基于差分电路原理设计研发的汽车轴重和制动力检测试验台

摘要：乘用车制造总部在2025年1月份春节放假期间，由工厂设备保全室主导完成一项自主设计研发和自主安装调试的汽车轴重和制动力检测试验台，在PLC自动化控制、称重传感器和放大电路等应用技术相结合的条件下，实现了一套高精度汽车轴重和制动力的检测试验台实验成功，掌握了汽车轴重测量和制动力测量的核心技术以及自主研发设计能力。

关键词：差分电路、PLC自动化、称重传感器、放大电路、轴重、制动力

前言：

随着自动化技术的发展，中国的汽车制造业也跟随着技术革新从3.0走进的4.0时代，汽车制造的技术水平也在逐步提高，各项参数和精度也得到了很大的进步，各项指标参数也在不断提升。东风汽车品牌为了在市场上得竞争力和品牌引响力，也是加大力度研发，冲在中国汽车行业的最前端。本次开发的汽车轴重和制动力是针对《机动车运行安全技术条件》（GB7258）中对制动系统新要求，提高设备的精度和稳定性做的改进。

方案设计的背景

汽车轴重的国标要求误差小于±5%，目前国内外最好的单轴轴重和制动力的测试误差在±5%到±2%不等，开发更高精度的系统，需要更大的投资，造成成本的增加。但随着中国工业得发展，各类称重传感器和放大电路也越来越精确，因此，东风乘用车公司总装汽车检测线，作为央企担当，首当其中要走在世界汽车行业前沿。

轴重试验台设计 

轴重台有两块独立的测试板，每个测试板下面有四个称重传感器，分布在测试板的四角，测试板悬浮平放在四个传感器上，当车辆驶过测试板时，通过称重传感器测量出车辆各轮的轮重。

制动试验台设计

基本结构：反力式滚筒制动检验台的结构简图如图所示。它由结构完全相同的左右两套对称的车轮制动力测试单元和一套指示、控制装置组成。每一套车轮制动力测试单元由框架、驱动装置、滚筒组、举升装置、测量装置等构成。

制动力测量装置

制动力测试装置主要由测力杠杆和传感器组成。测力杠杆一端与传感器连接，另一端与减速器壳体连接，被测车轮制动时测力杠杆与减速器壳体将一起绕主动滚筒。传感器将测力杠杆传来的、与制动力成比例的力（或位移）转变成电信号输送到系统AD板卡中。

制动台测试原理。

进行车轮制动力检测时，被检汽车驶上制动试验台，车轮置于主、从动滚筒之间，放下举升器，起动电动机，经减速器、链传动和主、从动滚筒带动车轮低速旋转，待车轮转速稳定后驾驶员踩下制动踏板。车轮在车轮制动器的摩擦力矩作用下开始减速旋转。此时电动机驱动的滚筒对车轮轮胎周缘的切线方向作用制动力以克服制动器摩擦力矩，维持车轮继续旋转。与此同时车轮轮胎对滚筒表面切线方向附加一个与制动力方向反向等值的反作用力，在反作用力矩作用下，减速机壳体与测力杠杆一起朝滚筒转动相反方向摆动，测力杠杆一端的力或位移量经传感器转换成与制动力大小成比例的电信号。从测力传感器送来的电信号经放大滤波后，送往A／D板卡。

国标要求。

国标7258对车辆制动的要求

车辆制动力的要求

前轴：＞60%（轴荷）

后轴：＞20%（轴荷）

整车：＞60%（整车）

驻车：＞20%（整车）

注：制动和=制动力/轴荷（整车）×100%

制动差国标标准

前轴：≤20%

后轴：制动力≥该轴轴荷60%时，≤24%

后轴：制动力＜该轴轴荷60%时，≤8%

阻滞力国标标准

控制电路设计

传感器配置

轴重台共有八个剪切梁式称重传感器，如下图所示，每个测量板下面四个角的位置各有一个传感器，通过桥接的方式，将四个传感器测得到重量总和发送到系统上。

该传感器供电电压为+12V，输出为0~24mV，通过下图所示放大电路板，将mV级电压放大到0~10V电压，之后接到PCI-1710L AD采集板卡中。

安装效果

制动力传感器 

制动力传感器与轴重传感器采用同一原理的剪切梁式称重传感器，在每个电机下方固定一个传感器，测量车辆制动力，该传感器同样通过下图所示放大电路板将传感器输出电压信号放大到0~10V信号。

第三滚筒测速传感器

第三滚筒测速传感器采用如下接近开关；该传感器固定在第三滚筒下方，第三滚筒两侧开有6个圆孔，接近开孔通过检测圆孔的变化频率来实现滚筒的测速。该接近开关供电电压为24V，通过控制柜内的7805电压转换模块将传感器输出电压转换为5VTTL电平，接到PCL836采集板卡中进行速度计算

成品效果

测试流程

扫描车辆VIN码，或者系统自动读取登录车辆VIN码。

系统提示驾驶员将前轴缓速驶过轴重测试台。

驾驶员在通过轴重测试台时，系统将自动测量车辆前轴轴重。

系统提示驾驶员将前轴驶入制动台。

当系统确认车辆前轴驶入制动台后开始降下举升器、升起后档滚，并启动滚筒电机。

制动台滚筒带动车辆前轴车轮滚动到2.5km/h后，开始测量前轴阻滞力。

阻滞力测试完成以后，系统提示驾驶员踩制动，此时驾驶员应在3~5秒内踩下制动踏板，制动台将实时采集制动力，并以数据和图表的形式显示在司机显示器上。

当系统检查到制动力达到停机要求时，系统会停止滚筒电机，同时计算出前轴的最大静态制动力和制动力差，举升器升起，后档滚降下。

系统提示驾驶员将后轴驶入轴重台，驾驶员按前轴测试方式完成后轴轴重、阻滞力和制动力的测试。

后轴制动力测试完成以后，开始测试驻车制动力，系统提示驾驶员拉手刹，当驻车制动力达到停机要求时，系统会停止滚筒电机，同时计算出驻车制动力。

全部测试完成以后，举升器升起，后档滚降下，系统提示驾驶员驶出制动台。

系统检测到车辆驶离制动台以后，将自动保存测试结果到本地数据库，司机界面也将回到初始状态。

结语

本次轴重试验台的设计和应用，完全解决了东风乘用车公司的设备问题，自主化设计能够大幅度降低设备投入成本和后期日产维护的成本。

参考文献

作者简介：

叶青，男，中共党员，1985年11月生，汉族，湖北黄冈人，大学本科学士学位，2008年毕业就职东风汽车公司，先后在东风模具冲压有限公司、东风裕隆汽车公司、东风乘用车公司工作至今，电气工程师，中级职称。2017年和2018年在中国汽车工业论文集上发表论文《设备管理系统在现代化汽车工厂应用》荣获优秀奖。