CN106989934A - 基于WiFi的汽车制动减速度测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于WiFi的汽车制动减速度测量装置，包括减速度传感器、前置放大器、踏板触点开关、CPU和WiFi模块，所述的CPU分别与前置放大器、踏板触点开关和WiFi模块连接，所述的减速度传感器与前置放大器连接；把汽车制动减速度测量装置以水平位置安装在车辆上，与车辆加速到一个稳定的初速度Vo，然后踩下制动踏板，测试车辆处于减速度状态，所述的测量装置不断采集数据，同时通过WiFi模块发送至网络，直至车辆停止后计算出制动性能检测结果。与现有技术相比，本发明具有实现高速移动环境下检测数据的实时传送和良好的可靠性等优点。

Description

基于WiFi的汽车制动减速度测量装置

技术领域

本发明涉及一种车载制动性能检测装置，尤其是涉及一种基于WiFi的汽车制动减速度测量装置。

背景技术

汽车减速度特性测量是汽车制动性能的检测，制动好坏直接关系到车辆的行驶安全，制动的检测和检测数据分析是极为重要的，是安全行车的基本保证。制动性能优良的汽车，在遇到紧急状况时，反应迅速，操作车辆不失控，制动执行过程中车身保持正确位置，有效地减少交通事故发生。

检测汽车制动性能有多种方法，常用方法是滚筒反力式制动试验台，汽车行驶到试验台上作检测，检测制动过程中左右轮实施制动的一致性和产生制动力大小。这方法对大型车辆制动检测受到限制，原因是制动台载荷不够、大型车辆多轴引起轴距近和测量场地小。汽车制动减速度仪(MFDD)弥补制动试验台的不足克服，采用车载的方式，根据车辆制动过程中产生减速度大小来判断制动性能与否，有使用车辆不受限制，安装方便的特点。

汽车制动减速度仪的使用方法是临时安装固定在被测车辆上，检测时装置与汽车一起行驶，从执行制动过程开始便检测数据，直至车辆停止移动。作为车载测量仪表，检测数据是临时存储于大容量存储器中，获得检测过程结果后，取下装置连接到计算机的RS-232接口作数据传输，转存到数据库保存，这样缺乏实时性，使用繁琐。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于WiFi的汽车制动减速度测量装置，采用WiFi无线局域网通讯技术来传送和控制汽车减速度仪，实时传送制动过程每个数据点和制动检测数据，优点明显，大大提高了检测效率和数据实时性，使用灵活和方便。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于WiFi的汽车制动减速度测量装置，包括减速度传感器、前置放大器、踏板触点开关、CPU和WiFi模块，所述的CPU分别与前置放大器、踏板触点开关和WiFi模块连接，所述的减速度传感器与前置放大器连接；

把汽车制动减速度测量装置以水平位置安装在车辆上，与车辆加速到一个稳定的初速度Vo，然后踩下制动踏板，测试车辆处于减速度状态，所述的测量装置不断采集数据，同时通过WiFi模块发送至网络，直至车辆停止后计算出制动性能检测结果。

所述的CPU为STM32F103的微型处理器，该微型处理器通过RS232接口与WiFi模块连接，用于传输命令和数据，并设置WiFi模块的工作模式和数据收发。

所述的减速度传感器为三轴电容式加速度传感器，该三轴电容式加速度传感器采集的信号通过前置放大器的放大和零点校正后，输入至CPU的A/D接口；所述的CPU把采样到数据转换为减速度值，以及检测结束后计算得到制动静态结果数据，经WiFi模块作数据发送。

所述的WiFi模块选用STA工作模式，通过路由器来接入连接网路，路由器的信号用放大器放大和在测试场地分散安装多个天线。

所述的WiFi模块通过AP接入点方式组网，选择瘦AP，路由器统一配置，AP之间切换实行无缝对接，车辆在运动的时候，从一个AP覆盖范围到另一个AP覆盖范围，不会发生重新认证，使网络不会掉线。

所述的测量装置还包括wifi天线，该分布wifi天线均匀分布在检测车辆的赛道上。

所述的测量装置还包括设在地面上的数据接收端，该数据接收端通过赛道上的天线和路由器连接到计算机，计算机把接收到的数据用于显示和报送服务器数据库。

所述的计算机屏幕上实时地显示正在检测车辆的数据和车辆减速度过程的制动曲线。

所述的前置放大器采用高放大倍数的电路设计，通过一片AD623芯片把mV级信号放大到V，提高了放大器的线性度，减少多级放大电路引起的噪声和零漂；电位器W3能方便地迁移掉加速度传感器的存在零点起始电压。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

大型车辆的制动性能检测都要使用本装置，是判断车辆安全行驶重要依据。检测采集制动减速度过程的数据，用WiFi无线通讯技术，实时传送数据至数据库，或计算机终端及手机安装专用APP软件显示检测过程中变化图形和检测结果，方便使用，提高检测效率。研究AP的无缝接入和位置分布有利于提高WiFi传输实时性和稳定性，保障数据传输安全，满足现场检测可靠使用的要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为前置放大器的电路原理图；

图3为AP接入点组网构架示意图；

图4为AP位置分布图；

图5为图4分布方式的检测跑道信号覆盖范围示意图

图6为另一种AP位置分布方式的检测跑道信号覆盖范围示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明针对车载制动性能检测仪安装于移动场合，实时的制动动态曲线和检测数据只能采用无线方式通信。提出WiFi无线接入技术测量汽车制动减速度的设计方案，着重分析了WiFi技术在本装置中应用的原理、通讯的实时性和软件数据计算要点。结合制动减速度仪使用的特点，设计了测试跑道上AP通讯信号的全覆盖、车载WiFi与AP的无缝接入和硬件电路。实现高速移动环境下检测数据的实时传送和良好的可靠性，把检测数据及时存储于系统数据库，检测效率得以提升。

本发明装置原理

MFDD表达的汽车制动与车速变化的关系，用车速Vb经制动减速到Ve的过程距离来衡量制动特性，制动减速度越大，制动效果越好，产生的制动力就越大，实现制动性能的检测。

把汽车制动减速度测量装置以水平位置安装在车辆上，与车辆加速到一个稳定的初速度Vo，然后踩下制动踏板，测试车辆处于减速度状态，设计的装置就不断采集数据，同时通过WiFi发送至网络，直至车辆停止后计算出制动性能检测结果，并发送。

衡量制动性能好坏的静态数据有平均减速度、制动初速度、制动协调时间、制动距离；动态数据是检测过程中实时发送的车辆减速度变化数据。

装置设计原理见图1所示，包括包括减速度传感器1、前置放大器2、踏板触点开关5、CPU3和WiFi模块4，所述的CPU3分别与前置放大器2、踏板触点开关5和WiFi模块4连接，所述的减速度传感器1与前置放大器2连接。

其中CPU为STM32F103的微型处理器，WiFi为ESP8266模块，两者采用RS-232接口连接，传输命令和数据，设置ESP8266的工作模式和数据收发；减速度传感器为CA-DR-3005三轴电容式加速度传感器，(加速度和减速度传感器的差异是测量方向，这加速度传感器为三轴测量，每轴都可以测量正负测量，以下称加速度传感器。)技术指标是低温漂、测量范围±2g、灵敏度400mV/g。加速度传感器输出是模拟电压信号，最大范围在±800mV，取单向电压值，存在几mV的零点漂移，需经前置放大器的放大和零点校正，放大到CPU的A/D能转换输入电压最大范围，使仪表的精度提高至极，电路图如图2所示，W1调节放大倍数，W3调节零位工作点。CPU把采样到数据转换为减速度值，以及检测结束后计算得到制动静态结果数据，经WiFi模块作数据发送，有客户端接收数据存入服务器。

ESP8266是一款高性能的WiFi模块，遵循IEEE802.11b/g/n无线标准和内置TCP/IP协议，CPU通过RS-232对模块作配置和数据收发。有STA/AP/STA+AP三种工作模式供选择，AP工作模式是把ESP8266作为热点，由于装置是放置在检测车辆上，车辆行驶使热点与接收点之间距离发生改变，随着接收距离的增加而快速衰减，热点的功率小及收发条件差，难以实现通讯信号的稳定；STA工作模式是通过路由器来接入连接网路，路由器的信号可以用放大器放大和在测试场地分散安装多个天线，改善外部收发条件，使网络能稳定接收，得出设计选用STA工作模式。

有A/D加速度传感器数据采集和位置校正、传感器的补偿、写WiFi发送数据、检测数据计算等软件功能，主要对位置校正和检测数据计算作设计分析。

加速度传感器位置校正的原理，如果装置在水平静止位置，X、Y轴方向分量为0，只有Z轴的垂直分量为g。装置在任意位置时，传感器测得X、Y、Z轴的加速度分量为Ax、Ay、Az，计算出对应X轴的偏移α、β、γ弧度值：

测量车辆制动的加速度只有前进方向，装置上标注安装方向，对应传感器为X轴方向，在测试时，安装位置的误差和车辆行驶不稳定，需要各个方向的加速度校正到X轴方向的矢量和为：

Qx＝Ax*cosα+Ay*cosβ+Az*cosγ

检测数据计算是平均减速度、制动初速度、制动协调时间、制动距离，涉及到加速度、速度和距离的物理量，这些量之间关系是加速度的积分为速度，速度的积分为距离。CPU作辛普森积分得出如下^[4]：

车速：

制动距离：

制动协调时间：从踏板触点开关闭合开始计时至平均减速度的75％时所需要的时间。踏板触点开关接入CPU的外中断端口，开关闭合触发外中断开始计时，到平均减速度的75％时停止计时，测出之间的时间。

WiFi通讯是目前应用广泛、技术成熟、优点明显的无线数据传输技术，本装置引入WiFi技术来收发检测数据是一种理想的无线传输方式。目的是把采集到的数据能实时快速和可靠地传送到服务器或显示终端。装置使用时临时固定在车厢内的水平位置，与汽车一起移动，采用WiFi通讯存在一些不利的因素：(1)车厢一般是采用金属材料制成的，对电磁信号有一定屏蔽，引起WiFi通讯信号的衰减，降低了可靠性和接收效果；(2)测量时车辆要高速行驶一段距离，受WiFi信号覆盖范围的限制，不能在整个检测路段内都接收到信号。

WiFi一般用于中短距离无线通信，通信距离小于100m。汽车测试制动性能需要经历加速达到规定的速度后，作踩刹车制动测试，由于汽车性能和类型的差异，驾驶员踩刹车时汽车在测试场地中位置不固定，带来了很大的随机性，测试场地设计了长型跑道。为了使WiFi信号覆盖整个测试跑道，必须要布置多个无线接入点AP(Access Point)。在测量车辆行驶的道路旁，安装多个无线AP作为网络的接入点，它的优点在于不仅是把无线网和有线网之间作连接，而是把无线收发信号作放大，加强了发射功率，并线性可调，必须要合理调整AP发射功率，如AP信号密度小，可提高AP发射功率，增加覆盖效果；AP信号密度大，可降低AP发射功率，以减小AP间的相互干扰，提高无线接收质量。AP的天线有着良好的指向性。AP网段位于前级网络段内，属于同一网络段下的IP设备，在AP接入点之间实现网段的无缝衔接。这样可以在一个长的距离范围内作测试。测试汽车在测试跑道上做检测，需行驶一段距离，要保证测试期间可靠地数据无线传送，汽车从某个AP的覆盖范围移动到另一个AP的覆盖范围，AP间切换要提供一种无缝的接入服务。而检测制动的过程最长时间仅十几秒，同时连续不断发送检测数据，实时性强，对AP切换时间提出了很高要求。

AP切换延时主要来源于是扫描、认证和连接，期间有多次请求和响应管理帧的交换。汽车制动发生过程的数据发送间隔约50～100ms(按车辆类型不同区分)，要在过程中数据收发不掉帧，做到无缝衔接。本文提出图3所示设计构架，AP接入点选择“瘦AP”，每个“瘦AP”不作单独配置，AC对下属所有的AP作集中控制管理配置和认证。“瘦AP”有天线、加密和通信协议的功能；AC有认证、网管和安全的功能。在汽车检测前AC对车载的AP作认证后，无论是哪个AP接入点，都受AC的控制管理，获取检测数据。克服汽车检测时高速移动，引起AP覆盖范围切换发生延时。

AP接入点的位置分布影响到汽车检测时信号能否覆盖(如图4-6所示)，按图5的天线位置分布，会产生信号覆盖的空洞，使WiFi收发信号变成不稳定，无法正常收发检测的数据；按图6的位置分布来建设，信号能覆盖到整个检测赛道。

大型车辆的制动性能检测都要使用本装置，是判断车辆安全行驶重要依据。检测采集制动减速度过程的数据，用WiFi无线通讯技术，实时传送数据至数据库，或计算机终端及手机安装专用APP软件显示检测过程中变化图形和检测结果，方便使用，提高检测效率。研究AP的无缝接入和位置分布有利于提高WiFi传输实时性和稳定性，保障数据传输安全，满足现场检测可靠使用的要求，但装置使用WiFi信号覆盖范围受场地的限制。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种基于WiFi的汽车制动减速度测量装置，其特征在于，包括减速度传感器、前置放大器、踏板触点开关、CPU和WiFi模块，所述的CPU分别与前置放大器、踏板触点开关和WiFi模块连接，所述的减速度传感器与前置放大器连接；

把汽车制动减速度测量装置以水平位置安装在车辆上，与车辆加速到一个稳定的初速度Vo，然后踩下制动踏板，测试车辆处于减速度状态，所述的测量装置不断采集数据，同时通过WiFi模块发送至网络，直至车辆停止后计算出制动性能检测结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于WiFi的汽车制动减速度测量装置，其特征在于，所述的CPU为STM32F103的微型处理器，该微型处理器通过RS232接口与WiFi模块连接，用于传输命令和数据，并设置WiFi模块的工作模式和数据收发。

3.根据权利要求1所述的一种基于WiFi的汽车制动减速度测量装置，其特征在于，所述的减速度传感器为三轴电容式加速度传感器，该三轴电容式加速度传感器采集的信号通过前置放大器的放大和零点校正后，输入至CPU的A/D接口；所述的CPU把采样到数据转换为减速度值，以及检测结束后计算得到制动静态结果数据，经WiFi模块作数据发送。

4.根据权利要求1所述的一种基于WiFi的汽车制动减速度测量装置，其特征在于，所述的WiFi模块选用STA工作模式，通过路由器来接入连接网路，路由器的信号用放大器放大和在测试场地分散安装多个天线。

5.根据权利要求1所述的一种基于WiFi的汽车制动减速度测量装置，其特征在于，所述的WiFi模块通过AP接入点方式组网，选择瘦AP，路由器统一配置，AP之间切换实行无缝对接，车辆在运动的时候，从一个AP覆盖范围到另一个AP覆盖范围，不会发生重新认证，使网络不会掉线。

6.根据权利要求1所述的一种基于WiFi的汽车制动减速度测量装置，其特征在于，所述的测量装置还包括wifi天线，该分布wifi天线均匀分布在检测车辆的赛道上。

7.根据权利要求6所述的一种基于WiFi的汽车制动减速度测量装置，其特征在于，所述的测量装置还包括设在地面上的数据接收端，该数据接收端通过赛道上的天线和路由器连接到计算机，计算机把接收到的数据用于显示和报送服务器数据库。

8.根据权利要求7所述的一种基于WiFi的汽车制动减速度测量装置，其特征在于，所述的计算机屏幕上实时地显示正在检测车辆的数据和车辆减速度过程的制动曲线。

9.根据权利要求1所述的一种基于WiFi的汽车制动减速度测量装置，其特征在于，所述的前置放大器采用高放大倍数的电路设计，通过一片AD623芯片把mV级信号放大到V，提高了放大器的线性度，减少多级放大电路引起的噪声和零漂；电位器W3能方便地迁移掉加速度传感器的存在零点起始电压。