黃萬友 王琪 于明進 孫鵬

摘 要：隨著機動車保有量的增加和行駛車速的提高，機動車的運行安全越來越引起人們的關注，機動車的制動性能是機動車運行安全的主要性能之一，汽車制動性能檢驗臺是測試汽車制動性能的主要手段。本文在反力式汽車制動檢驗臺結構參數(shù)和工作原理的基礎上，開發(fā)了一種滾筒軸距自動調(diào)節(jié)的反力式制動檢驗臺的測控系統(tǒng)，實現(xiàn)制動檢驗臺自動檢測被檢機動車輪胎直徑，并根據(jù)輪胎直徑自動調(diào)節(jié)滾筒軸距找到最佳安置角；設計了基于英飛凌 XE164FN單片機的新型制動檢驗臺測控系統(tǒng)的硬件電路；根據(jù)檢測要求和所要實現(xiàn)的功能編制上下位機軟件，上位機采用 Delphi軟件進行編程，下位機采用 Keil軟件進行編程，兩級控制系統(tǒng)的軟件配合實現(xiàn)對機動車制動性能的檢測。最后，利用新型制動檢驗臺進行實車試驗，試驗結果表明，檢驗

臺測控系統(tǒng)性能穩(wěn)定，可靠性好，可準確捕獲機動車制動全過程。關鍵詞：滾筒軸距自調(diào)；反力式制動檢驗臺；測控系統(tǒng)；制動性能

1 引言

目前， GB21861-2014和 GB7258-2012都規(guī)定，機動車制動檢驗宜采用滾筒反力式制動檢驗臺或平板制動檢驗臺，其中滾筒反力式制動檢測臺應用最為廣泛，這種方法方便快捷，但是隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，車型急劇增多，現(xiàn)有的滾筒反力式制動檢驗臺在實際檢測中表現(xiàn)出的弊端越來越明顯。這種檢驗臺因滾筒軸距固定，當輪胎直徑超過一定值或車輛輪荷不足時，就會出現(xiàn)車輪在檢驗臺滾筒上打滑的現(xiàn)象，使得制動檢測結果偏小、無法真實反映車輛的實際制動性能狀況 [3][4]，如果按國家標準統(tǒng)一規(guī)定的“制動力與軸荷比”對制動性能進行評價，缺乏合理性 [5]。所以本文開發(fā)一種滾筒軸距自動調(diào)整的制動檢驗臺（以下簡稱“新型制動檢驗臺”），這種檢驗臺可以模擬改變車輪輪荷，以測出車輛制動器最大制動力。

2 新型制動檢驗臺結構及檢測原理

新型制動檢驗臺較之現(xiàn)有的反力式檢驗臺，增加了自動檢測被檢機動車車輪直徑并自動調(diào)節(jié)滾筒軸距的功能，對不同的車型都可以自動調(diào)整到合適安置角，克服了現(xiàn)有檢驗臺滾筒軸距不可調(diào)的弊端，提高了檢測結果的準確性。

2.1 新型制動檢驗臺機械結構及組成

新型制動檢測臺為實現(xiàn)自動檢測車輪直徑并自動調(diào)節(jié)滾筒軸距的功能，增加了輪胎直徑檢測裝置，滾筒軸距檢測調(diào)節(jié)裝置和軸距變化的鏈張緊機構。新型制動檢測臺主要由左右對稱的制動檢測裝置構成，包括滾筒組、滾筒驅(qū)動組、制動力測量裝置、舉升裝置和指示與控制裝置，結構如圖 1所示。

滾筒組主要包括主滾筒、副滾筒和第三滾筒，主滾筒通過軸承座固定支承在機架上，副滾筒通過軸承座支承在機架的導向滑軌上。在車輛制動檢測中，主滾筒和副滾筒用來模擬活動的路面，同時也可以起到承載車輪的作用。第三滾筒安裝在主副滾筒之間，平時由彈簧使其保持在最高位置，第三滾筒上安裝有轉(zhuǎn)角傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器，分別用于計算車輪直徑和車輪速度。

滾筒驅(qū)動組分為兩部分：一是負責滾筒轉(zhuǎn)動的驅(qū)動裝置；二是負責滾筒水平移動的驅(qū)動裝置。其中負責滾筒轉(zhuǎn)動的驅(qū)動裝置由電動機、減速器和鏈傳動組成；負責滾筒水平移動的驅(qū)動裝置靠液壓控制，滾筒水平移動的驅(qū)動裝置主要由液壓站、液壓管路和液壓缸組成。

制動力測量裝置主要由測力杠桿和力傳感器組成。測力杠桿兩端分別接著減速器殼體和力傳感器，車輪制動檢測時測力杠桿與減速器殼體一起繞主滾筒軸線擺動；力傳感器將測力杠桿傳來的、與制動力成比例的力轉(zhuǎn)變成電信號輸送到指示與控制裝置。

舉升裝置由舉升器、舉升平板和控制開關組成，采用液壓式實現(xiàn)舉升，方便被檢機動車駛上和駛離檢驗臺。

2.2 測控系統(tǒng)的組成

新型制動檢驗臺的測控系統(tǒng)包括軟件部分和硬件部分，軟件部分保證檢測功能的實現(xiàn)和檢測過程的準確性，包括上位機程序和下位機程序，上位機主要負責系統(tǒng)的登錄和顯示制動力檢測過程，下位機主要負責實現(xiàn)對機動車制動性能檢測的控制和數(shù)據(jù)采集。

1.框架

2.左減速機組件 3.左主滾筒鏈輪 4.左主滾筒 5.左制動第三滾筒 6.左液壓舉升裝置 7.鏈傳動及張緊裝置 8.右主滾筒鏈輪 9.右主滾筒 10.右制動第三滾筒 11.右液壓舉升裝置 12.右主滾筒鏈輪 13.右減速機組件 14.右驅(qū)動電機 15.右副滾筒鏈輪 16.右副滾筒 17.滾筒軸距調(diào)節(jié)裝置 18.輪胎擋輪

用于檢測被檢機動車的車輪速度，安裝在第三滾筒下方，第三滾筒的一端鉆有 6個圓孔，每檢測到 6個信號即為旋轉(zhuǎn)一圈；車速傳感器，用于檢測滾筒的轉(zhuǎn)速，安裝在主滾筒的一側(cè)；軸距傳感器，用于測量主副滾筒之間的距離，安裝在兩個主滾筒組的中間位置；轉(zhuǎn)角傳感器，用于測量第三滾筒被壓下去的角度，從而得到被檢機動車輪胎直徑，安裝在第三滾筒一端；力傳感器，用于測量被檢機動車制動力大小，與測力杠桿和減速器殼體相連。檢驗臺測控系統(tǒng)結構如圖 2所示。

3.3 新型制動檢驗臺檢測原理

當檢測機動車時，舉升裝置升起，機動車駛上檢驗臺，被檢機動車車輪停在檢驗臺的主副滾筒之間，舉升裝置降下，輪胎將第三滾筒壓下，第三滾筒帶動轉(zhuǎn)角傳感器轉(zhuǎn)過一定角度，控制系統(tǒng)根據(jù)此轉(zhuǎn)角信號、結合滾筒直徑和滾筒軸距計算出車輪直徑，然后根據(jù)當前軸距信號以及系統(tǒng)內(nèi)設定的安置角自動調(diào)節(jié)副滾筒位置，此時張緊機構不工作，副滾筒在在導向軌道上移動，直至被檢機動車車輪處于最佳安置角位置，張緊機構張緊，之后電機啟動，動力經(jīng)減速器傳至主副滾筒，主副滾筒帶動車輪勻速轉(zhuǎn)動。當系統(tǒng)提示引車員踩制動踏板時，引車員踩下制動踏板，車輪因受到制動器的摩擦力矩，輪速下降，此時在輪胎與滾筒的接觸點產(chǎn)生一個切向力，此力便是制動力。為了減少輪胎磨損，當被檢車輛滑移率達到設定值時，新型制動檢驗臺測控系統(tǒng)及時發(fā)出指令，電機停止工作，這樣減少了輪胎的磨損。測量完成后，舉升裝置升起，車輛后軸駛?cè)?，舉升裝置降下，測試后軸制動器制動力。待前后軸測試完畢后，舉升裝置升起，機動車駛離檢驗臺。

3 新型制動檢驗臺測控系統(tǒng)硬件設計

硬件設計是整個系統(tǒng)設計中重要的組成部分，是實現(xiàn)汽車制動性能檢驗的基礎，它決定了新型制動檢測臺的響應速度和測量精度。硬件設計的合理與否將直接決定整個檢測系統(tǒng)的性能 [6][7]。

3.1 傳感器選型

傳感器的選型應注意兩點：機械安裝尺寸和傳感器的分辨率。新型制動檢驗臺所用的傳感器有輪速傳感器、車速傳感器、軸距傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器、力傳感器。由于第三滾筒是由被檢車輛車輪帶動旋轉(zhuǎn)，測量第三滾筒轉(zhuǎn)速就可

以得到輪速，常用的測速傳感器有兩種：電感式傳感器和光電式傳感器，考慮到本檢驗臺滾筒轉(zhuǎn)速低，試驗車速為 2.5～5.0km/h，且安裝空間較小，本檢驗臺采用的是電感式接近開關，此類傳感器靈敏度高，頻率響應為 70Hz，重復定位精度高，瞬變過程短，工作穩(wěn)定可靠，紅色 LED顯示可以檢查傳感器的狀態(tài)，具有耐震，耐腐蝕等特點。制動檢驗臺車速傳感器每轉(zhuǎn)需輸出 200個信號，滾筒轉(zhuǎn)速為 40～100r/ min，試驗臺采用的是一種旋轉(zhuǎn)編碼器，可將角位移轉(zhuǎn)換成一串數(shù)字脈沖信號，無接觸磨損，壽命長，安裝隨意，已在國內(nèi)外得到廣泛應用。軸距傳感器采用的是一種紅外測距傳感器，此傳感器由位置探測器、紅外發(fā)射二極管以及信號處理電路三部分組成，傳感器的測量精度不會受到被測物體的材質(zhì)、環(huán)境溫度以及測量時間影響，新型制動檢驗臺滾筒中心距的變化范圍為 471mm～771mm，存在 300mm的變化范圍，其輸出電壓與測量距離關系如圖 3所示，為保證測量結果準確性和單值性，初始測量距離設為 250mm。力傳感器采用雙梁式結構，帶過載保護功能，可測壓力和拉力，在此檢驗臺上，測量的是拉力，此傳感器具有精度高，穩(wěn)定性好，結構緊湊，方便安裝的特點。轉(zhuǎn)角傳感器采用一款精密電阻式角度傳感器，可轉(zhuǎn)角度為 345°，第三滾筒從最高位置移動至最低位置，傳感器轉(zhuǎn)過的角度為 16°，此傳感器滿足測量要求，它具有機械壽命長，分辨率高，轉(zhuǎn)動順滑，動態(tài)噪聲小的特點。各傳感器技術指標參數(shù)如表 1所示。

3.2 單片機選型

根據(jù)檢驗臺檢測功能的要求，單片機要完成傳感信號采集、制動過程數(shù)據(jù)分析計算和數(shù)據(jù)通信等功能。針對檢驗臺檢測功能的要求，對單片機的選擇應考慮以下幾點：具有較強的數(shù)據(jù)處理和運算能力，以進行復雜的數(shù)據(jù)輸入和信號處理；具有高效的實時中斷系統(tǒng)，以滿足信息采集和通訊的要求；集成度高，片內(nèi)集成有 A/D，CAN，IO捕獲比較等模塊，以實現(xiàn)檢驗臺有效采集各傳感器信號；單片機工作溫度范圍等指標應滿足檢驗臺的工作要求 [8]。據(jù)此選擇英飛凌公司生產(chǎn)的 16位微控制器 XE164FN，優(yōu)化的編譯器可支持 CPU與 MAC單元的強大功能結合，從而使該產(chǎn)品與 32位系統(tǒng)之間不存在任何差異。 XE164FN具有 4個捕獲 /比較單元， 2個數(shù)字 /模擬轉(zhuǎn)換器， 13個并行端口，通過內(nèi)嵌外設可將 CPU與外部世界連接，將原本需要在片外添加的功能集成到片內(nèi)；具有 96個單獨的中斷節(jié)點，構成 16級中斷優(yōu)先級，可對各種中斷請求做出快登錄界面至最適安置角，通過液壓裝置進行張緊，電機工作，滾筒帶動輪胎勻速轉(zhuǎn)動，駕駛員根據(jù)提示踩下制動踏板，若滑移率達到系統(tǒng)內(nèi)設定的范圍，電機停止工作。系統(tǒng)程序框圖如圖 8所示。

5 新型制動檢驗臺功能驗證

完成汽車制動檢驗臺軟硬件設計后進行軟硬件調(diào)試，電路板線路連接正常后進行動態(tài)調(diào)試，使各個繼電器工作正常；之后系統(tǒng)空載試驗，查看機械和電控系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作情況；最后進行加載實車試驗，試驗車為本田

互作用而產(chǎn)生一個波動，隨后制動力快速增長，最大制動力出現(xiàn)在車輪與滾筒之間的滑移率為 15%～20%左右時，之后車輪沿著滾筒滑轉(zhuǎn)，制動力逐漸減小且有波動存在。在軸距由 26mm增加到 150mm時，測得的車輛制動力相應增加。測試結果表明，在汽車制動過程中，新型制動檢驗臺成功捕捉到了最大制動力以及制動力變化過程，各傳感器工作可靠，且呈現(xiàn)了非常好的穩(wěn)定性和精確性，測試得到的曲線與理想制動過程的曲線吻合。

6 總結輸入

思域 1.3L混合動力轎車，此轎車輪胎規(guī)格為 195/65 R15，輪荷為 712kg，在新型制動檢驗臺上測試得到的制動力曲線如圖 9所示。從圖中可以看到，被測車輛阻滯力為 150N左右，踩下制動踏板后，因為滾筒與輪胎之間的相

本文以英飛凌 XE164FN單片機為核心，開發(fā)了滾筒軸距自動調(diào)整的反力式汽車制動檢驗臺測控系統(tǒng)，構建了試驗臺數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)的基本結構框架，實現(xiàn)了所需的信號采集、計算、通訊、控制等功能。新型制動檢驗臺實車試驗結果表明，檢驗臺電路系統(tǒng)穩(wěn)定，工作可靠，檢測結果具有較高的準確性，這對于機動車制動性能檢測設備更新?lián)Q代具有重要意義。

參考文獻：

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