CN110285789A - 一种场车综合检测仪、检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机动车辆检测技术领域，公开了一种场车综合检测仪、检测系统及检测方法，检测系统包括：道路坡度检测模块、制动性能试验模块、最大速度直线行驶的偏移情况检测模块、最大坡度下下坡制停试验模块、最大转角时侧滑检测模块和上位机模块。本发明提供的场车综合检测仪，对场车行驶的道路坡度、制动过程中的行驶距离以及行驶的侧滑进行实时检测，并由分布式传感网络传输，使用终端多通道采集数据，经信号处理算法后得到可靠的实时结果，并分析是否达到国家规定要求，避免制动失效情况发生，从而加强场内机动车辆的安全管理工作，减少我国场车的交通事故，保护人民群众生命财产安全。

Description

一种场车综合检测仪、检测系统及检测方法

技术领域

本发明属于机动车辆检测技术领域，尤其涉及一种场车综合检测仪、检测系统及检测方法。

背景技术

目前，最接近的现有技术：

场(厂)内专用机动车辆(以下简称场车)，是指除道路交通、农用车辆以外仅在工厂厂区、旅游景区、游乐场所等特定区域使用的专用机动车辆，包括机动工业车辆(叉车)和非公路用旅游观光车辆。

机动工业车辆和非公路用旅游观光车辆必不可少:叉车广泛应用于港口、车站、机场、货场、物流中心等，并可进入船舱、车厢和集装箱内进行托盘货物的装卸、堆垛和搬运作业，是托盘运输、集装箱运输必不可少的设备；随着中国生态旅游的快速发展，非公路用旅游观光车在各个旅游景点、游乐场所等区域的应用也越来越广泛。场车正以每年15-20％的速度增长，截止2017年底，全国场车数量达到81.01万台。

国家早在1995年就开始对场车进行管理。劳动部于1995年4月审议通过了《场(厂)内专用机动车安全管理规定》，国家质检总局于2000年—2017年先后颁布了《特种设备质量监督与安全监察规定》、《厂内机动车辆监督检验规程》、《特种设备安全监察条例》、《特种设备安全法》、《特种设备目录》和《场(厂) 内专用机动车辆安全技术监察规程》，都旨在加强场车的安全监管工作，减少场车的伤亡事故。特别是2017年6月1日起实施的《场(厂)内专用机动车辆安全技术监察规程》中，对场车有了更加具体的要求，如场车行驶路线坡度、制动性能试验、最大速度直线行驶的偏移、最大坡度下坡制停试验和最大转角时的侧滑等。

目前，各个检验机构检验场车时，所需要携带的仪器有制动性能测试仪、踏板力计、转向轮定位仪、侧滑仪、水准仪、倾角仪、全站仪等，而且对一些新项目检验所采用的仪器也是五花八门，如非公路用旅游观光车辆行驶路线坡度的检测，有的检验机构采用倾角仪检验，其测量距离短，测量的是道路的角度而不是坡度还需要换算；有的机构采用水准仪加激光测距仪或全站仪检验，针对复杂的道路(转弯道路)测量只能靠估计，精度得不到保障，特别是长距离的道路坡度测量更是极其困难和不科学。目前，针对场车行驶路线坡度检测、制动性能试验、最大速度直线行驶的偏移情况、观光车辆的最大坡度下坡制停试验和最大转角时的侧滑检验，国内缺少便携、先进的检测设备。

场车安全行驶一直是特种设备检测的一个重点，其中行驶的道路坡度、制动的距离以及侧滑的检测更是重中之重。公路的坡度正切表示，就是高度与水平距离之比用百分之几表示(％)，而不是大家通常理解的角度。道路坡度是影响车辆行驶安全及其电控系统准确控制的重要参数。

道路《场(厂)内专用机动车辆安全技术监察规程》总则的特殊规定里要求: 场车行驶路面应当平坦硬实；行驶路线中存在陡坡、长坡、急弯、窄道、深沟特殊路况时，应当设置保护设施、警示标志和限速提示等。观光车最大行驶坡度不得大于10％(坡长小于20m的除外)；观光列车最大行驶坡度不得大于4％ (坡长小于20m的除外)。

传统的道路坡度测量方法，如利用水箱或钟摆等仪器直接读取倾斜角作为道路的坡度角，受到路面条件、行驶车速、仪器安装位置等制约，测量精度差。有的检验机构采用倾角仪检验，其测量距离短，测量的是道路的角度而不是坡度；有的机构采用水准仪加激光测距仪或全站仪检验，针对复杂的道路特别是转弯道路测量只能靠估计，精度得不到保障。国外对道路坡度估计相关研究较多，主要有基于卡尔曼滤波器，比例积分观测器，扩展卡尔曼滤波和龙贝格联合观测，GPS方法等。此外，通过基于加速度传感器、发动机输出转矩、滑行阻力等的方法也能对道路坡度进行估计。基于滑行阻力的方法，需要对汽车行驶方程式中的各阻力系数进行标定，滑行阻力模型中包含的未知参数个数不同，入微分方程求解得到的各阻力系数精度也有一定差异。

车辆的制动距离受车辆性能影响，制动距离一般指在司机发现突发情况下采取刹车行为后，车辆驶过的距离。一般来说，影响车辆制动的因素有：

1)车子的制动器。制动器的踏板在工作时需要一定的自由行程，自动行程的大小直接影响制动器起作用的时间，从而直接影响制动距离。场车车使用时间比较长的情况下，摩擦片的磨损就会加剧，车辆的制动距离也会变长，机动车在作业中遇到的风险就会更大。

2)路面和轮胎的摩擦力，轮胎磨损严重，或者路面比较光滑时，轮胎和路面的摩擦力变小，车辆的制动距离就会变大，机动车就容易不受刹车制动的控制。

3)车辆的行驶速度也直接影响着机动车的制动距离。当在场内进行操作时，距离比较小，但是企业必须对机动车的速度进行限定，车速必须控制在安全行驶范围内,以保证驾驶员在发现紧急情况时有足够的时间反应和紧急刹车下，制动距离不会长，减少安全事故的发生。

侧滑量一般用侧滑试验台来检测。主要检测转向轮的外倾角与前束值这两个参数配合是否恰当。转向轮侧滑，实际上是指转向轮外倾角与转向轮前束综合作用表现出来的车轮滚动时的横向滑移量。现实的侧滑量测量都要用单滑板侧滑试验台，非常重而且携带不方便。其精度低，影响因素也比较大。如果轮胎上有水、油或花纹中嵌有小石子，都会改变轮胎与单滑板间的作用力，从而影响侧滑量精度。车辆通过侧滑板的速度要求为3-5km/h，车速过快时会因滑板的惯性力和传感器响应迟滞而影响测量精度，过慢也会引起失真误差。车辆在侧滑板上制动或转向，突然加速、减速，都会影响测量精度。

假设车辆转向轮仅有前束而没有外倾角，则车辆直线行驶时，两转向轮具有向内收缩靠拢的趋势。假定将两个只有前束而没有外倾的转向轮用一根可自由伸缩的轴连接起来，则车轮向前直线滚动一段距离后，由于前束的作用，两只车轮将向里收拢，互相靠近。而实际上，车辆前轴不可能缩短，转向轮由于前轴的约束而保持直线行驶。此时，若使两转向轮驶过底部装有滚轮可自由滑动的滑板，意味着地面可以横向伸缩，则由于车轮与滑板间存在着相互作用力而使滑板反向移动，其滑移量即为转向轮前束引起的侧滑量。若转向轮只有外倾而无前束，当通过滑板时，滑板将向内侧滑移，即外倾可引起负前束。

侧滑量可综合地反映转向轮外倾与前束相互配合的情况。两者匹配理想时，侧滑量为零，车辆行驶时转向轮处于纯滚动状态，轮胎磨损轻，行驶阻力小，转向轻便，操纵稳定性好。国内广泛采用滑板式侧滑试验台检测车辆转向轮的侧滑量。其基本原理是：被检测车辆直线驶过可以横向自由滑动的滑板。若转向轮外倾和前束配合不当，则车辆直线行驶时，转向轮将处于边滚边滑的状态，轮胎与地面间由于滑动摩擦的存在而产生相互作用力，在该作用力下，滑板会产生侧向滑动，侧滑量大小则反映了车辆转向轮外倾和前束的匹配情况。

综合上述国内场内机动车的检测过程，可以得到以下结论：国内在场内机动车的多个检测项目还停留在经验检测的阶段，整个过程还没有达到量化标准化的程度。新的要求检验项目还没有具体的检验标准，检验仪器设备还存在空缺，高精端的仪器有待开发利用。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)目前，针对场车行驶路线坡度检测、制动性能试验、最大速度直线行驶的偏移情况、观光车辆的最大坡度下坡制停试验和最大转角时的侧滑检验，国内缺少便携、先进的检测设备。

(2)国内在场内机动车的多个检测项目还停留在经验检测的阶段，整个过程还没有达到量化标准化的程度。新的要求检验项目还没有具体的检验标准，检验仪器设备还存在空缺，高精端的仪器有待开发利用。

(3)现有设备无法记录场车行驶的历史轨迹。

解决上述技术问题的难度：

目前国内较为成熟的场(厂)车制动系统检测产品介绍如下：

微宇电子有限公司制动性能检测仪，提供制动速度和制动距离的检测，其踏板力操纵力计能提供行车制动力的检测，两种设备都不能提供瞬态分析。

淄博赛格电子有限公司的SG-230型踏板行程测试仪和便携式制动性能测试仪，分别用以检测踏板行程和制动距离及运行速度。该设备虽然配以点阵式液晶屏作为显示器件，能够实时显示测试数据，但是受限于显示界面的大小，使得整个显示结果不太清晰，从全性能评估总分分析来看，单一数据无法整体的得到完整的报告。

领信电子技术有限公司制动性能检测仪和驻车制动性能检测仪，可分别对制动速度和制动距离以及驻车制动力进行检测，虽都可对检测数据打印为纸质文档保存，但不可对历史数据以文档形式保存，起不到历史跟踪的作用。同时，设备受到存储空间和运算能力的限制，导致采集的数据量偏小，使得检测精度不高。

解决上述技术问题的意义：

本发明能满足《场(厂)内专用机动车辆安全技术监察规程》中的多项检验检测要求,填补国内新增检验检测要求项空白；

本发明能精确测量场车行驶路线的坡度，解决目前复杂道路坡度如(连续弯道)测量的难题，提高检验检测水平；

本发明能测量多项检验检测项目，解决场车检验中仪器设备繁多、携带不便的问题，提高检验检测效率；

本发明能为我国场车电控系统设计、功能验证，以及整车设计提供依据和手段；

本发明可以扩展，为公路、市政道路坡度检测提供测量依据。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种场车综合检测仪检测系统及检测方法。

本发明是这样实现的，一种场车综合检测系统，所述场车综合检测系统包括：

道路坡度检测模块，用于对行驶过程中路面坡度进行检测，实时读取整个运行过程中的动态坡度与侧倾角数据，并且能查看历史坡度及侧倾角数据；

制动性能试验模块，用于对制动过程的距离进行检测，实时监测机动车行车加速度；

最大速度直线行驶的偏移情况检测模块，用于机动车直线行驶过程中，对车轮滚动时的横向滑移量进行检测，实时监测机动车偏移信息；

最大坡度下下坡制停试验模块，用于对机动车下坡后紧急制动过程的距离进行检测；

最大转角时侧滑检测模块，用于对侧滑跑偏进行检测，并对整段行驶轨迹重构，记录每个时刻的姿态；

上位机模块，用于对数据进行处理、分析，并将结果生成报告、自动存档，显示在显示屏上。

进一步，所述道路坡度检测模块采用SST510动态坡度传感器。

进一步，所述制动性能试验模块具体包括：三轴加速度传感器、A/D转换、 FPGA、嵌入式系统、电源系统、按键键入、液晶显示屏；

三轴加速度传感器对机动车制动过程中的加速度实时采集；

A/D转换将采集得到的加速度转换成数字信号；

FPGA对数字信号进行滤波，通低频阻高频，滤去高频信号；

嵌入式系统对FPGA的数据进行处理，将结果与设定的标准对比，判定机动车制动性能；

电源系统为嵌入式系统的运行提供电源；

按键键入控制嵌入式系统的启动与停止；

液晶显示屏显示机动车制动性能结果。

进一步，所述最大转角时侧滑检测模块具体包括：

最大转角时侧滑检测模块，采用三轴陀螺仪并与GPS技术相结合进行惯性导航。

本发明另一目的在于提供一种所述场车综合检测系统的场车综合检测方法，所述场车综合检测方法包括：

第一步，行驶过程中对路面坡度进行检测，实时读取整个运行过程中的动态坡度与侧倾角数据；

第二步，制动过程的距离进行检测，实时监测机动车行车加速度；

第三步，直线行驶过程中对机动车车轮滚动时的横向滑移量进行检测，实时监测机动车偏移情况；

第四步，对机动车下坡后紧急制动过程的距离进行检测；

第五步，最大转角时侧滑跑偏进行检测，对整段行驶轨迹重构，并记录每个时刻的姿态；

第六步，检测过程中，系统自动将数据上传到上位机模块对数据进行处理、分析，并将结果生成报告、自动存档，显示在显示屏上。

进一步，所述场车综合检测方法进一步包括制动性能试验方法，具体包括：采集得到的加速度经过A/D转换将模拟信号转换成数字信号，再用FPGA进行数字滤波，滤去高频信号，再进行信号积分处理和运算，得到实时加速度处理结果，并与平均减速度标准对比判定机动车制动性能，将最终结果显示在液晶屏上。

进一步，所述场车综合检测方法进一步包括最大转角时侧滑检测方法，具体包括：

最大转角时侧滑检测模块采用三轴陀螺仪进行惯性导航，将惯性导航原理与 GPS技术相结合；

采用陀螺仪数据标定短时的运行姿态，选用GPS定位系统进行远距离、大量程的行驶路径记录，并通过二维建模软件实现地图路线显示；GPS用户设备的GPS接收机捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，跟踪卫星的运行，并对信号进行交换、放大和处理，再通过计算机和相应软件，经基线解算、网平差，求出GPS接收机中心的三维坐标；GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分；

通过GPS定位系统与惯性导航相结合进行场车行驶路径记录；检测结束后，系统自动将行驶过程的轨迹路线绘制出来，并根据路线变化判断是否发生侧滑。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述场车综合检测方法的场车综合检测仪。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

本发明提供的场车综合检测仪，对场车行驶的道路坡度、制动过程中的行驶距离以及行驶的侧滑进行实时检测，并由分布式传感网络传输，使用终端多通道采集数据，经自主研发的信号处理算法后得到可靠的实时结果，并分析是否达到国家规定要求，避免制动失效情况发生，从而加强场内机动车辆的安全管理工作，减少我国场车的交通事故，保护人民群众生命财产安全。

附图说明

图1是本发明实施例提供的场车综合检测仪结构示意图。

图中，1、道路坡度检测模块；2、制动性能试验模块；3、最大速度直线行驶的偏移情况检测模块；4、最大坡度下下坡制停试验模块；5、最大转角时侧滑检测模块；6、上位机模块。

图2是本发明实施例提供的制动性能试验模块结构示意图。

图中：7、A/D转换；8、FPGA；9、嵌入式系统；10、电源系统；11、按键键入；12、液晶显示屏；13、三轴加速度传感器。

图3是本发明实施例提供的场车综合检测方法流程图。

图4是本发明实施例提供的制动性能试验模块软件流程图。

图5是本发明实施例提供的技术路线图。

图6是本发明实施例提供的车载坡度检测方法实物图。

图7是本发明实施例提供的加速度数据及其处理结果波形图。

图8是本发明实施例提供的GPS卫星系统结构示意图。

图9是本发明实施例提供的测试过程的轨迹路线的绘制图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明旨在针对上述问题，开发出一套先进的集场车行驶道路坡度检测、制动性能试验、最大速度直线行驶的偏移情况、观光车辆的最大坡度下下坡制停试验和最大转角时侧滑的场(厂)内机动车综合检测仪。该综合检测仪能够适用于各类场车。仪器将道路坡度检测、行驶距离测量、侧滑情况判别、行驶轨迹构建以及信号处理集成于本发明的便携式设备中，通过显示窗口将设备运行过程中产生的关键参数与预警部位反馈给工作人员，并将检测结果对应设备编号存档，供检验检测单位作为检验检测判断依据。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供的场车综合检测系统包括：道路坡度检测模块1、制动性能试验模块2、最大速度直线行驶的偏移情况检测模块3、最大坡度下下坡制停试验模块4、最大转角时侧滑检测模块5、上位机模块6。

道路坡度检测模块1，可对行驶过程中路面坡度进行检测，实时读取整个运行过程中的动态坡度与侧倾角数据。并且能查看历史坡度及侧倾角数据。

制动性能试验模块2，对制动过程的距离进行检测，实时监测机动车行车加速度。

最大速度直线行驶的偏移情况检测模块3，可对机动车直线行驶过程中，车轮滚动时的横向滑移量进行检测，实时监测机动车偏移情况。

最大坡度下下坡制停试验模块4，可对机动车下坡后紧急制动过程的距离进行检测。

最大转角时侧滑检测模块5，对侧滑跑偏进行检测，对整段行驶轨迹重构，并记录每个时刻的姿态。

上位机模块6，对数据进行处理、分析，并将结果生成报告、自动存档，显示在显示屏上。

在本发明实施例中，所述道路坡度检测模块1采用SST510动态坡度传感器。

如图2所示，制动性能试验模块2具体包括：三轴加速度传感器13、A/D 转换7、FPGA8、嵌入式系统9、电源系统10、按键键入11、液晶显示屏12。

三轴加速度传感器13对机动车制动过程中的加速度实时采集。

A/D转换7将采集得到的加速度转换成数字信号。

FPGA 8可对数字信号进行滤波，通低频阻高频，滤去高频信号。

嵌入式系统9对FPGA 8的数据进行处理，将结果与设定的标准对比，判定机动车制动性能。

电源系统10为嵌入式系统9的运行提供电源。

按键键入11控制嵌入式系统9的启动与停止。

液晶显示屏12显示机动车制动性能结果。

电源系统10对嵌入式系统9供电；按键键入11控制嵌入式系统9的工作状态；三轴加速度传感器6将采集的数据通过A/D转换7处理后，输入嵌入式系统9；输入嵌入式系统9利用FPGA 8对数据进行处理，结果显示在液晶显示屏12上。

在本发明实施例中，所述最大转角时侧滑检测模块5具体包括：

最大转角时侧滑检测模块5采用三轴陀螺仪来实现惯性导航，将惯性导航原理与GPS技术相结合，GPS主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成。

GPS用户设备由GPS接收机、数据处理软件及其终端设备(如计算机)等组成。

如图3所示，本发明实施例提供的场车综合检测方法包括：

S101：行驶过程中路面坡度进行检测，实时读取整个运行过程中的动态坡度与侧倾角数据。

S102：制动过程的距离进行检测，实时监测机动车行车加速度。

S103：直线行驶过程中对机动车车轮滚动时的横向滑移量进行检测，实时监测机动车偏移情况。

S104：对机动车下坡后紧急制动过程的距离进行检测。

S105：最大转角时侧滑跑偏进行检测，对整段行驶轨迹重构，并记录每个时刻的姿态。

S106：检测过程中，系统自动将数据上传到上位机模块6对数据进行处理、分析，并将结果生成报告、自动存档，显示在显示屏上。

在本发明实施例中，制动性能试验的方法具体包括：采集得到的加速度经过A/D转换将模拟信号转换成数字信号，再用FPGA进行数字滤波，滤去高频信号，之后再进行信号积分处理和运算，得到实时加速度处理结果；结果输入嵌入式系统与国家规定平均减速度(MFDD)标准对比判定机动车制动性能，将最终结果显示在液晶屏上。所述嵌入式系统由电源系统供电，当点击上位机系统“开始检测”按钮后开始采集加速度。

在本发明实施例中，制动性能试验的操作方法包括：

启动仪器，进行位置的校正，当驾驶员踩下踏板时产生一个电平信号，该信号作为信号采集的起始信号，开始采集加速度信号，当踏板松开时采集结束。然后开始对采集到的加速度进行运算处理，将得到的结果根据相关的国家标准进行判断，将结果进行显示和输出(软件流程图如图4所示)。

制动性能试验外接制动踏板开关，由高精度的三轴加速度传感器实时监测机动车行车加速度，在油门脚踏板踩下时启动采集程序，开始收集信号，踩下刹车脚踏板时作为制动过程开始，直至行驶速度为0时检测结束。根据实时加速度处理结果与国家规定平均减速度(MFDD)标准对比判定机动车制动性能，实时获得场内机动车辆行驶的距离与坡度。根据采集到的三轴加速度传感器数据可精确得到整个过程的行驶距离。

在本发明实施例中，最大转角时侧滑检测方法具体包括：

最大转角时侧滑检测模块5采用三轴陀螺仪来实现惯性导航，将惯性导航原理与GPS技术相结合。

采用陀螺仪数据标定短时的运行姿态，选用高精度GPS定位系统来实现远距离、大量程的行驶路径记录，并通过二维建模软件实现地图路线显示。GPS 用户设备由GPS接收机、数据处理软件及其终端设备(如计算机)等组成。GPS 接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，跟踪卫星的运行，并对信号进行交换、放大和处理，再通过计算机和相应软件，经基线解算、网平差，求出GPS接收机中心(测站点)的三维坐标。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。通过高精度GPS定位系统与惯性导航相结合，实现场车行驶路径记录。检测结束后，系统自动将行驶过程的轨迹路线绘制出来，使用者可以根据路线变化明显的观测出是否发生侧滑。

在本发明实施例中，图4是本发明实施例提供的制动性能试验模块软件流程图。

下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

实施例

本发明提供了一种场车综合检测仪，集场车道路坡度检测、行驶距离测量、侧滑情况判别、行驶轨迹构建以及信号处理于本发明的便携式设备中，通过显示窗口将设备运行过程中产生的关键参数与预警部位反馈给工作人员，并将检测结果对应设备编号存档，供检验检测单位作为检验检测判断依据。所采用技术路线如图5所示。

设备的检测环境：根据国家标准GB 7258-2012《机动车运行安全技术条件》规定，机动车制动性能测试应在平坦、硬实、干燥和清洁且轮胎与路面的附着系数不小于0.7的水泥或沥青路面上进行，实验应在晴天或阴天，风速不大于 5m/s的条件下进行。

1)行驶过程中路面坡度的检测：

坡度检测采用SST510动态坡度传感器，实时读取整个运行过程中的动态坡度与侧倾角数据(如图6所示)，这种测试方式有以下特点：

a)强抗冲击和振动能力，满足野外各种恶劣路面环境应用；

b)≥0.5ms更新一次路面坡度数据，最大测量范围±90°；

c)适合各种机动条件，不受行驶速度、弯道、急加速或急刹车及驾驶习惯等影响；

d)动态测量精度≤0.5°，静态测量精度≤0.2°；

e)刷新率50～200Hz；

f)同时输出动态坡度和侧倾角数据；

g)独立工作，不需要任何外部辅助；

h)任意安装位置，不需要安装在载体的质心点；

由于特种设备场地坡度暂未制定相关标准，所以参考《公路竣(交)工验收办法》中规定：公路的坡度用正切表示，就是高度与水平距离之比，用百分之几(％)表示。本发明装置测得整个路程的角度变化后，将数据分析处理，并与行驶距离相结合，综合算出坡度结果，并与《公路路线设计规范》JTG D20-2006 比对。

表1最大坡度

设计速度为120km/h、100km/h、80km/h的高速公路，受地形影响或其他特殊情况限制时，经技术经济论证，最大纵坡可增加1％；设计速度为40km/h、 30km/h、20km/h的公路，改建工程利用原有公路的路段，经技术经济论证，最大纵坡可增加1％。四级公路位于海拔2000m以上或积雪冰冻地区的路段，最大纵坡不应大于8％。

2)制动过程的距离检测：

由高精度三轴加速度传感器实时监测机动车行车加速度，在油门脚踏板踩下时启动采集程序，开始收集信号，踩下刹车脚踏板时作为制动过程开始，直至行驶速度为0时检测结束。根据实时加速度处理结果与国家规定平均减速度 (MFDD)标准对比判定机动车制动性能，实时获得场内机动车辆行驶的距离与坡度。如图7所示，根据采集到的三轴加速度传感器数据可精确得到整个过程的行驶距离。

3)侧滑跑偏检测：

采用惯性导航原理与GPS技术结合，实现整段行驶轨迹的重构，并记录每个时刻的姿态。

采用三轴陀螺仪来实现惯性导航。陀螺仪是一种能够精确地断定运动物体的方位的传感器，主要特性有定轴性和进动性。陀螺仪在高速旋转过程中具有动量矩H，在不受外力矩效果时，自转轴将相对惯性空间坚持方向不变的特性。在本发明中，经过全温区精密校准以满足不同条件下的性能需求，数据融合通过内置导航计算机实现，输出实时准确的载体姿态、方位、位置、速度和传感器数据。

由于陀螺仪数据具有短时高精度、长时误差累积的缺陷，所以只用它标定短时的运行姿态，而选用高精度GPS定位系统来实现远距离、大量程的行驶路径记录，并通过二维建模软件实现地图路线显示。

如图8所示，GPS主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成。 GPS空间卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。GPS卫星产生两组电码，一组称为C/A码(Coarse/Acquisition Code11023MHz)，一组称为P 码(Precise Code 10123MHz)。地面控制部分由一个主控站，5个全球监测站和3 个地面控制站组成。主控站从各监测站收集跟踪数据，计算出卫星的轨道和时钟参数，然后将结果送到3个地面控制站。

GPS用户设备由GPS接收机、数据处理软件及其终端设备(如计算机)等组成。GPS接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号,跟踪卫星的运行,并对信号进行交换、放大和处理，再通过计算机和相应软件,经基线解算、网平差，求出GPS接收机中心(测站点)的三维坐标。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。通过高精度GPS定位系统与惯性导航相结合，实现场车行驶路径记录。

检测结束后，系统自动将行驶过程的轨迹路线绘制出来，使用者可以根据路线变化明显的观测出是否发生侧滑，如图9所示。当方向盘不动时，1点处明显发生向右侧滑，2点处出现明显的蛇形现象，在最大转角时，3点处发生明显的侧滑，使转弯角度变大。同时，三轴陀螺仪也会记录此时的运行姿态，若发生侧滑则会产生突起的波峰，可作为偏移情况定量的判断标准。

如图9所示，整个轨迹路线均将每点的数据资料存储，包括该点位置的加速度、速度、坡度、姿态，方便用户了解到整个运动过程的状态。

4)分布式测点的集成：

采用PCB三轴加速度传感器、NI高速数据采集卡、双轴倾角传感器、三轴姿态陀螺仪、高精度GPS定位，确保数据的采样准确性。同时，将传感器、采集卡、调理模块、A/D转换、稳压模块等部分集成为一整个测点系统，系统具有便捷宜安装的特点，方便分布式系统安装。分布式测点与上位机通讯之间采用422通讯协议，通讯技术指标如表3所示。

5)优化多通道信号处理的算法：

由于同时检测多个物理信号、多个分布测点，需要考虑数据传输的质量和处理结果的实时性，同时测量环境与理想环境由很大偏差，大量噪声信号极大干扰所需信号，因此数据传输速度、信号压缩、去噪能力对实时信号分析处理十分重要。为更具体精准地评估制动性能，需要对多通道的数据采集及信号分析方法的进行系统分析。

6)自主研发上位机分析软件：

场车的检验检测尽可能的方便快捷，优化控制系统使检验结果尽可能的实时有效，因此开发基于工业平板的上位机系统，使用者只需一个平板就可以实时监测场内多辆厂车情况。

本发明装置主要技术指标如下表：

表2场车性能检测指标

测量指标	测量范围	测量分辨率	测量精度
				加速度	±490.5m/s<sup>2</sup>	0.059m/s<sup>2</sup>	±3％
制动距离		1cm	0.05％
				地面坡度	±30％	0.01％	±1％

表3通讯技术指标

通道数	8通道
		A/D精度	每路独立∑△24位A/D
最高采样频率	51.2KHz，全同步采样
		动态范围	120dB
抗混叠滤波器	内置模拟抗混叠滤波器，每倍频-140db/oct
		连接方式	RS-422协议有线连接
供电	内置锂离子电池，可持续工作10小时
		数据传输	内置安全模式数据传输
支持终端	支持Android终端、桌面计算机、手机终端

场(厂)内机动车综合检测仪能检测场车的道路坡度、制动性能、最大速度直线行驶的偏移情况、观光车辆的最大坡度下下坡制停试验和最大转角时侧滑等多个项目，满足场车设计、制造、检验检测及使用单位对场车的各项性能检测，同时也可作为公路、市政道路坡度的检测及其他机动车辆各项性能的检测。

场(厂)内机动车综合检测仪具有集成高效的优点，可以替代场车检验中的全站仪、激光测距仪、水准仪、便携式制动性能测试仪、前轮定位测量仪、单滑板侧滑试验台等多种仪器，不仅解决了目前场车检验时部分项目精度得不到保证，而且仪器繁多、携带不便的难题，而且价格更具竞争力。为我国场车检验提供高精端的仪器。

其他设备	价格
		全站仪	62000
激光测距仪	3700
		水准仪	750
便携式制动性能测试仪	12800
		前轮定位测量仪	3800
单滑板侧滑试验台	3800
		合计	86850
场(厂)内机动车综合检测仪	75000

下面结合具体效果对本发明作进一步描述。

本发明重点分析了场车道路坡度，并基于《场(厂)内专用机动车辆安全技术监察规程》的要求可靠性，开发集成设备，其有如下特点：

1)分布式测点、便携易安装、数据采集精度高；

2)传感网络传输稳定，多通道数据无干扰；

3)信号处理算法去噪能力强，分析结果准确，可靠的还原实测状态；

4)上位机终端使用简单、携带方便，与测点自动组网，有良好的人机交互界面，生成报告、自动存档。

本发明区别于传统定点参考基准测坡度，选用动态坡度传感器与实时处理算法结合，可以得到全程的坡度数据；

本发明采用惯性导航与GPS技术结合，相辅相成，更高精度、更大量程的绘制整段行驶轨迹，并记录每个时刻的姿态；

本发明多通道处理算法的优化以及去噪能力的提高，保证了多个物理量数据的准确性；

本发明工业平板以及上位机软件定制开发，使检测过程更加便捷易操作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种场车综合检测系统，其特征在于，所述场车综合检测系统包括：

道路坡度检测模块，用于对行驶过程中路面坡度进行检测，实时读取整个运行过程中的动态坡度与侧倾角数据；还用于查看历史坡度及侧倾角数据；

制动性能试验模块，用于对制动过程的距离进行检测，实时监测机动车行车加速度；

最大速度直线行驶的偏移情况检测模块，用于机动车直线行驶过程中，对车轮滚动时的横向滑移量进行检测，实时监测机动车偏移信息；

最大坡度下下坡制停试验模块，用于对机动车下坡后紧急制动过程的距离进行检测；

最大转角时侧滑检测模块，用于对侧滑跑偏进行检测，并对整段行驶轨迹重构，记录每个时刻的姿态；

上位机模块，用于对数据进行处理、分析，并将结果生成报告、自动存档，显示在显示屏上。

2.如权利要求1所述的场车综合检测系统，其特征在于，所述道路坡度检测模块采用SST510动态坡度传感器。

3.如权利要求1所述的场车综合检测系统，其特征在于，所述制动性能试验模块具体包括：三轴加速度传感器、A/D转换、FPGA、嵌入式系统、电源系统、按键键入、液晶显示屏；

三轴加速度传感器对机动车制动过程中的加速度实时采集；

A/D转换将采集得到的加速度转换成数字信号；

FPGA对数字信号进行滤波，通低频阻高频，滤去高频信号；

嵌入式系统对FPGA的数据进行处理，将结果与设定的标准对比，判定机动车制动性能；

电源系统为嵌入式系统的运行提供电源；

按键键入控制嵌入式系统的启动与停止；

液晶显示屏显示机动车制动性能结果。

4.如权利要求1所述的场车综合检测系统，其特征在于，所述最大转角时侧滑检测模块具体包括：

最大转角时侧滑检测模块，采用三轴陀螺仪并与GPS技术相结合进行惯性导航。

5.一种如权利要求1所述场车综合检测系统的场车综合检测方法，其特征在于，所述场车综合检测方法包括：

第一步，行驶过程中对路面坡度进行检测，实时读取整个运行过程中的动态坡度与侧倾角数据；

第二步，制动过程的距离进行检测，实时监测机动车行车加速度；

第三步，直线行驶过程中对机动车车轮滚动时的横向滑移量进行检测，实时监测机动车偏移情况；

第四步，对机动车下坡后紧急制动过程的距离进行检测；

第五步，最大转角时侧滑跑偏进行检测，对整段行驶轨迹重构，并记录每个时刻的姿态；

第六步，检测过程中，系统自动将数据上传到上位机模块对数据进行处理、分析，并将结果生成报告、自动存档，显示在显示屏上。

6.如权利要求5所述的场车综合检测方法，其特征在于，所述场车综合检测方法进一步包括制动性能试验方法，具体包括：采集得到的加速度经过A/D转换将模拟信号转换成数字信号，再用FPGA进行数字滤波，滤去高频信号，再进行信号积分处理和运算，得到实时加速度处理结果，并与平均减速度标准对比判定机动车制动性能，将最终结果显示在液晶屏上。

7.如权利要求1所述的场车综合检测方法，其特征在于，所述场车综合检测方法进一步包括最大转角时侧滑检测方法，具体包括：

最大转角时侧滑检测模块采用三轴陀螺仪进行惯性导航，将惯性导航原理与GPS技术相结合；

采用陀螺仪数据标定短时的运行姿态，选用GPS定位系统进行远距离、大量程的行驶路径记录，并通过二维建模软件实现地图路线显示；GPS用户设备的GPS接收机捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，跟踪卫星的运行，并对信号进行交换、放大和处理，再通过计算机和相应软件，经基线解算、网平差，求出GPS接收机中心的三维坐标；GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分；

通过GPS定位系统与惯性导航相结合进行场车行驶路径记录；检测结束后，系统自动将行驶过程的轨迹路线绘制出来，并根据路线变化判断是否发生侧滑。

8.一种实施权利要求5所述场车综合检测方法的场车综合检测仪。