CN102313650A - 汽车道路性能综合测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车道路性能综合测试仪，包括主采集模块、数字量输入模块、模拟量输入模块、扩展温度测试模块和上位机；本发明由于采用模块化的设计，可对模块的数量进行扩展，充分满足不同测试项目的测试需要，最大程度上减少测试的成本，并且随时进行相应硬件上的升级和扩展即可完成其它的测试功能；由于每个模块是独立的，在发生故障的时候很容易进行排查，只需要对故障模块进行单独的维护，并不影响其他模块的正常使用，提高工作效率；由于模块功能独立，集成度高，在进行部分实验时，只需要携带其中所需要的部分模块即可，易于携带；本发明显示直观、存储方便、数据查看迅速，实验完成后可立刻查看实验效果，现场分析。

Description

汽车道路性能综合测试仪

技术领域

本发明涉及一种汽车用测试系统，特别涉及一种汽车道路性能综合测试仪。

背景技术

在全面提高汽车工业的技术水平过程中，汽车检测技术及设备是汽车摩托车和制造加工业的关键技术。而所有检测技术、检测方法必须依托高性能的检测设备才可以发挥作用，检测设备是所有试验的基础；因此如何提高汽车检测设备的性能是汽车工业发展的关键因素。

在汽车所有质量过程控制环节中，整车性能检测是最后一环，只有整车性能满足国家相关强检标准及新产品定型试验标准的汽车产品才可以最终走向市场，所以汽车整车性能测试较为关键。整车性能测试包括动力性试验、经济性试验、制动性试验、ABS性能测试等项目。由于试验项目很多，往往采用多台仪器共同完成。这样不仅工作效率低，而且不同仪器间数据无法共享，各仪器的误差分量累积无法消除，导致最终数据结果的量值溯源路线断开，影响测试精度。

因此，需要一种能满足上述所有试验需要的汽车综合性能测试仪，可以进行动力性试验、经济性试验、制动性试验和ABS性能测试等项目，大大简化试验过程、提高试验数据的精确性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种汽车道路性能综合测试仪，可以进行动力性试验、经济性试验、制动性试验和ABS性能测试等项目，大大简化试验过程、提高试验数据的精确性。

本发明的汽车道路性能综合测试仪，包括主采集模块，用于进行GPS多普勒原始频移观测量值的计算以求取车辆运用速度、提供同步时钟信号和将数据传输至上位机；

数字量输入模块，用于采集数字信号并传输至主采集模块；

模拟量输入模块，用于采集模拟信号转换成数字信号后传输至主采集模块；

扩展温度测试模块，用于采集热电偶的温度信号并传输至主采集模块；

上位机，用于接收主采集模块的数据信号并进行试验项目的选定、设置、数据的处理存储和报告生成。

进一步，所述数字量输入模块、模拟量输入模块和扩展温度测试模块与主采集模块之间采用CAN总线挂接的通信方式传输数据；

进一步，所述主采集模块电源电压输入范围为5～30V；

进一步，所述数字量输入模块最大采集速率为200KHZ；外部信号电压输入为5～30V；

进一步，所述模拟量输入模块最大采集速率为100KHZ；外部信号电压输入为+10V～-10V；

进一步，数字量输入模块采集的数字信号包括轮速信号和油耗仪信号；模拟量输入模块采集的模拟信号包括管路压力信号和制动踏板力信号。

本发明的有益效果是：本发明的汽车道路性能综合测试仪，由于采用模块化的设计，可对模块的数量进行扩展，充分满足不同测试项目的测试需要；如果只需要进行整车性能实验，则选择主采集模块即可，如果在整车性能实验基础之上还需要进行其它测试，则可加入数字量输入模块和模拟量输入模块，充分考虑到测试时的实际情况，最大程度上减少测试的成本，并且随时进行相应硬件上的升级和扩展即可完成其它的测试功能；由于每个模块是独立的，所以在发生故障的时候很容易进行排查，只需要对故障模块进行单独的维护，并不影响其他模块的正常使用，提高工作效率；由于模块功能独立，集成度高，在进行部分实验时，只需要携带其中所需要的部分模块即可，易于携带；本发明显示直观、存储方便、数据查看迅速，实验完成后可立刻查看实验效果，现场分析。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

附图为本发明的原理框图。

具体实施方式

附图为本发明的原理框图，如图所示：本实施例的汽车道路性能综合测试仪，包括主采集模块1，用于进行GPS多普勒原始频移观测量值的计算以求取车辆运用速度、提供同步时钟信号和将数据传输至上位机5；如图所示，主采集模块设置有电源7、触发开关8和卫星天线9，用于完成上述功能；

数字量输入模块2，用于采集数字信号并传输至主采集模块1；

模拟量输入模块3，用于采集模拟信号转换成数字信号后传输至主采集模块1；

扩展温度测试模块4，用于采集热电偶的温度信号并传输至主采集模块1；如图所示，热电偶组16包括多个热电偶，采集温度信号后传输至主采集模块1，可包含车辆全部采温点；

上位机5，用于接收主采集模块1的数据信号并进行试验项目的选定、设置、数据的处理存储和报告生成。

本实施例中，提高主采集模块1电源7的输入范围。电源7输入范围为9～36V；

电源7部分加入正反接保护二极管以及瞬态电压抑制器。避免电源反接而带来的故障。瞬态电压抑制器吸收浪涌功率，保证电源部分的可靠和稳定。

提高接插件的可靠性。接插件选用德国的产品LEMO的接插头，可反复插接达上万次。所有外部接口均隔离。每个模块的电源采用军品级的DC/DC隔离模块，CAN总线采用隔离模块，外部信号用光耦隔离，保证每个模块的独立性，减小因为单个模块的故障而带来的模块与模块之间的相互影响。内部电路板固定均采用垫圈减振，减小摔打带来的伤害。模拟地与数字地隔离、去耦电容的配置、地与外壳之间的连接，屏蔽层的设计，尽量减少干扰。轮速传感器选用防护等级为IP67的高性能传感器，以满足在飞溅的水花中能够反复试验，不会损坏。

本实施例中，还包括显示器6，用于接收主采集模块1数据信号并显示测试数据。

本实施例中，所述数字量输入模块2、模拟量输入模块3和扩展温度测试模块4与主采集模块1之间采用CAN总线挂接的通信方式传输数据；CAN总线通信方式，允许在总线上对模块的数量进行扩展，总线上能挂多达16个模块，充分满足不同测试项目的测试需要。

本实施例中，所述数字量输入模块2最大采集速率为200KHZ；外部信号电压输入为5～30V；最大采集速率可达到200KHZ，几乎覆盖了车辆检测应用中所有数字量信号的输入频率范围；外部信号电压输入为5～30V，提高系统的可靠性和通用性；同时，外部数字量信号输入隔离，保证系统的可靠性；可接受外部干、湿两种数字信号；考虑到现在市场上的主流的两种油耗仪信号接口，一种为单通道脉冲信号输出，以达特朗的DFL系列为代表，一种为差分信号输出，以小野的FP214为代表。在不改变硬件的基础上，通过定制不同的油耗仪线，可以与这两种油耗仪匹配。

本实施例中，所述模拟量输入模块3最大采集速率为100KHZ；外部信号电压输入为+10V～-10V；最大采集速率可达到100KHZ，几乎覆盖了车辆检测应用中所有模拟量信号的输入频率范围；16位AD采样；外部信号电压输入范围为+10V～-10V；外部信号隔离，提高系统的可靠性；16通道单端8差分模式的切换。

本实施例中，数字量输入模块2采集的数字信号包括轮速信号和油耗仪信号，如图所示，轮速传感器组10共四个传感器，油耗仪11采集油耗信号；当然，还可以采集车量其它数字信号，具有较好的扩展功能；

模拟量输入模块3采集的模拟信号包括管路压力信号和制动踏板力信号；如图所示，管路压力传感器组12共四个传感器，踏板力传感器13采集制动踏板力信号；本实施例还可以扩展到用电流传感器14采集电流信号以及用电压变送器15采集电压信号；并且，还可以进一步扩展，采集车辆所有模拟信号并输入模拟量输入模块3，变换后进行处理。

本发明在使用时，需要处理如下五种类型信号：

模拟量信号：管路压力、制动踏板力等。

数字量信号：轮速信号、油耗仪信号等。

外部触发信号：踏板触发开关信号、光电开关信号。

GPS信号：车速。

协议信号：CAN总线通信。

仪器关键测试量的期望精度为：

速度：0.1km/h

距离：0.1％

时间：0.001s

力：0.5％

轮速：0.2％

燃油流量：0.5％

对测试系统误差分析：

1力传感器误差分析

AD采样原理

AD采样即将外部模拟信号数字化，每两个数字单位之间可以分辨的最小被测量单位定义为量化误差，其计算公式为：

$\mathrm{\Δ}=\frac{N}{2^n-1}$

上式中，N为AD采样的最大被测量单位测量量程，n为AD采样的位数。即一个数字单位对应的最小的被测量刻度。

本方案的AD采样为16位，量程为0～10V。对应传感器的输出如果为0～5V输出，则AD实际上只使用了15位。依次类推。

踏板力误差分析

本方案采用的踏板力传感器精度为0.25％，量程为0～1000N，对应电压输出为0～5V。根据量化公式计算，其量化误差为：

$\mathrm{\Δ}=\frac{1000}{2^{15}-1}=0.0305N$

即每一个A/D采样单位对应为0.0305N。以传感器本身的最大误差0.25％来计算，假设满负荷为1000N，在产生其最大精度误差0.25％的情况下输出值应为

Y1＝1000*(1-0.25％)＝997.5N

假设A/D采样性能优异，能精确到1个数字单位，则经过数字量化过后，加上A/D的量化误差，得出的最精确的输出值应该为：

Y2＝997.5-0.0305＝997.4695

其误差为

Err＝(1000-997.469)/1000＝0.253％

由上式可以看出，由采样带来的误差非常微小，几乎可以忽略。考虑到A/D采样模块的性能误差，对误差进行重新计算。按照技术要求的0.25％，在1000N的满负荷状态下，允许出现的最大误差为

ErrMax＝1000*0.25％＝2.5N

由于每一个A/D单位可以分辨到0.0305N，所以

N＝2.5/0.0305＝82

也就是说，在踏板力采样中，在精度范围内允许出现82个数字单位的误差，而通常的的A/D采样模块都能在外部负载稳定的情况下将数值跳动保持在10个数字单位以下，也就是说误差能保持在10个单位以下。所以即便考虑到A/D采样的性能误差，也足以满足精度要求。再加上取平均值，可以将误差更小化。

在上述计算中，是以踏板力传感器的最大误差0.25％来计算的，这是产品批量化生产过程中的最大误差值。在实际的使用过程中，经过挑选和计量，所使用的传感器误差均远小于0.25％。所以在使用中完全能达到设计的要求。

管路压力误差分析

本方案采用的管路压力传感器精度为0.3％，量程为0～150Bar，对应电压输出为0～10V。根据量化公式计算，其量化误差为：

$\mathrm{\Δ}=\frac{150}{2^{16}-1}=0.00229\mathrm{Bar}$

即每一个A/D采样单位对应为0.00229Bar。以传感器本身的最大精度误差0.3％来计算，假设满负荷为250Bar，在产生其最大误差0.3％的情况下输出值应为

Y1＝150*(1-0.3％)＝149.55Bar

同踏板力误差分析，得出的最精确的输出值应该为：

Y2＝149.55-0.00229＝149.548

其误差为

Err＝(150-149.548)/150＝0.301％

由上式可以看出，由采样带来的误差非常微小，几乎可以忽略。考虑到A/D采样模块的性能误差，对误差进行重新计算。按照技术要求的0.25％，在1000N的满负荷状态下，允许出现的最大误差为

ErrMax＝150*0.3％＝0.45Bar

由于每一个A/D单位可以分辨到0.00209Bar，所以

N＝0.45/0.00209＝215

也就是说，在管路压力采样中允许出现最大215个数字单位的采样误差。同理，由于A/D采样模块的性能带来的误差也是可以忽略不计。

在上述计算中，是以管路压力传感器的最大误差0.3％来计算的，这是产品批量化生产过程中的最大误差值。在实际的使用过程中，经过挑选和计量，所使用的传感器误差均远小于0.3％。所以在使用中完全能达到设计的要求。

2轮速传感器误差分析

轮速由轮速传感器换算而来，其计算公式如下：

$V=\left(\frac{N}{1500}\right)/t$

单位为rpm，其中N为时间t内接收到的脉冲个数。1500为轮速传感器本身的性能指标，即一圈输出1500个脉冲，其精度为0.1％。

假设车辆行驶速度为20公里，轮胎周长为1M，换算下来，1秒钟内，理论上的轮速值应该为：

$V=\left(\frac{20000}{3600}\right)/1=5.5555$

单位为rpm。

实际测试中我们是通过1秒钟内获得的脉冲数计算得出的轮速值。轮速传感器的精度为0.1％，按照最大误差计算(假设误差都偏小)，轮速传感器转过一圈，实际输出脉冲数为：

N1＝1500*(1-0.1％)＝1498.5

在上述假设车辆行驶状态下，1秒钟之内轮速传感器应该转动5.5555圈，其输出总脉冲个数为：

N＝1498.5*5.5555＝8324.92

本方案的时间精度为0.001秒，即1秒内的误差不超过1毫秒(该时间是以晶体振荡器时钟转化而来，精度非常高)。获得脉冲个数以后，将时间误差也带入公式计算：

V＝8324.92/1500/(1+0.001)＝5.5498rpm

其误差为：

Err＝(5.5555-5.5498)/5.5555＝0.1001％

从上式可以看出，在轮速传感器出现最大误差的情况下，其实际轮速结果与理论值的误差为0.1001％，与传感器本身的0.1％的精度相比，额外带来的误差可以忽略不计。

在上述计算中，是以轮速传感器的最大误差0.1％来计算的，这是产品批量化生产过程中的最大误差值。在实际的使用过程中，经过挑选和计量，所使用的传感器误差均远小于0.1％。所以在使用中完全能达到设计的要求。

3燃油流量计误差分析

燃油流量计输出脉冲信号，每毫升输出10～1000个信号(根据燃油流量计不同而不同)。本方案采用计数器方式对燃油流量计的输出脉冲进行累加，其计数环节稳定可靠，计数完成后通过油耗仪对应的系数转换为总流量。结果数字精确到小数点后四位，单位为升。

在计算总的燃油消耗的时候，不会因为数字量信号输入这个环节带来任何额外的误差，所以能够完全保持燃油流量计本身0.3％的精度。在计算瞬时流量的时候，由于在计算过程中纳入了时间参数，所以带来了一定的误差。

如前面所说，本系统的时间精度为0.001秒。假设燃油流量计以瞬时51/h的流量持续流过0.5秒钟(假设瞬时流量为0.5秒更新一次)，每毫升的脉冲为500，则在0.5秒内产生的理论脉冲个数为

N1＝500*(5000/3600*0.5)＝347

以燃油流量计产生最大误差0.3％计算(假设数据偏小)，实际接收到的脉冲个数为

N＝347*(1-0.3％)＝346.2

以时间最大误差0.001S计算，得出的瞬时流量计算值为

F＝346.2/500/(0.5-0.001)*3200/1000＝4.431/h

其误差为

Err＝(5-4.43)/5＝11.36％

由于在燃油流量计的测试过程中，瞬时油耗只是一个参考值，与最终的燃油消耗测试无关，所以该值的精度要求不是很高。

4温度误差分析

本方案采用的温度传感器为精度为0.5％的热电阻，量程为-50℃-1000℃，对应电压输出为0～5V。A/D部分采样16位的分辨率，A/D测量量程为0～10V。根据8.2.2中量化公式计算，其量化误差为：

即每一个A/D采样单位对应为0.032°。以传感器本身的最大误差0.5％来计算，假设满负荷为1000°，在产生其最大精度误差5％的情况下输出值应为

Y1＝1000*(1-0.5％)＝995°

假设A/D采样性能优异，能精确到1个数字单位，则经过数字量化过后，加上A/D的量化误差，得出的最精确的输出值应该为：

Y2＝995-0.032＝994.968

其误差为

Err＝(1000-994.968)/1000＝0.5032％

由上式可以看出，由采样带来的误差非常微小，几乎可以忽略。考虑到A/D采样模块的性能误差，对误差进行重新计算。按照技术要求的0.5％，在1000°的满负荷状态下，允许出现的最大误差为

ErrMax＝1000*0.5％＝5°

由于每一个A/D单位可以分辨到0.032°，所以

N＝5/0.032＝156

也就是说，在温度测试采样中，在精度范围内允许出现156个数字单位的误差，按照前面的理论，A/D的采样误差远远小于这个值。所以即便考虑到A/D采样的性能误差，也足以满足精度要求。再加上取平均值，可以将误差更小化。

在上述计算中，是以温度传感器的最大误差0.5％来计算的，这是产品批量化生产过程中的最大误差值。在实际的使用过程中，经过挑选和计量，所使用的传感器误差均远小于0.5％。所以在使用中完全能达到设计的要求。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种汽车道路性能综合测试仪，其特征在于：

包括主采集模块，用于进行GPS多普勒原始频移观测量值的计算以求取车辆运用速度、提供同步时钟信号和将数据传输至上位机；

数字量输入模块，用于采集数字信号并传输至主采集模块；

模拟量输入模块，用于采集模拟信号转换成数字信号后传输至主采集模块；

扩展温度测试模块，用于采集热电偶的温度信号并传输至主采集模块；

上位机，用于接收主采集模块的数据信号并进行试验项目的选定、设置、数据的处理存储和报告生成。

2.根据权利要求1所述的汽车道路性能综合测试仪，其特征在于：还包括显示器，用于接收主采集模块数据信号并显示测试数据。

3.根据权利要求2所述的汽车道路性能综合测试仪，其特征在于：所述数字量输入模块、模拟量输入模块和扩展温度测试模块与主采集模块之间采用CAN总线挂接的通信方式传输数据。

4.根据权利要求3所述的汽车道路性能综合测试仪，其特征在于：所述主采集模块电源电压输入范围为5～30V。

5.根据权利要求4所述的汽车道路性能综合测试仪，其特征在于：所述数字量输入模块最大采集速率为200KHZ；外部信号电压输入为5～30V。

6.根据权利要求5所述的汽车道路性能综合测试仪，其特征在于：所述模拟量输入模块最大采集速率为100KHZ；外部信号电压输入为+10V～-10V。

7.根据权利要求6所述的汽车道路性能综合测试仪，其特征在于：数字量输入模块采集的数字信号包括轮速信号和油耗仪信号；模拟量输入模块采集的模拟信号包括管路压力信号和制动踏板力信号。