CN103207088B - 一种车载式汽车实验数据采集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车载式汽车试验数据采集系统，第一模拟信号采集模块和温度采集模块连接试验环境信息测量单元中的相应传感器，温度采集模块和第二模拟信号采集模块连接车辆信息测量单元中的相应传感器，采集车辆信息和试验环境信息实现模拟信号和温度信号的测量；GPS信息测量单元对经纬度、车辆、车辆加速度和海拔高度信息进行采集；上述采集到的数据都转换为CAN数据包，通过CAN总线和USBtoCAN通讯模块传输至主机电脑；第一模拟信号采集模块、第二模拟信号采集模块、温度采集模块和GPS信息测量单元由点烟器电源接头提供12V工作电压。本系统实现了对试验信息的全面采集，缩短了试验时间、降低了试验成本。
Description
技术领域
本发明涉及汽车试验测试设备领域，特别涉及一种车载式汽车实验数据采集系统。
背景技术
整车的道路试验和试验室底盘测功机上的试验是汽车厂商和汽车检测机构对汽车进行标定试验和检验的基本试验方法，通过这些试验能够提高汽车的各项性能以及保证汽车的质量。在这些试验中，试验环境信息和车辆状态信息是影响试验结果的重要因素，通过对这些信息的精确测量能够更好地把握试验时刻和对试验结果的处理。
发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在以下缺点和不足：
1）在实际的道路试验中，目前还没有一种能够测量包含环境和车辆信息等多种信息的采集系统，且每次道路试验的目的可能不同，例如：空调试验、冷启动试验、动力性能试验和油耗排放试验等，需要测量的信息也不同，因此，每次试验需要携带多种不同的仪器分别测量不同的信息。
2）在试验室中进行底盘测功机试验时，试验室中的仪器由于功能限制只能测量部分信息，而一些需要测量的信息则需要使用其他多种仪器进行测量。在一次实验中使用多种仪器，就会造成仪器操作麻烦、试验准备时间长、试验数据整合和处理麻烦以及试验成本的问题。
发明内容
本发明提供了一种车载式汽车实验数据采集系统，本发明实现了对试验信息的全面采集，缩短了试验时间、降低了试验成本，详见下文描述：
一种车载式汽车试验数据采集系统，包括：USBtoCAN通讯模块，所述USBtoCAN通讯模块通过USB接口与主机电脑相连，通过CAN总线与第一模拟信号采集模块、第二模拟信号采集模块、温度采集模块和GPS信息测量单元连接；
所述第一模拟信号采集模块和所述温度采集模块连接试验环境信息测量单元中的相应传感器，所述温度采集模块和所述第二模拟信号采集模块连接车辆信息测量单元中的相应传感器，采集车辆信息和试验环境信息实现模拟信号和温度信号的测量；所述GPS信息测量单元对经纬度、车辆、车辆加速度和海拔高度信息进行采集；
上述采集到的数据都转换为CAN数据包，通过所述CAN总线和所述USBtoCAN通讯模块传输至所述主机电脑；其中，所述第一模拟信号采集模块、所述第二模拟信号采集模块、所述温度采集模块和所述GPS信息测量单元由点烟器电源接头提供12V工作电压。
所述车载式多用途汽车试验数据采集系统还包括：系统数据监控显示仪，
所述CAN数据包通过所述USBtoCAN通讯模块和所述CAN总线传输至所述系统数据监控显示仪。
所述试验环境信息测量单元包括：连接所述第一模拟信号采集模块的风向传感器、风速传感器、大气压力传感器、环境湿度传感器和光照强度传感器；连接所述温度采集模块的环境温度传感器。
所述大气压力传感器、所述环境温度传感器和所述环境湿度传感器都设置在百叶箱内。
所述车辆信息测量单元包括：连接所述第二模拟信号采集模块的氧传感器、油门位置传感器、发动机转速传感器、进气压力传感器和节气门位置传感器；连接所述温度采集模块的冷却液温度传感器、机油温度传感器和排气温度传感器；其中，所述发动机转速传感器夹在发动机的任一气缸火花塞电线上。
所述发动机转速传感器采用脉冲感应式传感器；所述排气温度传感器为K型热电偶；所述油门位置传感器为拉线式位移传感器。所述拉线式位移传感器安装在驾驶室中的传感器支架上，所述传感器支架固定在仪表板和驾驶室地板上。
所述GPS信息测量单元包括：GPS天线和GPS数据处理模块，所述GPS天线测量车速、行驶里程、车辆加速度、经纬度和海拔高度信息，
并传输至所述GPS数据处理模块，所述GPS数据处理模块接收信息，并转化为相应CAN数据包，通过所述CAN总线和所述USBtoCAN通讯模块传输至所述主机电脑。
所述第一模拟信号采集模块、所述模拟信号采集模块、所述温度采集模块和所述GPS数据处理模块均设置在汽车上的铝制防震泡沫箱内。
本发明提供的技术方案的有益效果是：本系统通过温度采集模块、第一、第二模拟信号采集模块和GPS数据处理模块，采集到全面的车辆信息，能够满足不同试验、不同用户的不同试验需求，实现多用途的设计目标。通过本系统能够精确测量大气压力、环境温湿度、风速、风向和光照强度等试验环境信息；能够精确测量发动机转速、冷却液温度、氧传感器电压、发动机排气温度、油门踏板位置和机油温度等整车运行状态信息；能够精确测量车辆试验时所处的经纬度和海拔等GPS信息。通过对上述车辆试验全面信息的测量，试验人员能够更好地把握试验条件和试验时刻，使试验结果更加精确，实时精确测量存储多种试验信息，也便于试验人员后续的数据处理和修正；另外，通过使用本系统，能够充分简化以往的试验仪器系统，试验时不需要同时携带和操纵气象仪、导航仪和车辆数据记录仪等多种试验仪器，简化了试验过程，节省了试验时间，降低了试验成本。
附图说明
图1是车载式汽车实验数据采集系统的构成框图；
图2是车载式汽车实验数据采集系统的具体结构示意图。
附图中所列部件列表如下所示：
1：主机电脑； 2：USBtoCAN通讯模块；
3：铝制防震泡沫箱； 4：第一模拟信号采集模块；
5：第二模拟信号采集模块； 6：温度采集模块；
7：GPS数据处理模块； 8：汽车尾气后处理器；
9：排气温度传感器； 10：氧传感器；
11：传感器支架； 12：油门位置传感器；
13：油门踏板； 14：点烟器电源接头；
15：发动机； 16：发动机转速传感器；
17：进气压力传感器； 18：节气门位置传感器；
19：冷却液温度传感器； 20：机油温度传感器；
21：系统数据监控显示仪； 22：GPS天线；
23：风向传感器； 24：风速传感器；
25：大气压力传感器； 26：环境湿度传感器；
27：环境温度传感器； 28：光照强度传感器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
基于背景技术中描述的多种原因，需要实际开发出一种车载式多用途汽车试验数据采集系统。该系统可进行功能扩展，试验前只需要选择试验所需的传感器，并在软件中进行一些参数设置，就可以完成多种道路和试验室底盘测功机试验，一机多用，并可以对单次试验中的试验数据统一进行采集、显示和存储，简化仪器操作和数据处理过程。
参见图1和图2，一种车载式汽车试验数据采集系统包括：USBtoCAN通讯模块2，USBtoCAN通讯模块2通过USB接口与主机电脑1相连，通过CAN总线与第一模拟信号采集模块4、第二模拟信号采集模块5、温度采集模块6和GPS信息测量单元C连接；
第一模拟信号采集模块4和温度采集模块6连接试验环境信息测量单元A中的相应传感器，温度采集模块6和第二模拟信号采集模块5连接车辆信息测量单元B中的相应传感器，采集车辆信息和试验环境信息实现模拟信号和温度信号的测量；
GPS信息测量单元C对经纬度、车辆、车辆加速度和海拔高度信息进行采集；
上述采集到的数据都转换为CAN数据包，通过CAN总线和USBtoCAN通讯模块2传输至主机电脑1。其中，第一模拟信号采集模块4、第二模拟信号采集模块5、温度采集模块6和GPS信息测量单元C由点烟器电源接头14提供12V工作电压。
具体实现时，第一模拟信号采集模块4、第二模拟信号采集模块5、温度采集模块6和GPS数据处理模块7都包含两个CAN数据端口，一个是CAN数据接收端口，一个是CAN数据发送端口，从而可以使用CAN总线将多个模块串联，并连接到USBtoCAN通讯模块2的一个CAN接口，形成CAN数据通道，实现与第一模拟信号采集模块4、第二模拟信号采集模块5、温度采集模块6和GPS信息测量单元C的数据交换；USBtoCAN通讯模块2的另一个CAN接口连接到主机电脑1的USB端口，实现与主机电脑1之间的数据交换。第一模拟信号采集模块4、第二模拟信号采集模块5和温度采集模块6都是八通道采集模块。
主机电脑1中安装有数据采集软件，该数据采集软件调用USBtoCAN通讯模块2的驱动程序，读取USBtoCAN通讯模块2传输过来的各种测量数据（即CAN数据包），在电脑屏幕上进行数字显示或图形显示，同时，将测量数据实时存储在电脑硬盘上。
进一步地，为了让驾驶员了解试验参数，还可以将试验参数通过USBtoCAN通讯模块2和CAN总线传输至系统数据监控显示仪21，这样驾驶员就可以实时的掌握试验参数。
具体实现时，试验环境信息测量单元A主要用来测量试验车辆的环境参数，以便试验人员能够更加精准地确定试验时机，按照预先设定的试验条件进行试验。该测量单元包括：连接第一模拟信号采集模块4的风向传感器23、风速传感器24、大气压力传感器25、环境湿度传感器26和光照强度传感器28（该五个传感器都输出模拟信号）；连接温度采集模块6的环境温度传感器27。
进一步地，为了使得测量的信号更加准确，大气压力传感器25、环境湿度传感器26和环境温度传感器27都设置在百叶箱内。
具体实现时，车辆信息测量单元B主要使用多个传感器来对整车的运行状态信息进行测量，以便实时了解车辆状态，包括：连接第二模拟信号采集模块5的氧传感器10、油门位置传感器12、发动机转速传感器16、进气压力传感器17和节气门位置传感器18；连接温度采集模块6的排气温度传感器9、冷却液温度传感器19和机油温度传感器20。发动机转速传感器16夹在发动机的任一气缸火花塞电线上，发动机15每转一转便会产生一个高压脉冲，通过测量单位时间内的脉冲数可以测量出发动机15的转速。
其中，氧传感器10、进气压力传感器17、节气门位置传感器18、冷却液温度传感器19和机油温度传感器20为车辆自带的传感器，发动机转速传感器16采用脉冲感应式传感器。排气温度传感器9为K型热电偶，优选安装在汽车尾气后处理器8前方1厘米的排气管上；油门位置传感器12是一个拉线式位移传感器，安装在驾驶室中的传感器支架11上，该传感器支架11固定在仪表板和驾驶室地板上，油门位置传感器12的拉线通过一个钩子连接到油门踏板13上。
具体实现时，GPS信息测量单元C主要用来测量GPS相关的信息，包括车速、行驶里程、车辆加速度、经纬度和海拔高度等GPS信息，该单元由GPS天线22和GPS数据处理模块7组成，GPS数据处理模块7连接到系统的CAN总线上，通过GPS天线22接收GPS信息，并且将相应的GPS信息转化为CAN数据包，然后，通过CAN总线和USBtoCAN通讯模块2将CAN数据包传输至主机电脑1。
进一步地，为了能够起到防震和抗干扰作用，第一模拟信号采集模块4、第二模拟信号采集模块5、温度采集模块6和GPS数据处理模块7均设置在汽车上的铝制防震泡沫箱3内。
本实例由于采用了多种类型的传感器和数据采集模块，以适应不同信号的采样速率要求，所以这些传感器和数据采集模块的采样频率存在差异。系统中的GPS信号和温度信号由于变化较慢，不需要太快的采集速率，系统中将其采样频率设定为10Hz，而系统中的模拟信号本身变化较快，需要高的采样频率，其采样频率最高可设定为100Hz，实际试验时可根据需要将其在10Hz到100Hz的范围内进行调整。对于不同采样频率采集到的试验数据，主机电脑1会以采样频率高的数据为基准，按采样时间对所有数据进行整合。例如：对于一个采样时间点，只有高采样率信号的数据，没有对应的低采样率信号的数据，就让该采样时间点的低采样率信号的数据等于低采样率信号前一采样时间点的数据，从而使得最终的不同采样率信号的数据量相同，方便存储。
在使用本车载式汽车实验数据采集系统之前，启动车辆为系统供电，开启主机电脑1自动搜索各子模块，搜索完成后，系统将会自动进入测量和数据监控状态。如果需要重新设置信号的采样频率，需使用主机电脑1中的软件对对应信号的采样频率进行设置，同时，使用主机电脑1也可以对数据进行图形显示、监控和保存。
表1传感器和数据采集模块型号列表
| 序号 | 传感器 | 功能 | 量程 |
| 1 | GPS数据处理模块7 | 收集、处理GPS信号 | |
| 2 | 温度采集模块6 | 采集温度型传感器数据 | 8通道 |
| 3 | 模拟信号采集模块4和5 | 采集模拟信号传感器数据 | 8通道 |
| 4 | 排气温度传感器9 | 测量发动机排气温度 | 0～1100℃ |
| 6 | 氧传感器10 | 测量过量空气系数 | 0～3 |
| 7 | 点烟器电源分接头14 | 提供电源 | 12V |
| 8 | 发动机转速传感器16 | 通过感应脉冲测转速 | 0～10000rpm |
| 9 | 节气门位置传感器18 | 测量节气门开度 | 0～100% |
| 10 | 进气压力传感器17 | 测量进气压力 | 0～2bar |
| 11 | 冷却液温度传感器19 | 测量发动机冷却液温度 | -40～100℃ |
| 12 | 机油温度传感器20 | 测量机油温度 | -40～120℃ |
| 13 | 系统数据监控显示仪21 | 数据显示和监控 | |
| 14 | GPS天线22 | 测量车速、距离和海拔等 | |
| 15 | 风向传感器23 | 测量风向 | 0～360° |
| 16 | 风速传感器24 | 测量风速 | 0～45m/s |
| 17 | 大气压力传感器25 | 测量大气压力 | 10～1100hpa |
| 18 | 环境温度传感器26 | 测量环境温度 | -50～100℃ |
| 19 | 环境湿度传感器27 | 测量环境湿度 | 0～100%RH |
| 20 | 光照强度传感器28 | 测量光照强度 | 0～2000W／m2 |
| 21 | 数据采集软件 | 设置参数，采集和保存数据 | |
| 22 | 油门位置传感器12 | 测量油门位置 | 0～100% |
| 23 | USBtoCAN通讯模块2 | 数据通讯 |
具体实现时，本发明实施例对上述器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的任何器件均可。
综上所述，通过本系统实现了对试验信息的全面采集，缩短了试验时间、降低了试验成本，满足了参数多变的实际需求。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种车载式汽车试验数据采集系统，包括：USBtoCAN通讯模块，其特征在于，所述USBtoCAN通讯模块通过USB接口与主机电脑相连，通过CAN总线与第一模拟信号采集模块、第二模拟信号采集模块、温度采集模块和GPS信息测量单元连接；
所述第一模拟信号采集模块和所述温度采集模块连接试验环境信息测量单元中的相应传感器，所述温度采集模块和所述第二模拟信号采集模块连接车辆信息测量单元中的相应传感器，采集车辆信息和试验环境信息实现模拟信号和温度信号的测量；所述GPS信息测量单元对经纬度、车辆、和海拔高度信息进行采集；
上述采集到的数据都转换为CAN数据包，通过所述CAN总线和所述USBtoCAN通讯模块传输至所述主机电脑；其中，所述第一模拟信号采集模块、所述第二模拟信号采集模块、所述温度采集模块和所述GPS信息测量单元由点烟器电源接头提供12V工作电压；
所述车辆信息测量单元包括：连接所述第二模拟信号采集模块的氧传感器、油门位置传感器、发动机转速传感器、进气压力传感器和节气门位置传感器；连接所述温度采集模块的冷却液温度传感器、机油温度传感器和排气温度传感器；其中，所述发动机转速传感器夹在发动机的任一气缸火花塞电线上；
所述GPS信息测量单元包括：GPS天线和GPS数据处理模块，
所述GPS天线测量车速、行驶里程、车辆加速度、经纬度和海拔高度信息，并传输至所述GPS数据处理模块；所述GPS数据处理模块接收信息，并转化为相应CAN数据包，通过所述CAN总线和所述USBtoCAN通讯模块传输至所述主机电脑；
所述车载式汽车试验数据采集系统还包括：系统数据监控显示仪，
所述CAN数据包通过所述USBtoCAN通讯模块和所述CAN总线传输至所述系统数据监控显示仪；
所述试验环境信息测量单元包括：连接所述第一模拟信号采集模块的风向传感器、风速传感器、大气压力传感器、环境湿度传感器和光照强度传感器；连接所述温度采集模块的环境温度传感器；
所述大气压力传感器、所述环境温度传感器和所述环境湿度传感器都设置在百叶箱内；
所述发动机转速传感器采用脉冲感应式传感器；所述排气温度传感器为K型热电偶；所述油门位置传感器为拉线式位移传感器；
所述拉线式位移传感器安装在驾驶室中的传感器支架上，所述传感器支架固定在仪表板和驾驶室地板上；
所述第一模拟信号采集模块、所述第二模拟信号采集模块、所述温度采集模块和所述GPS数据处理模块均设置在汽车上的铝制防震泡沫箱内；
系统中的GPS信号和温度信号由于变化较慢，不需要太快的采集速率，系统中将其采样频率设定为10Hz，而系统中的模拟信号本身变化较快，需要高的采样频率，其采样频率最高设定为100Hz，实际试验时根据需要将其在10Hz到100Hz的范围内进行调整；对于不同采样频率采集到的试验数据，主机电脑会以采样频率高的数据为基准，按采样时间对所有数据进行整合。
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