基于汽车制动性试验系统的开发

第５０巷第１０期Ｖ０１．５０Ｎｏ．１０：＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝：＝：＝：：＝：＝＝＝＝：一＝农业装备与车辆工程ＡＧＲＩＣＵＩ，ＴＵＲＡＩ．ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ＆ＶＥＨＩＣＩ．ＥＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ２０１２年１０月Ｏｃｔｏｂｅｒ２０１２ｄｏｉ：１ｆ）３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３—３１４２．２０１２．１０．００７基于ＬａｂＶｉｅｗ汽车制动性试验系统的开发谢继鹏１一，李守成１，刘海燕２，孙成全１（１．２１００９４汀苏省南京市南京理１：大学机械－丁＝程学院；２．２１００４６江苏省南京市南京理］：大学紫金学院）［摘要］利用虚拟仪器开发软件ＬａｂＶｉｅｗ开发实时测量与分析的汽车道路制动性试验系统。

在分析汽车道路试验系统技术要求的基础上，详细介绍试验系统的硬件组成，给出可实时进行汽车制动动态参数信号测量、采集以及可视化处理的道路试验系统的软件流程以及基于频率法计算车速与基于斜率法计算制动减／加速度等关键技术的实现过程，最后结合实车的汽车道路制动试验验证该试验系统的可行性以及可靠性。

［关键词］汽车；制动性；道路测试；ＬａｂＶｉｅｗ［中图分类号】Ｕ４６７．１＋ｌ；￥２２９［文献标志码］Ａ［文章编号】１６７３－３１４２（２０１２）１０－００２４－０４ＳｔｕｄｙｏｎＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＢｒａｋｉｎｇＲｏａｄＴｅｓｔＳｙｓｔｅｍＵｓｉｎｇＬａｂＶｉｅｗＸＩＥＪｉ—ｐｅｎ９１一，ＬＩＳｈｏｕ－ｃｈｅｎｇ’，ＬＩＵＨａｉ－ｙａｎ２，ＳＵＮＣｈｅｎｇ－ｑｕａｎｌ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＮａｎｊｉｎｇＣｉｔｙ，ＪｉａｎｇｓｕＰｒｏｖｉｎｃｅ２１００９４，Ｃｈｉｎａ；２．ＺｉｊｉｎＣｏｌｌｅｇｅ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＮａｎｊｉｎｇＣｉｔｙ，ＪｉａｎｇｓｕＰｒｏｖｉｎｃｅ２１００４６，Ｃｈｉｎａ）［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ａｎａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｂｒａｋｉｎｇｒｏａｄｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｆｏｒｒｅａｌｔｉｍｅｍｅａｓｕｒｉｎｇａｎｄａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆａｕｔｏｍｏ－ｂｉｌｅｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｖｉｒｔｕａｌｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｐｌａｔｆｏｒｍＩＪａｂＶｉｅｗ．Ｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｒｏａｄｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｒｏａｄｔｅｓｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｆｌｏｗｓｗｅｒｅｇｉｖｅｎｔｏｉｍｐｌｅｍｅｎｔｓｉｇｎａｌｍｅａｓｕｒｉｎｇ，ｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｋｅｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆｔｈｅｓｐｅｅｄｂａｓｅｄｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｅｔｈｏｄａｎｄｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ／ａｃｃｅｌ—ｅｒａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｓｌｏｐｅｍｅｔｈｏｄｗｅｒｅｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｅｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙａｎｄｖａｌｉｄｉｔｙｏｆａｕｔｏｍｏｂｉｌｅｒｏａｄｔｅｓｔｓ．ｙｓｔｅｍ．［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ；ｂｒａｋｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｒｏａｄｔｅｓｔ；ＬａｂＶｉｅｗ０引言汽车制动性是汽车的主要性能之一，制动性直接关系到交通安全，重大交通事故往往与制动距离太长、紧急制动时发生侧滑等情况有关，改善汽车的制动性，始终是汽车设计制造和使用部门的重要任务．也是目前汽车发展的研究的热点之一…。

传统的测试系统基本上是以硬件或固化的软件形式存在的，仪器由生产厂家来定义和制造，设计复杂、灵活性差，测试参数少且不能对采集的数据作进一步处理、分析，在一些较为复杂和测试参数较多的场合。

使用极不方便。

本文基于虚拟仪器ＬａｂＶｉｅｗ软件开发平台，利用实验室现有的光栅车速传感器、踏板力传感器以及高速数据采集器构建实时动态监测实验数据的汽车道路制动性测试系统。

１制动性试验系统的硬件组成收稿【ｌ期：２０１２－（）７—０２修回Ｈ期：２０１２－０７－１２开发试验系统应满足足够的测控精度。

同时应简单可靠、实用，能适应各类标准要求，并能保存相应的试验数据．以使试验后进一步的处理和分析等原则。

系统硬件连接如图ｌ。

试验系统采用ＧＤＳ一１Ｉ型光栅车速传感器，车速误差小于０．２％；踏板力传感器为ＭＬＡ—ＩＫＮＡ型，精度为±Ｏ．０ｌＮ；高速数据采集器为某公司的ＤＨ５９２３，采样频率最高可达１０ＭＨｚ，支持多通道同时采样．与上位机通信为１３９４高速通信接口；以及ＴｈｉｎｋＰａｄ笔记本作上位搬，Ｊｆ々感器Ｉ：ｓＩ）一１１光栅１ｉ速ｆ０感器圈１试验系统硬件莲揍豳Ｆｉｇ．１Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｔｈｅｒｏａｄｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍ万方数据第５０卷第１０期谢继鹏等：基于ＬａｂＶｉｅＷ汽车制动性试验系统的开发２５机供实时数据显示、数据存储以及数据后处理等，以上设备保证了试验系统有较高的试验精度。

，２制动性试验系统的软件设计ＬａｂＶｉｅＷ是使用“所见即所得”的可视化技术建立人机界面的图形化编程语言。

如今它作为一种强大的虚拟仪器平台，广泛地被Ｔ业界、学术界和研究实验室所接受．被视为一个标准的数据采集仪器和控制软件。

基于ＬａｂＶｉｅｗ的特点，试验系统选用ＬａｂＶｉｅｗ８．２作为软件的开发平台．根据制动性试验的国家标准开发设计制动性试验系统软件。

，２．１流程设计该试验系统的流程图，如图２所示。

首先进入系统。

可进行１３９４接口以及对ＤＨ５９２３采集参数进行设计，参数设置好之后即可进行数据的采集，若硬件Ｔ作正常主界面会显示即时车速，若按照制动性试验要求输人正确的起始测试初始值，进入等待试验状态，当试验条件满足后，系统自动采集试验对数据进行实时数据处理、图形绘制。

当车速为零后．系统自动判断停止试验，数据保存后返同到主界面。

图２制动性试验系统溉程圈Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｂｒａｋｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍ２．２基于１３９４高速通信与数据采集通道的配置系统采集参数首先调用ＤＨ５９２３设备的ｌ３９４接口通信的子ｖｌ程序１２・引，如图３所示，通过该接ＬＩ可以设置需要采集的光栅车速传感器、踏板力传感器模拟信号的采集参数，如通道号、采样频率、采样时电压的最大值与最小值，缓存区大小、采样启停等功能。

若参数设置正确则可开始读取数据．即可获取需要的实时参数，并在主界面上实时刷新．显示当前的车速值，供随时的试验需要，但显示数据系统不保存，处理完毕后随即丢弃，而试验结束后．采集与车速数值都正常显示，只是关闭满足试验条件的数据的存储，只有退出主界面后才关闭采集卡。

围３１３９４接口通信程序Ｆｉｇ．３Ｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｆｏｒ１３９４ｉｎｔｅｒｆａｃｅ３试验参数的采集与分析计算３．１基于频率法的车速采集与计算试验测试系统中光栅车速传感器的测速范围是０．５～２５０ｋｍ／ｈ．对应的正弦波频率范围是０．０３５～１７．５ｋＨｚ，每个脉冲对应的位移为４ｍｍ，以此硬件精度作为最低稳定车速的设计依据，根据其工作原理，设置采样频率为１００ｋＨｚ，每个波形使用２０４８个点数来描述显示，则可得到软件设置的最低车速对应正弦波频率为５０Ｈｚ，满足硬件的最低稳定车速对应的正弦波频率要求。

由于该光栅传感器每个脉冲对应的位移为４ｒａｍ，由此可得正弦波频率与车速的关系为Ｕ．－－０．０１４４Ｘｆｏ由桑浓采样定理可知．在进行模拟／数字信号的转换过程中，当采样频率．疋。

大于信号中最高频率．‘。

的２倍时（‘～＞＝Ｚ厂眦），采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的５．１０倍。

则可得到该测试系统中稳定的最高速的光栅车速正弦波频率为１０ｋＨｚ，即最高车速为１４４ｋｍ／ｈ．该最高车速满足道路测试对车速的要求。

由于系统电源采用蓄电池独立供电．蓄电池须对含有６０Ｗ照明的光栅车速传感器供电。

由于长时间供电后其输出电压及电流出现不稳定现象，导致光栅车速传感器的输出波形出现高频干扰信号如图４所示。

系统软件中采用卡尔曼滤波万方数据２６农业装备与车辆工程算法对车速信号进行滤波【４］与信号处理后，将得到的方波信号进行频率计数．得到输出的波形频率及该系统所需的车速值。

州ｌｍ图４车速信号中的高频干扰信号Ｆｉｇ．４Ｈｉｇｈ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｓｉｇｎａｌｓｏｆｓｐｅｅｄｓｉｇｎａｌ综上所述。

使用ＬａｂＶｉｅｗ建立的车速的采集与计算程序框图如图５所示。

图５车速滤波及车速计算程序Ｆｉｇ．５Ｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｆｏｒｆｉｌｔｅｒｉｎｇａｎｄｃａｌｃｕｌａｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｐｅｅｄｓｉｇｎａｌ３．２基于斜率法的制动减／加速度计算由于减速度传感器比车速传感器的测试误差要大很多．故本试验系统没有采用直接测量加速度的方法而是采用车速数值计算得到。

由于车速的高频噪声不可避免，很小的车速变化都可能引起剧烈的加速度抖动，造成许多“锯齿”．容易造成误判，故直接微分法计算的减／ｌｍ速度在本试验系统的数据处理中不适用。

本文采用斜率法计算制动减／加速度，即计算某时刻前连续Ｎ点车速曲线的斜率，将此斜率作为此时刻的制动减／加速度。

假设每段曲线斜率的方程为ｙ＝ａｏ＋ａ舭根据最小二乘法原理【５］，每次取Ⅳ点，即各点（轧Ｙ，），（轧Ｙ：），…，（ｚ。

，ｙＮ）使得、＾∑产∑Ｉ，，ｉ一（％＋ｎｌ誓）】２Ｉ商＝ｍｉｎ。

（１）Ｉｉ＝Ｉ最小．即对参数ａｏ一的最佳估计，要求观测值ｙｌ的偏差的平方和最小，最后可得到斜率ｎ，的最佳估计值的表达式为诂毫ｘｉｙ＇－－Ｎ；－蓦ｉ＝，！．薹．．＝，兰。

㈤∑簟ｚ一百１（∑工∥此斜率仍即为此时刻的减／加速度值。

使用ＬａｂＶｉｅｗ建立其程序框图如图６所示。

圈黾。

…．。

锄ⅡＩ∥莎一一够护。

嘲．ｂＩｂ三．■１ＩＩ愿泸图６基于斜率法的制动减／加速度计算程序Ｆｉｇ．６Ｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｆｏｒｂｒａｋｉｎｇｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ／ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｓｌｏｐｅｍｅｔｈｏｄ３．３踏板力的采集由于系统对两个通道的模拟信号进行并行采样．由ＤＨ５９２３传送到ＬａｂＶｉｅｗ软件缓存区中的数据是车速与踏板力这两通道的交替信号，首先使用ＬａｂＶｉｅｗ软件本身的多线程技术同时采集来自多个传感器的信号，并对每通道信号分别处理，以保证多个传感器的信号并行传递，互不影响，实现测试系统数据的同步采集以及实时显示。

４测试系统的实车验证该试验系统主要用于测试汽车制动性的制动效能即紧急制动时的制动时间、制动距离以及制动减／加速度。