林飛振

開發(fā)設(shè)計

基于LabVIEW的機動車動態(tài)制動性能校準系統(tǒng)*

林飛振

（廣州計量檢測技術(shù)研究院，廣東 廣州 510663）

制動性能是機動車安全運行的一項重要技術(shù)指標，可采用路試或臺試檢驗方法。針對傳統(tǒng)的臺試檢驗方法基于人工操作和校準，檢驗效率和準確率較低的問題，利用LabVIEW平臺設(shè)計一種機動車動態(tài)制動性能校準系統(tǒng)，實現(xiàn)機動車制動性能的自動化檢驗和校準，提高檢驗效率和準確率。

機動車；制動性能；校準系統(tǒng)；LabVIEW

0 引言

國家標準GB7258—2017《機動車運行安全技術(shù)條件》要求對機動車的制動性能進行強制檢驗，并規(guī)定可用路試或臺試檢驗方法。在實際檢驗中常采用臺試檢驗方法。臺試檢驗臺的計量溯源方式采用人工操作和靜態(tài)校準的方法，僅對測力傳感器進行校準，傳動機構(gòu)、控制裝置和測量機構(gòu)等的動態(tài)性能得不到有效檢驗。

為更真實地復現(xiàn)實際檢驗過程，對臺試檢驗臺的性能進行更客觀的評估，本文設(shè)計一套無線傳輸?shù)臋C動車動態(tài)制動性能校準裝置；同時為便于計量人員操作，利用LabVIEW平臺編寫測量軟件，實現(xiàn)制動性能參數(shù)的實時監(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動車動態(tài)制動性能校準裝置主要由車輪扭矩傳感器、無線測量傳輸模塊和工控主機組成，其工作流程如圖1所示。

圖1 機動車動態(tài)制動性能校準系統(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，實現(xiàn)連接和受力傳動的功能。機動車制動工作時，制動力通過車輪傳遞到車軸，并在車輪扭矩傳感器的應變體上產(chǎn)生扭矩應變，應變值轉(zhuǎn)換成電信號輸出到采集裝置，測量對應的扭矩值。根據(jù)制動力的檢測范圍，折算為扭矩參數(shù)的測量范圍為（0～2500）Nm，準確度為±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，即可保證車輪動態(tài)受力測量的準確性。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 無線測量傳輸模塊

檢驗過程中，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量信號。本文設(shè)計無線測量傳輸模塊實現(xiàn)機動車制動性能參數(shù)的動態(tài)檢驗。

無線測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、無線遙測收發(fā)裝置、無線主機等組成[1]，如圖3所示。

圖3 無線測量傳輸模塊組成

無線遙測收發(fā)裝置采用無線方式把車輪扭矩傳感器的測量結(jié)果實時發(fā)送到無線主機；無線主機通過RS-232通訊接口發(fā)送信號到工控主機；再通過工控主機及測量軟件顯示、記錄。為確保采集數(shù)據(jù)的動態(tài)性能及測量曲線準確可靠，無線測量傳輸模塊的動態(tài)采集頻率達100 Hz；同時數(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轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號用于無線傳輸。

2 系統(tǒng)軟件

LabVIEW是一款圖形化設(shè)計平臺，集成了測量測試、控制和仿真等開發(fā)工具[2]。本文利用LabVIEW平臺搭建機動車動態(tài)制動性能校準系統(tǒng)的測量軟件。

2.1 測量軟件設(shè)計

機動車動態(tài)制動性能校準系統(tǒng)的測量軟件程序流程如圖4所示。為提高程序開發(fā)效率，將程序的每一個功能劃分為多個指令，一個功能即為一個指令集，如圖4（左）所示；并利用LabVIEW的隊列模塊，將程序設(shè)計為生產(chǎn)者-消費者模式[3]，以此確保選擇每個功能時產(chǎn)生的指令集，能夠依次地被執(zhí)行完。

圖4 機動車動態(tài)制動性能校準系統(tǒng)的測量軟件程序流程

2.2 測量軟件功能

測量軟件具有通道設(shè)置、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示和最大值統(tǒng)計等功能。通道設(shè)置包括波特率、數(shù)據(jù)比特和奇偶校驗等傳輸參數(shù)的設(shè)置，用于調(diào)節(jié)測量軟件的數(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4個端口（通道）的數(shù)據(jù)進行采集，每個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)進行處理。數(shù)據(jù)顯示包括即時顯示和歷史曲線顯示，即時顯示用于分析瞬時值；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，測量軟件還具有最大值統(tǒng)計功能。

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

圖5 LabVIEW中二進制比特流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進制數(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)瞬時值，本測量軟件將14400次數(shù)據(jù)累加求均值作為該秒的瞬時值，LabVIEW中計算扭矩的均值和顯示扭矩波形圖如圖6所示。

圖6 LabVIEW中計算扭矩的均值和顯示扭矩波形圖

基于LabVIEW機動車動態(tài)制動性能校準系統(tǒng)的測量軟件界面如圖7所示。

圖7 機動車動態(tài)制動性能校準系統(tǒng)測量軟件界面

3 實驗測試

機動車動態(tài)制動性能校準系統(tǒng)的車輪扭矩傳感器測量范圍為（0～2500）Nm，可溯源至國家一級扭矩計量站的5000 Nm靜重式扭矩標準機。通過數(shù)據(jù)標定，在相同的測量條件下，對基于LabVIEW機動車制動性能校準系統(tǒng)進行重復性實驗，結(jié)果如表1所示。

表1 實驗結(jié)果

由表1可知：扭矩示值最大誤差為+0.4%，重復性為0.2%，優(yōu)于檢定規(guī)程±3%的要求[5]；同時大扭矩國家一級扭矩計量站校準驗證了左右2個車輪扭矩傳感器，并對每個車輪扭矩傳感器都實施順時針和逆時針的雙向測試。本裝置各量程段的最大示值誤差和重復性不超過1.0%，符合研制目標的要求。

4 總結(jié)

本文設(shè)計了機動車動態(tài)制動性能校準裝置，利用車輪扭矩傳感器和無線測量傳輸模塊采集機動車制動動態(tài)過程中的扭矩應變值；經(jīng)數(shù)據(jù)采集單元轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；再利用無線方式將車輪扭矩傳感器的測量結(jié)果實時發(fā)送到無線主機。本文基于LabVIEW平臺編寫測量軟件，通過數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示和最大值統(tǒng)計等功能實現(xiàn)機動車動態(tài)制動性能參數(shù)的校準。最后通過國家一級扭矩計量站校準實驗，驗證了本系統(tǒng)示值誤差和重復性的準確性。

[1] 呂俊蓉,王利恒.基于物聯(lián)網(wǎng)的恒溫恒濕箱的遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化與儀表,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)備低壓測試臺設(shè)計[J].鐵道機車車輛,2021,41(2):129-133.

[3] 張亮,安娜,毛劍琳.一種基于生產(chǎn)者-消費者設(shè)計模式的綜合測試系統(tǒng)[J].自動化與儀器儀表,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] 全國法制計量管理計量技術(shù)委員會.JJG 906-2015 滾筒反力式制動檢驗臺檢定規(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，高級工程師，主要研究方向：力學、機動車計量測試和自動化控制。E-mail：linfeizhen1314@163.com

TP271+.4

A

1674-2605(2021)04-0007-04

10.3969/j.issn.1674-2605.2021.04.007

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