第 1 章 绪论
1.1 汽车底盘测功机检测的意义与发展状况
1.1.1 汽车底盘测功机检测的意义
随着现代交通的高速发展，汽车的数量在大幅度增加，尤其在一些大城市，已经造成了交通拥挤的现象。我国 2012 年末全国民用汽车保有量达到 12089 万辆（包括三轮汽车和低速货车 1145 万辆），比上年末增长 14.3%。据国家统计局在 2013 年 2 月 22日公布的 2012 年统计公报显示，在全国 12089 万辆民用汽车中，私人汽车保有量 9309万辆，增长 18.3%。民用轿车保有量 5989 万辆，增长 20.7%，其中私人轿车 5308 万辆，增长 22.8%。但是汽车的增加也代表人们的生活水平在提高、人们对物质文化的追求[1]。生活中的汽车是人们日常出行必不可少的交通工具，这就出现了汽车会面临着会磨损，性能下降的现象，需要对它进行及时保养及维修，不然会危害人们的生命财产安全[2]。这时汽车智能检测技术就尤为重要了，因为它可以保证车辆具有良好的使用性能，减少安全隐患，尽量避免因为汽车性能问题造成的交通事故[3][4]。汽车智能检测是通过智能仪器对使用车辆进行高效的检测和维护保养，所以我们需要对使用车辆进行定期的检测，及时的找到可能的隐患，避免事故的发生[5]。汽车检测包括两种方式，一种是综合性能检测，另一种是安全性能检测。综合性能检测主要是对使用车辆在保证安全性的前提下，对其性能提高的检测与诊断。主要包括：汽车制动性检测、汽车动力性检测、汽车前照灯检测、汽车排气污染物检测、汽车车速表检测以及汽车燃油经济性检测等内容。安全性能检测主要是对使用车辆的安全部件进行检测，如刹车、ABS 等影响汽车行驶安全性的检测[6]。汽车检测不是只针对已经有故障的车辆进行检测维修，也包括未发现故障的车辆，是对汽车的各项性能进行一次系统的检测，以确保日后安全行驶，减少因为车辆故障原因造成的的交通事故的发生[7]。
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1.2 论文立题背景
随着汽车保有量的增加，汽车交通事故造成人身伤亡的现象十分严重，现已构成不可忽视的社会问题。面对日益严峻的交通形势，我们通过智能车辆检测技术，利用先进的检测设备，对车辆的各种性能特点进行准确的判断，排除可能的隐患，最后进行全面的检测，以保证车辆具有良好的使用性能，减少安全隐患，避免因为汽车性能问题而造成的交通事故。汽车底盘测功机是检测汽车发动机功率、加速性能、滑行性能和燃油经济性等性能的重要设备。它对于使用车辆的检测非常的重要，所以对汽车底盘测功机测控系统的研究很必要。现在的汽车底盘测功机一般是用惯性飞轮来模拟汽车所受的惯性阻力，用测功器来对汽车加载，以模拟汽车工况下路面上的阻力，使测量更真实准确。汽车底盘测功机可以测量汽车驱动轮输出功率、扭矩、转速等参数，还可以校验里程表，测量油耗等。因为汽车底盘测功机可以模拟不同的工况条件，减小周围环境对汽车模拟工况时的影响，所以在室内环境下进行的模拟工况试验，得到了人们的认可和广泛的应用。
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第 2 章 汽车底盘测功机结构与工作原理分析
2.1 汽车底盘测功机结构
汽车底盘测功机的结构可分为测试部分和控制部分，下面分别就其结构进行介绍。
2.1.1 测试部分
测试部分就是所谓的整个台架部分，如图 2.1 所示，主要由滚筒装置、加载装置、测量装置和其他辅助装置组成[15]。
1．汽车底盘测功机滚筒装置
滚筒装置是汽车底盘测功机的主要组成部分之一，一般底盘测功机上分为单滚筒式和双滚筒式两种，单滚筒式测功机精度很高，在测试时对中定位的精度要求更加严格，由于滚筒需要模拟平直的路面，所以要求直径很大才能做到，这样对于施工的地基要求更高，滚筒的成本也就更大，主要用于科研单位和汽车制造业。双滚筒式测功机比较常见，它是由两组双滚筒组成，每个滚筒直径在 180～500mm 范围内。双滚筒式对检测车辆放置要求不高，设备成本较低且使用方便，适用于诊断与维修的汽车检测站、汽车修理厂等行业。
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2.2 汽车底盘测功机工作原理
对车辆进行测功试验时，将车轮驶于底盘测功机的滚筒上，当车轮旋转时会带动下边的滚筒旋转，进而使得测功器的转子运转。当测功器中的励磁线圈上没有电流通过时，不能产生涡电流，测功器不能对滚筒加载。只有当定子上的励磁线圈通以直流电之后，磁力线通过转子、空气隙。涡流环和定子形成一个闭合回路。由于齿顶与齿槽的结构使得通过两者的磁通量不同，进而涡电流呈现出周期性变化，并产生出对转子的制动力矩，从而实现了测功器对滚筒的加载，测出该转矩和转子转速，便可据此得到由滚筒传递给测功器转子的驱动功率。当滚筒旋转带动转子旋转之后，由于涡电流的作用，使得转子上产生了制动力矩，同时，定子上的力矩使其按照滚筒带动的方向旋转，该力矩的大小与转子的制动力矩大小相等。可绕主轴旋转的定子上安装一个端部有压力传感器的测力杠杆，该传感器所测得的数值与实际压力信号成正比，将该压力值与压力传感器到主轴的距离相乘得到的就是定子所受的力矩，进而求出了转子所受的制动力矩大小，由于该制动力矩等于驱动轮旋转时驱动轮所受的驱动力矩，因此在已知车轮半径的情况下可求得滚筒上所受车轮的驱动力的数值[23]。
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第 3 章 底盘测功机控制系统控制方案设计 ........13
3.1 汽车底盘测功机控制系统分析..............13
3.2 传统 PID 控制原理 .................14
3.3 模糊 PID 控制参数优化 .........16
3.4 模糊 PID 控制方案的设计 .............20
3.5 控制系统仿真验证....................24
3.6 本章小结.....................28
第 4 章 底盘测功机控制系统硬件设计..............29
4.1 ARM 芯片最小系统设计.............29
4.2 采集处理单元硬件设计..............32
4.3 驱动控制单元硬件设计..................37
4.4 硬件相关其他电路设计............38
4.5 本章小结..................40
第 6 章 控制系统验证试验
在对硬件及软件深入了解并设计完成的基础上，本章将完成程序的试验验证和整车的试验验证。第一部分以软件程序的分析、编程为主，并设计相应的试验来验证所编写子函数的正确性。本文以几种试验为主，包括：继电器控制试验、串口输入输出试验和高速脉冲量采集试验。第二部分以整车验证的方式实现本文对测功机控制系统的设计。
6.1 程序验证试验
本文所编写函数都烧写在 Z214X 开发板上并进行试验验证，通过 ADS1.2 开发软件编辑程序，部分程序因代码较多，文章正文部分只列出核心语句，而程序其他部分列在附录。
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第 7 章 论文总结与展望
7.1 论文总结
由于汽车产业发展迅速，智能化汽车检测手段和方法也更加重要。汽车底盘测功机是检测汽车发动机功率、加速性能、滑行性能和燃油经济性等性能的重要设备，它是一种室内滚筒式检测设备，通过飞轮来模拟汽车惯性阻力，涡流机来模拟汽车道路行驶阻力以达到一种对真实行驶工况的模拟，进而对汽车各种性能进行检测，所以必须保证测试结果的可靠性及准确性。本文主要对汽车底盘测功机的控制系统进行了研究。在控制系统中使用了 ARM嵌入式单片机替代了传统的 51 单片机，并通过模糊 PID 控制方法对涡流机进行控制。ARM 芯片具有高性能、低功耗、低价格等优势，所以在现有的汽车底盘测功机的基础上，加入了 ARM 嵌入式单片机对其系统进行了控制。针对本文控制对象——汽车底盘测功机设计了模糊 PID 控制策略，并建立了传统 PID 与模糊 PID 控制的Simulink 仿真模型，通过两种仿真试验结果的对比，可以认为建立的模糊 PID 控制器具有良好的动态性能和控制精度，符合系统的设计要求。在控制方法建立完成的基础上，对硬件和软件进行了设计，硬件方面要包括主控ARM 芯片的选择和 ARM 最小系统的设计。同时对围绕 ARM 芯片的数据采集处理单元和驱动控制单元的电路进行分析并做出了电路图，完成了系统控制的硬件需要。软件方面主要对数据采集与处理软件进行设计和底盘测功机检测项目模块化软件进行设计，汽车性能检测模块设计了底盘测功机控制系统主界面和每个模块的控制界面，流程清晰且便于操作，使控制系统更加完善。
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参考文献（略）