车辆灯具测试软件设计毕业论文(论文)

题目：车辆灯具测试软件
学位申请人：付海波
指导教师：王琨琦
学科专业：机械设计制造及其自动化
学位类别：工学
2011年06月
本科毕业设计(论文) 题目：车辆灯具测试软件设计
院（系）：机电工程学院
专业：机械设计制造及其自动化
班级：070215
学生：付海波
学号：070215305
指导教师：王琨琦
2011年6月
车辆灯具测试软件设计
摘要
摩托车前照灯性能的优劣直接关系到车辆的安全运行,灯具性能安全检测是保障行车安全的一个重要工作。

为了实现自动化、高精度、快速实时的灯具性能测试，简便、通用的灯具测试软件设计具有重要的应用价值。

本文在对车辆灯具测试系统功能需求分析的基础上，对比了3种不同的系统设计方案，经过优选确定了本文采用的系统设计方案。

然后根据灯具测试系统软件的设计要求，分析测试软件的功能需求，设计了测试系统软件流程图，设计流程图中相关模块，编制出基于 Visual C++builder 6.0的测试系统软件，包括测试界面设计和测试程序设计。

最后设计了摩托车车灯检测系统械结构，包括电机、联轴器、轴承的选择和俯仰旋转轴和水平旋转轴的设计。

本文完成了摩托车前照灯配光性能检测软件的设计，编制的软件系统在模拟状况下可以正常运行，证明了车辆灯具测试软件系统的可用性和稳定性，满足车辆灯具测试的功能要求，达到了设计目标。

关键词：前照灯；灯具测试；系统方案；软件设计；机械结构设计
Software design for testing lamps of vehicle
Abstract
The quality of a motorcycle’s headlamp is very important for safe driving, so lamps’ safe testing is a signi ficant factor in guaranteeing safe driving. To achieve automatic, accurate and fast testing of lamps’ performance, the design of simple and versatile lamp testing software has important practical application value.
Based on the analysis of the vehicle lamp testing system’s functional requirements, this paper compares three different system schemes and chooses the best designing scheme through optimization method. And then this paper, according to lamp test software’s design demand, analyses test software’s functional requirements, designs the test software’s flow chart and its relevant modules and writes the test software’s codes with Visual C++builder 6.0 including test interface and main programme. Finally, this paper devises the mechanical structure of mo torcycle’s test system including motors, couplings, bearing and pitch and horizontal rotation axis.
This paper completes the design of motorcycle headlamp light distribution performance testing software. The software system can operate normally under simulation condition and meet the requirements of the vehicle lamp test function, so this paper achieves the design goals.
Key Words: Headlamp; Lamp Test; System Schemes; Software Design; Mechanical Structural Design;
目录
中文摘要 .............................................................................................. 错误!未定义书签。

英文摘要 .. (II)
主要符号表 .............................................................................................. V I 1 绪论 (1)
1.1两轴式配光实验台 (1)
国内外的发展现状 (1)
国内的发展状况 (1)
国外的发展状况 (3)
课题研究意义 (4)
主要设计内容 (5)
2总体方案设计 (7)
功能需求分析及原理 (7)
方案的提出 (7)
方案的对比及优选 (9)
总体方案概述 (10)
3车灯测试软件设计 (11)
测试系统软件设计要求 (11)
3.1.1软件需求分析 (11)
测试系统流程图 (12)
3.2.1测试系统部分组成 (13)
3.2.2测试步骤 (14)
3.2.3产品检验流程 (14)
车灯测试区域 (15)
测试区域介绍 (15)
测试点及其测试区域表格 (16)
车灯测试界面设计 (17)
3.4.1测试界面组件的设计 (17)
逐行测试法 (19)
3.4.3测试点及其测试区域流程 (20)
测试软件程序的 (21)
照度计测试范围程序设计 (21)
主测试程序设计 (21)
输出函数设计 (26)
3.5.4退出函数设计 (29)
4测试系统机械结构设计 (30)
俯仰旋转轴的设计要求 (30)
电机的选择 (30)
轴承的选择及其校核 (34)
轴承的选型 (34)
轴承的校核 (35)
4.4联轴器的选择 (36)
4.4.1联轴器的选用步骤 (36)
4.4.2联轴器的选用计算 (37)
4.5水平旋转轴的设计 (39)
4.5.1水平旋转轴的电机的选择 (40)
4.5.2轴承的选择及其校核 (42)
4.5.3联轴器的选择 (43)
4.6车辆灯具测试系统微机与照度计的配合设计 (44)
4.6.1照度计的说明 (44)
4.6.2传感器的选择 (45)
4.6.3A/D转换器的选择 (46)
4.6.4串口通信端口的选择的选择 (46)
5结论 (48)
参考文献 (49)
致谢 (50)
毕业设计（论文）知识产权声明 (51)
毕业设计（论文）独创性声明 (52)
主要符号表
符号单位意义F N 力
n r/min 转速Z 齿数m 模数d mm 直径v m/s 速度S mm/r 进给量L 毫米长度P 千瓦功率T N·mm 扭矩HB 布氏硬度M kg 质量t 秒时间
1 绪论
车灯测试系统概述
灯具主要的功能有两点:一是照明功能,即照亮道路、交通标志、行人及其他车辆等,以识别标志和障碍物;二是信号功能,即显示车辆的存在和传达车辆行驶状态的信号。

车辆灯具测试系统是一种通用多功能车用灯具配光检测系统, 该系统不仅可对摩托车、汽车前照灯的配光性能进行测试,还可以对其他灯具进行测试。

系统具有自动完成数据采集、运算处理、标准判别和检测报告打印等功能, 通用性强,该系统使用方便, 效果良好,具有较高的精度, 完全满足国家标准[1、2、3]对车灯配光性能[4]测定的要求, 是一种低成本的设计方案,具有较大的应用价值。

国内外的发展现状
国内的发展状况
我国灯具性能的测试传统方法有俩种：一种是将灯光照射在特定距离的屏幕上,用一台照度计分别测量并记录下检测位置处的照度,进而判断被检灯具是否合格;另一种方式是将照度计探头固定,转动灯具,使探头对应灯不同角度(相当于探头处于屏的不同位置),读出照度值,进而对灯具性能作出判断。

由于检定规程要求测量灯具配光的测点较多,这两种方式不仅测量时间长,而且灯和转动机械的稳定性和重复性还限制了测量的准确度,加之这些测试中没能给出灯的色度参数,因此研制一套快速精确的机动车灯光测量系统是很有意义的[5]。

灯具的质量好坏直接关系到摩托车驾驶员和行人的安危，也是影响摩托车质量和销量的一个重要因素，因而会受到包括摩托车生产单位、用户、国家质检部门及交管部门等多方的重视[6]。

机动车行车途中发生的各类事故中，很大一部分是由车灯照明及信号指示发生故障未能及时发现和排除造成的[7]。

所以，发展摩托车前照灯车灯检测系统软件具有重要的意义。

20世纪80年代中期我国逐步开展了汽车灯具检测技术[8、9、10、11]。

我国车灯行业现阶段正处于稳步发展时期，灯具生产企业正在逐步完善产品设计与生产能力，并由原来的单纯追求产品质量向既追求产品质量也追求产品外观转换，同时也对国外先进的技术进行消化吸收，逐渐缩小与国外先进企业的差距。

目前, 国内在摩托车配光性测试[12]方面存在许多问题。

( 1) 不少单位采用人工逐点、逐区域法测试,效率非常低, 另外, 测试人员的个体差异也会带来很多偶然性, 使得测试结果的可信度降低; ( 2) 进口设备价格十分昂贵, 很多单位由于买不起或不愿花那么多钱去购买, 干脆就直接请相关质检机构替他们检测, 费钱费事, 给生产带来不便; ( 3) 目前国内文献尚未见到有摩托车配光性能测试设备研究的报道,更没有单位专门生产这种设备, 尽管急需此设备, 但在国内却买不到。

针对这些情况, 开发摩托车配光性能自动测试设备显得非常必要。

我们和国家摩托车检测中心合作开发了这套测试设备, 以期给国内摩托车生产单位和有关国家计量单位在摩托车灯具配光性能检测方面带来便利。

目前, 该设备已经投入使用, 效果良好。

我国的HID生产才刚刚起步，还没有生产出完整的HID前照灯。

采用高亮度LED光源的企业大多数也还在测试开发阶段，完善的LED灯具还很少。

这就突出了我国汽车灯具行业在高尖端技术方面与国外企业的差距。

如何引入和吸收国外灯具企业的高尖端技术已经显得尤为重要了。

我国国家标准和欧洲的法规都是以前照灯的近光为照准基准的, 因为它对
近光规定要有明显的水平明暗截止线。

从国外测试屏幕的距离来看, ECE法规（欧洲标准）和FMVSS108（美国标准）中均是采取传统测试方法,通过测量车灯前方一定距离位置某一截面的实际照明情况评价灯具配光性能,反映出两个标准制定的目的是相同的。

需要注意的是,两个标准中测试屏幕距离的起始位置要求是不同的,分别是灯具的发光中心和光源中心。

ECE法规和美国标准的照准方法显然是完全不同的,两者照准基准不同。

ECE法规是以前照灯近光为照准基准,要求近光的明暗截止线要清晰、规则,显示出法规对于近光配光的重视。

FMVSS108是以远光为照准基准,由此能够看出美国更重视前照灯远光的性能,而近光是否有十分清晰的明暗截止线并不重要。

日本的JIS标准对前照灯配光性能测试的照准规定得比较严格。

它规定有机械照准和视觉照准, 其中机械照准是对灯具的光学中心的调整, 而视觉照准是以远光光束为照准基准的。

通过分析,企业在设计一款灯具时一定要明确标准的技术要求、测试方法,以及不同标准间的差异,从而设计出尽量符合更多标准要求的产品以节约开发成本,但实际情况往往不尽人意。

灯具的设计者很难使得同一款灯具同时符合上述几个标准的要求,这主要是因为各地区发展的差异性,从而形成技术壁垒所致。

虽然标准间存在着许多的不同,但标准制定者的目的是相同的,就是给驾驶员及行人提供一个更安全行车条件,从而降低由于灯具照明原因引发的交通事故。

尽管各国标准不同,但是可以使用相同的测试方法及设备对产品进行性能评价。

我国的摩托车车灯标准是参照欧洲标准体系建立的,虽未达到与之同步更新,但技术要求是与国际标准保持一致的。

目前,世界范围内的标准协调正在进行中,关于灯具安装要求的法规即将发布,灯具行业有望使用相同的设计标准。

光源成本高，使得整灯成本上升，制约了灯具行业的发展。

而国外的大型企业大多数都有自己的光源生产线，所需成本大大降低，竞争能力也相应加强。

从灯具配光来说，模具制造是非常重要的。

现在的灯具为了配合整车造型需
要，多数采用无花纹的配光镜来取代传统的带花纹的配光镜。

带花纹的灯具的特点是在配光性能不能完全从反光镜的设计上满足时，还可通过带花纹的配光镜通过折射来得以补偿，最终满足配光性能的要求。

而现在由于采用了无花纹配光镜，使得反光镜的设计要更加完善。

通过模具生产出来的反光镜要完全满足配光的要求，这样模具制造就显得尤为重要了。

从灯具模具设计能力来说，我国并没有自己的专业设计软件，基本上都是采用国外软件进行设计，使得设计人员在软件理解和使用方面受到影响。

而国外的大公司，像德国HELLA公司就有自己的专业设计软件，相对来说就可以设计出比较完美的产品。

我国国标和欧洲的法规都是以前照灯的近光为照准基准的, 因为它对近光
规定要有明显的水平明暗截止线。

从国外测试屏幕的距离来看, ECE法规（欧洲标准）和FMVSS108（美国标准）中均是采取传统测试方法,通过测量车灯前方一定距离位置某一截面的实际照明情况评价灯具配光性能,反映出两个标准制定的目的是相同的。

需要注意的是,两个标准中测试屏幕距离的起始位置要求是不同的,分别是灯具的发光中心和光源中心。

ECE法规和美国标准的照准方法显然是完全不同的,两者照准基准不同。

ECE法规是以前照灯近光为照准基准,要求近光的明暗截止线要清晰、规则,显示出法规对于近光配光的重视。

FMVSS108是以远光为照准基准,由此能够看出美国更重视前照灯远光的性能,而近光是否有十分清晰的明暗截止线并不重要。

日本的JIS标准对前照灯配光性能测试的照准规定得比较严格。

它规定有机械照准和视觉照准, 其中机械照准是对灯具的光学中心的调整, 而视觉照准是以远光光束为照准基准的。

通过分析,企业在设计一款灯具时一定要明确标准的技术要求、测试方法,以及不同标准间的差异,从而设计出尽量符合更多标准要求的产品以节约开发成本,但实际情况往往不尽人意。

灯具的设计者很难使得同一款灯具同时符合上述几个标准的要求,这主要是因为各地区发展的差异性,从而形成技术壁垒所致。

虽然标准间存在着许多的不同,但标准制定者的目的是相同的,就是给驾驶员及行人提供一个更安全行车条件,从而降低由于灯具照明原因引发的交通事故。

尽管各国标准不同,但是可以使用相同的测试方法及设备对产品进行性能评价。

我国的摩托车车灯标准是参照欧洲标准体系建立的,虽未达到与之同步更新,但技术要求是与国际标准保持一致的。

目前,世界范围内的标准协调正在进行中,关于灯具安装要求的法规即将发布,灯具行业有望使用相同的设计标准。

国外的发展状况
目前国际上关于光信号装置的标准主要分为两大部分,即欧洲的ECE法规和以美国FMVSS108为代表的法规体系。

美国FMVSS 108法规中全面叙述对于机动车灯具的要求,各种测试方面的技术内容以相应的SAE标准作为支撑,标准结构比较复杂。

由于欧洲国家道路比较狭窄,车辆较多,机动车行驶状况及道路情况比较复杂,故欧洲标准中对于前照灯近光的配光图形要求非常严格,要求有比较明
显的明暗截止线,以减少由于近光炫目对其他道路使用者造成影响,美国的地域辽阔,公共道路宽阔、道路上的车辆相对较少,机动车行驶状况及道路情况比欧洲简单,故美国标准中对于前照灯近光的配光图形要求相对比较宽松,而对灯具的照明范围比较重视,以满足在开阔道路上行驶的安全要求。

由于灯具中光源的位置直接影响灯具的配光图形,从而影响灯具的最终测量结果,标清测试过程中所要求使用的光源类型,对于设计者显得尤为重要。

除欧美标准中对于标准灯泡的使用方法不同外,前照灯配光性能的要求存在着更大的差异,灯具的设计者很难使得同一款灯具同时符合两个标准的要求,这主要是因为各地区发展的差异性,从而形成壁垒所致。

虽然标准间存在着许多不同,但标准制定者的目的是相同的,是给驾驶员及行人提供一个更安全行车条件,从而降低由于灯具设计不足而引起的交通事故。

尽管各国标准不同,但是可以使用相同的测试方法及设备对产品进行性能评价。

我国的灯具标准是参照欧洲标准体系建立的,并且与之协调同步更新,从而与国际标准保持一致。

目前,世界范围内的标准协调正在进行中,第一部关于灯具安装要求的法规即将发布,灯具行业有望使用相同的设计要求标准。

在欧洲ECE标准中，测试方法是依据标准要求进行照准后，在灯具基准中心前，距离前照灯25m远处的屏幕上，测量配光图形上指定点、线和区域的照度值；信号灯在符合“距离平方反比定律”的位置，为了便于计算，通常放置在10米处，测量指定方向上的发光强度，从而判断灯具的配光性能是否符合标准要求。

在美国的FMV SS108及相关的 SAE标准中，测量方法是使用照准装置照准后，测量指定方向上的发光强度值，从而判断配光性能是否符合标准要求。

测试时探测器与光源距离：前照灯至少为;信号灯为在大于10倍探测器接受直径，距离光源至少 3m远处，如果灯具可更换光源 ,则测量的过程中要求使用准确定标灯泡。

近年来随着单片机、数字图像处理[15、16]和微型计算机技术的发展，出现了检测诊断、数据采集、检测结果直接显示等功能基于单片机的车灯检测系统[16]。

目前，我国摩托车车灯检测系统技术水平与发达国家相比，主要差距是：目前，我国摩托车车灯检测系统[17]技术水平与发达国家相比，主要差距是：
(1) 自动化水平低。

（2）品种不齐全，各种产品技术含量低，价值低。

（3）使用寿命较低，国外同类产品使用寿命3～5年，国内故障率高，质量相对较差。

1.3课题研究意义
机械制造在国民经济中占有重要的地位，是国民经济各部门赖以发展的基础，是国民经济的重要支柱，是生产力的重要组成部分。

机械制造业不仅为工业、农业、交通运输业、科研和国防等部门提供各种生产设备、仪器仪表和工具，而
且为制造业包括机械制造业本身提供机械制造装备。

机械制造业的生产能力和制造水平标志着一个国家或地区的科学技术水平、经济实力。

近年来, 我国摩托车工业得到迅速发展, 摩托车拥有量不断增加。

在城市、乡村随处可见飞驰而过的摩托车, 它现在已成为城乡居民的有利代步和运输工具。

众所周知, 质量才是摩托车得以生存、发展和畅销的关键, 也越来越受到人们的重视。

灯具作为摩托车的一个重要组成部分, 其质量理所当然也成为重点关注对象之一。

目前, 很大一部分国产摩托车在车灯配光性能方面与国际标准存在着不小的差距。

一些整车生产企业通常只要求摩托车的远光照度必须达到国家标准, 而近光照度由于难以控制, 所以在近光照度方面就不做要求。

个别灯具生产厂家更是带着反射镜到灯泡厂定做灯泡, 他们对反射镜的一致性和灯泡的质量等技术性能问题, 没有引起足够的重视。

而这些问题, 对于普通消费者可以说既不明白也无法了解。

但是, 随着国产摩托车出口数量的增加, 以及国外大批高品质摩托车的涌入, 摩托车市场逐渐由现在低水平的价格竞争, 转向高品质、高技术含量竞争。

如果国内摩托车灯具厂依然我行我素, 不认真贯彻执行国家标准, 不进一步提高产品的质量, 最终将会被市场所淘汰。

摩托车车灯性能的优劣直接关系到车辆的安全与运行，灯具的安全检测是保障行车安全的一个重要因素，所以灯具质量的好坏也直接关系到摩托车驾驶员和行人的安危, 是影响摩托车质量和销量的一个重要因素, 因而会受到包括摩托车生产单位、用户、国家质检部门及交管部门等多方重视。

而对灯具最重要的检测内容则是配光性能检测。

目前, 国内在摩托车配光性测试方面存在以下问题：
1）不少单位采用人工逐点、逐区域法测试,效率非常低, 另外, 测试人员的个体差异也会带来很多偶然性, 使得测试结果的可信度降低；
2）进口设备价格十分昂贵, 很多单位由于买不起或不愿花那么多钱去购买, 干脆就直接请相关质检机构替他们检测, 费钱费事, 给生产带来不便；
3）目前国内文献尚未见到有摩托车配光性能测试设备研究的报道,更没有单位专门生产这种设备, 尽管急需此设备, 但在国内却买不到。

针对这些情况, 开发摩托车配光性能自动测试设备显得非常必要[13]。

主要设计内容
摩托车配光性能测试系统是一套用于测量摩托车前照灯、信号灯、制动灯和转向灯等灯具的配光性能测试系统。

根据课题提出的要求，本次设计需完成以下工作：设计摩托车车灯检测系统，总体设计方案。

选用合适的传感器，检测摩托车车灯光源的距离，要求测试系统的精度要求是度。

车辆灯具测试系统的总体设计，微机与照度计的配合设计以及测试系统的软件设计，其中包括测试系统的机械结构设计。

使用一种工具，绘制设计的电路控制系统图。

使用VC++编程语言[18、19、20]，画出软件流程图，完成功能软件的编程。

其中都要达到国家标准。

再进行摩托车车灯检测台机械结构设计，画出装配图，撰写设计说明书。

提交毕业设计
论文一份。

（1）了解摩托车灯具的种类，熟悉当前摩托车灯具配光性能测试的常用方法；（2）车辆灯具测试系统测试软件设计,编写流程图及其相关软件和各种对话框。

（3）对最终方案的机架、A轴和Z轴的结构进行详细设计，并对关键零部件进行计算校核。

本论文的主要工作是：
第一，在研究目前国内外各种灯具检测方法的基础上，参考国外的有关技术资料，结合工程实际问题完成了摩托车前照灯配光性能检测机床的结构设计。

第二，针对摩托车前照灯配光性能检测，建立灯具配光性能检测机床结构。

第三，根据题目要求确定结构方案，设计Z向的传动结构，Z向需要设计的有电机、联轴器、丝杠螺母副结构、轴承、轴承座、导轨和导轨支架，对其设计出的零件进行校核计算。

第四，对车辆灯具测试系统测试软件设计
第五，然后开始画整体的装配图。

第六，撰写毕业论
2总体方案设计
2.1 功能需求分析及原理
本课题设计要实现是通过一个脉冲经信号给电机，然后分别驱动电机，控制A向的旋转和Z向的移动，Z向电机控制工作平台的上下移动，A向电机控制那个安装板俯仰方向的旋转，装在工作台上的灯具也随其转动，这样灯光就可以在配光屏幕[21]上自如地进行二维扫描运动。

系统通过传感器采集图像通过PC传入计算机，通过软件处理，将照度信息转化为数值或表格与国标标准进行比较，由软件[22]判断该灯具是否合格，将不合格的进行故障分析，找出其失误供厂家参考考摩托车的灯具类型各种各样，但是他们的测试原理都是相似的，如图2.1所示。

测试原理图
方案的提出
对课题进行了查阅国内外的资料，仔细研究分析灯具配光实验台的测试原理，找出合适的机床结构原理，以下是初步得出的结构方案，如图2.2、2.3、所示。

方案一：人工逐点法，灯具固定不动，传感器运动，其中缺点是由于测试点较多必然导致测试时间较长，机械部分无法保持稳定可靠，如图所示测试精度必然不高。

人工逐点法
方案二：灯具运动测试法，其中测试灯具朝X轴方向运动，如图所示，缺点是灯具只能向一个方向运动，需要传感器做配合转动，无法达到各个方向的测试点。

图2.3 灯具运动测试法
方案三：灯具旋转测试法，测试时灯具被固定在一个旋转台上, 仅用一个置于屏幕的HV 点处的探测器, 通过灯具的两个方向旋转来进行照度测试, 并配以计算机来进行全自动控制和数据采集。

如图所示由于只采用一只探测器在一点上测试, 可以很好地消除杂散光的影响, 精度很高。