卡丁車制動(dòng)性能檢測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)

王冉+許琳

摘 要 針對(duì)某型號(hào)卡丁車，設(shè)計(jì)了其制動(dòng)性能的檢測(cè)平臺(tái)，并且通過調(diào)整檢測(cè)平臺(tái)上飛輪的質(zhì)量可以檢測(cè)不同型號(hào)卡丁車的制動(dòng)性能，具有通用性。經(jīng)試驗(yàn)證明，該檢測(cè)平臺(tái)符合設(shè)計(jì)要求，并且操作簡單，市場(chǎng)潛力大，值得推廣。

關(guān)鍵詞 制動(dòng)性能；制動(dòng)距離；制動(dòng)力

中圖分類號(hào)：U467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）15-0026-01

1 制動(dòng)性能介紹

制動(dòng)性能是指車輛在行駛過程中，能在短距離內(nèi)停車且維持行駛方向的穩(wěn)定和下長坡時(shí)能維持一定車速，以及保證汽車長時(shí)間停駐坡道的能力。制動(dòng)性能的好壞直接影響著車輛的駕駛安全性，故檢測(cè)車輛的制動(dòng)性能對(duì)行車安全具有重要的意義。制動(dòng)性能的檢測(cè)包含許多指標(biāo)：制動(dòng)距離、制動(dòng)力、制動(dòng)減速度等。

2 制動(dòng)性能檢測(cè)方法介紹

制動(dòng)性能的檢測(cè)包括道路實(shí)驗(yàn)法和試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)法。道路試驗(yàn)法就是將車輛置于試驗(yàn)道路上檢測(cè)車輛的制動(dòng)距離、制動(dòng)時(shí)間等指標(biāo)。道路試驗(yàn)檢測(cè)法與車輛的實(shí)際工作狀態(tài)類似，檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)更能體現(xiàn)車輛的制動(dòng)性能。但是道路實(shí)驗(yàn)法經(jīng)常受到天氣狀況（例如風(fēng)速、雨雪天氣）的影響。試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)法包括平板式試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)法、慣性式試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)法以及反力式滾筒試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)法。試驗(yàn)臺(tái)制動(dòng)性能檢測(cè)法工作原理簡單，實(shí)驗(yàn)操作方便并且不受天氣狀況以及道路場(chǎng)地的影響，故這種方法在實(shí)際操作中有著較多的應(yīng)用。本文設(shè)計(jì)的便是慣性式滾筒試

驗(yàn)臺(tái)。

3 慣性式滾筒試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)法工作過程介紹

圖1 慣性式滾筒試驗(yàn)臺(tái)示意圖

在檢測(cè)車輛制動(dòng)性能時(shí)，首先將車輪放置于滾筒上。接著啟動(dòng)左、右兩側(cè)的電機(jī)，經(jīng)過減速箱的傳動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)。并且通過皮帶的傳動(dòng)，使得從動(dòng)滾筒獲得和主動(dòng)滾筒一樣的轉(zhuǎn)速。與此同時(shí)在摩擦力的作用下，車輪也逐漸獲得與滾筒相同的速度。在滾筒轉(zhuǎn)速稍高于設(shè)定的轉(zhuǎn)速時(shí)，關(guān)閉電機(jī)電源。駕駛員根據(jù)指令，腳踩剎車，直至車輛輪胎完全停止。在剎車的過程中，安裝在試驗(yàn)臺(tái)上的傳感器檢測(cè)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)、制動(dòng)反力以及輪胎在滾筒上的跑偏量。傳感器在測(cè)得這些數(shù)據(jù)后通過D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)呈遞給數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)集采集卡將數(shù)字信號(hào)傳遞至計(jì)算機(jī)。在計(jì)算機(jī)通過計(jì)算，操作軟件會(huì)將制動(dòng)距離、制動(dòng)力以及跑偏量顯示在屏幕上，供檢測(cè)人員讀取。

制動(dòng)距離、制動(dòng)力以及制動(dòng)跑偏由以下公式計(jì)算得到。

3.1 制動(dòng)距離

在開始制動(dòng)的瞬時(shí)，安裝在滾筒上的圓編碼器開始檢測(cè)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，直到滾筒完全停止。由此可得到制動(dòng)距離：

其中：為滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)；為滾筒的直徑。

3.2 制動(dòng)力

制動(dòng)力的測(cè)量主要是通過傳感器和測(cè)力杠桿實(shí)現(xiàn)的。測(cè)力杠桿的兩端分別與力傳感器和和減速箱的殼體相連。而力傳感器會(huì)將測(cè)力杠桿的力轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。該位移量與制動(dòng)力成正比?？捎梢韵鹿接?jì)算：

其中：為制動(dòng)力；為測(cè)力傳感器測(cè)得的力；為測(cè)力臂水平長度；為滾筒直徑。

3.3 制動(dòng)跑偏

左右兩個(gè)車輪制動(dòng)距離之差即為跑偏量，即

4 檢測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)慣性式制動(dòng)性能檢測(cè)平臺(tái)包含硬件和軟件構(gòu)成。其中硬件包括相同規(guī)格的電動(dòng)機(jī)（兩臺(tái)）、減速箱（兩座）、變頻器、滾筒組（兩組），編碼器、測(cè)量裝置及力傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)、帶輪以及配套使用的聯(lián)軸器、皮帶、軸承以及臺(tái)架等。軟件部分是人員對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的讀取以及換算，并將結(jié)果輸出在計(jì)算機(jī)屏幕上，為檢測(cè)提供友好的人際交互界面。

4.1 滾筒組的設(shè)計(jì)計(jì)算

本文針對(duì)游樂場(chǎng)所使用的卡丁車，設(shè)計(jì)其制動(dòng)性能檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)?？ǘ≤嚨馁|(zhì)量為，速度為，卡丁車輪的半徑為。駕駛員的質(zhì)量為。

卡丁車具有的動(dòng)能

則滾筒組具有的總動(dòng)能

單個(gè)滾筒具有動(dòng)能

滾筒組動(dòng)能可由下式表達(dá)：

其中，為單個(gè)滾筒對(duì)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，為轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。

而，為單個(gè)滾筒具有的質(zhì)量，為滾筒的半徑。

由慣性式檢測(cè)平臺(tái)的工作過程和原理可知，滾筒表面的線速度和車輪的行駛速度相同，則：

整理得：

（1）

滾筒表面的速度。

由式（1）可求得單個(gè)滾筒的質(zhì)量。滾筒采用的材料為鑄鐵，其密度為。滾筒的軸向長度取為。

根據(jù)由得滾筒的半徑為。

為了保證車輪輪胎與滾筒之間有良好的附著效果，在滾筒表面設(shè)置凹槽以增大摩擦系數(shù)。

4.2 檢測(cè)平臺(tái)的核心部分的作用以及選型

電動(dòng)機(jī)：為了檢測(cè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)趨于簡單，本試驗(yàn)臺(tái)選用兩臺(tái)同一型號(hào)的電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。

變頻器：變頻器通過調(diào)節(jié)電機(jī)輸入電流的工作頻率來控制電動(dòng)機(jī)，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能、調(diào)速等功能。此外，變頻器在本檢測(cè)臺(tái)系統(tǒng)中還具有過流、過壓、過載保護(hù)的功能，防止電動(dòng)機(jī)的損壞。變頻器與減速箱的配合使用，使左右兩側(cè)滾筒組獲得精準(zhǔn)的轉(zhuǎn)速，使得制動(dòng)性能的檢測(cè)更精確。

數(shù)據(jù)采集卡：數(shù)據(jù)采集卡將傳感器測(cè)量的電信號(hào)等模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)信號(hào)，并將這些數(shù)據(jù)傳遞給終端處理轉(zhuǎn)置以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理，及結(jié)果的顯示。在本文中選用西安阿爾泰電子科技公司的PCI8552型號(hào)的采集卡。

編碼器：編碼器將滾筒的角位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并呈遞給數(shù)據(jù)采集卡。根據(jù)工作方式的不同，編碼器可分為增量式和絕對(duì)式兩種。增量式編碼器將位移轉(zhuǎn)化為周期性的電信號(hào)，再將電信號(hào)轉(zhuǎn)成計(jì)數(shù)脈沖，以計(jì)數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)來表示轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)的多少，以實(shí)現(xiàn)位移的測(cè)量。在該檢測(cè)平臺(tái)中選用歐姆龍公司生產(chǎn)的E6A2-C增量式編碼器，該型號(hào)產(chǎn)品工作穩(wěn)定，精度高，符合本試驗(yàn)臺(tái)的精度要求。

力傳感器：力傳感器可分為膜片式、應(yīng)變梁式、應(yīng)變管式等，根據(jù)該試驗(yàn)臺(tái)的需求選擇使用膜片式力傳感器。

4.3 軟件的設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)臺(tái)的軟件中實(shí)現(xiàn)了以下功能：系統(tǒng)初始化、主菜單管理、系數(shù)標(biāo)定、參數(shù)設(shè)定、打印、通訊、測(cè)量以及硬件的調(diào)節(jié)、啟動(dòng)子程序，并且為試驗(yàn)者提供了友好的人機(jī)交互界面，方便數(shù)據(jù)的測(cè)量和讀取。

針對(duì)游樂場(chǎng)中的卡丁車，設(shè)計(jì)了其制動(dòng)性能檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)。通過實(shí)踐證明，該試驗(yàn)臺(tái)操作簡單，精度高，值得推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]楊東曉，雷敬文，劉志遠(yuǎn).基于卡丁車的汽車制動(dòng)性能檢測(cè)系統(tǒng)[J].工業(yè)設(shè)計(jì)，2011（08）.endprint

摘 要 針對(duì)某型號(hào)卡丁車，設(shè)計(jì)了其制動(dòng)性能的檢測(cè)平臺(tái)，并且通過調(diào)整檢測(cè)平臺(tái)上飛輪的質(zhì)量可以檢測(cè)不同型號(hào)卡丁車的制動(dòng)性能，具有通用性。經(jīng)試驗(yàn)證明，該檢測(cè)平臺(tái)符合設(shè)計(jì)要求，并且操作簡單，市場(chǎng)潛力大，值得推廣。

關(guān)鍵詞 制動(dòng)性能；制動(dòng)距離；制動(dòng)力

中圖分類號(hào)：U467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）15-0026-01

1 制動(dòng)性能介紹

制動(dòng)性能是指車輛在行駛過程中，能在短距離內(nèi)停車且維持行駛方向的穩(wěn)定和下長坡時(shí)能維持一定車速，以及保證汽車長時(shí)間停駐坡道的能力。制動(dòng)性能的好壞直接影響著車輛的駕駛安全性，故檢測(cè)車輛的制動(dòng)性能對(duì)行車安全具有重要的意義。制動(dòng)性能的檢測(cè)包含許多指標(biāo)：制動(dòng)距離、制動(dòng)力、制動(dòng)減速度等。

2 制動(dòng)性能檢測(cè)方法介紹

制動(dòng)性能的檢測(cè)包括道路實(shí)驗(yàn)法和試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)法。道路試驗(yàn)法就是將車輛置于試驗(yàn)道路上檢測(cè)車輛的制動(dòng)距離、制動(dòng)時(shí)間等指標(biāo)。道路試驗(yàn)檢測(cè)法與車輛的實(shí)際工作狀態(tài)類似，檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)更能體現(xiàn)車輛的制動(dòng)性能。但是道路實(shí)驗(yàn)法經(jīng)常受到天氣狀況（例如風(fēng)速、雨雪天氣）的影響。試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)法包括平板式試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)法、慣性式試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)法以及反力式滾筒試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)法。試驗(yàn)臺(tái)制動(dòng)性能檢測(cè)法工作原理簡單，實(shí)驗(yàn)操作方便并且不受天氣狀況以及道路場(chǎng)地的影響，故這種方法在實(shí)際操作中有著較多的應(yīng)用。本文設(shè)計(jì)的便是慣性式滾筒試

驗(yàn)臺(tái)。

3 慣性式滾筒試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)法工作過程介紹

圖1 慣性式滾筒試驗(yàn)臺(tái)示意圖

在檢測(cè)車輛制動(dòng)性能時(shí)，首先將車輪放置于滾筒上。接著啟動(dòng)左、右兩側(cè)的電機(jī)，經(jīng)過減速箱的傳動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)。并且通過皮帶的傳動(dòng)，使得從動(dòng)滾筒獲得和主動(dòng)滾筒一樣的轉(zhuǎn)速。與此同時(shí)在摩擦力的作用下，車輪也逐漸獲得與滾筒相同的速度。在滾筒轉(zhuǎn)速稍高于設(shè)定的轉(zhuǎn)速時(shí)，關(guān)閉電機(jī)電源。駕駛員根據(jù)指令，腳踩剎車，直至車輛輪胎完全停止。在剎車的過程中，安裝在試驗(yàn)臺(tái)上的傳感器檢測(cè)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)、制動(dòng)反力以及輪胎在滾筒上的跑偏量。傳感器在測(cè)得這些數(shù)據(jù)后通過D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)呈遞給數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)集采集卡將數(shù)字信號(hào)傳遞至計(jì)算機(jī)。在計(jì)算機(jī)通過計(jì)算，操作軟件會(huì)將制動(dòng)距離、制動(dòng)力以及跑偏量顯示在屏幕上，供檢測(cè)人員讀取。

制動(dòng)距離、制動(dòng)力以及制動(dòng)跑偏由以下公式計(jì)算得到。

3.1 制動(dòng)距離

在開始制動(dòng)的瞬時(shí)，安裝在滾筒上的圓編碼器開始檢測(cè)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，直到滾筒完全停止。由此可得到制動(dòng)距離：

其中：為滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)；為滾筒的直徑。

3.2 制動(dòng)力

制動(dòng)力的測(cè)量主要是通過傳感器和測(cè)力杠桿實(shí)現(xiàn)的。測(cè)力杠桿的兩端分別與力傳感器和和減速箱的殼體相連。而力傳感器會(huì)將測(cè)力杠桿的力轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。該位移量與制動(dòng)力成正比?？捎梢韵鹿接?jì)算：

其中：為制動(dòng)力；為測(cè)力傳感器測(cè)得的力；為測(cè)力臂水平長度；為滾筒直徑。

3.3 制動(dòng)跑偏

左右兩個(gè)車輪制動(dòng)距離之差即為跑偏量，即

4 檢測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)慣性式制動(dòng)性能檢測(cè)平臺(tái)包含硬件和軟件構(gòu)成。其中硬件包括相同規(guī)格的電動(dòng)機(jī)（兩臺(tái)）、減速箱（兩座）、變頻器、滾筒組（兩組），編碼器、測(cè)量裝置及力傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)、帶輪以及配套使用的聯(lián)軸器、皮帶、軸承以及臺(tái)架等。軟件部分是人員對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的讀取以及換算，并將結(jié)果輸出在計(jì)算機(jī)屏幕上，為檢測(cè)提供友好的人際交互界面。

4.1 滾筒組的設(shè)計(jì)計(jì)算

本文針對(duì)游樂場(chǎng)所使用的卡丁車，設(shè)計(jì)其制動(dòng)性能檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)?？ǘ≤嚨馁|(zhì)量為，速度為，卡丁車輪的半徑為。駕駛員的質(zhì)量為。

卡丁車具有的動(dòng)能

則滾筒組具有的總動(dòng)能

單個(gè)滾筒具有動(dòng)能

滾筒組動(dòng)能可由下式表達(dá)：

其中，為單個(gè)滾筒對(duì)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，為轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。

而，為單個(gè)滾筒具有的質(zhì)量，為滾筒的半徑。

由慣性式檢測(cè)平臺(tái)的工作過程和原理可知，滾筒表面的線速度和車輪的行駛速度相同，則：

整理得：

（1）

滾筒表面的速度。

由式（1）可求得單個(gè)滾筒的質(zhì)量。滾筒采用的材料為鑄鐵，其密度為。滾筒的軸向長度取為。

根據(jù)由得滾筒的半徑為。

為了保證車輪輪胎與滾筒之間有良好的附著效果，在滾筒表面設(shè)置凹槽以增大摩擦系數(shù)。

4.2 檢測(cè)平臺(tái)的核心部分的作用以及選型

電動(dòng)機(jī)：為了檢測(cè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)趨于簡單，本試驗(yàn)臺(tái)選用兩臺(tái)同一型號(hào)的電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。

變頻器：變頻器通過調(diào)節(jié)電機(jī)輸入電流的工作頻率來控制電動(dòng)機(jī)，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能、調(diào)速等功能。此外，變頻器在本檢測(cè)臺(tái)系統(tǒng)中還具有過流、過壓、過載保護(hù)的功能，防止電動(dòng)機(jī)的損壞。變頻器與減速箱的配合使用，使左右兩側(cè)滾筒組獲得精準(zhǔn)的轉(zhuǎn)速，使得制動(dòng)性能的檢測(cè)更精確。

數(shù)據(jù)采集卡：數(shù)據(jù)采集卡將傳感器測(cè)量的電信號(hào)等模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)信號(hào)，并將這些數(shù)據(jù)傳遞給終端處理轉(zhuǎn)置以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理，及結(jié)果的顯示。在本文中選用西安阿爾泰電子科技公司的PCI8552型號(hào)的采集卡。

編碼器：編碼器將滾筒的角位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并呈遞給數(shù)據(jù)采集卡。根據(jù)工作方式的不同，編碼器可分為增量式和絕對(duì)式兩種。增量式編碼器將位移轉(zhuǎn)化為周期性的電信號(hào)，再將電信號(hào)轉(zhuǎn)成計(jì)數(shù)脈沖，以計(jì)數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)來表示轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)的多少，以實(shí)現(xiàn)位移的測(cè)量。在該檢測(cè)平臺(tái)中選用歐姆龍公司生產(chǎn)的E6A2-C增量式編碼器，該型號(hào)產(chǎn)品工作穩(wěn)定，精度高，符合本試驗(yàn)臺(tái)的精度要求。

力傳感器：力傳感器可分為膜片式、應(yīng)變梁式、應(yīng)變管式等，根據(jù)該試驗(yàn)臺(tái)的需求選擇使用膜片式力傳感器。

4.3 軟件的設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)臺(tái)的軟件中實(shí)現(xiàn)了以下功能：系統(tǒng)初始化、主菜單管理、系數(shù)標(biāo)定、參數(shù)設(shè)定、打印、通訊、測(cè)量以及硬件的調(diào)節(jié)、啟動(dòng)子程序，并且為試驗(yàn)者提供了友好的人機(jī)交互界面，方便數(shù)據(jù)的測(cè)量和讀取。

針對(duì)游樂場(chǎng)中的卡丁車，設(shè)計(jì)了其制動(dòng)性能檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)。通過實(shí)踐證明，該試驗(yàn)臺(tái)操作簡單，精度高，值得推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]楊東曉，雷敬文，劉志遠(yuǎn).基于卡丁車的汽車制動(dòng)性能檢測(cè)系統(tǒng)[J].工業(yè)設(shè)計(jì)，2011（08）.endprint

摘 要 針對(duì)某型號(hào)卡丁車，設(shè)計(jì)了其制動(dòng)性能的檢測(cè)平臺(tái)，并且通過調(diào)整檢測(cè)平臺(tái)上飛輪的質(zhì)量可以檢測(cè)不同型號(hào)卡丁車的制動(dòng)性能，具有通用性。經(jīng)試驗(yàn)證明，該檢測(cè)平臺(tái)符合設(shè)計(jì)要求，并且操作簡單，市場(chǎng)潛力大，值得推廣。

關(guān)鍵詞 制動(dòng)性能；制動(dòng)距離；制動(dòng)力

中圖分類號(hào)：U467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）15-0026-01

1 制動(dòng)性能介紹

制動(dòng)性能是指車輛在行駛過程中，能在短距離內(nèi)停車且維持行駛方向的穩(wěn)定和下長坡時(shí)能維持一定車速，以及保證汽車長時(shí)間停駐坡道的能力。制動(dòng)性能的好壞直接影響著車輛的駕駛安全性，故檢測(cè)車輛的制動(dòng)性能對(duì)行車安全具有重要的意義。制動(dòng)性能的檢測(cè)包含許多指標(biāo)：制動(dòng)距離、制動(dòng)力、制動(dòng)減速度等。

2 制動(dòng)性能檢測(cè)方法介紹

制動(dòng)性能的檢測(cè)包括道路實(shí)驗(yàn)法和試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)法。道路試驗(yàn)法就是將車輛置于試驗(yàn)道路上檢測(cè)車輛的制動(dòng)距離、制動(dòng)時(shí)間等指標(biāo)。道路試驗(yàn)檢測(cè)法與車輛的實(shí)際工作狀態(tài)類似，檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)更能體現(xiàn)車輛的制動(dòng)性能。但是道路實(shí)驗(yàn)法經(jīng)常受到天氣狀況（例如風(fēng)速、雨雪天氣）的影響。試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)法包括平板式試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)法、慣性式試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)法以及反力式滾筒試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)法。試驗(yàn)臺(tái)制動(dòng)性能檢測(cè)法工作原理簡單，實(shí)驗(yàn)操作方便并且不受天氣狀況以及道路場(chǎng)地的影響，故這種方法在實(shí)際操作中有著較多的應(yīng)用。本文設(shè)計(jì)的便是慣性式滾筒試

驗(yàn)臺(tái)。

3 慣性式滾筒試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)法工作過程介紹

圖1 慣性式滾筒試驗(yàn)臺(tái)示意圖

在檢測(cè)車輛制動(dòng)性能時(shí)，首先將車輪放置于滾筒上。接著啟動(dòng)左、右兩側(cè)的電機(jī)，經(jīng)過減速箱的傳動(dòng)，電機(jī)帶動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)。并且通過皮帶的傳動(dòng)，使得從動(dòng)滾筒獲得和主動(dòng)滾筒一樣的轉(zhuǎn)速。與此同時(shí)在摩擦力的作用下，車輪也逐漸獲得與滾筒相同的速度。在滾筒轉(zhuǎn)速稍高于設(shè)定的轉(zhuǎn)速時(shí)，關(guān)閉電機(jī)電源。駕駛員根據(jù)指令，腳踩剎車，直至車輛輪胎完全停止。在剎車的過程中，安裝在試驗(yàn)臺(tái)上的傳感器檢測(cè)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)、制動(dòng)反力以及輪胎在滾筒上的跑偏量。傳感器在測(cè)得這些數(shù)據(jù)后通過D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)呈遞給數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)集采集卡將數(shù)字信號(hào)傳遞至計(jì)算機(jī)。在計(jì)算機(jī)通過計(jì)算，操作軟件會(huì)將制動(dòng)距離、制動(dòng)力以及跑偏量顯示在屏幕上，供檢測(cè)人員讀取。

制動(dòng)距離、制動(dòng)力以及制動(dòng)跑偏由以下公式計(jì)算得到。

3.1 制動(dòng)距離

在開始制動(dòng)的瞬時(shí)，安裝在滾筒上的圓編碼器開始檢測(cè)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，直到滾筒完全停止。由此可得到制動(dòng)距離：

其中：為滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)；為滾筒的直徑。

3.2 制動(dòng)力

制動(dòng)力的測(cè)量主要是通過傳感器和測(cè)力杠桿實(shí)現(xiàn)的。測(cè)力杠桿的兩端分別與力傳感器和和減速箱的殼體相連。而力傳感器會(huì)將測(cè)力杠桿的力轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。該位移量與制動(dòng)力成正比?？捎梢韵鹿接?jì)算：

其中：為制動(dòng)力；為測(cè)力傳感器測(cè)得的力；為測(cè)力臂水平長度；為滾筒直徑。

3.3 制動(dòng)跑偏

左右兩個(gè)車輪制動(dòng)距離之差即為跑偏量，即

4 檢測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)慣性式制動(dòng)性能檢測(cè)平臺(tái)包含硬件和軟件構(gòu)成。其中硬件包括相同規(guī)格的電動(dòng)機(jī)（兩臺(tái)）、減速箱（兩座）、變頻器、滾筒組（兩組），編碼器、測(cè)量裝置及力傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)、帶輪以及配套使用的聯(lián)軸器、皮帶、軸承以及臺(tái)架等。軟件部分是人員對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的讀取以及換算，并將結(jié)果輸出在計(jì)算機(jī)屏幕上，為檢測(cè)提供友好的人際交互界面。

4.1 滾筒組的設(shè)計(jì)計(jì)算

本文針對(duì)游樂場(chǎng)所使用的卡丁車，設(shè)計(jì)其制動(dòng)性能檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)。卡丁車的質(zhì)量為，速度為，卡丁車輪的半徑為。駕駛員的質(zhì)量為。

卡丁車具有的動(dòng)能

則滾筒組具有的總動(dòng)能

單個(gè)滾筒具有動(dòng)能

滾筒組動(dòng)能可由下式表達(dá)：

其中，為單個(gè)滾筒對(duì)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，為轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。

而，為單個(gè)滾筒具有的質(zhì)量，為滾筒的半徑。

由慣性式檢測(cè)平臺(tái)的工作過程和原理可知，滾筒表面的線速度和車輪的行駛速度相同，則：

整理得：

（1）

滾筒表面的速度。

由式（1）可求得單個(gè)滾筒的質(zhì)量。滾筒采用的材料為鑄鐵，其密度為。滾筒的軸向長度取為。

根據(jù)由得滾筒的半徑為。

為了保證車輪輪胎與滾筒之間有良好的附著效果，在滾筒表面設(shè)置凹槽以增大摩擦系數(shù)。

4.2 檢測(cè)平臺(tái)的核心部分的作用以及選型

電動(dòng)機(jī)：為了檢測(cè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)趨于簡單，本試驗(yàn)臺(tái)選用兩臺(tái)同一型號(hào)的電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。

變頻器：變頻器通過調(diào)節(jié)電機(jī)輸入電流的工作頻率來控制電動(dòng)機(jī)，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能、調(diào)速等功能。此外，變頻器在本檢測(cè)臺(tái)系統(tǒng)中還具有過流、過壓、過載保護(hù)的功能，防止電動(dòng)機(jī)的損壞。變頻器與減速箱的配合使用，使左右兩側(cè)滾筒組獲得精準(zhǔn)的轉(zhuǎn)速，使得制動(dòng)性能的檢測(cè)更精確。

數(shù)據(jù)采集卡：數(shù)據(jù)采集卡將傳感器測(cè)量的電信號(hào)等模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)信號(hào)，并將這些數(shù)據(jù)傳遞給終端處理轉(zhuǎn)置以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理，及結(jié)果的顯示。在本文中選用西安阿爾泰電子科技公司的PCI8552型號(hào)的采集卡。

編碼器：編碼器將滾筒的角位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并呈遞給數(shù)據(jù)采集卡。根據(jù)工作方式的不同，編碼器可分為增量式和絕對(duì)式兩種。增量式編碼器將位移轉(zhuǎn)化為周期性的電信號(hào)，再將電信號(hào)轉(zhuǎn)成計(jì)數(shù)脈沖，以計(jì)數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)來表示轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)的多少，以實(shí)現(xiàn)位移的測(cè)量。在該檢測(cè)平臺(tái)中選用歐姆龍公司生產(chǎn)的E6A2-C增量式編碼器，該型號(hào)產(chǎn)品工作穩(wěn)定，精度高，符合本試驗(yàn)臺(tái)的精度要求。

力傳感器：力傳感器可分為膜片式、應(yīng)變梁式、應(yīng)變管式等，根據(jù)該試驗(yàn)臺(tái)的需求選擇使用膜片式力傳感器。

4.3 軟件的設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)臺(tái)的軟件中實(shí)現(xiàn)了以下功能：系統(tǒng)初始化、主菜單管理、系數(shù)標(biāo)定、參數(shù)設(shè)定、打印、通訊、測(cè)量以及硬件的調(diào)節(jié)、啟動(dòng)子程序，并且為試驗(yàn)者提供了友好的人機(jī)交互界面，方便數(shù)據(jù)的測(cè)量和讀取。

針對(duì)游樂場(chǎng)中的卡丁車，設(shè)計(jì)了其制動(dòng)性能檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)。通過實(shí)踐證明，該試驗(yàn)臺(tái)操作簡單，精度高，值得推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]楊東曉，雷敬文，劉志遠(yuǎn).基于卡丁車的汽車制動(dòng)性能檢測(cè)系統(tǒng)[J].工業(yè)設(shè)計(jì)，2011（08）.endprint