林飛振

開發(fā)設(shè)計(jì)

基于LabVIEW的機(jī)動(dòng)車動(dòng)態(tài)制動(dòng)性能校準(zhǔn)系統(tǒng)*

林飛振

（廣州計(jì)量檢測(cè)技術(shù)研究院，廣東 廣州 510663）

制動(dòng)性能是機(jī)動(dòng)車安全運(yùn)行的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，可采用路試或臺(tái)試檢驗(yàn)方法。針對(duì)傳統(tǒng)的臺(tái)試檢驗(yàn)方法基于人工操作和校準(zhǔn)，檢驗(yàn)效率和準(zhǔn)確率較低的問題，利用LabVIEW平臺(tái)設(shè)計(jì)一種機(jī)動(dòng)車動(dòng)態(tài)制動(dòng)性能校準(zhǔn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)車制動(dòng)性能的自動(dòng)化檢驗(yàn)和校準(zhǔn)，提高檢驗(yàn)效率和準(zhǔn)確率。

機(jī)動(dòng)車；制動(dòng)性能；校準(zhǔn)系統(tǒng)；LabVIEW

0 引言

國家標(biāo)準(zhǔn)GB7258—2017《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》要求對(duì)機(jī)動(dòng)車的制動(dòng)性能進(jìn)行強(qiáng)制檢驗(yàn)，并規(guī)定可用路試或臺(tái)試檢驗(yàn)方法。在實(shí)際檢驗(yàn)中常采用臺(tái)試檢驗(yàn)方法。臺(tái)試檢驗(yàn)臺(tái)的計(jì)量溯源方式采用人工操作和靜態(tài)校準(zhǔn)的方法，僅對(duì)測(cè)力傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制裝置和測(cè)量機(jī)構(gòu)等的動(dòng)態(tài)性能得不到有效檢驗(yàn)。

為更真實(shí)地復(fù)現(xiàn)實(shí)際檢驗(yàn)過程，對(duì)臺(tái)試檢驗(yàn)臺(tái)的性能進(jìn)行更客觀的評(píng)估，本文設(shè)計(jì)一套無線傳輸?shù)臋C(jī)動(dòng)車動(dòng)態(tài)制動(dòng)性能校準(zhǔn)裝置；同時(shí)為便于計(jì)量人員操作，利用LabVIEW平臺(tái)編寫測(cè)量軟件，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)性能參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控及歷史曲線記錄等功能。

1 系統(tǒng)硬件

無線傳輸?shù)臋C(jī)動(dòng)車動(dòng)態(tài)制動(dòng)性能校準(zhǔn)裝置主要由車輪扭矩傳感器、無線測(cè)量傳輸模塊和工控主機(jī)組成，其工作流程如圖1所示。

圖1 機(jī)動(dòng)車動(dòng)態(tài)制動(dòng)性能校準(zhǔn)系統(tǒng)工作流程

1.1 車輪扭矩傳感器

車輪扭矩傳感器由外殼、應(yīng)變體、滾珠軸承、楔塊和法蘭等組成，安裝在車輪輪轂和車軸之間，實(shí)現(xiàn)連接和受力傳動(dòng)的功能。機(jī)動(dòng)車制動(dòng)工作時(shí)，制動(dòng)力通過車輪傳遞到車軸，并在車輪扭矩傳感器的應(yīng)變體上產(chǎn)生扭矩應(yīng)變，應(yīng)變值轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出到采集裝置，測(cè)量對(duì)應(yīng)的扭矩值。根據(jù)制動(dòng)力的檢測(cè)范圍，折算為扭矩參數(shù)的測(cè)量范圍為（0～2500）Nm，準(zhǔn)確度為±1%。車輪扭矩傳感器的軸心與車輪軸心同軸，只要同軸度不大于0.5 mm，即可保證車輪動(dòng)態(tài)受力測(cè)量的準(zhǔn)確性。車輪扭矩傳感器連接圖如圖2所示。

圖2 車輪扭矩傳感器連接圖

1.2 無線測(cè)量傳輸模塊

檢驗(yàn)過程中，車輪扭矩傳感器與車輪車軸一起旋轉(zhuǎn)，無法通過有線連接的方式輸出測(cè)量信號(hào)。本文設(shè)計(jì)無線測(cè)量傳輸模塊實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)車制動(dòng)性能參數(shù)的動(dòng)態(tài)檢驗(yàn)。

無線測(cè)量傳輸模塊安裝于車輪扭矩傳感器殼體表面，如圖2所示；主要由數(shù)據(jù)采集單元、無線遙測(cè)收發(fā)裝置、無線主機(jī)等組成[1]，如圖3所示。

圖3 無線測(cè)量傳輸模塊組成

無線遙測(cè)收發(fā)裝置采用無線方式把車輪扭矩傳感器的測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)發(fā)送到無線主機(jī)；無線主機(jī)通過RS-232通訊接口發(fā)送信號(hào)到工控主機(jī)；再通過工控主機(jī)及測(cè)量軟件顯示、記錄。為確保采集數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)性能及測(cè)量曲線準(zhǔn)確可靠，無線測(cè)量傳輸模塊的動(dòng)態(tài)采集頻率達(dá)100 Hz；同時(shí)數(shù)據(jù)采集單元具備A/D轉(zhuǎn)換功能，可將車輪扭矩傳感器的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)用于無線傳輸。

2 系統(tǒng)軟件

LabVIEW是一款圖形化設(shè)計(jì)平臺(tái)，集成了測(cè)量測(cè)試、控制和仿真等開發(fā)工具[2]。本文利用LabVIEW平臺(tái)搭建機(jī)動(dòng)車動(dòng)態(tài)制動(dòng)性能校準(zhǔn)系統(tǒng)的測(cè)量軟件。

2.1 測(cè)量軟件設(shè)計(jì)

機(jī)動(dòng)車動(dòng)態(tài)制動(dòng)性能校準(zhǔn)系統(tǒng)的測(cè)量軟件程序流程如圖4所示。為提高程序開發(fā)效率，將程序的每一個(gè)功能劃分為多個(gè)指令，一個(gè)功能即為一個(gè)指令集，如圖4（左）所示；并利用LabVIEW的隊(duì)列模塊，將程序設(shè)計(jì)為生產(chǎn)者-消費(fèi)者模式[3]，以此確保選擇每個(gè)功能時(shí)產(chǎn)生的指令集，能夠依次地被執(zhí)行完。

圖4 機(jī)動(dòng)車動(dòng)態(tài)制動(dòng)性能校準(zhǔn)系統(tǒng)的測(cè)量軟件程序流程

2.2 測(cè)量軟件功能

測(cè)量軟件具有通道設(shè)置、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示和最大值統(tǒng)計(jì)等功能。通道設(shè)置包括波特率、數(shù)據(jù)比特和奇偶校驗(yàn)等傳輸參數(shù)的設(shè)置，用于調(diào)節(jié)測(cè)量軟件的數(shù)據(jù)接收協(xié)議符合數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，保證數(shù)據(jù)正確接收。數(shù)據(jù)采集主要對(duì)4個(gè)端口（通道）的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，每個(gè)通道采集的波特率為115200B/s，即每秒采集115200×4位數(shù)據(jù)；另外，為提高數(shù)據(jù)處理速度，本文采用數(shù)據(jù)均衡化算法，將大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為小數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)顯示包括即時(shí)顯示和歷史曲線顯示，即時(shí)顯示用于分析瞬時(shí)值；歷史曲線顯示用于分析整體值。為便于數(shù)據(jù)的分析和記錄，測(cè)量軟件還具有最大值統(tǒng)計(jì)功能。

測(cè)量軟件采集數(shù)據(jù)時(shí)，由于采集的數(shù)據(jù)是二進(jìn)制的比特流，需轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)據(jù)。在LabVIEW中二進(jìn)制比特流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)據(jù)的過程如圖5所示。

圖5 LabVIEW中二進(jìn)制比特流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)據(jù)

由于端口的波特率設(shè)為115200 B/s，數(shù)據(jù)比特為8 bit，因此每秒采集了14400次數(shù)據(jù)。為減少誤差和更均衡地表現(xiàn)瞬時(shí)值，本測(cè)量軟件將14400次數(shù)據(jù)累加求均值作為該秒的瞬時(shí)值，LabVIEW中計(jì)算扭矩的均值和顯示扭矩波形圖如圖6所示。

圖6 LabVIEW中計(jì)算扭矩的均值和顯示扭矩波形圖

基于LabVIEW機(jī)動(dòng)車動(dòng)態(tài)制動(dòng)性能校準(zhǔn)系統(tǒng)的測(cè)量軟件界面如圖7所示。

圖7 機(jī)動(dòng)車動(dòng)態(tài)制動(dòng)性能校準(zhǔn)系統(tǒng)測(cè)量軟件界面

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

機(jī)動(dòng)車動(dòng)態(tài)制動(dòng)性能校準(zhǔn)系統(tǒng)的車輪扭矩傳感器測(cè)量范圍為（0～2500）Nm，可溯源至國家一級(jí)扭矩計(jì)量站的5000 Nm靜重式扭矩標(biāo)準(zhǔn)機(jī)。通過數(shù)據(jù)標(biāo)定，在相同的測(cè)量條件下，對(duì)基于LabVIEW機(jī)動(dòng)車制動(dòng)性能校準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表1可知：扭矩示值最大誤差為+0.4%，重復(fù)性為0.2%，優(yōu)于檢定規(guī)程±3%的要求[5]；同時(shí)大扭矩國家一級(jí)扭矩計(jì)量站校準(zhǔn)驗(yàn)證了左右2個(gè)車輪扭矩傳感器，并對(duì)每個(gè)車輪扭矩傳感器都實(shí)施順時(shí)針和逆時(shí)針的雙向測(cè)試。本裝置各量程段的最大示值誤差和重復(fù)性不超過1.0%，符合研制目標(biāo)的要求。

4 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了機(jī)動(dòng)車動(dòng)態(tài)制動(dòng)性能校準(zhǔn)裝置，利用車輪扭矩傳感器和無線測(cè)量傳輸模塊采集機(jī)動(dòng)車制動(dòng)動(dòng)態(tài)過程中的扭矩應(yīng)變值；經(jīng)數(shù)據(jù)采集單元轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；再利用無線方式將車輪扭矩傳感器的測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)發(fā)送到無線主機(jī)。本文基于LabVIEW平臺(tái)編寫測(cè)量軟件，通過數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示和最大值統(tǒng)計(jì)等功能實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)車動(dòng)態(tài)制動(dòng)性能參數(shù)的校準(zhǔn)。最后通過國家一級(jí)扭矩計(jì)量站校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了本系統(tǒng)示值誤差和重復(fù)性的準(zhǔn)確性。

[1] 呂俊蓉,王利恒.基于物聯(lián)網(wǎng)的恒溫恒濕箱的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀表,2021,36(5):32-36.

[2] 楊吉,李國銀,谷翠軍.基于LabVIEW的城軌車輛牽引設(shè)備低壓測(cè)試臺(tái)設(shè)計(jì)[J].鐵道機(jī)車車輛,2021,41(2):129-133.

[3] 張亮,安娜,毛劍琳.一種基于生產(chǎn)者-消費(fèi)者設(shè)計(jì)模式的綜合測(cè)試系統(tǒng)[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2021(4):71-73, 81.

[4] RM S P, Maddikunta P K R, Parimala M, et al. An effective feature engineering for DNN using hybrid PCA-GWO for intrusion detection in IoMT architecture[J]. Computer Communications, 2020,160:139-149.

[5] 全國法制計(jì)量管理計(jì)量技術(shù)委員會(huì).JJG 906-2015 滾筒反力式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)檢定規(guī)程[S].北京:中國質(zhì)檢出版社出版, 2016.

Dynamic Braking Performance Calibration System of Motor Vehicle Based on LABVIEW

Lin Feizhen

(Guangzhou Institute of Measurement and Testing Technology, Guangzhou 510663, China)

Braking performance is an important technical index for the safe operation of motor vehicles, which can be tested by road test or bench test. In view of the low inspection efficiency and accuracy of the traditional bench test method based on manual operation and calibration, a vehicle dynamic braking performance calibration system is designed by using LabVIEW platform to realize the automatic inspection and calibration of vehicle braking performance and improve the inspection efficiency and accuracy.

motor vehicle; braking performance; calibration system; LabVIEW

林飛振，男，1982年生，工程碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向：力學(xué)、機(jī)動(dòng)車計(jì)量測(cè)試和自動(dòng)化控制。E-mail：linfeizhen1314@163.com

TP271+.4

A

1674-2605(2021)04-0007-04

10.3969/j.issn.1674-2605.2021.04.007

基金項(xiàng)目：廣東省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局科技項(xiàng)目（2017CJ07）