關(guān)于汽車車速檢測裝置的改進(jìn)

祝賀

摘 要：出于對車輛運(yùn)行安全性的要求，出廠前需檢測指示車速是否在要求的范圍內(nèi)。目前的系統(tǒng)采用了人工判別的方式，檢測的結(jié)果可信度差。本文提出了連續(xù)采集車速并實(shí)時(shí)對比的檢測方法，替代傳統(tǒng)檢測方法，提高檢測可信度。

關(guān)鍵詞：車速檢測；設(shè)備改進(jìn)；測試方法

中圖分類號(hào)：TH862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-2550（2018）04-0092-04

Abstract： Considering the safety of the vehicle， it is necessary to check whether the indicated speed is within the required range before leaving the factory. The current system adopts the method of artificial discrimination， which results in poor reliability .In this paper ，the method of continuous acquisition of speed and real-time comparison is proposed to replace the traditional detection method and improve the reliability.

Key Words：The speed test； Improvement of equipment； test method

根據(jù)我國法規(guī)規(guī)定，車輛儀表上顯示的車速與實(shí)際車速的對比應(yīng)符合相應(yīng)的要求，所以在車輛出廠之前，我們會(huì)對車速進(jìn)行相應(yīng)的檢測，以確保出廠車輛的車速顯示在要求范圍內(nèi)。

1 現(xiàn)生產(chǎn)問題分析

現(xiàn)場檢測人員反映，當(dāng)前的檢測方式存在檢測精度低下，測量結(jié)果不準(zhǔn)確的問題。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查，了解到東風(fēng)商用車對車速的檢測方法如下：首先將待檢測車輛開到車速檢測臺(tái)上，操作者將車輛加速至第一采樣點(diǎn)40km/h，將車速穩(wěn)定在該速度下，手動(dòng)觸發(fā)車速采集信號(hào)，讀取轉(zhuǎn)速臺(tái)轉(zhuǎn)轂轉(zhuǎn)速，由于轉(zhuǎn)轂被車輪帶動(dòng)，故該信號(hào)可等效認(rèn)定為車輪線速度，即實(shí)際車速。然后降低車速直至靜止，重新加速至第二采樣點(diǎn)60km/h，將車速穩(wěn)定在該點(diǎn)后第二次觸發(fā)數(shù)據(jù)采集信號(hào)。如果讀取到的轉(zhuǎn)轂轉(zhuǎn)速在規(guī)定的世紀(jì)初范圍內(nèi)，視為車輛合格，否則不合格。通過調(diào)查，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)包括一汽、陜汽、重汽、北汽等幾家主流商用車生產(chǎn)廠家均采用上述方法進(jìn)行檢測。

通過對檢測過程進(jìn)行分析，總結(jié)出這種為多數(shù)生產(chǎn)商采用的方法存在以下弊端：

其一，準(zhǔn)確性低。導(dǎo)致檢測結(jié)果準(zhǔn)確性低的因素有以下幾個(gè)方面。1、采樣點(diǎn)以操作者肉眼看到的指示速度為準(zhǔn)，而人的視覺與實(shí)際顯示車速之間存在一定偏差；2、采樣信號(hào)由操作者手動(dòng)觸發(fā)，而觸發(fā)信號(hào)的時(shí)間相對于采樣點(diǎn)會(huì)有遲滯，導(dǎo)致轉(zhuǎn)轂速度讀取時(shí)相對應(yīng)的指示速度并非采樣點(diǎn)車速；3、由于操作者對油門的控制精度差，車速信號(hào)是不斷變化的量，使截取到采樣點(diǎn)對應(yīng)的轉(zhuǎn)轂速度的難度加大。以上三點(diǎn)，導(dǎo)致了人工檢測這種檢測方法的不準(zhǔn)確性。

其二，操作復(fù)雜。在該檢測過程中，操作者需要獨(dú)自完成車輛加減速、觀察指示速度值、采樣點(diǎn)處車速保持、觸發(fā)采樣信號(hào)等多項(xiàng)操作，工作量大，過程繁瑣。

其三，耗時(shí)較長。在檢測過程中，操作者不但需要在車速達(dá)到采樣點(diǎn)時(shí)將車速穩(wěn)定一段時(shí)間，而且要減速后重新加速測量，且每次只能測量一個(gè)采樣點(diǎn)的車速，效率低下，耗時(shí)較長。同時(shí)，效率低下也帶來了高油耗、高人工工時(shí)費(fèi)、高設(shè)備損耗等經(jīng)濟(jì)問題。

2 檢測方法改進(jìn)

基于以上問題，我們通過改進(jìn)檢測方法，設(shè)計(jì)了車速對比檢測系統(tǒng)，以解決以上問題。將電子信號(hào)的甄別與通訊代替人工對只是轉(zhuǎn)速信號(hào)的識(shí)別和數(shù)據(jù)采集信號(hào)的觸發(fā)，并將多個(gè)車速點(diǎn)設(shè)置為采樣點(diǎn)，提高檢測結(jié)果可信度。

由于儀表指示車速信號(hào)源為整車CAN網(wǎng)絡(luò)中的車速信號(hào)，故通過OBD接口采集整車網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行識(shí)別與過濾，獲取指示車速信號(hào)，同時(shí)從轉(zhuǎn)轂處采集轉(zhuǎn)轂速度，將兩者進(jìn)行對比。

為了簡化編程步驟，提高編程靈活性，整個(gè)系統(tǒng)利用圖形化編程，采用NI公司的LabView編程環(huán)境。（程序編寫過程參考[6]）兩路信號(hào)輸入分別為指示車速信號(hào)和轉(zhuǎn)轂速度信號(hào)，通過兩路USB接口接入PC，在程序中對這兩路信號(hào)進(jìn)行捕捉，并進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算對比。兩路信號(hào)輸入中，指示車速信號(hào)為CAN信號(hào)，通過CAN總線設(shè)備對該信號(hào)進(jìn)行采集處理（CAN通信部分程序設(shè)計(jì)參考參考資料[3]、[4]），該CAN卡有開放的DLL函數(shù)，可自行編寫程序讀取并解析數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)轂速度信號(hào)采用編碼器進(jìn)行采集，采集到的數(shù)據(jù)為脈沖形式，采用數(shù)據(jù)采集卡讀取編碼器傳送過來的脈沖信號(hào)。該模塊是專門針對增量型編碼器設(shè)計(jì)的，采用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)現(xiàn)場總線Modbus_RTU通訊協(xié)議，RS485接口，此模塊與電腦之間需要增加一個(gè)RS485轉(zhuǎn)USB模塊。（參考[2]）于是整個(gè)系統(tǒng)框圖如圖1所示：

3 改進(jìn)系統(tǒng)工作過程

整車網(wǎng)絡(luò)的通訊協(xié)議中，指示車速信號(hào)發(fā)送間隔為50ms，故采樣周期選為50ms。為了確保檢測準(zhǔn)確性，將轉(zhuǎn)轂速度采集頻率設(shè)置為指示車速的五倍，即采集間隔為10ms。（采樣速率參見文獻(xiàn)[1]中詳細(xì)說明）程序開始運(yùn)行后，兩路信號(hào)以各自的頻率進(jìn)行采集。當(dāng)車速加速到設(shè)定檢測區(qū)間下限時(shí)，進(jìn)入比對子程序，當(dāng)車速超出設(shè)定檢測區(qū)間上限或檢測到車輛車速顯示不符合法規(guī)規(guī)定時(shí)，退出比對子程序。比對子程序工作過程如下：將整車網(wǎng)絡(luò)中的車速信號(hào)采集并保存后，在下一個(gè)指示車速信號(hào)之前，將該時(shí)間區(qū)域內(nèi)獲取的所有轉(zhuǎn)轂速度值整理為數(shù)組。由于轉(zhuǎn)轂速度信號(hào)的采集速率為指示車速采集速率的五倍，所以每個(gè)指示車速值對應(yīng)五個(gè)轉(zhuǎn)轂速度值，即轉(zhuǎn)轂速度值整理所得數(shù)組有五個(gè)元素。根據(jù)《GB7258-2012機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》第四章第12條關(guān)于車速表指示誤差的規(guī)定：車速表指示車速與實(shí)際車速之間應(yīng)符合下列關(guān)系式

選取該數(shù)組的最大值和最小值，分別帶入法規(guī)給定公式進(jìn)行計(jì)算，若均符合法規(guī)要求，則進(jìn)行下一幀數(shù)據(jù)的采集與計(jì)算，若不符合規(guī)定，則被檢測車輛不合格，退出比對子程序。設(shè)定檢測區(qū)間可通過人機(jī)交互進(jìn)行人工設(shè)定。

相對于傳統(tǒng)的檢測方法，該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下：

a、準(zhǔn)確度高。由于比對信號(hào)由電信號(hào)觸發(fā)，一旦檢測到CAN網(wǎng)絡(luò)中的指示車速到達(dá)設(shè)定值，即刻觸發(fā)速度比對，而CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送周期極短，實(shí)現(xiàn)了車速的實(shí)時(shí)比對，多點(diǎn)采樣，檢測結(jié)果可信度高。

b、操作復(fù)雜性低。司機(jī)只需要?jiǎng)蚣铀僦磷罡邫z測車速，而將數(shù)據(jù)采集、觸發(fā)讀取信號(hào)的工作交給系統(tǒng)處理，使操作更加簡便。

c、節(jié)省時(shí)間。由于計(jì)算機(jī)可高速進(jìn)行大量計(jì)算，司機(jī)不需要反復(fù)加減速及穩(wěn)定車速，在加速過程中完成對比檢測，縮短了檢測時(shí)間，同時(shí)通過減少耗時(shí)降低了成本。

4 程序說明

該系統(tǒng)程序詳細(xì)說明框圖如下：

程序主體采用了生產(chǎn)者消費(fèi)者結(jié)構(gòu)。程序啟動(dòng)后，將會(huì)創(chuàng)建一個(gè)隊(duì)列，該隊(duì)列是一個(gè)先進(jìn)先出的FIFO，在生產(chǎn)者線程中，往FIFO塞入數(shù)據(jù)，在消費(fèi)者線程中，會(huì)從FIFO取出數(shù)據(jù)。

生產(chǎn)者線程主要實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集功能以及大部分的界面交互功能。開啟采集之前需要打開硬件驅(qū)動(dòng)的句柄，若打開失敗則不會(huì)進(jìn)入采集子程序；打開成功后，程序每隔10ms觸發(fā)一次采集，采集到的輪轂線速度與儀表速度值一起打包放入隊(duì)列中。期間，若程序捕獲到出錯(cuò)信息，將會(huì)記錄該信息并清除錯(cuò)誤。

消費(fèi)者線程實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的處理以及存儲(chǔ)。當(dāng)隊(duì)列里元素個(gè)數(shù)不為0時(shí)，取出數(shù)據(jù)，若當(dāng)前數(shù)據(jù)在所設(shè)定比對值區(qū)間，則開始進(jìn)行數(shù)據(jù)比對并將比對結(jié)果以及數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)文件中。

5 驗(yàn)證與結(jié)論

經(jīng)過現(xiàn)場檢測，得到如下的數(shù)據(jù)，其中左側(cè)一列為CAN網(wǎng)絡(luò)讀取到的顯示車速，右邊一列為傳感器測得的實(shí)際車速。通過手工帶入公式一計(jì)算發(fā)現(xiàn)，這兩組數(shù)據(jù)完全合格，系統(tǒng)對該組數(shù)據(jù)判定為合格，與目的結(jié)果相一致。經(jīng)過多次試驗(yàn)檢測，沒有出現(xiàn)轉(zhuǎn)速讀取異常、誤判等現(xiàn)象，該系統(tǒng)具有很高的可靠性。

改進(jìn)后測試系統(tǒng)框圖通過對該項(xiàng)改進(jìn)的效果進(jìn)行跟蹤調(diào)查與經(jīng)濟(jì)核算，發(fā)現(xiàn)出廠車輛的車速及可檢測準(zhǔn)確率大大提高，且降低成本達(dá)259350元。

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