图7 惯性式滚筒检测试验台三维图
3、检测台检测系统设计
一般来说，车辆制动性能检测系统由变频电力驱动、机械传动和转速控制和制动检测四大部份组成。测控系统是实现制动性能检测的核心，其测量和控制的精确与否直接决定测试结果的好坏。测控系统由硬件和软件构成，硬件设备主要有计算机、数据采集卡、圆编码器、串口转换器等，而软件则指实现测控的相关控制算法、程序等。
（1）系统参数设计
本课题要求按照给定的有关卡丁车参数，来设计一个制动检测试验台并测量卡丁车的制动距离和跑偏量，关于卡丁车的一些参数和检测要求如下： 卡丁车质量M=120kg 系统测量精度为：?0.1m 车轮直径D?400mm 制动时车速v=20km/h 滚筒装置如图所示：
图8 稳定状态下车轮受力分析图
O1O2O3注： --前轮筒中心 --后轮筒中心 --车轮中心
滚筒组相当于一个活动的路面，来承载被检的车辆，承受和传递制动力。车轮制动力测试单元由一对直径相同的主、从动滚筒组成。每个滚筒的两端分别用滚动轴承与轴承座支承在框架上，且保持两滚筒轴线平行。 ○1圆筒尺寸的确定
当质量为M的卡丁车在车速vo时刹车时，系统总能量表达是为：
总能量=人和车的平动动能+两个轮子的转动动能
E?12(M人?M卡)vo?2(212即:
vo?J轮?轮)2
?轮D2其中
?20km/h，M人?60kg，M卡=120kg，D?400mm
如果忽略两个车轮转动动能，最后得到卡丁车运动时的总能量为：
E=3239.56
又因为
E筒?E?4?12J1?2筒
vo)2r
因为所用的圆筒为实心圆柱，假定一个滚筒质量为m，则转动惯量可近似为：
J1?12mr2?2J1?2筒?2J1(
2则
E?2?1212mr(vor)?mvo22
?3化简求得一个滚筒的质量：
m?(M人?M卡)?105kg假定用合金钢材料制作滚筒，密度为 ??7.7?10kg.m在此规定滚筒的长度
l筒?0.30m3，
则根据公式
m???rl筒2可确定滚筒半径为：
r?m?0.1203m??l筒
L2(R?r)，由此可看出滚筒
○2滚筒中心间距的确定
??arcsin由此以上图示位置关系可得安置角公式
直径、车轮直径和滚筒中心距是制动台结构的主要参数。
车轮在滚筒上的安置角是指车轮与滚筒接触点的切线方向与水平方向的夹
?角，经查阅资料及由经验值可知道，当安置角??36.87为滚筒的最佳安放位置，
故带入上式中得到，滚筒中心距L?0.3844m。其中，车轮半径R?D/2?0.2m。
○3试验台滚筒设计尺寸
参数名称 滚筒半径 滚筒长度 滚筒中心距 滚筒安置角 参数值 120.3mm300mm 384.4mm36.87? （2）传感器选择
在本设计中，使用的硬件(不包括机械部分)主要有圆编码器，数据采集卡，变频器和串口转换器等，其中变频器控制电机带动滚筒旋转，圆编码器在滚筒转动时输出脉冲信号，数据采集卡采集脉冲，在转速调整阶段，供计算机计算车轮转速；在制动性能检测阶段，供计算机进行制动距离计算。串口转换器将RS232信号转换为变频器需要的RS485信号，建立计算机与变频器间的串口通信。
车辆制动性能检测硬件平台结构图如下：
图9 车辆制动性能检测硬件平台结构图
数据采集系统的工作原理和构成
数据采集是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集非电量或者电量信号，送到上位机中进行分析，处理的过程。
数据采集功能包括采集安装在滚筒端部的圆编码器输出的脉冲信号和采集车辆制动踏板踏下时发出的制动信号。数据采集通过数据采集卡，即实现数据采集(DAQ)功能的计算机扩展卡。
制动信号由操作者踩踏制动踏板产生。制动踏板和行程开关相连，当制动踏板被踏下时，开关闭合。由此发出一个制动信号。数据采集卡具有数字量输入功能，无输入时默认为高电平，因此可将行程开关与地相连。当开关闭合时，输出低电平信号。采集到制动信号后，同时给离合器发送工作命令，电机与滚筒脱离，从而进入制动状态。
数据采集系统的基本组成如图3-2所示。由计算机作为数据采集系统前端处理机，并将信号传递给电机，控制电机逐步加速。同时，以圆编码器为主要探测部件对滚筒转动情况进行测量，并以脉冲信号形式反馈给数据采集卡，采集卡将数据传递给计算机，以便计算机作进一步的处理。数据采集过程及系统构成如下图：
图10 数据采集系统基本组成
编码器选择
编码器工作原理及特点
编码器（Encoder）为传感器(Sensor)类的一种，一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，主要用来监测机械运动角速度。
编码器由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差（相对于一个周波为360度），将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。
根据编码器刻度方法及信号输出形式，分为增量式编码器和绝对式编码器，本测试系统选用增量式编码器。
图11 增量式编码器工作原理图
增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90o，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。其计数起点任意设定，可实现多圈无限累加和测量。编码器轴转一圈会输出固定的脉冲，脉冲数由编码器光栅的线数决定。
一般地，信号连接—编码器的脉冲信号连接计数器、PLC、计算机，PLC和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分，开关频率有低有高。 光电编码器工作原理
光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器， 光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二