卡丁车制动性能检测平台设计

摘 要针对某型号卡丁车,设计了其制动性能的检测平台,并且通过调整检测平台上飞轮的质量可以检测不同型号卡丁车的制动性能,具有通用性.经试验证明,该检测平台符合设计要求,并且操作简单,市场潜力大,值得推广.

关 键 词制动性能；制动距离；制动力

中图分类号：U467文献标识码：A文章编号：1671-7597（2014）15-0026-01

1制动性能介绍

制动性能是指车辆在行驶过程中,能在短距离内停车且维持行驶方向的稳定和下长坡时能维持一定车速,以及保证汽车长时间停驻坡道的能力.制动性能的好坏直接影响着车辆的驾驶安全性,故检测车辆的制动性能对行车安全具有重要的意义.制动性能的检测包含许多指标：制动距离、制动力、制动减速度等.

2制动性能检测方法介绍

制动性能的检测包括道路实验法和试验台检测法.道路试验法就是将车辆置于试验道路上检测车辆的制动距离、制动时间等指标.道路试验检测法与车辆的实际工作状态类似,检测得到的数据更能体现车辆的制动性能.但是道路实验法经常受到天气状况（例如风速、雨雪天气）的影响.试验台检测法包括平板式试验台检测法、惯性式试验台检测法以及反力式滚筒试验台检测法.试验台制动性能检测法工作原理简单,实验操作方便并且不受天气状况以及道路场地的影响,故这种方法在实际操作中有着较多的应用.本文设计的便是惯性式滚筒试

验台.

3惯性式滚筒试验台检测法工作过程介绍

图1惯性式滚筒试验台示意图

在检测车辆制动性能时,首先将车轮放置于滚筒上.接着启动左、右两侧的电机,经过减速箱的传动,电机带动滚筒转动.并且通过皮带的传动,使得从动滚筒获得和主动滚筒一样的转速.与此同时在摩擦力的作用下,车轮也逐渐获得与滚筒相同的速度.在滚筒转速稍高于设定的转速时,关闭电机电源.驾驶员根据指令,脚踩刹车,直至车辆轮胎完全停止.在刹车的过程中,安装在试验台上的传感器检测滚筒转动的圈数、制动反力以及轮胎在滚筒上的跑偏量.传感器在测得这些数据后通过D/A转换器将数据呈递给数据采集卡,数据集采集卡将数字信号传递至计算机.在计算机通过计算,操作软件会将制动距离、制动力以及跑偏量显示在屏幕上,供检测人员读取.

制动距离、制动力以及制动跑偏由以下公式计算得到.

3.1制动距离

在开始制动的瞬时,安装在滚筒上的圆编码器开始检测滚筒转动的圈数,直到滚筒完全停止.由此可得到制动距离：

其中：为滚筒转动的圈数；为滚筒的直径.

3.2制动力

制动力的测量主要是通过传感器和测力杠杆实现的.测力杠杆的两端分别与力传感器和和减速箱的壳体相连.而力传感器会将测力杠杆的力转化为电信号.该位移量与制动力成正比.可由以下公式计算：

其中：为制动力；为测力传感器测得的力；为测力臂水平长度；为滚筒直径.

3.3制动跑偏

左右两个车轮制动距离之差即为跑偏量,即

4检测平台设计

本文设计惯性式制动性能检测平台包含硬件和软件构成.其中硬件包括相同规格的电动机（两台）、减速箱（两座）、变频器、滚筒组（两组）,编码器、测量装置及力传感器、数据采集卡、计算机、带轮以及配套使用的联轴器、皮带、轴承以及台架等.软件部分是人员对测量数据的读取以及换算,并将结果输出在计算机屏幕上,为检测提供友好的人际交互界面.

4.1滚筒组的设计计算

本文针对游乐场所使用的卡丁车,设计其制动性能检测试验台.卡丁车的质量为,速度为,卡丁车轮的半径为.驾驶员的质量为.

卡丁车具有的动能

则滚筒组具有的总动能

单个滚筒具有动能

滚筒组动能可由下式表达：

其中,为单个滚筒对转轴的转动惯量,为转动角速度.

而,为单个滚筒具有的质量,为滚筒的半径.

由惯性式检测平台的工作过程和原理可知,滚筒表面的线速度和车轮的行驶速度相同,则：

整理得：

（1）

滚筒表面的速度.

由式（1）可求得单个滚筒的质量.滚筒采用的材料为铸铁,其密度为.滚筒的轴向长度取为.

根据由得滚筒的半径为.

为了保证车轮轮胎与滚筒之间有良好的附着效果,在滚筒表面设置凹槽以增大摩擦系数.

4.2检测平台的核心部分的作用以及选型

电动机：为了检测平台结构趋于简单,本试验台选用两台同一型号的电动机提供动力.

变频器：变频器通过调节电机输入电流的工作频率来控制电动机,以实现节能、调速等功能.此外,变频器在本检测台系统中还具有过流、过压、过载保护的功能,防止电动机的损坏.变频器与减速箱的配合使用,使左右两侧滚筒组获得精准的转速,使得制动性能的检测更精确.

数据采集卡：数据采集卡将传感器测量的电信号等模拟信号转化为数据信号,并将这些数据传递给终端处理转置以实现数据的处理,及结果的显示.在本文中选用西安阿尔泰电子科技公司的PCI8552型号的采集卡.

编码器：编码器将滚筒的角位移转换为电信号并呈递给数据采集卡.根据工作方式的不同,编码器可分为增量式和绝对式两种.增量式编码器将位移转化为周期性的电信号,再将电信号转成计数脉冲,以计数脉冲的个数来表示转动圈数的多少,以实现位移的测量.在该检测平台中选用欧姆龙公司生产的E6A2-C增量式编码器,该型号产品工作稳定,精度高,符合本试验台的精度要求.

力传感器：力传感器可分为膜片式、应变梁式、应变管式等,根据该试验台的需求选择使用膜片式力传感器.

4.3软件的设计

本试验台的软件中实现了以下功能：系统初始化、主菜单管理、系数标定、参数设定、打印、通讯、测量以及硬件的调节、启动子程序,并且为试验者提供了友好的人机交互界面,方便数据的测量和读取.

针对游乐场中的卡丁车,设计了其制动性能检测试验台.通过实践证明,该试验台操作简单,精度高,值得推广.