数字处理技术在汽车速度测量中的应用

数字处理技术在汽车速度测量中的应用数字处理技术在汽车速度测量中的应用林 � 建 (清华大学汽车工程系 � 北京 � 100084) � � 摘 � 要 � 本文介绍的 LSFX汽车道路实验现场分析系统,实现了在汽车道路实验的现场对速度的精确测量和数据的数字化处理与转换, 它向学生提供的数据方式对汽车理论教学实验向多元化发展起到了积极的作用。 � � 关键词 � 速度测量 � 误差 � 数据转换 � 脉冲在汽车专业的汽车理论教学实验中,车速是最重要的测量参数, 无论是汽车的动力经济性实验, 还是操纵稳定性或制动性能实验都是这样。除了...

数字处理技术在汽车速度测量中的应用林 � 建 (清华大学汽车工程系 � 北京 � 100084) � � 摘 � 要 � 本文介绍的 LSFX汽车道路实验现场分析系统,实现了在汽车道路实验的现场对速度的精确测量和数据的数字化处理与转换, 它向学生提供的数据方式对汽车理论教学实验向多元化发展起到了积极的作用。 � � 关键词 � 速度测量 � 误差 � 数据转换 � 脉冲在汽车专业的汽车理论教学实验中,车速是最重要的测量参数, 无论是汽车的动力经济性实验, 还是操纵稳定性或制动性能实验都是这样。除了汽车自身的特性对实验结果有很大的影响外,实验中汽车速度的测量和分析是掌握这项实验技术的关键之一。 1� 现状和存在的问题汽车速度的测量是借助于一种被称为第五车轮的位移/速度测量仪器实现的。早期的第五车轮是机械传动纸带记录方式, 软轴将拖在车外的第五轮的转动信号传给置于车内的记录仪驱动记录笔沿纵向画出速度,机械定时器驱动的记录纸带横向移动形成时间坐标, 测量记录下的车速/时间数据由学生按标尺比例换算出, 精度低、误差大、不直观。电子式的测量记录方式始于 70年代末 80年代初。第五车轮将位移的脉冲信号(一般是 1cm/ p)送进五轮仪的二次仪表 ,二次仪表每 200ms累计一次传回的脉冲数计算出速度供显示,同时将此频率信号转换成模拟电压信号输出供磁带记录仪记录。在实验室里,学生可以把回放的速度信号采样送入微机编程分析。存在的问题是, 从测量的角度来讲, 信号要经过两次转换( F/V、A/ D)和记录/回放,系统的误差不可避免, 尤其是小量程信号的转换误差较大,此外,数据的回放、A/ D变换只能在实验室中进行,需另行安排时间进行。 2� 改进的办法国内现在普遍使用的各类车速测量传感器,直接输出的电信号大都是位移/速度的脉冲信号,一个脉冲信号等于一厘米的位移, 单位时间里的脉冲数越多,速度就越快。根据这种现状, 我们开发了一种 LSFX汽车道路试验现场分析系统, 运用数字计算技术,在实验过程中直接将传感器送出的脉冲信号转换成计算实验结果所需的数字数据文件。这套系统由便携式计算机、8098单片机数据采集器和相应软件组成。图 1是硬件组成框图。便携式计算机主要做测量参数的设置、计算、画图和存贮等计算工作量大的工作,配 88 第 16卷 � 第 5 期 � � � 实 � 验 � 技 � 术 � 与 � 管 � 理 � � Vo1. 16� No. 5� 1999 � 置不用很高, 286以上都可以,但是,由于用于车载, 所以机型的抗震和 12V直流供电应予以考虑。在震动比较大的环境下进行的数据实时采集、状态控制等由单片机执行, 8098 单片机具有 8个模拟输入通道和 4个脉冲计数电路( HSI) ,该电路可以同时对 4路脉冲信号(如一路位移加两路燃油流量)进行计数统计。单片机与便携机通过机上的串口进行联机。系统还设有外接数字式显示器和有线遥控器,在软件的支持下, 它们随时向车上的驾驶员、学生显示即时车速、距离和时间的变化,而且方便学生准确地进行实验控制。图 1� LSFX系统硬件框图在实验中, 位移/车速传感器不断向 LSFX系统传回脉冲信号, 系统对每个脉冲信号的周期进行计时,乘以预先置入的转换系数, 通过计算机屏幕和外接显示器显示车速的瞬时值,同时按预设的采样频率,把每个车速和累计脉冲数(位移)存入一个缓冲区。待每次实验结束汽车停稳后,以文本格式存入磁盘。便携机在存盘的同时, 按现行国标把本次的实验结果绘图列表现场显示出来。 3� 运用的效果这一尝试首先提高了实验的精度。以汽车院校实验使用较多的日本小野产 SV531五轮仪为例, 其模拟输出车速信号幅度约为 5mv/ km/ h, 实验时的车速范围一般在 2 � 120km/ h之间,即 10 � 600mv,而一个输入 5v精度 0�1%的A/D, 最大绝对误差是 10mv,也就是说用来转换 40km/ h以下的车速时,相对误差都将大于 5% , 这还不包括磁带机记录和回放环节的误差。再来看看直接对脉冲信号进行周期法计算的误差。仍以日本小野 SV531使用的MP981车速传感器为例, 该传感器的位移信号输出是 1cm/ p,当车速为 2 � 120km/ h时( 0�556 � 33�33m/ s) ,每个脉冲相应的时间宽度为 1�8s � 30ms。8098单片机的计时单位为0�002ms,用周期法计算的最大相对误差发生在最高车速下, 只有 0�002/ 30= 0. 006%, 不到 0�01%, 大大优于相同车速下 A/ D变换法的最小相对误差( 10mv/ 600mv= 1. . 6%) , 可见测量的精度得到了很大的提高。另一个显而易见的进步体现在实验的安排上。现在道路实验一结束,学生就可以在自己的微机上计算分析、撰写实验报告 , 无须再安排时间来做数据的回放和采集, 提高了实验的效率和综合的质量水平。 ( 1999年3月) 89数字处理技术在汽车速度测量中的应用

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