滾筒軸距可調(diào)的汽車制動檢驗臺研究

中圖分類號：U467.52 文獻標識碼：A 文章編號：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

制動性能是汽車主要性能之一，該性能的好壞直接關(guān)系到整個汽車行駛的安全性，對保護車內(nèi)人員的生命健康具有重要意義。然而，通過大量實踐觀察可以發(fā)現(xiàn)，汽車行駛過程中，由于行駛里程較長，制動系統(tǒng)自身存在缺陷等因素，導(dǎo)致汽車制動性能可能出現(xiàn)一些問題，影響汽車安全行駛，威脅車內(nèi)人員的生命健康[。所以，為了提升汽車行駛的安全性，相關(guān)部門應(yīng)定期對汽車制動性能予以檢測，及時發(fā)現(xiàn)并解決制動性能存在的問題，以保證汽車安全行駛。

1總體設(shè)計

根據(jù)汽車制動性能檢測要求設(shè)計一種滾筒軸距可調(diào)的汽車制動檢驗臺，其主要由5大模塊構(gòu)成，分別為：工控機、通信模塊、光隔與功率控制模塊、傳感器、單片機。

2 硬件設(shè)計

2.1 工控機

工控機是整個檢驗臺中較為關(guān)鍵的模塊，主要負責數(shù)據(jù)的計算、分析存儲及檢測結(jié)果顯示等，直接關(guān)系到檢驗臺的運行效果。汽車制動檢測時，對檢測結(jié)果精度具有較高的要求，因而需要選擇高性能的工控機，具體配置為：CPU選擇Intel（R）Core（TM）i7-4510U，內(nèi)存容量2GB，硬盤容量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)域存在多種不同類型通信模式，如USART模式、無線通信模式、IC通信模式、RS485通信模式等，每種通信模式具有不同特點。RS485通信模式具有抗干擾能力強、系統(tǒng)運行較為穩(wěn)定、通信速率較高、通信距離較遠等優(yōu)勢，因而檢驗臺設(shè)計時最終選擇了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，單片機通過RS485通信過程中，當檢驗臺內(nèi)部電壓出現(xiàn)突然變化后，很容易導(dǎo)致單片機損壞，從而影響整個檢驗臺的性能，因而需要在RS485通信模塊與單片機之間安裝一個型號為HCPL0600的高速光耦器，用于將兩部件分割。檢驗臺運行時，單片機的輸出電壓只有0V與5V兩種，而I/O側(cè)的輸入電壓則為5V，使得單片機基本不會損壞。另外，RS485通信模塊工作時可能發(fā)生擊穿短路的問題，也會對檢驗臺的運行造成干擾。為了避免這一問題，應(yīng)通過串聯(lián)的方式，在所有信號輸出端安裝1個 20Ω 的電阻。

2.3光隔與功率驅(qū)動模塊

該檢驗臺通過單片機進行控制，需要控制開關(guān)量以達到檢驗臺各方面與待檢測車輛狀態(tài)調(diào)節(jié)的目的。現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域主要有兩種類型開關(guān)：一種為晶體管開關(guān)，該元件切換速度快，運行中的功率負荷較低；另一種為繼電器開關(guān)，該元件切換速度較慢，且運行中的功率負荷較高。而在制動性能檢測過程中，汽車行駛速度較低，對開關(guān)量切換要求較低，因而在檢驗臺設(shè)計時，選擇繼電器開關(guān)即可[3。單片機與繼電器開關(guān)工作過程中，可能出現(xiàn)信號干擾問題，影響開關(guān)的調(diào)節(jié)效果，因而在兩者之間應(yīng)安裝1個型號為TLP521-4的光耦器，用于對單片機輸出電壓信號的調(diào)節(jié)，降低單片機與開關(guān)信號傳輸?shù)母蓴_，以提升整個檢驗臺運行效果。另外，在單片機端，輸出電流峰值只有 500mA ，而在開關(guān)端，啟動電流要求為 gt;2A ，遠高于單片機輸出電流，導(dǎo)致開關(guān)不能正常啟動。因而在兩元件之間還要安裝1個型號為MC1413B的放大器，用于將單片機輸出電流提升至5A，以符合開關(guān)啟動的要求。

2.4 傳感器模塊

針對汽車制動性能檢測要求，選擇多種類型傳感器如下。

1）輪速傳感器。型號為LJ12A3-4-Z/BX，用于采集待檢測汽車輪子轉(zhuǎn)速相關(guān)數(shù)據(jù)。該傳感器輸出電流為0.2A，運行電壓為12VDC，檢測距離在0＼～4mm 范圍內(nèi)，工作頻率為 70Hz ，運行環(huán)境溫度在-25～75c 范圍內(nèi)。

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

3）軸距傳感器。型號為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 ，運行電壓在4.5＼～5.5VDC，檢測距離在 200～1500mm 范圍內(nèi)，運行環(huán)境溫度在 -10～55^°C 范圍內(nèi)。

4）轉(zhuǎn)角傳感器。型號為WDD35D-4，用于采集滾筒轉(zhuǎn)角相關(guān)數(shù)據(jù)。該傳感器標稱阻值在 1～10kΩ 范圍內(nèi)，標準功率為2W，轉(zhuǎn)動角度在 243^°～347^° 范圍內(nèi)，運行環(huán)境在 -55～125°C 范圍內(nèi)。

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

2.5 單片機

單片機是整個檢驗臺的核心模塊，主要對現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)計算與分析。為了確保汽車制動檢測結(jié)果的精確性，應(yīng)保證單片機滿足以下要求： 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)定的檢測結(jié)果； ② 系統(tǒng)調(diào)試方便，運行功耗處于較低的水平； ③ 數(shù)據(jù)計算、處理能力較強，可以快速、有效地對大量信號予以處理； 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，可同時控制多個元件。針對上述要求，最終選擇了XE164FN微控制器4。該控制器主要包括4個捕獲/比較寄存器，用于檢測脈沖寬度與頻率；2個I/O轉(zhuǎn)換器，用于對數(shù)字信號與模擬信號的轉(zhuǎn)換；13個并行接口，用于同時將該芯片與其他多個元件進行連接；96個獨立的中斷節(jié)點，組成了16級中斷優(yōu)先級，使芯片獲得不同中斷請求后，可在較短的時間內(nèi)做出響應(yīng)。同時該芯片對運行環(huán)境要求較低，在 -45～80^°C 條件下均可正常運行，且芯片穩(wěn)定性強，抗干擾能力高，符合檢驗臺設(shè)計要求。

3 軟件設(shè)計

3.1 主程序

主程序主要對整個檢驗臺的運行進行控制。將檢驗汽車相關(guān)信息錄人到檢驗臺后，控制舉升器舉升，使機動車達到相應(yīng)位置，然后控制舉升機下降，并采集第三滾筒位置信息，進而以此為基礎(chǔ)，計算出車輪的直徑。之后，判斷車輪是否達到缺省安置角，若未達到，則計算出需要調(diào)節(jié)的軸距，并對軸距進行調(diào)節(jié)；若已達到，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)動電機轉(zhuǎn)動，并判斷車速是否達到預(yù)設(shè)值，若未達到，繼續(xù)驅(qū)動電機，直到達到預(yù)設(shè)值為止。達到預(yù)設(shè)值后，采集阻滯力數(shù)據(jù)，并踩下制動踏板，采集制動力。最后判斷滑移率是否達到預(yù)設(shè)值，若未達到則繼續(xù)采集制動力；若已達到則控制電機停止運行，完成一軸的檢測工作具體流程如圖2所示。

3.2 上位機功能

上位機用于對整個檢驗臺運行狀態(tài)的監(jiān)控，主要功能模塊如下。

1）汽車信息登錄功能。在系統(tǒng)主界面內(nèi)，點擊機動車信息登錄選項，系統(tǒng)自動跳轉(zhuǎn)到汽車信息登錄界面，在該界面內(nèi)，工作人員依次錄入汽車型號、顏色、車主姓名等信息，點擊確定后，系統(tǒng)自動完成汽車信息錄人操作。

2）車輛檢測功能。在系統(tǒng)主界面內(nèi)，點擊車輛檢測選項，系統(tǒng)自動跳轉(zhuǎn)到車輛檢測界面，在該界面內(nèi)，根據(jù)汽車制動檢測要求，分別設(shè)置串口號、波特率、舉升時間等相關(guān)參數(shù)，并電機確定，檢驗臺即可在檢測功能的控制下自動完成汽車制動檢測工作。

3）汽車直徑計算功能。待檢測汽車在檢驗臺上行駛時，車滾筒轉(zhuǎn)角傳感器自動采集車輛下壓而產(chǎn)生的壓力信號，并將該信號進行轉(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 ，進而以此為基礎(chǔ)，由單片機自動計算出車輪直徑，計算公式為：

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

4）滾筒軸距調(diào)整功能。在計算出機動車輪胎直徑后，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)對軸距進行調(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 下位機功能

下位機主要作用是在接收到上位機下發(fā)的指令后，自動對整個檢測過程予以控制，以保證整個檢驗臺穩(wěn)定運行。滾筒轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生信號高上升沿后，由P2.2捕獲通道中斷，并記錄下當前時間 t₁ 。然后滾筒轉(zhuǎn)速傳感器再次產(chǎn)生一個上升沿，由P2.2捕獲通道中斷，并記錄下當前時間 t₂ 。根據(jù)時間計算出傳感器運行頻率，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，以此推算出電機轉(zhuǎn)速，公式為 n60f/p ，最后根據(jù)電機轉(zhuǎn)速水平判斷汽車是否按照要求制動。

4試驗分析

按照上述內(nèi)容對檢驗臺進行開發(fā)，并將其應(yīng)用到汽車制動性能檢測工作當中，通過檢測結(jié)果分析，判斷該檢驗臺應(yīng)用效果是否達到預(yù)期要求。試驗過程中，待檢測汽車為一臺1.3L的動力轎車，其輪胎類型為195/65R15，整車質(zhì)量為 1295kg ，前軸質(zhì)量為 777kg ，后軸質(zhì)量為 518kg 。通過試驗分析結(jié)果可知，將制動踏板踩下后，制動力先較為平穩(wěn)地變化，待制動時間將近8.7s時開始迅速上升，9.2s時達到峰值，然后迅速下降，11.5s左右后達到0。整個檢測過程中，制動協(xié)調(diào)在0.35s以下，表明該轎車制動力平衡滿足要求。另外整個制動檢驗過程中，制動力變化曲線較為穩(wěn)定，且檢測結(jié)果與理想制動過程曲線基本相同，由此表示該檢驗系統(tǒng)性能良好，可大規(guī)模推廣。

4總結(jié)

本文設(shè)計的滾筒軸距可調(diào)的汽車制動檢驗臺由工控機、通信模塊、光隔與功率驅(qū)動模塊、傳感器模塊及單片機構(gòu)成，在各個模塊相互配合下，共同實現(xiàn)汽車制動檢測操作，可以準確了解汽車制動性能是否良好，為保障汽車安全、穩(wěn)定的行駛提供幫助。

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（編輯楊凱麟）