汽车制动性能测试系统的研究与设计_图文

1、 自动化仪表 第 29卷第 5期 2008年 5月汽车制动性能测试系统的研究与设计Research and Design of B raking Performance Test System for Aut omobiles陈广秋 1 辛 华 2 杨宏伟1(长春理工大学电子信息工程学院 1, 吉林 长春 130022; 吉林大学通信工程学院 2, 吉林 长春 130025摘 要 :汽车制动性能测试是机动车安全运行检测中的一个重要项目。针对反力式滚筒汽车制动力测试台的基本结构和受力过程 的特点 , 设计了高精度力传感器和速度传感器输出信号的调理模块 , 利用工业控制计算机采集制动力值和第三滚筒

2、速度值 , 测试系统 的精度和实时性得到了提高。 实测证明 , , 关键词 :制动性能 反力式滚筒 测试台 调理模块 信号放大器 中图分类号 :TP274+.2 文献标志码 :AAbstract:The braking perfor mance test for automobiles is an i detection f or power driven vehicles . I n accord 2ance with the basic structure and features of of braking force test p latfor m, the highly p reci

3、se conditi oning module for output signals of force is . By using industrial computer, the braking 2f orce and the vel ocity of the third r oller are collected . real 2ti me perfor mance of the test system are enhanced . The test p r oves that the dynam ic demand of braking force test is fully and t

4、he system offers high reliability .Keywords:B raking perfor mance Anti 2force roller Test p latf or m Conditioning module Signal amp lifier 修改稿收到日期 :2007-09-11。第一作者陈广秋 , 男 , 1977年生 , 2006年毕业于吉林大学测控技术及 仪器系 , 获硕士学位 , 助教 ; 主要从事汽车检测技术的研究 。0 引言汽车制动性能是安全行车的重要因素之一 , 也是汽 车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

5、。 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 G B 7258220041规定 , 利用制 动性能试验台对汽车的制动性能检测要求符合以下标 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 60%, 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 2

6、0%, 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。1 制动性能测试台的基本结构及原理反力式滚筒制动试验台2-5由结构相同的左、 右两套车轮制动力测试单元和一套指示装置组成。 每套 车轮制动力测试单元由驱动装置、 滚筒组、 第三滚筒、 测量装置等构成。驱动装置由电动机、 减速器和链传动装置组成。 电动机经过减速器减速后驱动主动滚筒 , 主动滚筒通 过链条传动带动从动滚筒旋转。 滚筒组相当于一个活 动的路面 , 来承载被检车辆、 承受和传动制动力。 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

7、筒组成 。设置在两滚筒间的第三滚筒能测得车轮 速 , 用于根据车轮速来控制制动试验台电机。制动力 测量装置主要由测力杠杆和应变测力传感器组成。测 力杠杆一端与传感器连接 , 另一端与减速器壳体连接。 进行汽车制动力检测时 , 将被检汽车驶上制动试验台 上 , 车轮置于主、 从动滚筒之间 , 压下第三滚筒 , 起动电 动机 , 经减速器、 链传动和主、 从动滚筒带动车轮转动。 被测车轮制动时 , 测力杠杆与减速器壳体将一起绕主 动滚筒轴线摆动 , 传感器将测力杠杆传来的与制动力 大小成正比的力转换成相应电信号后送给后继处理装 置。 当车轮速度下降 20%时 , 最大制动力值已经出 现 , 计算机

8、发出指令使电动机停转。2 制动过程受力分析制动力测量过程中2-5, 车轮受力比较复杂 , 针对系统特点绘出了压力传感器式测量装置及车轮受力分15汽车制动性能测试系统的研究与设计 陈广秋 , 等 PR OCESS AUT OM AT I O N I NSTRU M ENTAT I O N Vol . 29No . 5M ay 2008析示意图 , 如图 1所示。图 1 测量装置示意图及车轮受力分析图Fig . 1 Sche matic of the measuring device and analysison the f orces taken on wheel当踩下制动踏板 , M r 作用

9、下开始减速转动 , F 1, 动器摩擦力矩 , , 车轮轮 反作用力 F 1、 F 2, 在 F 1、 F 2形成的反作用力矩作用下 , 减速器壳体与测力杠杆一起朝滚筒转动相反方向摆 动 , 测力杠杆一端的力经传感器转换成与制动力大小 成比例的电信号后经过高精度微弱信号放大器放大 , 送到 A /D转换板进行处理。根据制动时 , 车轮的受力 分析 , 可得如下平衡方程 :(F 1+F 2 cos +(N 1-N 2 sin -F 3=0(1 (N 1+N 2 cos +(F 2-F 1 sin -G k =0(2 (F 1+F 2 R -M r =0(3 =arcsin2(R +r (4 由式

10、 (1 式 (4 得 : N 1=G 0(sin-cos +F 3(cos +sin (1+2sin2(5N 2=G 0(sin+cos -F 3(cos -sin (1+2sin2 (6 当车轮与滚筒间的附着质量充分利用 , 附着系数相同 , 则 F 1、 F 2的最大值为 F 1=N 1, F 2=N 2, 则 :F =F 1+F 2=(N 1+N 2(7 由式 (5 式 (7 得 :F =(G 0+F 3(1+2cos (8式 (1 式 (8 中 :M r 为被检车轮所受的制动力矩 ,N m ; G 0为被检车轮负荷 ,N; 为安置角 , ° F 1、 F 2为前 后滚筒作用于

11、被检车轮切向反力 , N; N 1、 N 2为前后滚筒 对被检车轮的法向反力 , N; F 3为非检测车轮对被检车 轮的水平作用力 (即非检测车轮胎面与地面的附着力 ,N; F 为被检车轮制动时的最大切向力 , 即制动力 ,N 。由式 (8 可以看出 , 影响被检车轮最大制动力的因素有被检车轮负荷 G 0、 安置角 、 非检测车轮对被检车 轮的水平作用力 F 3和车轮与滚筒间的附着因数 。 当 制动力 F 大于车轮与滚筒的附着力 (F 1+F 2 时 , 车轮 在滚筒上打滑 , 此时测得的是非最大制动力。 要增加测 得最大制动力的准确度 , 一般采取以下方法 : 提高非 检测车轮胎面与地面的附

12、着力 ; 提高轮胎胎面与滚筒 间的附着因数 ; 对于 L 固定的制动实验台 , 采用滚筒, 可减小 R 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 LED 显示屏上显示结果 , 并提

13、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。图 2 制动力测试系统的总体框图Fig . 2 General bl ock diagra m of braking 2f orce test syste m3. 1 制动力测量的原理及电路制动 力 测 量 传 感 器 采 用 应 变 片 式 电

14、阻 传 感 器6-7, 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 , 即 R =KR, K 为应变系数 (通常为 12 ;25汽车制动性能测试系统的研究与设计 陈广秋 , 等 自动化仪表 第 29卷第 5期 2008年 5月为微应变 ; R 为应变计电阻阻值 , 。图 3是制动力测量传感器信号调理电路 , 其中 V +、V -为传感器输出的差动电压 ; RV 1为调零电位器 ; RV 2为放大倍数调整电位器。 整个电路实现了制动力从零 到满量程对应的电压值为 010V, 计算机根据 A /D采 集卡采集的 AD 码就可以换算

15、出制动力值。图 3 Fig . 3 Measuring circuit 3. 2 速度测量的原理及电路 8-9, 应电动势。 , 当, 磁电传感器产生与齿圈相同频, 经过图 4所示的电路放 大整形后产生标准 TT L 方波脉冲 , A /D板上的 8253对 此脉冲计数 , 即可求出汽车轮速。图 4 速度信号放大整形电路Fig . 4 Amp lifying and rectifying circuit of vel ocity signal3. 3 系统的软件设计整个控制系统软件设计采用 Del phi 语言来编写 源代码 , 整机软件由主程序、 判断车辆到位子程序、 汽 车轴重子程序、 刹

16、车力测量子程序、 标定子程序、 显示 子程序、 数据传送子程序等组成。制动力测量主程序 流程如图 5所示。4 系统运行测试4. 1 静态测试及误差补偿在车辆检测站进行实测 , 该测试台测量最大单轮 制动力为 3000daN (1daN =10N , 设 Y 为汽车制动 力 , X 为信号调理模块输出电压值对应的 AD 码 (传感 器信号调理模块输出电压为 010V, 对应的 AD 码值 为 04095 用公式表示如下 :Y =kX +b式中 :k 为放大倍数 ; b 为误差补偿值 。图 5 制动力测量主程序流程图Fig . 5 M ain fl owchart of braking 2f or

17、ce measure ment35汽车制动性能测试系统的研究与设计 陈广秋 , 等 PR OCESS AUT OM AT I O N I NSTRU M ENTAT I O N Vol . 29No . 5M ay 2008 通过实测一组 Y 、 X 后 , 用最小二乘法即可求出 k 、b 。 采用砝码标定来获取 Y i 、 X i 的步骤为 :在杠杆的砝码盘上加一标准砝码 Y 1, 测得电压值 V 1和 AD 码值X 1, 接着在砝码盘上加另一块标准砝码 Y 2, 测得电压值 V 2和 AD 码值 X 2, 通过此方法 , 可以依次测出从 03000daN 间的一组 Y i 和 X i 。经

18、过制动力分段补偿后的实测数据如表 1所示。表 1 实测数据Tab . 1 Practi ca l m ea sured da t a 参 数 数 据0. 010. 412. 053. 986. 007. 999. 97AD 码值1216181210180522 从表 1, 测标定误差最大为 ±5%的技 术指标。4. 2 动态测试和结果分析对 1. 1t 的捷达轿车进行两次实测 (以 前轴为 例 , 结果如表 2所示 。表 2 两次测试的数据Tab . 2 Da t a of two tests序号轴重/kg最大制动力/daN过程差最 大差值点/daN阻滞力 /daN制动率/%不平 衡

19、率/%左右左右左右左 右332310198230190224201466. 714. 8 由表 2比较两组数据后可以看出 , 两次测量结 果偏差较小 , 基本一致 , 表明系统重复性较好 , 有较 高的准确性和稳定性 。5 结束语本文对检测汽车制动力时车轮的受力情况进行 了详细地分析 , 根据实际要求设计了制动力传感器 信号调理模块和速度信号调理模块电路 , 针对车轮 受力特点设计了该套测试系统 。此系统在长春华港 机动车检测中心投入运行后 , 测量结果理想 、 性能稳 定可靠 、 操作方便 , 、 友好 , 通过了吉林 省技术监督局的标定 , 。. G B 725822004机动车运行安全技S.2004:14-15.2白旭明 , 钟国焘 , 杜新民 . 反力式滚筒制动实验台检测制动力的分析 J .建筑机械 , 1998(1 :23-27.3张慧 , 黄署 , 王钦若 . 基于单片机的滚筒反力式汽车制动力检测系统 J .计算机应用 , 2004(6 :10-13.4王翔 , 王钦若 , 谢晨阳 . 一种汽车制动性能检测仪的研制 J .传感器技术 , 2004, 23(2 :24-26.5徐光泉 . 汽车制动试验台数据采集、 处理系统研制 D .长春 :吉林大学 , 2005.6黄继昌 . 传感器工作原理及应用实例 M.北京 :人民邮电出版