吳安定 吳加福 李黎蘋 陳向俊 胡梁 吳強銀

引言

近年來，伴隨我國工業(yè)的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)購物的興起，物流和倉儲業(yè)得到了迅猛發(fā)展，帶動場車的保有量不斷創(chuàng)歷史新高。根據(jù)國家市場監(jiān)督管理總局統(tǒng)計，近三年（2015-2017）登記在用場車分別為63.02萬輛、71.38萬輛、81.01萬輛，保持每年13%以上的年增長率。場車作為特種設(shè)備，在我國現(xiàn)代化進程中正在發(fā)揮越來越重要的作用，但同時，場車數(shù)量的急劇增加，對場車檢驗特別是制動性能檢測的高效性、準(zhǔn)確性、安全性提出了更高的要求。

1.檢測系統(tǒng)

本文研究一種場車制動性能無線檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由采集模塊、調(diào)理模塊、無線傳輸模塊、分析處理模塊、人機交互模塊五大部分組成，針對場車制動性能的現(xiàn)場檢驗，將制動距離測量、機構(gòu)疲勞分析、風(fēng)險預(yù)測以及信號處理集成于檢測系統(tǒng)中，通過人機交互界面將設(shè)備運行過程中產(chǎn)生的關(guān)鍵參數(shù)與預(yù)警部位反饋給工作人員，并為檢測結(jié)果定制標(biāo)準(zhǔn)，判斷安全等級，供檢測單位作為設(shè)備維修判斷依據(jù)。

系統(tǒng)主要針對以下5項數(shù)據(jù)的采集：（1）加速度檢測：通過高精密三軸加速度傳感器實時采集場車制動檢測全過程的加速度數(shù)據(jù)，同時根據(jù)實時加速度處理結(jié)果與國家規(guī)定平均減速度（MFDD）標(biāo)準(zhǔn)對比判定場車制動性能；（2）地面坡度檢測：通過傾角傳感器檢測行駛路面和場車車身傾斜角度，作為檢測報告參考依據(jù)之一；（3）踏板自由行程檢測：行車制動時，實時監(jiān)測行車制動踏板踩下的自由行程，是否滿足國家規(guī)定的要求；（4）行車制動踏板應(yīng)力檢測：監(jiān)控行車制動時，場車在標(biāo)準(zhǔn)荷載下，行車制動踏板的受力是否在700N以內(nèi)；（5）駐車應(yīng)力檢測：檢測駐車手柄拉力是否能夠滿足駐車制動的要求，手柄的拉力必須要控制在300N以內(nèi)。

另外，根據(jù)場車加速度與時間關(guān)系和行車制動踏板力與時間關(guān)系，經(jīng)積分運算和數(shù)據(jù)優(yōu)化，可輸出場車制動檢測全過程的實時速度和制動距離。

2.無線傳輸技術(shù)

無線傳輸模塊主要由采集儀、檢測平板和電源組成，主要是對調(diào)理器傳輸而來的信號進行ADC 采樣、量化、編碼后經(jīng)過路由器傳輸?shù)絽f(xié)約設(shè)備上。ZigBee是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)。采用Zigbee無線協(xié)議，基于IEEE.802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，使一點對多點的快速組網(wǎng)得以實現(xiàn)。End Device （網(wǎng)絡(luò)終端）將現(xiàn)場采集到的信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換器ADC采樣、量化、編碼后，變成數(shù)字信號傳給微處理器，通過無線傳輸傳給 Coordinator（協(xié)調(diào)器）， Coordinator 利用 RS-232 通信接口與上位機通信。每個無線路由器可負(fù)責(zé)1-16個無線數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，最終將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到上位機進行存儲和分析。

使用時，將每個分布式設(shè)備安放在需要監(jiān)測的設(shè)備上，將一臺設(shè)備設(shè)置成AP（無線接入點），其它設(shè)備設(shè)置成Client（客戶端，僅接收），所有設(shè)備振動數(shù)據(jù)全部同時傳送并通過AP無線傳入上位機，如圖 1為Ap-Client使用示意圖。

3.無線傳輸可靠性證明

為了證明自主研發(fā)的無線傳感設(shè)備對快變量如加速度等信號，進行傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性，本文同時進行了相關(guān)實驗證明。對同一信號發(fā)生器，仿真同一信號，分別使用傳統(tǒng)有線USB高速數(shù)據(jù)采集卡與本項目的無線采集儀采集數(shù)據(jù)，采樣頻率設(shè)置為25.6K。

啟用信號發(fā)生器，輸入線性掃頻信號，掃頻開始頻率：200HZ；掃頻結(jié)束頻率：10HZ，掃頻時間周期5s，輸出幅值：500mV。

測試共采集10秒，分別將兩種方法采集到的數(shù)據(jù)進行對比：

①數(shù)據(jù)量對比：

以25.6K的采樣頻率、采集10s，兩種途徑測得的數(shù)據(jù)總量均為256000，與理論值25.6k*10一致，證明無線傳輸途徑穩(wěn)定，不存在丟包現(xiàn)象。

②數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度對比：

因仿真數(shù)據(jù)量太大，篇幅所限完全展開難以清晰判別數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度，故隨機從中抽取連續(xù)的50000個數(shù)據(jù)點，并分別畫出它們的時域圖進行對比，如圖 2所示：

從圖 2中可以看出，兩種途徑采集到的仿真信號完全一致，證明了無線采集儀的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高，不存在多通道的混雜、偏移問題。

4.結(jié)論

綜上，無線傳輸技術(shù)在場車制動性能檢測中的應(yīng)用，相比于傳統(tǒng)的檢驗檢測更加便捷、靈活，有效減少檢驗檢測人為因素誤差的發(fā)生，并且具有以下優(yōu)勢：（1）多通道采集各組數(shù)據(jù)，能夠同時進行多項檢測項目，故其能夠提高檢驗效率；（2）可廣泛應(yīng)用于大、中、小型場車；（3）區(qū)別傳統(tǒng)的傳動碼盤測速方式，采集的數(shù)據(jù)更具參考性；（4）采用分布式無線采集，避免布線困難、傳輸距離限制、強弱電干擾等問題。因此，采用無線傳輸技術(shù)運用于場（廠）內(nèi)專用機動車輛檢驗檢測系統(tǒng)，不僅可以大幅降低攜帶設(shè)備的負(fù)擔(dān)，而且檢驗過程更加透明，檢驗結(jié)果更加可靠。