽车进行不解体检 测，其发展日趋完善。 国外一些发达国家，早在 20 世纪四五十年代就研制成功一些功能单一的检 测或诊断设备，并发展成为以故障诊断和性能测试为主的单项检测诊断技术。进入 20 世纪 60 年代后，检测设备应用技术获得较大发展，设备使用率大大增加， 逐渐将单项检测诊断技术联线

2、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、数据采集自动化、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。进入 20 世纪 80 年代后，一些先进国家的现代检测技术已达到广泛应用的阶段，不仅社 会上的汽车检测站众多，而且汽车制造厂装配线终端和汽车维修企业内部也都建 有汽车检测线，给交通安全、环境保护、节约能源、降低运输成本和提高运输能 力方面，带来了明显的社会和经济效益。 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

3、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 车量增多，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检测技术的发展，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。 1.2 车辆制动性能检测的意义 安全、环保和节能构成了当今世界范围内汽车发展需解决的三大问

4、题。制动 性能是汽车在行驶中认为地强制降低行驶速度并根据需要停车的能力。 汽车的制动性是汽车主动安全的主要安全的主要性能之一，制动性能的优良 与否直接关系到汽车性能的安全性。是汽车行驶安全的重要保障。有关资料表明， 因制动不良而导致的道路交通事故占事故总数的 1/3。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。 随着我国经济的发展，汽车的数量与日俱增，为了确保公路安全，行车出厂 前，厂家需要对车辆进行整车安全检测。随着电子技术和机械加工工业的发展， 在传统检测方法的基础上，逐步发展成现代汽车诊断与检测技术。汽车检测通常 指使用现代检测技术和设备、合计算机、自动控制

5、等高技术来检测汽车技术现状， 它是一门综合性的应用科学。 1.3 基本检测方式 车辆制动性是指车辆在行驶时能在短距离内停车且维持行驶方向不变坡道 上长时间保持停驻的能力。车辆制动性是车辆的重要性能之一，它的好坏直接关 系到交通安全。因此，车辆制动性试车脸检测的重点，也是车辆安全性能检测的 重要指标之一。 制动性能测试的方法主要有路试法和台试法。路试法主要是在道路上对汽车 制动性能进行检测，此方法易受气候、道路等诸多条件的限制；台试法主要在室 内进行，测试条件稳定，测试手段较为安全且易实现。因此，汽车制动性能测试 绝大多数采用台试法。 根据规定，利用制动性能试验台对汽车的制动性检测要求符合以下标

6、准（以 两轴车为例）： 制动力。空载时，汽车制动力总和与整车质量的百分比60 ，前轴制动力与前轴轴荷的百分比20，后轴制动力与轴荷的百分比20 。 制动力平衡。在制动力增长的全过程中，左右轮制动力差的最大值与该 轴左、右轮制动力大者之比对前轴20 % ，后轴24 。通过制动试验台进行 制动力的测量，并以车轮制动力的大小和左、右车轮制动力的差值来综合评价汽 车的制动性能。 根据测试原理不同，汽车制动试验台可分为反力式和惯性式；按检测台支撑 车轮形式不同，可分为滚筒式和平板式；按检测参数不同，可分为测制动力式、 测制动距离和综合参数三种；按检测台检测车轴数，可分为单轴式、双轴式和多 轴式三种；目前

7、国内广泛采用滚筒反力式汽车制动检测台和平板式汽车制动检测 台。二、三种基本检测平台的原理分析2.1、平板式制动检测平台2.1.1平板式制动检测平台简介平板式制动试验台是由测试平板、传感器、数据采集系统等构成的集称重、制动性能测试为一体的汽车检测设备。2.1.2平板式制动检测平台原理分析检测时, 被检车辆以 2km/h 10km/h 车速驶上测试平板, 操作员根据显示信号踩下制动踏板, 使车辆在测试平板上制动直至停车。与此同时, 数据采集系统采集制动过程中的全部数据, 并作分析处理, 然后把制动性能的测试结果显示出来。 平板式制动试验台能检测出汽车行驶制动过程中重心前移后的制动效果。 在平板式制

8、动试验台上检测制动性能时, 汽车比较接近实际行驶状态, 具有与实际行驶制动中完全相同的受力情况, 如图 1 所示, 图 1 中忽略了汽车滚动阻力偶矩、空气阻力以及旋转质量减速成时产生的惯性力偶矩。 Xb1前轮制动平板制动力; Xb2后轮制动平板制动力; Z1制动平板对前轮的法向反作用力; Z2制动平板对后轮的法向反作用力; L汽车轴距; G汽车重力; a汽车质心至前轴中心线的距离; b汽车质心至后轴中心线的距离; Fj汽车的惯性力; hg汽车质心高度。 对后轮接触制动平板点取力矩得 Z1L = Gb+Fjhg 由上式可以看出, 汽车在制动平板上制动, 作用在汽车质心上的惯性力 ( Fj ) 使

9、用权车辆质心前移, 从而增大了平板对前轮的法向反作用力 ( Z1) 。前轮在平板制动力( Xb1=Z1 , 为平板附着系数) 也随着 Z1 的增加而增加。由于轴荷前移, 平板对后轮的法向反作用力 Z2 减小, 后轮制动力 Xb2 也随着减小。平板式制动试验台检测的是动态汽车, 因而能够反映出汽车行驶制过程中轴荷重新分配的制动效果 前轮制动效果因汽车惯性力的作用而提高。 2.2、反力式制动检测平台2.2.1反力式制动检测平台简介在滚筒式制动试验台上测量制动性能时, 汽车是静止不动的, 试验台滚筒转动, 制动过程中没有质心前移引起轴荷的再分配问题。因此滚筒式不能检测出车辆行驶过程中的制动效果。测得

10、的最大制动力与测试车轮的安置角、非测试车轮的制动性能、滚筒的附着系数有关。2.2.2反力式制动检测平台原理分析在采用工业控制计算机为核心的多功能测试系统中,检测站检测单元及业务节点采用 Windows 2000 Server 和 Microsoft Windows2000 Professional 系统平台。系统数据库采用 Microsoft SQL Server 2000 标准版本。应用 TCP 协议建立网络通讯平台, 实现拓扑 QS 结构网络构架。检测系统采用 Visual C+6.0 开发系统, 数据库统计采用 Delphi 开发语言。 FZ- 10C 型反力式滚筒制动试验台是欧洲模式的

11、制动检验台, 具有较大滚筒直径和较高测试速度, 滚筒表面为新型的高性能高附着系数的粘结材料, 并带有第三滚筒停机装置等特点, 可对汽车左、右最大制动力、阻滞力、制动力平衡等项目进行测试。该试验台采用全自动工作方式, 配备有 RS- 232 通讯接口, 方便联网。电气仪表部分带有轴重信号处理单元。FZ- 10C 型反力式滚筒制动试验台由左右各一对滚筒、电动机、减速器、传动链、测力传感器和指示、控制装置等组成。检测时, 汽车一轴车轮停在滚筒上 (其余车轴的车轮支撑在地面上) , 电动机驱动滚筒带动车轮转动, 达到检测车速后, 驾驶员急踩制动踏板制动车轮, 电动机仍继续驱动滚筒转动, 向车轮施加一个

12、与制动力矩方向相反的力矩, 直到车轮制动才停止转动。此时, 测力传感器测得的滚筒对车轮的切向摩擦力即是该检测条件下需检测的车轮制动器的制动力。2.3、惯性式制动检测平台 2.3.1 惯性式制动检测平台简介 惯性式制动试验台的滚筒相当于一个移动的路面，试验台上各对滚筒分别带有、轮，其惯性质量与受检汽车的惯性质量相当。因此滚筒传动系统具有相当于汽车在道路行驶的惯性，制动时，轮胎对滚筒表面产生阻力，虽然这时驱动滚筒传动系统的动力(如电动机或汽车发动机的动力)已被切断。但由于滚筒传动系统肯定有一定的惯性，因而滚筒表面将相对于车轮移过一定距离。由此可见，在惯性式制动试验台上可以模拟道路制动试验工况。这种

13、试验台的主要检测参数是各轮的制动距离，同时还可测得制动时间或减速度。 2.3.2 惯性式制动检测平台原理分析 惯性式滚筒制动试验台按同时检测的轴数不同可分为单轴式、双轴式。双轴惯性式滚筒制动试验台的结构简图，如图所示。 试验时，被检车驶上试验台后，前、后滚筒组之间的距离可用液压缸17调节，调节后用液压缸18锁紧。由汽车发动机动力驱动轮驱动后滚筒组旋转，左右主动滚筒用半轴与传动器2相连，并经变速器3、万向节13、电磁离合器12、传动轴11、变速器6、传动器2带动前滚筒及汽车前轮一起旋转。此时按被检车辆行驶时的惯性等效质量配置的飞轮1也一起旋转。当达到试验转速时，断开连接各滚筒的电磁离合器，同时作

14、紧急制动。车轮制动后，滚筒飞轮依靠惯性继续转动，滚筒能转动的圈数相当于车轮的制动距离。在规定试验车速下，滚筒继续转动圈数取决于车轮制动器和整个制动系的技术状况。滚筒转动圈数由装在滚筒端部的光电传感器5转变为电脉冲送入计数器记录，在滚筒的端部还装有测速发电机4测定试验车速。为防止汽车制动时向后窜出，在后滚筒组后装有第三滚筒19。 双轴惯性式滚筒制动试验台简图 1-飞轮 2-传动器 3、6变速器 4-测速发电机 5、9光电传感器7- 可移导轨 8、12- 电磁离合器 10-移动架 11-传动轴 13-万向节 14-后滚筒 15-前滚筒 16-举升托板 17-移动架驱动液压缸 18-锁紧液压缸 19

15、-第三滚筒 20-第三滚筒调节器 2.3.3 惯性式制动检测平台特点分析 这种动态检验制动性能的使用发法的试验条件接近汽车实际行驶条件，具有在任何车速下进行制动测试的优点。但这种试验台旋转部分分转动惯量较大，因此其结构较复杂，占地面积大，且检验的车型范围受到一定限制，所以应用范围不如反力式来得广泛。 三、结构设计、数据采集与处理3.1 微机检测系统简介汽车制动性能检测常用的方法是采用室内台架试验法, 即采用惯性式和反力式制动试验台来近似地模拟实际的制动过程, 从而达到对汽车的制动性能进行定量测试与分析。制动试验台所配备的测控系统, 目前主要有两类: 以单片机为核心的智能化检测系统;以 PC 机

16、为核心的微机检测系统。前者功能比较单一, 以对汽车左、右轮制动力的定量测试为主, 不能准确、全面地反映汽车制动性能参数, 系统的可扩充性能也较差,难以实现更高层次的检测诊断与控制; 后者是近年来汽车检测行业十分关注并竞相研制开发的一类系统, 此类系统以 PC 机为核心, 有效地克服了单片机系统功能弱的缺点, 不但能实现对汽车制动性能各项技术参数的全面测试, 还能实现对检测台架的实时控制, 对各项测试数据进行系统分析与评价,同时, 为了满足汽车安全及综合性能检测线联网的需要, 系统还可提供串行通信和基于 TCP/ IP 的网络通信两种联网接口。目前国内已有多种此类系统研制成功, 并得到了应用,

17、但纵观目前投入使用的这些系统,其功能参差不齐, 特别是在有关数据采集与处理方法上存在较多的缺陷,从而导致系统的测量精度不高,不能真实地反映汽车制动的全过程。3.2 系统结构设计和工作原理制动性能测试系统是由左、右轮制动力传感器信号调理模块、第三滚筒速度传感器信号调理模块、数据采集模块（A/D 卡）、控制输入/输出模块（I/O卡）及LED 显示模块组成。其总体框图如图2 所示。整个测试过程如下：汽车开上制动测试台后，其左、右轮压到位开关，工业控制计算机通过采集I/O卡状态，判断汽车是否到位，通过I/O卡输出两个信号控制固态继电器，使交流接触器吸合，启动左、右轮滚筒电机，此时开始测取阻滞力，在LE

18、D 显示屏上显示结果，并提示驾驶员踩下制动踏板，车轮的制动力作用在滚筒上，该力通过力臂传给测力传感器，经过信号调理模块，由计算机通过A/D 转换板测量出车轮的制动力并显示在LED 屏幕上，同时当第三滚筒的速度下降到最大速度的80 时，计算机通过 I/O 板输出信号停止电机转动，以防止粘砂滚筒对车轮胎造成损坏，此时完成了一次测试过程。3.2.1 制动力检测制动力测量传感器采用应变片式电阻传感器，实现力-电压的线性转换，其原理是基于电阻应变效应，即在导体产生机械变形时，它的电阻值相应 发生变化.3.2.2 速度检测速度传感器采用磁电感应式传感器，其原理是利用导体和磁场发生相对运动而在导体两端输出感

19、应电动势。汽车制动台的第三滚筒带有一个齿圈，当齿圈随着车轮转动时，磁电传感器产生与齿圈相同频率的近似正弦波的电压信号，经过图4所示的电路放大整形后产生标准，TTL方波脉冲，A/D板上的8253对此脉冲计数，即可求出汽车轮速。 四、编码器的工作原理本测试系统采用惯性式制动检测平台。所选传感器如下： 4.1编码器 4.1.1编码器的工作原理 编码器由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差（相对于一个周波为360度），将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表

20、零位参考位。光电编码器是利用光栅衍射原理实现位移数字变换的，增量式编码器转轴旋转时，有相应的脉冲输出，其计数起点任意设定，可实现多圈无限累加和测量。编码器轴转一圈会输出固定的脉冲，脉冲数由编码器光栅的线数决定。需要提高分辩率时，可利用 90 度相位差的 A、B 两路信号进行倍频或更换高分辩率编码器。 由于 A、B 两相相差 90 度，可通过比较 A 相在前还是 B 相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。 分辨率编码器以每旋转 360 度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度 510000 线。 4.1.2 编码器的选择

21、本测试系统采用光电增量实心轴旋转编码器 光 A-CHA 系列编码器。 品牌：CHBG 型号：B-ZSP4006 额定电压：DC5V-DC24（V） 额定电流：消耗电流小于 100M（A） 机械寿命：20（万次） 电寿命：20（万次） 用途特点： 该产品广泛用于自动控制、自动测量、遥控、计算机技术及数控机床做角度和横纵坐标的测量等；采用 ASIC 光电器件，可靠性高、寿命长、抗干扰能力强、宽温度适用范围。 4.2 计数卡 4.2.1 计数卡简介 数据采集(DAQ)，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集非电量或者电量信号,送到上位机中进行分析,处理。 计数接口卡是一种连接传感器

22、与PC连接的专用接口，用于记录脉冲数。 4.2.2 计数卡的选择 根据设计需求，本系统采用型号为M287489 的计数卡。 M287489 性能简介： 32 路数字量输入/输出及计数卡 ： *32 路数字量输入/输出 *3 个 16 位计数器，6 种编程方式 *自带面包板利于用户开发性能参数: 功耗（典型值）：+5V500mA I/O 地址：200H-3F8H 提供用于自开发的面包板区面积：540（30×18） 每 0.9144mm 一个孔,孔与孔之间中心距离为 2.54mm 工作温度：060 储存温度：-2070 相对湿度：5%95% 25（不凝露） 尺寸(L×W)：22

23、8×104.8(mm) 32 路数字量输入/输出及计数卡 数字量输入 输入通道：32 路 输入低电平：最小 0.5V,最大 0.8V 输入高电平：最小 2.0V,最大 5.0V 输入负载：在 0.4V 时最大 0.2mA 数字量输出 输出通道：32 路 输出低电平：最小 0.5V,24mA 输出高电平：最小 2.0V,15mA AD 可编程定时器/计数器 频率范围：02.6MHz 计数器：3 个 16 位计数器 方式：6 种可编程方式 时钟频率：2MNz，1MNz，500KHz 或 250KHz（跳线设置） 分频：1，10，100 或用户设置 4.3 变频器 4.3.1 变频器简介

24、把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把三相或单相交流电变换为直流电（DC）。然后再把直流电（DC）变换为三相或单相交流电（AC），我们把实现这种转换的装置称为“变频器”（inverter） 所指的电机为感应式交流电机，在工业领域所使用的大部分电机均为此类型电机。旋转速度近似地取决于电机的极数和频率。电机的极数是固定不变的。另外，频率是电机供电电源的电信号，所以该值能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。 4.3.2 变频器的选型 本制动检测系统采用 LG IS5 型变频器，其