卡丁车制动性能检测报告

1、 卡丁车制动性能检测报告姓名学号：班级：教师： 目录第一章制动性能检测系统概述.21.1绪论. .21.2制动系的基本工作原理.21.3车辆制动性能试验台的研究意义.31.4三种常见检测试验台的优缺点比较.31.5 反力式滚筒制动试验台工作原理.4第二章检测系统平台的结构设计.42.1设计目的.42.2检测对象.52.3常见的滚筒式检测机构设计图.52.4惯性式滚筒制动试验台基本结构.52.5 制动试验台主要装置参数的选择.7第三章传感器选择及数据采集.103.1 汽车制动试验台检测系统组成.103.2 单片机.103.3 传感器.10第四章-软件平台部分的实现.184.1 串口通信子程序.1

2、84.2 变频器控制子程序.194.3制动信号采集程序. .204.4滚筒转速检测程序.214.5刹车距及跑偏量计算程序.21第五章-参考文献.21第一章制动性能检测系统概述1.1 绪论 制动性能的检测对所有车辆都极其重要，它关系到人的安全，是车辆安全行驶的重要保障1。制动性能体现在制动距离上。制动距离包括车辆左右轮的制动距离。制动性能的好坏还体现在轮的制动距离是否合格，是否有跑偏量等。 1.2 制动系的基本工作原理 1制动踏板； 2推杆； 3主缸活塞； 4制动主缸； 5制动油管； 6制动轮缸7轮缸活塞； 8制动鼓； 9摩擦片； 10制动蹄； 11制动底板； 12支承销； 13制动蹄回位弹簧

3、制动系工作原理示意图制动系不工作时，制动鼓的内圆面与制动蹄摩擦片的外圆面之间保持一定的间隙，使车轮和制动鼓可以自由旋转。要使行驶中的汽车减速或停车，驾驶员应踩下制动踏板1，通过推杆2和主缸活塞3，使主缸内的油液在一定压力下流入轮缸，并通过两个轮缸活塞7推动两制动蹄绕支撑销12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上，这样，下旋转的制动蹄就对旋转着的制动鼓作用一个摩擦力矩M，其方向与车轮旋转方向相反。制动鼓将该力矩M传到车轮后，由于车轮与路面间有附着力作用，车轮对路面作用一个向前的周缘力Fa，同时路面也对车轮作用着一个向后的反作用Fb，即制动力。制动力Fb由车轮经车桥和悬架传给车身

4、及车架，迫使整个汽车产生一定的减速度。制动力越大，则汽车减速度也越大。当放开制动踏板时，回位弹簧13即将制动蹄拉回原位，摩擦力矩M和制动力Fb消失，制动作用即行终止。 显然，阻碍汽车运动的制动力Fb，不仅取决于制动力矩M，还取决于轮胎与路面间的附着条件。2如果完全丧失附着，则这种制动系事实上不可能产生制动汽车的效果。在讨论制动系的结构问题时，一般都假定具备着良好的附着条件。1.3 车辆制动性能试验台的研究意义 我们知道，路试法虽是最直观、最真实的一种检测方法。但路试法需要专业的试验场地，在我国专业的试验场地并不多，国家级的汽车试验场只有四个：海南汽车试验场、襄樊汽车试验场、中国定远汽车试验场、

5、北京通州汽车试验场。所以难以推广，并不适合我国的国情。另外路试法对汽车会产生一定的磨损，并且在进行路试时每次都须将各种传感器安装在汽车的车轮或车轴上，来采集汽车在路试的时候的制动数据，这样就很难避免每次装卸这些传感器所造成的误差。过去曾发生过在路试时合格，而在台试时却不合格，最终按照路试的检测结果作为最终检测结果。这便体现出路试与台试存在不统一的问题，动态制动检测系统是建立在路试法的基础上，用台试的方法来进行路试的检测。这样我国的汽车检测事业将更加科学化。3汽车制动器台架试验是制动器强制检定项目，它模拟汽车的制动过程，以台架试验的方式来测试制动器总成的制动效能、热稳定性、衬片磨损以及强度等各项

6、性能，从而揭示其内在的统计规律性，找出其存在的问题并提出解决的方法，确保道路交通安全。它的优点是能迅速、准确地检测制动性能，不受气候条件限制，试验重复性较好，能定量地指示各轮的制动力或制动距离，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，制动协调时间等参数，给故障诊断提供可靠的依据。现在，台架试验检测已成为汽车诊断与检测最常用的方法。目前应用较为广泛的是滚筒反力式汽车制动试验台，其测试条件固定、重复性好、结构简单、操作安全性能好，是我国各类检测站检测汽车制动性能的主要设备4。1.4 三种常见检测试验台的优缺点比较1.4.1反力式制动检测台优点：1.安全保护作用，即只有在被测车轮同时压下

7、左右制动检测台的第三滚筒时，滚筒才能被启动，因而可以避免操作人员误操作而造成伤害。2.滚筒反力式制动检测台测试工况稳定，重复性好。5缺点：1.很难测得实际制动力，并且很难测得制动器的制动力最大值。2.悬架中减震器性能得不到检测。3.测试效率低，采用滚筒反力式制动检测台检测制动性能时，对车辆各轴的检测是分开进行的，从而影响了车辆的测试效率。1.4.2平板式制动检测台优点：1.结构简单，省去了滚筒反力式的两个大功率电动机，耗电小，它的耗电量仅约为滚筒反力式的1/100。2.操作简单，测试速度大大加快，检测时只需开上测试平板踩一脚制动，即可同时完成前后桥的制动、轴荷、侧滑、减震器等检测，效率高。3.

8、安装简单，降低了混凝土工程造价。4.维修保养量低，几乎不需要日常保养。6 缺点：1.很难检测车轮阻滞力，车轮阻滞力是车轮不进行制动时的阻力，由于受平板长度限制，较难准确检测阻滞力。2.检测范围有限，对于双后轴、三后轴的车辆，很难单独测取各桥的制动力值。另外，不方便检测半挂车，全挂车，不能检测超长、超重、超宽车辆。3.检测数值重复性差，由于驾驶员踩制动踏板所用力不同，每次测试条件很难保持一致，所以每次测得的制动力会有较大差异。1.4.3惯性式滚筒检测试验台优点：惯性式滚筒制动方法的实验条件接近汽车的实际行驶条件，可在任何车速下测试。缺点：其试验台结构复杂，占地面积大，且检验的车型范围受到一定限制

9、。1.5 反力式滚筒制动试验台工作原理 在这里，我们选择的是反力式滚筒制动检测台。反力式滚筒制动试验台是由结构完全相同的左右两套车轮制动力测试单元和一套指示、控制装置组成。每一套车轮制动力测试单元由框架、驱动装置、滚筒组、举升装置、测量装置等构成。进行车轮制动力检测时，被检汽车驶上制动试验台，车轮置于主、从动滚筒之间，放下举升器（或压下第三滚筒，装在第三滚筒支架下的行程开关被接通）。通过延时电路启动电动机，经减速器、链传动和主、从动滚筒带动车轮低速旋转，待车轮转速稳定后驾驶员踩下制动踏板。车轮在车轮制动器的摩擦力矩作用下开始减速旋转。此时电动机驱动的滚筒对车轮轮胎的摩擦力克服制动器的摩擦力矩，

10、维持车轮继续旋转。同时在车轮轮胎对滚筒表面切线方向的摩擦力作用下，减速器壳体与测力杠杆一起朝滚筒转动相反方向摆动，测力杠杆一端的力或位移经传感器转换成与制动力大小成比例的电信号。从测力传感器送来的电信号经放大滤波后，送往A/D转换器转换成相应数字量，经计算机采集、存储和处理后，检测结果由打印机打印出来7。 第二章检测系统平台的结构设计2.1设计目的本文给定卡丁车质量150kg,尺寸1.8x1.5m，轮子直径400mm。为测定当卡丁车以20km每小时的速度运行时的跑偏量及制动距离，所以设计以下试验台，进行测试。2.2检测对象本文检测对象主要是卡丁车的制动距离，跑偏量。设计该结构主要包括测试装置的

11、原理及各个组成部分的尺寸。2.3常见的滚筒式检测机构设计图目前, 滚筒式制动试验台多采用单轴测试式, 因为滚筒转速很低, 所以减速箱的减速比很大, 且要求结构紧凑不致高出地面。通常采用较多的是一级蜗轮蜗杆加一级或两级齿轮传动; 或者采用一级皮带传动加一级蜗轮蜗杆和一级齿轮传动. 因此可初步估算出减速箱的传动效率，为各级传动及轴承效率的连乘积【1】。如图所示。四个滚筒分左右各两个构成一组, 每组滚筒间无联系, 由各自的电机通过减速箱驭动, 两个滚筒的传动则通过链条完成。本文在设计机构的过程中对传统的单轴测试进行了改进，通过离合器连接两轴。2.4惯性式滚筒制动试验台基本结构滚筒汽车制动试验台的结构

12、简图如下图所示。它由结构完全相同的左右两套车轮制动力测试装置和一套指示与控制装置组成。 电动机 减速器 滚筒 测量显示器 离合器 链传动 飞轮2.5 制动试验台主要装置参数的选择 2.5.1 主、从动滚筒参数的选择 滚筒的选择与储存的能量的大小有关，车速为20km/h即5.56m/s，车重为150kg，所以滚筒旋转所储存的能量为：由上面两个式子可以得出单个滚筒的尺寸符合：由于制动试验台采用滚筒中心距不可调式，因此减小滚筒直径，可使车轮在试验台上的安置角增大，增加试验台的稳定性，提高车轮与滚筒间的附着力，节省驱动电机功率。但滚筒直径不能过小，否则车轮的滚动损耗将明显增加。综上所述，本汽车制动试验

13、台选取的滚筒直径为200mm，滚筒长度为500mm。2.5.2 机械平台结构本系统适用于卡丁车测试其制动系统的工作情况，具体测试数据包括该卡丁车（车重150kg，车长1.8m，车宽1.5m，车轮直径400mm，后轮制动）在20km/h速度下的制动距离及跑偏量。滚筒组相当于一个活动的路面，来承载被检的车辆，承受和传递制动力。车轮制动力测试单元由一对直径相同的主、从动滚筒组成。每个滚筒的两端分别用滚动轴承与轴承座支承在框架上，且保持两滚筒轴线平行。当质量为的卡丁车在车速时刹车时，系统总能量表达式为： 其中：，。如果忽略四个车轮转动动能，最后得到卡丁车运动时的总能量为： 因为所用的圆筒为空心圆柱，其

14、质量远远小于飞轮质量，则可忽略其转动惯量。假定一个飞轮质量为，则转动惯量可近似为：则 ： 假定用合金钢材料制作飞轮，其密度为 ：，在此规定飞轮的厚度：则根据公式可确定滚筒半径为： 车轮在滚筒上的安置角是指车轮与滚筒接触点的切线方向与水平方向的夹角，经查阅资料及由经验值可知道，当安置角为滚筒的最佳安放位置，滚筒中心距。其中，车轮半径。试验台滚筒设计尺寸表参数名称参数值滚筒半径100mm滚筒长度500mm滚筒中心距300mm飞轮半径274mm滚筒安置角30飞轮厚度80mm滚筒和车轮安放示意图 驱动装置驱动装置由电动机、减速器和链传动机构组成，如图电动机经过减速器内的蜗轮蜗杆和一对圆柱齿轮的两级传动

15、后驱动主动主动滚筒又通过链传动机构带动从动滚筒旋转。减速器输出轴与主动滚一轴，减速器壳体为浮动连接即可绕主动滚筒轴自由摆动。减速器的作速增矩，其减速比根据电动机的转速和滚筒测试转速确定。由于测试车滚筒转速也较低，因此要求减速器减速比较大，一般采用两级齿轮减速蜗轮蜗杆减速与一级齿轮减速。电机滚筒装置 滚筒组相当于一个活动的路面，来承载被检的车辆，承受传递制动力。每套车轮制动力测试单元由左右一对直径相同的主、从动滚筒成。每个滚筒的两端分别用滚动轴承与轴承座支承在框架上，且保持两滚筒线平行。离合器滚筒此处，离合器的作用在于保证两个轮子获得相同的力矩，转速。解除离合器，则可以测的卡丁车的跑偏量。第三章

16、传感器选择及数据采集3.1 汽车制动试验台检测系统组成在本设计中，使用的硬件(不包括机械部分)主要有圆编码器，数据采集卡，变频器和串口转换器等，其中变频器控制电机带动滚筒旋转，圆编码器在滚筒转动时输出脉冲信号，数据采集卡采集脉冲，在转速调整阶段，供计算机计算车轮转速；在制动性能检测阶段，供计算机进行制动距离计算。车辆制动性能检测硬件平台结构图如下： 单片机图 车辆制动性能检测硬件平台结构图3.2 单片机根据检测功能的要求，单片机系统完成信号检测、数据处理、数据输入、自动测试、数据通信等功能。AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS 8位单片机，片内含8K字节的可反复擦写的

17、只读程序存储器(EPROM)和256字节的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机适合于许多较为复杂的控制应用场合AT89C52提供以下标准功能：8K字节Flash闪速存储器2，56字节内部RAM，32位I/O口线，3个16位定时器/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内晶振及时钟电路。同时，AT89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持两种软件可选择的省电模式。空闲方式下，CPU停止工作，但允许R

18、AM、定时器/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。在掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，禁止其它所有部件工作直到下一个中断或硬件复位。3.3 传感器3.3.1 编码器的选择 编码器的选择 编码器（Encoder）为传感器(Sensor)的一种，通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，主要用来监测机械运动角速度。其主要分为绝对脉冲编码器及增量脉冲编码器。 结构设计图： 参照相关资料（角度传感器相关）确定使用具有优良性能的美国EPC-755A型编码器，市场价约800元。 1、产品设计特点：体积小（1.5英寸直径）；频率响应可达1MHz（兆）；高操作温度选择；

19、脉冲可达30,000 CPR；应用于伺服电机控制、机器人技术、医疗诊断器械、专业包装机械、数字绘图、打印机、排版和印刷机等领域。2、755A型产品电参数：输入电压：0 - 70和0 85为4.75 28.0 VDC 0 - 100温度时为4.75 24.0 VDC输入电流：最大无负载电流为100 mA输入波动：在0 100 KHz时，峰峰之间为100 mV输出波形：增量式，正交输出，当转轴顺时针旋转时，A通道的方波领先B通道。输出电路：NPN 集电极开路输出每通道最大驱动电流100 mA，推拉输出每通道最大驱动电流20 mA，差动线驱动输出在5VDC 时，符合RS422标准。上拉电阻输出每通道

20、最大可达100 mA。基准脉冲：每转一周输出一个脉冲。频率响应：标准100 KHz，可选高达1MHz。抗干扰性：经BS EN61000-4-2，IEC 801-3，BS EN61000-4-4，DDENV 50141， DDENV 50204，BS EN55022测试，符合欧洲标准。上升时间：低于1 微秒3、755A型产品机械参数最高转速：7500 转/分转轴直径和转向：0.250英寸，5 mm, 6 mm 双向转动转轴材料：不锈钢转轴径向和轴向负载：径向最大5磅轴向最大3磅轴承：ABEC，双封闭精密滚珠轴承起动扭矩：0.14 盎司英寸零下40操作时为4盎司英寸转动惯量：2.810 4盎司英寸

21、秒2最大加速度：1105 弧度 / 秒2外 壳：黑色防腐漆金属外壳安 装：4个伺服安装选择，法兰安装选择重 量：3.10盎司 4、755A型产品环境参数：操作温度：0到+70C（标准）-40到+70C（低温选择）0到+100C（高温选择）有些CPR高温选择0到+85C储藏温度：- 25C 到 +85 C湿 度：相对湿度98%振 动：10g 58 - 500 Hz； 抗 震：50g 11ms3.3.2.变频器的选择变频器的正确选用对于机械设备电控系统的正常运行是至关重要的。选择变频器，首先要按照机械设备的类型、负载转矩特性、调速范围、静态速度精度、起动转矩和使用环境的要求。5.1.2.1 相关组

22、成部分整流器中间环节逆变器控制电路控制指令控制指令控制指令MAC变频器基本结构 基本组成：变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。变频器电路组成 3.3.2.2 原理简述 交流电动机的同步转速表达式位： （1） 式中 n异步电动机的转速；f异步电动机的频率； s电动机转差率； p电动机极对数。由式(1)可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在050Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。3.3.2.3

23、 确定变频器型号 按照检测系统电机功率所需要求（所需2.1kW），通过查阅相关资料及横向比较，最终确定选择ABB公司生产的ACS550-01-05A4-4型变频器（满足2.2kW）。 ACS550-01-05A4-4型号变频器的技术规范（参数说明）：ACS550-01-05A4-4变频器的主电源连接要求为3相电源，电压在380V到480V之间，变频器可自动识别输入电压。ACS550-01-05A4-4变频器的功率因数为0.98。电机连接，电压范围为0至输入电压，频率为0至500Hz，加速时间为0.1到1800s，减速时间为0.1到1800s。在最大环境温度40条件下的过载能力为，一般应用1.1

24、I2N，每十分钟允许一分钟；重载应用1.5I2hd，每十分钟允许一分钟；最大过载1.8I2hd，每60秒允许2秒。防护部分采用的R模块，防护等级有IP21和IP54两种可供选择。ACS550-01-05A4-4传动控制设备，在一般应用下400V时总视在功率SN为4KVA，电机额定功率PN为2.2KW，二次额定电流I2N为5.4A；在重载应用下400V时电机额定功率Phd为1.5KW，二次额定电流I2hd为4.1A。3.3.3数据采集卡的选择数据采集卡简介数据采集(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。7 数据采集系统是

25、结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。数据采集卡，即实现数据采集(DAQ)功能的计算机扩展卡，可以通过USB等总线接入个人计算机。运行时的数据由数据采集卡并送给PC机，通过运行在PC机上的特定软件对这些数据进行分析，以此判断当前运行设备的状况，进而采取相应措施。当前常用的数据采集装置，在其系统软件设计中，多采用单任务顺序机制。 数据采集卡选取安装在滚筒端部的圆编码器输出的是脉冲信号，即为模拟信号，然而直接的脉冲信号是无法被计算机识别的，所以在测试过程中要先将模拟量转化为数字量才能被计算机识别，故需要数据采集控制卡采集到脉冲信号后进行AD转换，进而

26、传给计算机进行识别处理。首先在满足满足实际需要基础上选取了几款数据采集卡，再从节约成本方面考虑，最后选定了研华PCI-1711总线数据采集卡，它是是一款12位的低损耗且功能强大的低成本多功能PCI总线数据采集卡，具有独特的电路设计和完善的数据采集与控制功能，支持即插即用，具有16通道单端模数输入、16通道数字I0和2通道数模输出，采集速率可达100kHz，可编程的计数计时器可作为AD转换的速度触发。内部结构主要有单端模拟输入通道、模拟输出通道和触发源连接三部分。具体规格简介如下：研华 PCI-1711数据采集卡PCI-1711数据采集卡规格I/O接口类型68针 SCS-II孔型接口尺寸1751

27、00 mm （6.93.9）功耗典型PCI-1711+5 V ，850mA最大+5V ，1.0mA温度工作060（32140）存储-2070（-4158）相对湿度5%95% RH，无凝结模拟量输入通道 16路单端分辨率 12位精度 DC INLE：0.5LSB 单调性：12位 补偿误差：可调零 增益误差：0.0005% FSR（增益=1） AC SNR：68 dB ENOB：11位 FIFO大小1K采样采样速率100KS/s max最大输入过载电压 20V输入保护30Vp-p输入阻抗2/5pF触发模式软件触发，可编程定时器触发或外部触发模拟量输出通道 2分辨率 12位输出范围（内部和外部参考电

28、压）内部参考电压0+5V，0+10V外部参考电压0+x V或x V（-10x10）精度相对1/2 LSB差分非线性1/2 LSB增益误差可调零零漂40 ppm/驱动能力3 mA吞吐量依赖于PC，软件更新速率（Direct AO输出阻抗0.81参考电压内部 -5或-10VI/0接线板I/0接线板采用的是研华公司的ADAM一3968,该接线板是DIN导轨安装的68脚SCS工一H接线端子ADAM一3968是用各种通用螺丝端子模块组成,这些端子模块用于在工业应用中的现场接线它们可以用来连接研华的模拟量和数字量产品,如PCI和PCL系列板卡ADAM一3968连接简单,外壳尺寸为77.58X213.SX5

29、lmm如图管脚1管脚8分别对应计数器O计数器7,管脚9管脚12和管脚43管脚46分别对应计数器的门控制GATEO、GATE7。管脚14管脚17和管脚48管脚51分别对应数字量输入通道O7管脚。19管脚22和管脚53管脚56为数字量输出通道07管脚23管脚30。对应计数器输出通道07管脚30管脚34为频率输出通道O3管脚13为外部时钟输入,其余管脚为地囚。第四章-软件平台部分的实现本章的主要内容是车辆制动性能检测系统的软件部分设计，它具有数据采集,自动控制,数据处理等功能。其中，数据采集功能包括采集安装在滚筒端部的圆编码器输出的脉冲信号和采集车辆制动踏板踏下时发出的制动信号自动控制功能体现在对滚

30、筒转速的精确控制数据处理功能，包括控制曲线图的显示，制动距离的计算，车辆跑偏量的计算，数据保存等。因此该系统的软件部分由以下功能模块组成：变频器启动/停止命令子程序,变频器频率控制子程序,变频器串口通信子程序,转速控制子程序，制动信号采集子程序，制动距离检测子程序。具体流程见图所示启动变频器制动N串口通信采集制动信号Y达到预期检测PID控制转速停止变频器串口通信变频通信串口通信检测制动距离软件程序控制流程图4.1 串口通信子程序包括：与变频器进行通讯，控制变频器的输出频率部分；判断转速是否达到预期要求部分；刹车过程信息检测部分；将检测的数据传递给计算机部分。4.2 变频器控制子程序4.2.1 PID控制程序（控制电机转速相等）1）、 PID控制原理PID控制通过比例、积分和微分三个环节来实现对系统的控制。通常情况下，其控制原理图如图所示。PID控制原理图PID控制器是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。它根据给定值和