滾筒軸距可調(diào)的汽車(chē)制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)研究

中圖分類(lèi)號(hào)：U467.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-8639（2025）07-0175-03

Research on the Automobile Brake Test Benchwith Adjustable Roller Wheelbas

Meng Haoyang

（Jinan Metrology Verification and TestingInstitute，Jinan 25OooO，China）

【Abstract】This paper in order to improve the accuracy of the test results of automotive braking performance，a designschemeofautomotivebraking testbench withadjustablerolerwhebaseisproposed.Firstly，theoveal framework of the test bench was briefly introduced，andthehardware moduleand software moduleofthetest bench were designedrespectively.Finall，basedonthis，theapplicationeffctof the test bench wasverifiedthrough experimental analysis.Itcanbeknown from theexperimental analysis thattheperformanceofthis test bench is goodand mets the specified requirements，and it can be promoted.

【Key words】 drum wheelbase；automobile；braking；inspection table

制動(dòng)性能是汽車(chē)主要性能之一，該性能的好壞直接關(guān)系到整個(gè)汽車(chē)行駛的安全性，對(duì)保護(hù)車(chē)內(nèi)人員的生命健康具有重要意義。然而，通過(guò)大量實(shí)踐觀察可以發(fā)現(xiàn)，汽車(chē)行駛過(guò)程中，由于行駛里程較長(zhǎng)，制動(dòng)系統(tǒng)自身存在缺陷等因素，導(dǎo)致汽車(chē)制動(dòng)性能可能出現(xiàn)一些問(wèn)題，影響汽車(chē)安全行駛，威脅車(chē)內(nèi)人員的生命健康[。所以，為了提升汽車(chē)行駛的安全性，相關(guān)部門(mén)應(yīng)定期對(duì)汽車(chē)制動(dòng)性能予以檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決制動(dòng)性能存在的問(wèn)題，以保證汽車(chē)安全行駛。

1總體設(shè)計(jì)

根據(jù)汽車(chē)制動(dòng)性能檢測(cè)要求設(shè)計(jì)一種滾筒軸距可調(diào)的汽車(chē)制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)，其主要由5大模塊構(gòu)成，分別為：工控機(jī)、通信模塊、光隔與功率控制模塊、傳感器、單片機(jī)。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 工控機(jī)

工控機(jī)是整個(gè)檢驗(yàn)臺(tái)中較為關(guān)鍵的模塊，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的計(jì)算、分析存儲(chǔ)及檢測(cè)結(jié)果顯示等，直接關(guān)系到檢驗(yàn)臺(tái)的運(yùn)行效果。汽車(chē)制動(dòng)檢測(cè)時(shí)，對(duì)檢測(cè)結(jié)果精度具有較高的要求，因而需要選擇高性能的工控機(jī)，具體配置為：CPU選擇Intel（R）Core（TM）i7-4510U，內(nèi)存容量2GB，硬盤(pán)容量500GB，軟件分別安裝了Keil、Dave、MicrosoftOfficeVisio2007等。

2.2 通信模塊

現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域存在多種不同類(lèi)型通信模式，如USART模式、無(wú)線通信模式、IC通信模式、RS485通信模式等，每種通信模式具有不同特點(diǎn)。RS485通信模式具有抗干擾能力強(qiáng)、系統(tǒng)運(yùn)行較為穩(wěn)定、通信速率較高、通信距離較遠(yuǎn)等優(yōu)勢(shì)，因而檢驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)最終選擇了RS485通信模式[2]。該通信模式主要原理如圖1所示。需要注意的是，單片機(jī)通過(guò)RS485通信過(guò)程中，當(dāng)檢驗(yàn)臺(tái)內(nèi)部電壓出現(xiàn)突然變化后，很容易導(dǎo)致單片機(jī)損壞，從而影響整個(gè)檢驗(yàn)臺(tái)的性能，因而需要在RS485通信模塊與單片機(jī)之間安裝一個(gè)型號(hào)為HCPL0600的高速光耦器，用于將兩部件分割。檢驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行時(shí)，單片機(jī)的輸出電壓只有0V與5V兩種，而I/O側(cè)的輸入電壓則為5V，使得單片機(jī)基本不會(huì)損壞。另外，RS485通信模塊工作時(shí)可能發(fā)生擊穿短路的問(wèn)題，也會(huì)對(duì)檢驗(yàn)臺(tái)的運(yùn)行造成干擾。為了避免這一問(wèn)題，應(yīng)通過(guò)串聯(lián)的方式，在所有信號(hào)輸出端安裝1個(gè) 20Ω 的電阻。

2.3光隔與功率驅(qū)動(dòng)模塊

該檢驗(yàn)臺(tái)通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行控制，需要控制開(kāi)關(guān)量以達(dá)到檢驗(yàn)臺(tái)各方面與待檢測(cè)車(chē)輛狀態(tài)調(diào)節(jié)的目的?，F(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域主要有兩種類(lèi)型開(kāi)關(guān)：一種為晶體管開(kāi)關(guān)，該元件切換速度快，運(yùn)行中的功率負(fù)荷較低；另一種為繼電器開(kāi)關(guān)，該元件切換速度較慢，且運(yùn)行中的功率負(fù)荷較高。而在制動(dòng)性能檢測(cè)過(guò)程中，汽車(chē)行駛速度較低，對(duì)開(kāi)關(guān)量切換要求較低，因而在檢驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)，選擇繼電器開(kāi)關(guān)即可[3。單片機(jī)與繼電器開(kāi)關(guān)工作過(guò)程中，可能出現(xiàn)信號(hào)干擾問(wèn)題，影響開(kāi)關(guān)的調(diào)節(jié)效果，因而在兩者之間應(yīng)安裝1個(gè)型號(hào)為T(mén)LP521-4的光耦器，用于對(duì)單片機(jī)輸出電壓信號(hào)的調(diào)節(jié)，降低單片機(jī)與開(kāi)關(guān)信號(hào)傳輸?shù)母蓴_，以提升整個(gè)檢驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行效果。另外，在單片機(jī)端，輸出電流峰值只有 500mA ，而在開(kāi)關(guān)端，啟動(dòng)電流要求為 gt;2A ，遠(yuǎn)高于單片機(jī)輸出電流，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)不能正常啟動(dòng)。因而在兩元件之間還要安裝1個(gè)型號(hào)為MC1413B的放大器，用于將單片機(jī)輸出電流提升至5A，以符合開(kāi)關(guān)啟動(dòng)的要求。

2.4 傳感器模塊

針對(duì)汽車(chē)制動(dòng)性能檢測(cè)要求，選擇多種類(lèi)型傳感器如下。

1）輪速傳感器。型號(hào)為L(zhǎng)J12A3-4-Z/BX，用于采集待檢測(cè)汽車(chē)輪子轉(zhuǎn)速相關(guān)數(shù)據(jù)。該傳感器輸出電流為0.2A，運(yùn)行電壓為12VDC，檢測(cè)距離在0＼～4mm 范圍內(nèi)，工作頻率為 70Hz ，運(yùn)行環(huán)境溫度在-25～75c 范圍內(nèi)。

2）車(chē)速傳感器。型號(hào)為E50S8-200-3-T-24，用于采集待檢測(cè)汽車(chē)行駛速度相關(guān)數(shù)據(jù)。該傳感器輸出電流為0.12A，運(yùn)行電壓在12＼～24VDC，檢測(cè)范圍在 0～600r/s 范圍內(nèi)，運(yùn)行環(huán)境溫度在 -10～55^°C 范圍內(nèi)。

3）軸距傳感器。型號(hào)為GP2Y0YK0F，用于采集滾筒軸距相關(guān)數(shù)據(jù)。該傳感器輸出電流為 33mA ，運(yùn)行電壓在4.5＼～5.5VDC，檢測(cè)距離在 200～1500mm 范圍內(nèi)，運(yùn)行環(huán)境溫度在 -10～55^°C 范圍內(nèi)。

4）轉(zhuǎn)角傳感器。型號(hào)為WDD35D-4，用于采集滾筒轉(zhuǎn)角相關(guān)數(shù)據(jù)。該傳感器標(biāo)稱(chēng)阻值在 1～10kΩ 范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)功率為2W，轉(zhuǎn)動(dòng)角度在 243^°～347^° 范圍內(nèi)，運(yùn)行環(huán)境在 -55～125°C 范圍內(nèi)。

5）力傳感器。型號(hào)為 H31A-C2-2.5T-3B-M1 用于采集制動(dòng)力相關(guān)數(shù)據(jù)。該傳感器標(biāo)準(zhǔn)載荷為2.5t，綜合誤差為 0.02%F.S ，激勵(lì)電壓在5＼～12VDC范圍內(nèi)，運(yùn)行環(huán)境溫度在 -30～65^°C 范圍內(nèi)。

2.5 單片機(jī)

單片機(jī)是整個(gè)檢驗(yàn)臺(tái)的核心模塊，主要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)計(jì)算與分析。為了確保汽車(chē)制動(dòng)檢測(cè)結(jié)果的精確性，應(yīng)保證單片機(jī)滿足以下要求： ① 穩(wěn)定性較高，受到外界各方面因素的影響較小，可以得到穩(wěn)定的檢測(cè)結(jié)果； ② 系統(tǒng)調(diào)試方便，運(yùn)行功耗處于較低的水平； ③ 數(shù)據(jù)計(jì)算、處理能力較強(qiáng)，可以快速、有效地對(duì)大量信號(hào)予以處理； ④ 具備良好的快速中斷能力，符合數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)男枨螅?⑤ 集成度較高，可同時(shí)控制多個(gè)元件。針對(duì)上述要求，最終選擇了XE164FN微控制器4。該控制器主要包括4個(gè)捕獲/比較寄存器，用于檢測(cè)脈沖寬度與頻率；2個(gè)I/O轉(zhuǎn)換器，用于對(duì)數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換；13個(gè)并行接口，用于同時(shí)將該芯片與其他多個(gè)元件進(jìn)行連接；96個(gè)獨(dú)立的中斷節(jié)點(diǎn)，組成了16級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)，使芯片獲得不同中斷請(qǐng)求后，可在較短的時(shí)間內(nèi)做出響應(yīng)。同時(shí)該芯片對(duì)運(yùn)行環(huán)境要求較低，在 -45～80^°C 條件下均可正常運(yùn)行，且芯片穩(wěn)定性強(qiáng)，抗干擾能力高，符合檢驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)要求。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序

主程序主要對(duì)整個(gè)檢驗(yàn)臺(tái)的運(yùn)行進(jìn)行控制。將檢驗(yàn)汽車(chē)相關(guān)信息錄人到檢驗(yàn)臺(tái)后，控制舉升器舉升，使機(jī)動(dòng)車(chē)達(dá)到相應(yīng)位置，然后控制舉升機(jī)下降，并采集第三滾筒位置信息，進(jìn)而以此為基礎(chǔ)，計(jì)算出車(chē)輪的直徑。之后，判斷車(chē)輪是否達(dá)到缺省安置角，若未達(dá)到，則計(jì)算出需要調(diào)節(jié)的軸距，并對(duì)軸距進(jìn)行調(diào)節(jié)；若已達(dá)到，則直接調(diào)節(jié)軸距，并判斷安置角是否到位，若未到位則重新調(diào)節(jié)軸距，到位為止。判斷結(jié)果為到位后，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，并判斷車(chē)速是否達(dá)到預(yù)設(shè)值，若未達(dá)到，繼續(xù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，直到達(dá)到預(yù)設(shè)值為止。達(dá)到預(yù)設(shè)值后，采集阻滯力數(shù)據(jù)，并踩下制動(dòng)踏板，采集制動(dòng)力。最后判斷滑移率是否達(dá)到預(yù)設(shè)值，若未達(dá)到則繼續(xù)采集制動(dòng)力；若已達(dá)到則控制電機(jī)停止運(yùn)行，完成一軸的檢測(cè)工作具體流程如圖2所示。

3.2 上位機(jī)功能

上位機(jī)用于對(duì)整個(gè)檢驗(yàn)臺(tái)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，主要功能模塊如下。

1）汽車(chē)信息登錄功能。在系統(tǒng)主界面內(nèi)，點(diǎn)擊機(jī)動(dòng)車(chē)信息登錄選項(xiàng)，系統(tǒng)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到汽車(chē)信息登錄界面，在該界面內(nèi)，工作人員依次錄入汽車(chē)型號(hào)、顏色、車(chē)主姓名等信息，點(diǎn)擊確定后，系統(tǒng)自動(dòng)完成汽車(chē)信息錄人操作。

2）車(chē)輛檢測(cè)功能。在系統(tǒng)主界面內(nèi)，點(diǎn)擊車(chē)輛檢測(cè)選項(xiàng)，系統(tǒng)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到車(chē)輛檢測(cè)界面，在該界面內(nèi)，根據(jù)汽車(chē)制動(dòng)檢測(cè)要求，分別設(shè)置串口號(hào)、波特率、舉升時(shí)間等相關(guān)參數(shù)，并電機(jī)確定，檢驗(yàn)臺(tái)即可在檢測(cè)功能的控制下自動(dòng)完成汽車(chē)制動(dòng)檢測(cè)工作。

3）汽車(chē)直徑計(jì)算功能。待檢測(cè)汽車(chē)在檢驗(yàn)臺(tái)上行駛時(shí)，車(chē)滾筒轉(zhuǎn)角傳感器自動(dòng)采集車(chē)輛下壓而產(chǎn)生的壓力信號(hào)，并將該信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，待轉(zhuǎn)換結(jié)束后，獲得第三滾筒軸線與主副滾筒軸線連線之間的水平距離 x_t ，以及第三滾筒軸線與主滾筒軸線之間的垂直距離 y_t ，進(jìn)而以此為基礎(chǔ)，由單片機(jī)自動(dòng)計(jì)算出車(chē)輪直徑，計(jì)算公式為：

式中： D ——主副滾筒的直徑； d —第三滾筒的直徑； R ——車(chē)輪的直徑； L —主副滾筒之間的軸距。

4）滾筒軸距調(diào)整功能。在計(jì)算出機(jī)動(dòng)車(chē)輪胎直徑后，在系統(tǒng)中錄人安置角數(shù)據(jù)，并推導(dǎo)出滾筒軸距與需要調(diào)節(jié)的軸距，進(jìn)而以此為基礎(chǔ)控制張緊裝置放松。然后判斷軸距是否到位，若未到位，繼續(xù)對(duì)軸距進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到軸距到位為止，并控制張緊裝置張緊，完成滾筒軸距調(diào)節(jié)操作。

3.3 下位機(jī)功能

下位機(jī)主要作用是在接收到上位機(jī)下發(fā)的指令后，自動(dòng)對(duì)整個(gè)檢測(cè)過(guò)程予以控制，以保證整個(gè)檢驗(yàn)臺(tái)穩(wěn)定運(yùn)行。滾筒轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生信號(hào)高上升沿后，由P2.2捕獲通道中斷，并記錄下當(dāng)前時(shí)間 t₁ 。然后滾筒轉(zhuǎn)速傳感器再次產(chǎn)生一個(gè)上升沿，由P2.2捕獲通道中斷，并記錄下當(dāng)前時(shí)間 t₂ 。根據(jù)時(shí)間計(jì)算出傳感器運(yùn)行頻率，公式為： f=1/（t₂-t₁） ，之后以此為基礎(chǔ)，將光柵槽數(shù)設(shè)置成200，以此推算出電機(jī)轉(zhuǎn)速，公式為 n60f/p ，最后根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速水平判斷汽車(chē)是否按照要求制動(dòng)。

4試驗(yàn)分析

按照上述內(nèi)容對(duì)檢驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，并將其應(yīng)用到汽車(chē)制動(dòng)性能檢測(cè)工作當(dāng)中，通過(guò)檢測(cè)結(jié)果分析，判斷該檢驗(yàn)臺(tái)應(yīng)用效果是否達(dá)到預(yù)期要求。試驗(yàn)過(guò)程中，待檢測(cè)汽車(chē)為一臺(tái)1.3L的動(dòng)力轎車(chē)，其輪胎類(lèi)型為195/65R15，整車(chē)質(zhì)量為 1295kg ，前軸質(zhì)量為 777kg ，后軸質(zhì)量為 518kg 。通過(guò)試驗(yàn)分析結(jié)果可知，將制動(dòng)踏板踩下后，制動(dòng)力先較為平穩(wěn)地變化，待制動(dòng)時(shí)間將近8.7s時(shí)開(kāi)始迅速上升，9.2s時(shí)達(dá)到峰值，然后迅速下降，11.5s左右后達(dá)到0。整個(gè)檢測(cè)過(guò)程中，制動(dòng)協(xié)調(diào)在0.35s以下，表明該轎車(chē)制動(dòng)力平衡滿足要求。另外整個(gè)制動(dòng)檢驗(yàn)過(guò)程中，制動(dòng)力變化曲線較為穩(wěn)定，且檢測(cè)結(jié)果與理想制動(dòng)過(guò)程曲線基本相同，由此表示該檢驗(yàn)系統(tǒng)性能良好，可大規(guī)模推廣。

4總結(jié)

本文設(shè)計(jì)的滾筒軸距可調(diào)的汽車(chē)制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)由工控機(jī)、通信模塊、光隔與功率驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器模塊及單片機(jī)構(gòu)成，在各個(gè)模塊相互配合下，共同實(shí)現(xiàn)汽車(chē)制動(dòng)檢測(cè)操作，可以準(zhǔn)確了解汽車(chē)制動(dòng)性能是否良好，為保障汽車(chē)安全、穩(wěn)定的行駛提供幫助。

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（編輯楊凱麟）