CN114526907B - 一种基于典型工况的液力机械传动装置控制品质评价系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于典型工况的液力机械传动装置控制品质评价系统，包括第一三轴加速度传感器、第二三轴加速度传感器、GPS传感器、激光摄像头、信号采集单元、总线通讯卡、显控单元和控制主机。本系统通过增加评价指标和采集传感器，解决现有系统无法满足特种车辆进行全方位评价的问题；通过设置典型的评价工况，解决评价结果准确性不足的问题。该控制品质评价系统已经成功的应用于多型液力机械传动装置控制品质评价测试中，可以满足特种车辆全方位的使用功能评价需求。

Description

一种基于典型工况的液力机械传动装置控制品质评价系统
技术领域
本发明属于液力机械传动装置评价测试技术领域，具体涉及一种基于典型工况的液力机械传动装置控制品质评价系统。
背景技术
液力机械传动装置是车辆典型的传动形式，承载着由发动机输出扭矩到轮边输出扭矩的调节作用，其控制品质优劣直接影响整车机动性、驾驶舒适性和路面适应性。控制品质评价一般分为主观评价与客观评价。主观评价主要是专业驾驶员根据车辆在不同行驶状态下的表现，结合自身经验，给出主观性评分；客观性评价主要是依据专业评价系统测量车辆在不同行驶状态下的参数，结合专家系统，给出客观性评分。目前，在车辆领域，尤其是特种车辆领域，由于客观评价系统的缺失，均采用主观评价方式对液力机械传动装置的控制品质进行评价。由于主观评价完全依赖于驾驶员的主观感受，而驾驶员存在一定的差异性，由此造成评价缺乏一致性，严重抑制了液力机械传动装置控制技术的发展。因此，开发一套液力机械传动装置控制品质评价系统，对液力机械传动装置控制技术发展具有重要意义。
中国专利申请CN201610225038.8公开了一种换挡品质评价系统，该技术方案采用加速度传感器和车身CAN总线等信号，实现对车辆原地换挡、加油升挡、加油降挡、松油升挡、松油降挡等换挡过程的客观评价。但是该技术方案没有设置对车辆起步溜车、起步打滑、液力变矩器解闭锁、环境适应性等控制品质进行评价的评价指标，无法实现对车辆控制品质进行全方位评价；同时该技术方案没有设置典型评价工况，导致由于专家数据库中的样本量无法覆盖所有控制工况，造成评价指标打分时缺乏准确依据，影响评价准确性。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种基于典型工况的液力机械传动装置控制品质评价系统，以针对特种车辆全方位使用需求，解决如何对液力机械传动装置的控制品质进行全面评价的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于典型工况的液力机械传动装置控制品质评价系统，该控制品质评价系统包括第一三轴加速度传感器、第二三轴加速度传感器、GPS传感器、激光摄像头、信号采集单元、总线通讯卡、显控单元和控制主机；其中，
第一三轴加速度传感器用于测量传动装置处的加速度信号，判断传动装置处的冲击、振动情况，并通过电缆将加速度信号传输至信号采集单元；
第二三轴加速度传感器用于测量驾驶员处的加速度信号，判断驾驶员处的冲击、振动情况，并通过电缆将加速度信号传输至信号采集单元；
GPS传感器用于测量车辆对地运动速度信号，与车辆轮速信号进行一致性对比，判断车轮是否打滑，并通过电缆将车辆对地运动速度信号传输至信号采集单元；
激光摄像头用于识别车辆运动方向，判断车辆是否溜车，并通过电缆将车辆运动方向信号传输至信号采集单元；
信号采集单元分别与第一三轴加速度传感器、第二三轴加速度传感器、GPS传感器、激光摄像头和车辆CAN总线连接，并通过电缆与总线通讯卡连接；信号采集单元用于采集三轴加速度传感器信号、GPS传感器信号、激光摄像头信号和车辆CAN总线信号，并将上述信号转化成CAN总线形式的原始评价信号；
总线通讯卡分别与信号采集单元、显控单元和控制主机连接，用于传递原始评价信号，将信号采集单元生成的原始评价信号、显控单元发出的具体评价项目和具体评价工况指令传输至控制主机，将控制主机发出的屏显信息传输至显控单元进行显示；
显控单元通过电缆与总线通讯卡连接，用于向控制主机发送具体评价项目和具体评价工况指令，以及向驾驶员显示控制主机发出的屏显信息；
控制主机作为评价单元的运行平台，通过电缆与总线通讯卡连接；评价单元包括数据处理模块、评价指标计算模块、评价权重赋值模块、评价分值计算模块、评价结果显示模块、评价报告生成模块和数据库模块；其中，
数据处理模块与总线通讯卡连接，用于接收总线通讯卡传输的CAN总线形式原始评价信号，对原始评价信号进行解析，并对其中的加速度信号、GPS信号、激光摄像头信号进行滤波处理，转换成工程单位；将滤波处理和解析后的信号传输至评价指标计算模块；
评价指标计算模块与数据处理模块连接，利用数据处理模块处理后的原始评价信号，对各评价指标的物理值进行计算，并将计算结果传输至评价分值计算模块；
评价权重赋值模块与总线通讯卡和数据库模块连接，用于通过总线通讯卡接收显控单元发出的具体评价项目和具体评价工况，在数据库模块中查询评价体系中该评价项目各评价工况和评价指标的权重值，并将权重值传输至评价分值计算模块；
评价分值计算模块与评价指标计算模块和评价权重赋值模块连接，用于依据评价指标的物理值和评价体系中的权重值，计算评价项目和评价工况的评价分值，并将评价结果传输至评价结果显示模块和评价报告生成模块；
评价结果显示模块与评价分值计算模块连接，用于对评价结果进行图形化处理和显示，并传输屏显信息至显控单元进行显示；
评价报告生成模块与评价分值计算模块连接，用于结合评价项目、评价指标分值和评价权重分值生成评价报告；
数据库模块用于存储对各评价项目进行评价的评价体系和评价权重赋值标准。
进一步地，车辆CAN总线信号包括油门开度、发动机转速、泵轮转速、涡轮转速、输出轴转速、车辆轮速、目标挡位、实际挡位、液力变矩器解闭锁状态、制动信号、坡道信号、海拔高度。
进一步地，评价指标包括换挡时间、换挡响应时间、起步时间、变矩器闭锁时间、变矩器解锁时间、发动机转速波动量、涡轮转速波动量、输出轴转速波动量、纵向冲击度峰值、垂向冲击度峰值、起步打滑率、坡起溜车距离、0-32km/h加速时间。
进一步地，起步打滑率按下述公式计算：
Figure BDA0003527308570000041
式中：Rslip是起步打滑率；Vveh是车辆CAN总线信号中的车辆轮速；VGPS是GPS传感器测量的车辆对地运动速度。
进一步地，坡起溜车距离采用如下方法分析：激光摄像头连续采集放置于车底地面上的光学靶板图像，采用图像识别技术判断光学靶板上黑色横条宽度变化情况，判断车辆运动方向，如果运动方向与车辆行驶方向相反，则判断为坡起溜车。
(三)有益效果
本发明提出一种基于典型工况的液力机械传动装置控制品质评价系统，包括第一三轴加速度传感器、第二三轴加速度传感器、GPS传感器、激光摄像头、信号采集单元、总线通讯卡、显控单元和控制主机。本系统通过增加评价指标和采集传感器，解决现有系统无法满足特种车辆进行全方位评价的问题；通过设置典型的评价工况，解决评价结果准确性不足的问题。该控制品质评价系统已经成功的应用于多型液力机械传动装置控制品质评价测试中，可以满足特种车辆全方位的使用功能评价需求。
附图说明
图1为本发明实施例的控制品质评价系统组成框图；
图2为本发明实施例中使用的光学靶板示意图；
图3为本发明实施例的控制品质评价系统逻辑流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本实施例提出一种基于典型工况的液力机械传动装置控制品质评价系统，如图1所示，主要包括第一三轴加速度传感器1、第二三轴加速度传感器2、GPS传感器3、激光摄像头4、信号采集单元5、总线通讯卡6、显控单元7和控制主机8。
第一三轴加速度传感器1用于测量传动装置处的加速度信号，通过对加速度信号进行微分计算车辆纵向、垂向冲击度，再通过分析纵向、垂向加速度的峰值情况，判断传动装置处的冲击、振动情况，并通过电缆将加速度信号传输至信号采集单元5。
第二三轴加速度传感器2用于测量驾驶员处的加速度信号，通过对加速度信号进行微分计算车辆纵向、垂向冲击度，再通过分析纵向、垂向加速度的峰值情况，判断驾驶员处的冲击、振动情况，并通过电缆将加速度信号传输至信号采集单元5。
GPS传感器3用于测量车辆对地运动速度信号，与车辆轮速信号进行一致性对比，如果不一致，则判断车轮打滑，并通过电缆将车辆对地运动速度信号传输至信号采集单元5。
激光摄像头4用于识别车辆运动方向，通过激光摄像头4采集光学靶板上黑色横条宽度变化情况，结合图像处理技术，判断车辆是否溜车，如果黑色横条宽度逐渐变小，则判断车辆溜车，并通过电缆将车辆运动方向信号传输至信号采集单元5。
信号采集单元5分别与第一三轴加速度传感器1、第二三轴加速度传感器2、GPS传感器3、激光摄像头4和车辆CAN总线连接，并通过电缆与总线通讯卡6连接。信号采集单元5用于采集三轴加速度传感器信号、GPS传感器信号、激光摄像头信号和车辆CAN总线信号，并按照CAN总线协议，将上述信号转化成CAN总线形式的原始评价信号。其中，车辆CAN总线信号，如表1所示。
表1车辆CAN总线信号列表
序号 信号名称 序号 信号名称 序号 信号名称
1 油门开度 2 发动机转速 3 泵轮转速
4 涡轮转速 5 输出轴转速 6 车辆轮速
7 目标挡位 8 实际挡位 9 液力变矩器解闭锁状态
10 制动信号 11 坡道信号 12 海拔高度
总线通讯卡6分别与信号采集单元5、显控单元7和控制主机8连接，用于传递原始评价信号，将信号采集单元5生成的原始评价信号、显控单元7发出的具体评价项目和具体评价工况指令传输至控制主机8，将控制主机8发出的屏显信息传输至显控单元7进行显示。
显控单元7通过电缆与总线通讯卡6连接，用于向控制主机8发送具体评价项目和具体评价工况指令，以及向驾驶员显示控制主机8发出的屏显信息。
控制主机8作为评价单元的运行平台，通过电缆与总线通讯卡6连接。评价单元具体包括数据处理模块801、评价指标计算模块802、评价权重赋值模块803、评价分值计算模块804、评价结果显示模块805、评价报告生成模块806和数据库模块807。
数据处理模块801与总线通讯卡6连接，用于接收总线通讯卡6传输的CAN总线形式原始评价信号，对原始评价信号进行解析，并对其中的加速度信号、GPS信号、激光摄像头信号进行滤波处理，转换成工程单位；将滤波处理和解析后的信号传输至评价指标计算模块802。
评价指标计算模块802与数据处理模块801连接，利用数据处理模块801处理后的原始评价信号，对各评价指标的物理值进行计算，并将计算结果传输至评价分值计算模块804。评价指标及指标涵义如表2所示。
表2评价指标及指标涵义
序号 评价指标 评价指标涵义
1 换挡时间 从发出换挡指令到换挡完成的时间
2 换挡响应时间 从发出换挡指令到进入调速阶段的时间
3 起步时间 从驾驶员踩下油门踏板到车辆实际运动的时间
4 变矩器闭锁时间 从发出闭锁指令到完全闭锁之间的时间
5 变矩器解锁时间 从发出解锁指令到完全解锁之间的时间
6 发动机转速波动量 发动机实际转速波动峰值与理想值之间的差值
7 涡轮转速波动量 涡轮实际转速波动峰值与理想值之间的差值
8 输出轴转速波动量 输出轴实际转速波动峰值与理想值之间的差值
9 纵向冲击度峰值 换挡过程中纵向加速度变化率的最大值
10 垂向冲击度峰值 换挡过程中垂向加速度变化率的最大值
11 起步打滑率 车辆起步时轮胎的打滑程度
12 坡起溜车 车辆坡道起步时是否溜车
13 0-32km/h加速时间 全油门下0-32km/h的加速时间
其中，评价指标11(起步打滑率Rslip)按下述公式计算：
Figure BDA0003527308570000071
式中：Vveh是车辆CAN总线信号中的车辆轮速；VGPS是GPS传感器测量的车辆对地运动速度。
评价指标12(坡起溜车)采用如下方法分析：激光摄像头4连续采集放置于车底地面上的光学靶板(如图2所示)图像，采用图像识别技术判断光学靶板上黑色横条宽度变化情况，判断车辆运动方向，如果运动方向与车辆行驶方向相反，则判断为坡起溜车。
评价权重赋值模块803与总线通讯卡6和数据库模块807连接，用于通过总线通讯卡6接收显控单元7发出的具体评价项目和具体评价工况，在数据库模块807中查询评价体系中该评价项目各评价工况和评价指标的权重值，并将权重值传输至评价分值计算模块804。评价项目、评价工况和评价指标对应关系，如表3所示。
表3评价项目、评价工况和评价指标对应关系表
Figure BDA0003527308570000081
评价分值计算模块804与评价指标计算模块802和评价权重赋值模块803连接，用于依据评价指标的物理值和评价体系中的权重值，计算评价项目和评价工况的评价分值，并将评价结果传输至评价结果显示模块805和评价报告生成模块806。
评价结果显示模块805与评价分值计算模块804连接，用于对评价结果进行图形化处理和显示，并生成屏显信息，传输至显控单元7进行显示。
评价报告生成模块806与评价分值计算模块804连接，用于结合评价项目、评价指标分值和评价权重分值生成评价报告。
数据库模块807用于存储对各评价项目进行评价的评价体系和评价权重赋值标准。
本发明液力机械传动装置控制品质评价系统的控制品质评价具体实施流程，如图3所示，包括如下步骤：
S1.安装三轴加速度传感器：第一三轴加速度传感器1安装在液力机械传动装置上，用于测量换挡时传动装置处的冲击、振动情况；第二三轴加速度传感器2安装在驾驶员座椅上，用于测量换挡时驾驶员处的冲击、振动情况；
S2.安装GPS传感器：GPS传感器3通过磁铁安装在车辆车顶上，用于测量车辆对地运动速度；
S3.安装激光摄像头：激光摄像头4通过磁铁安装在车辆前部底盘上，结合放置于地面上的光学靶板，采用图像处理方式识别车辆运动方向，判断车辆是否坡道溜车；
S4.连接车辆CAN总线，接收车辆CAN总线信号；
S5.发出评价指令：驾驶员通过显控单元7发出具体评价项目和具体评价工况指令，并通过总线通讯卡6传输至控制主机8的评价单元；
S6.信号采集：采集三轴加速度传感器信号、GPS传感器信号、激光摄像头信号和车辆CAN总线信号，按照CAN总线协议将上述信号转化成CAN总线形式的原始评价信号，并通过总线通讯卡6传输至数据处理模块801；
S7.数据处理；对接收的CAN总线形式的原始评价信号进行解析，并对其中的三轴加速度传感器信号、GPS传感器信号和激光摄像头信号进行滤波处理，转换成工程单位；
S8.评价指标计算：评价指标计算模块802利用步骤S7处理后的各个信号数据，对各评价指标的物理值进行计算；
S9.评价权重赋值：评价权重赋值模块803依据评价项目和评价工况，在数据库模块807中查询评价体系中各评价工况和各评价指标的权重值；
S10.评价分值计算：评价分值计算模块804依据评价指标的物理值和评价体系中的权重值，计算评价项目的评价分值；
S11.屏显信息显示：在显控单元7上对屏显信息进行显示，屏显信息如表4所示。
表4屏显信息列表
序号 信息名称 序号 信息名称
1 评价项目 2 评价工况
3 评价项目分值 4 评价工况分值
5 油门开度 6 实际挡位
7 发动机转速 8 车辆对地运动速度
9 液力变矩器解闭锁状态 10 海拔高度
S12.评价结果显示：评价结果显示模块805对评价结果进行图形化处理，并在控制主机上进行显示；
S13.评价报告生成：评价报告生成模块806结合评价项目、评价指标分值和评价权重分值生成评价报告。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于典型工况的液力机械传动装置控制品质评价系统，其特征在于，所述控制品质评价系统包括第一三轴加速度传感器、第二三轴加速度传感器、GPS传感器、激光摄像头、信号采集单元、总线通讯卡、显控单元和控制主机；其中，
所述第一三轴加速度传感器用于测量传动装置处的加速度信号，判断传动装置处的冲击、振动情况，并通过电缆将加速度信号传输至信号采集单元；
所述第二三轴加速度传感器用于测量驾驶员处的加速度信号，判断驾驶员处的冲击、振动情况，并通过电缆将加速度信号传输至信号采集单元；
所述GPS传感器用于测量车辆对地运动速度信号，与车辆轮速信号进行一致性对比，判断车轮是否打滑，并通过电缆将车辆对地运动速度信号传输至信号采集单元；
所述激光摄像头用于识别车辆运动方向，判断车辆是否溜车，并通过电缆将车辆运动方向信号传输至信号采集单元；
所述信号采集单元分别与第一三轴加速度传感器、第二三轴加速度传感器、GPS传感器、激光摄像头和车辆CAN总线连接，并通过电缆与总线通讯卡连接；信号采集单元用于采集三轴加速度传感器信号、GPS传感器信号、激光摄像头信号和车辆CAN总线信号，并将上述信号转化成CAN总线形式的原始评价信号；
所述总线通讯卡分别与信号采集单元、显控单元和控制主机连接，用于传递原始评价信号，将信号采集单元生成的原始评价信号、显控单元发出的具体评价项目和具体评价工况指令传输至控制主机，将控制主机发出的屏显信息传输至显控单元进行显示；
所述显控单元通过电缆与总线通讯卡连接，用于向控制主机发送具体评价项目和具体评价工况指令，以及向驾驶员显示控制主机发出的屏显信息；
所述控制主机作为评价单元的运行平台，通过电缆与总线通讯卡连接；所述评价单元包括数据处理模块、评价指标计算模块、评价权重赋值模块、评价分值计算模块、评价结果显示模块、评价报告生成模块和数据库模块；其中，
所述数据处理模块与总线通讯卡连接，用于接收总线通讯卡传输的CAN总线形式原始评价信号，对原始评价信号进行解析，并对其中的加速度信号、GPS信号、激光摄像头信号进行滤波处理，转换成工程单位；将滤波处理和解析后的信号传输至评价指标计算模块；
所述评价指标计算模块与数据处理模块连接，利用数据处理模块处理后的原始评价信号，对各评价指标的物理值进行计算，并将计算结果传输至评价分值计算模块；
所述评价权重赋值模块与总线通讯卡和数据库模块连接，用于通过总线通讯卡接收显控单元发出的具体评价项目和具体评价工况，在数据库模块中查询评价体系中该评价项目各评价工况和评价指标的权重值，并将权重值传输至评价分值计算模块；
所述评价分值计算模块与评价指标计算模块和评价权重赋值模块连接，用于依据评价指标的物理值和评价体系中的权重值，计算评价项目和评价工况的评价分值，并将评价结果传输至评价结果显示模块和评价报告生成模块；
所述评价结果显示模块与评价分值计算模块连接，用于对评价结果进行图形化处理和显示，并传输屏显信息至显控单元进行显示；
所述评价报告生成模块与评价分值计算模块连接，用于结合评价项目、评价指标分值和评价权重分值生成评价报告；
所述数据库模块用于存储对各评价项目进行评价的评价体系和评价权重赋值标准。
2.如权利要求1所述的控制品质评价系统，其特征在于，所述车辆CAN总线信号包括油门开度、发动机转速、泵轮转速、涡轮转速、输出轴转速、车辆轮速、目标挡位、实际挡位、液力变矩器解闭锁状态、制动信号、坡道信号、海拔高度。
3.如权利要求1所述的控制品质评价系统，其特征在于，所述评价指标包括换挡时间、换挡响应时间、起步时间、变矩器闭锁时间、变矩器解锁时间、发动机转速波动量、涡轮转速波动量、输出轴转速波动量、纵向冲击度峰值、垂向冲击度峰值、起步打滑率、坡起溜车距离、0-32km/h加速时间。
4.如权利要求3所述的控制品质评价系统，其特征在于，所述起步打滑率按下述公式计算：
Figure FDA0003527308560000031
式中：Rslip是起步打滑率；Vveh是车辆CAN总线信号中的车辆轮速；VGPS是GPS传感器测量的车辆对地运动速度。
5.如权利要求3所述的控制品质评价系统，其特征在于，所述坡起溜车距离采用如下方法分析：激光摄像头连续采集放置于车底地面上的光学靶板图像，采用图像识别技术判断光学靶板上黑色横条宽度变化情况，判断车辆运动方向，如果运动方向与车辆行驶方向相反，则判断为坡起溜车。
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