CN103645010A - 制动系统的气压传感器测试方法及其测试系统 - Google Patents

制动系统的气压传感器测试方法及其测试系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种制动系统的气压传感器测试方法及其测试系统，其测试方法为先对气压传感器系数进行标定，得出当前气压P与当前传感器信号电压V对应AD口电压值VAD之间的标定关系，根据期望气压进行打气或放气并观测当前气压，到达期望气压后进行测量并保存测量结果。测试系统包括上位PC机人机界面、下位机单元及气压传感器；下位机单元通过下位机DSP系统板连接上位PC机人机界面并通过调理电路连接气压传感器；调理电路由运算放大器U1和U2、电阻R21和R22及电容C21连接组成。本发明的测试方法操作简单、方便，测试科学、精确，测试效率高、效果好。本发明的测试系统结构设计简单、合理，测试和标定直观、精确，使用稳定、可靠且测试效率高。

Description

制动系统的气压传感器测试方法及其测试系统
技术领域
本发明涉及汽车制动系统的气压传感器技术领域，尤其涉及一种制动系统的气压传感器测试方法及其测试系统。
背景技术
据不完全统计，由于车辆本身的问题而造成的交通事故中，制动系统故障引起的车祸事故为总数的45%。美国联邦公路运输安全管理局对非人为因素造成的交通事故统计显示，大约三分之一的公路安全事故是由于车辆制动系统故障或制动不良所引起的。目前，制动系统研究较多的是制动系统开发平台的开发、性能分析， 20世纪90年代末日本丰田、五十铃等企业已经开始研究制动系统开发平台并取得了一定的成果。我国在汽车制动方面近年也进行了相关的开发工作。相对来说，气压传感器作为汽车制动系统的关键器件之一，相应的测试研发工作却较少，缺乏较合适的测试方法及平台，无法对制动系统气压传感器及汽车气压仪表的标定以及输出特性、灵敏度、线性度、重复度等检测进行精确、有效测试，测试不够简单、方便，测试可靠性差、效率低，无法更深入的了解和应用，不便于规模化、重复化实验，也无法满足相关技术培训、高校汽车电子专业实践教学等领域的实际应用需求。
上述可知，有必要对现有技术进一步改进。
发明内容
本发明是为了解决现有制动系统气压传感器的相关测试和标定不够直观、精确，测试不够简单、方便且效率低等问题而提出一种操作简单、方便，测试直观、精确，测试可靠且效率高的制动系统的气压传感器测试方法及其测试系统。
本发明是通过以下技术方案实现的：
上述的制动系统的气压传感器测试方法，首先是对气压传感器系数进行标定，得出当前气压P与当前传感器信号电压V对应AD口电压值VAD之间的标定关系，接着根据操作者的期望气压进行打气或者放气，打气或放气过程中通过压力表、汽车气压仪表及上位机虚拟气压表观测当前气压，到达期望气压后进行测量并保存测量结果。
所述制动系统的气压传感器测试方法，其中，根据不同气压P下在下位机DSP系统板的AD口测得的对应电压值VAD，通过二次多项式拟合，得出当前气压P与当前传感器信号电压V对应AD口电压值VAD之间的标定关系的公式为：
P = 5.116VAD 2 + 0.2772 VAD -0.03464。                
所述制动系统的气压传感器测试方法，其中，测试流程为：首先下位机接受上位机发送来的实验开始指令，并检测气压传感器当前信号电压V对应的AD口电压值VAD，由所述标定公式换算得到当前气压P，根据操作者的期望气压进行打气或者放气，打气或放气过程中通过压力表、汽车气压仪表及上位机虚拟气压表观测当前气压，到达期望气压后进行测量并保存测量结果。
一种制动系统的气压传感器测试系统，包括上位PC机人机界面以及与所述上位PC机人机界面连接的下位机单元；其特征在于：所述测试系统还包括气压模拟装置及与所述工况模拟装置连接的气压传感器；所述气压模拟装置包括气泵及与所述气泵分别连接的手阀和储气筒；所述气泵的输出端设有气门嘴，其通过所述气门嘴与所述手阀及储气筒分别连接；气压传感器与所述储气筒连接，同时还与所述下位机单元连接；所述下位机单元包括下位机DSP系统板和调理电路；所述下位机DSP系统板与所述上位PC机人机界面连接并接受由所述上位PC机人机界面传来的实验指令；所述气压传感器通过所述调理电路与所述下位机DSP系统板连接。
所述制动系统的气压传感器测试系统，其中：所述下位机DSP系统板具有端口ADCIN14；所述调理电路由运算放大器U1和U2、电阻R21和R22以及电容C21连接组成；所述运算放大器U1的同相输入端通过QY-IN插接端子与所述气压传感器的信号输出端匹配插接；所述运算放大器U1的同相输入端与所述气压传感器的信号输出端之间还串联有自锁按钮开关KG；所述气压传感器的地线同时接地；所述运算放大器U1的反相输入端连与信号输出端相连；所述运算放大器U2的反相输入端与信号输出端相连，所述运算放大器U2的信号输出端与所述下位机DSP系统板的端口ADCIN14连接；所述电阻R21一端连接所述运算放大器U1的信号输出端，另一端连接至所述运算放大器的同相输入端；所述电阻R22连接于所述运算放大器U2的同相输入端与地之间；所述电容C21一端接地，另一端连接于所述运算放大器U2的信号输出端与所述下位机DSP系统板的端口ADCIN14之间。
所述制动系统的气压传感器测试系统，其中：所述气压传感器与所述调理电路之间还设有测量端口QY-C，所述测量端口QY-C还分别连接有汽车气压仪表和万用表。
所述制动系统的气压传感器测试系统，其中：所述汽车气压仪表通过端子B13连接+24V仪表电源，通过端子B1接仪表地，通过端子B8连接所述气压传感器的信号端；所述气压传感器的信号经所述端子B8送往所述汽车气压仪表内部实时进行处理和显示。
所述制动系统的气压传感器测试系统，其中：所述储气筒还连接有压力表；所述气压传感器的参数值由所述测量端口QY-C通过所述万用表测量，并结合所述汽车气压仪表、压力表和上位PC机人机界面的虚拟气压表进行多位一体显示。
所述制动系统的气压传感器测试系统，其中：所述气门嘴与气泵之间还设有放气阻尼孔；所述手阀一端装设有手动旋柄；所述气门嘴是通过三通接头分别与所述手阀及储气筒连接并导通。
有益效果：
本发明制动系统的气压传感器测试方法操作简单、方便，不仅测试科学、精确，而且测试效率高、效果好。同时，利用标定好的测试平台，可以对其余任意气压传感器进行标定测试，通过压力表、汽车气压仪表所显示的标准压力，比对气压传感器在上位PC机人机界面的虚拟气压表上的测量压力，可以直观测量、显示被测气压传感器的误差是否在允许范围内；通过标称的气压传感器，还可以作为汽车气压仪表的标称输入信号对汽车气压仪表进行校验。
本发明制动系统的气压传感器测试系统的结构设计简单、合理，人机界面友好，操作简单、方便，测试直观、精确，测试可靠且效率高，尤其整个调理电路不仅结构简单、而且元器件少，而且使用稳定、可靠，还能避免外接电路和AD接口对仪表内部传感器调理电路的影响，避免了引进测量误差。同时，采用实际汽车气压仪表、压力表、上位PC机人机界面的虚拟气压表和万用表等多种测量方式保证了测量的可靠性；同时，灵活的模块化设计及插拔连接，便于操作者进行二次开发或者改进，可广泛应用于汽车气压仪表及气压传感器相关参数的测试、标定及相关的培训教育等领域，具有较大的社会意义和市场推广价值，适于推广与应用。
附图说明
图1为本发明制动系统的气压传感器测试方法的测试流程图；
图2为本发明制动系统的气压传感器测试系统的二次多项式拟合图；
图3为本发明制动系统的气压传感器测试系统的结构原理图；
图4为本发明制动系统的气压传感器测试系统的气压传感器与下位机单元的连接电路图；
图5为本发明制动系统的气压传感器测试系统的汽车气压仪表的电气原理图。
具体实施方式
本发明制动系统的气压传感器测试方法，首先是对气压传感器进行标定，得出当前气压P与当前传感器信号电压V对应AD口电压值VAD之间的标定关系，接着根据操作者的期望气压进行打气或者放气，打/放气过程中通过压力表、汽车气压仪表及上位机虚拟气压表观测当前气压，到达期望气压后进行测量并保存测量结果。
本发明制动系统的气压传感器测试方法中气压传感器的标定过程如下：
如图4、5所示，首先将气压传感器信号作为一个跟气压相关的电阻接入汽车气压仪表的端子B8进行气压测量、显示，同时该电阻上的电压信号也经QY-IN插接端子送往下位机DSP系统板采集，作为下位机DSP系统板换算当前传感器气压测量的依据。由于下位机DSP系统板内部AD模块参考电压为3.3V，所以该电压信号需要在0~3.3V之内。由于不便直接了解汽车气压仪表内部电路，所以通过外部输入实验来确定其电压范围，即在汽车气压仪表的端子B8和B1端接入一个滑阻来代替气压传感器电阻输入，仪表独立供电。得到的参数测量如表1所示。从表1可以看出，气压最高为10*100kPa时，测得的电压为2.27V，在AD口电压允许范围之内。其中，当实际接入气压传感器后，气压升高到500kPa以上时，由于膜片所受推力增大，压缩复位弹簧使触点打开，电路切断，此时实测信号电压值为传感器供电电压5V，端子B8端信号电压进行了0.6倍的比例缩小，如图4所示，采用了同相比例衰减电路，信号输出电压经过电压跟随器电路后进行比例衰减，再经过电压跟随器输入DSP的AD口。
表1：汽车气压仪表外接滑阻测量结果
汽车气压仪表P(100kPa) 0 2 4 6 8 10
滑阻值R(Ω) 10.2 52 88 125 155 185
B8端电压V(v) 0.195 0.956 1.43 1.806 2.05 2.27
本实施例中采用的DSP系统板为DSP2407，其内置ADC转换精度是10位的，实际使用中采用中值滤波的方法进行AD转换值的处理，之后标定当前气压P与当前传感器信号电压V之间的标定关系，由图4可知AD口电压VAD=0.6V，连接气压传感器后，通过实测当前传感器信号电压V对应AD口电压值VAD与当前汽车气压仪表P的系列值，如表2所示。
表2：P-VAD对应关系
汽车气压仪表P(100kPa) 0 2 4 6 8 10
VAD(v) 0.117 0.574 0.86 1.084 1.23 1.36
再用二次多项式拟合，得到当前气压P与当前传感器信号电压V对应AD口电压值VAD之间关系的拟合公式(1)及二次多项式拟合图（图3）；
P = 5.116VAD 2 + 0.2772 VAD -0.03464                         (1)；
其中，观测误差项平方和指标，即观察样本观测值的离散状况，又称为组内平方和或残差平方和，可得出二次多项式拟合公式中误差项平方和指标为0.1469，可知拟合公式(1)的拟合逼近效果较好。
如图1所示，本发明制动系统的气压传感器测试方法的测试流程如下：
首先下位机DSP系统板接受上位机发送来的实验开始指令，然后下位机DSP系统板检测气压传感器当前信号电压V对应的AD口电压值VAD，由拟合公式(1)换算得到当前气压P，根据操作者的期望气压进行打气或者放气，打气或放气过程中通过压力表、汽车气压仪表及上位机虚拟气压表观测当前气压，到达期望气压后进行测量并保存测量结果。
如图3至5所示，本发明制动系统的气压传感器测试系统，包括气压模拟装置1、气压传感器2、下位机单元3、上位PC机人机界面4和汽车气压仪表5。
气压模拟装置1与气压传感器2连接，其包括气泵11、气门嘴12、三通接头13、手阀14、手动旋柄15和储气筒16；其中，气门嘴12设于气泵11的输出端，该气门嘴12的输出端是通过三通接头13分别与手阀14的输入端及储气筒16的输入端连接并导通；该气门嘴12与气泵11之间还设有放气阻尼孔；该手阀14一端还装设有手动旋柄15；该储气筒16的输出端连接气压传感器2，同时还连接有压力表6。
气压传感器2的信号端与下位机单元3连接，同时，该气压传感器2与下位机单元3之间还设有测量端口QY-C；该测量端口QY-C通过端子B8连接汽车气压仪表5，同时还连接有万用表7。气压传感器2的参数值可以由测量端口通过万用表7测量，并结合汽车气压仪表5、压力表6以及上位PC机人机界面4的虚拟气压表进行多位一体的显示。
下位机单元3一端通过串口连接上位PC机人机界面4，另一端与气压传感器2连接；该下位机单元3包括下位机DSP系统板31和调理电路32，其中，下位机DSP系统板31与上位PC机人机界面4连接并接受上位PC机人机界面4传来的实验指令后运行气压检测程序；其中，该气压传感器2通过调理电路32连接下位机DSP系统板31并将当前气压值输送给下位机DSP系统板31，再由下位机DSP系统板31传递给上位PC机人机界面4进行同步显示。
该调理电路32由运算放大器U1和U2、电阻R21和R22以及电容C21连接组成，其中，该运算放大器U1的同相输入端通过QY-IN插接端子与气压传感器2的信号输出端匹配插接；同时，气压传感器2的地线还接地，其信号输出端与运算放大器U1的同相输入端之间还串联了一个自锁按钮开关KG；运算放大器U1的反相输入端连与信号输出端连接，该运算放大器U2的反相输入端与信号输出端相连，该运算放大器U2的信号输出端与下位机DSP系统板31的端口ADCIN14连接；电阻R21一端连接于运算放大器U1的信号输出端，另一端连接至运算放大器U2的同相输入端；电阻R22连接于该运算放大器U2的同相输入端与地之间；电容C21一端接地，另一端连接于该运算放大器U2的信号输出端与下位机DSP系统板31的端口ADCIN14之间。
汽车气压仪表5通过端子B13连接+24V仪表电源，通过端子B1接仪表地，通过端子B8连接气压传感器2的信号端；气压传感器2的信号经端子B8送往汽车气压仪表5内部实时进行处理和显示；其中，端子B8对应的是一个与气压相关的电压信号，可以直接取用后经调理电路32送往下位机DSP系统板31进行测量处理。该气压传感器2上的电压信号经QY-IN插接端子与端子B8连接后被送往下位机DSP系统板31采集，作为下位机DSP系统板31换算当前传感器气压测量的依据。
本发明制动系统的气压传感器测试方法操作简单、方便，不仅测试科学、精确，而且测试效率高、效果好，适于推广与应用。
本发明制动系统的气压传感器测试系统结构设计简单、合理，人机界面友好，操作简单、方便，测试直观、精确，测试可靠且效率高，可广泛应用于汽车气压仪表及气压传感器相关参数的测试、标定及相关的培训教育等领域，具有较大的社会意义和市场推广价值。

Claims (9)

1.一种制动系统的气压传感器测试方法，其特征在于，首先是对气压传感器系数进行标定，得出当前气压P与当前传感器信号电压V对应AD口电压值VAD之间的标定关系，接着根据操作者的期望气压进行打气或者放气，打气或放气过程中通过压力表、汽车气压仪表及上位机虚拟气压表观测当前气压，到达期望气压后进行测量并保存测量结果。
2.如权利要求1所述的制动系统的气压传感器测试方法，其特征在于，根据不同气压P下在下位机DSP系统板的AD口测得的对应电压值VAD，通过二次多项式拟合，得出当前气压P与当前传感器信号电压V对应AD口电压值VAD之间的标定关系的公式为：
P = 5.116VAD 2 + 0.2772 VAD -0.03464。
3.如权利要求2所述的制动系统的气压传感器测试方法，其特征在于，测试流程为：首先下位机接受上位机发送来的实验开始指令，并检测气压传感器当前信号电压V对应的AD口电压值VAD，由所述标定公式换算得到当前气压P，根据操作者的期望气压进行打气或者放气，打气或放气过程中通过压力表、汽车气压仪表及上位机虚拟气压表观测当前气压，到达期望气压后进行测量并保存测量结果。
4.一种基于权利要求1至3任一项所述的制动系统的气压传感器测试方法的制动系统的气压传感器测试系统，包括上位PC机人机界面以及与所述上位PC机人机界面连接的下位机单元；其特征在于：所述测试系统还包括气压模拟装置及与所述工况模拟装置连接的气压传感器；
所述气压模拟装置包括气泵及与所述气泵分别连接的手阀和储气筒；所述气泵的输出端设有气门嘴，其通过所述气门嘴与所述手阀及储气筒分别连接；
气压传感器与所述储气筒连接，同时还与所述下位机单元连接；
所述下位机单元包括下位机DSP系统板和调理电路；
所述下位机DSP系统板与所述上位PC机人机界面连接并接受由所述上位PC机人机界面传来的实验指令；
所述气压传感器通过所述调理电路与所述下位机DSP系统板连接。
5.如权利要求4所述的制动系统的气压传感器测试系统，其特征在于：所述下位机DSP系统板具有端口ADCIN14；
所述调理电路由运算放大器U1和U2、电阻R21和R22以及电容C21连接组成；
所述运算放大器U1的同相输入端通过QY-IN插接端子与所述气压传感器的信号输出端匹配插接；
所述运算放大器U1的同相输入端与所述气压传感器的信号输出端之间还串联有自锁按钮开关KG；所述气压传感器的地线同时接地；所述运算放大器U1的反相输入端连与信号输出端相连；
所述运算放大器U2的反相输入端与信号输出端相连，所述运算放大器U2的信号输出端与所述下位机DSP系统板的端口ADCIN14连接；
所述电阻R21一端连接所述运算放大器U1的信号输出端，另一端连接至所述运算放大器的同相输入端；
所述电阻R22连接于所述运算放大器U2的同相输入端与地之间；
所述电容C21一端接地，另一端连接于所述运算放大器U2的信号输出端与所述下位机DSP系统板的端口ADCIN14之间。
6.如权利要求4所述的制动系统的气压传感器测试系统，其特征在于：所述气压传感器与所述调理电路之间还设有测量端口QY-C，所述测量端口QY-C还分别连接有汽车气压仪表和万用表。
7.如权利要求6所述的制动系统的气压传感器测试系统，其特征在于：所述汽车气压仪表通过端子B13连接+24V仪表电源，通过端子B1接仪表地，通过端子B8连接所述气压传感器的信号端；
所述气压传感器的信号经所述端子B8送往所述汽车气压仪表内部实时进行处理和显示。
8.如权利要求7所述的制动系统的气压传感器测试系统，其特征在于：所述储气筒还连接有压力表；
所述气压传感器的参数值由所述测量端口QY-C通过所述万用表测量，并结合所述汽车气压仪表、压力表和上位PC机人机界面的虚拟气压表进行多位一体显示。
9.如权利要求4所述的制动系统的气压传感器测试系统，其特征在于：所述气门嘴与气泵之间还设有放气阻尼孔；
所述手阀一端装设有手动旋柄；
所述气门嘴是通过三通接头分别与所述手阀及储气筒连接并导通。
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