內(nèi)嵌電子陀螺儀的便攜式制動(dòng)性能測(cè)試儀及測(cè)試方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種內(nèi)嵌電子陀螺儀的便攜式制動(dòng)性能測(cè)試儀及測(cè)試方法，包括電子陀螺儀、三軸加速度傳感器、ARM處理器、GPS衛(wèi)星定位傳感器、踏板力傳感器、大容量存貯器，電子陀螺儀、三軸加速度傳感器、踏板力傳感器、GPS衛(wèi)星定位傳感器分別與ARM處理器相連，并通過(guò)ARM處理器內(nèi)的高速多路A/D轉(zhuǎn)換器，用于采集機(jī)動(dòng)車制動(dòng)過(guò)程的姿態(tài)、制動(dòng)減速度、制動(dòng)踏板力的高速數(shù)據(jù)和對(duì)機(jī)動(dòng)車車速測(cè)量數(shù)據(jù)；ARM處理器連接大容量存貯器，用于存貯將每個(gè)時(shí)間點(diǎn)采集的三軸加速度數(shù)據(jù)，計(jì)算出車輛當(dāng)前的制動(dòng)加速度，通過(guò)電子陀螺儀的數(shù)據(jù)，還原車輛在水平狀態(tài)下的減速度，從而獲得準(zhǔn)確的充分發(fā)出的平均減速度、制動(dòng)初速度、制動(dòng)距離、協(xié)調(diào)時(shí)間。
【專利說(shuō)明】?jī)?nèi)嵌電子陀螺儀的便攜式制動(dòng)性能測(cè)試儀及測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種交通事故勘查和車輛制動(dòng)性能測(cè)試的儀器及測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展大力推動(dòng)汽車行業(yè)的發(fā)展，機(jī)動(dòng)汽車作為一種交通運(yùn)輸工具，其制動(dòng)性能的優(yōu)劣是影響行車安全的重要因素之一。GB7258-2012《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》對(duì)測(cè)試制動(dòng)性能參數(shù)，充分發(fā)出的減速度(MFDD)，制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間，制動(dòng)初速度，制動(dòng)距離，踏板力，車速表等提出了新的要求，為此需提高對(duì)上述參數(shù)的測(cè)量準(zhǔn)確度，以滿足新國(guó)標(biāo)的要求。機(jī)動(dòng)車在制動(dòng)過(guò)程中由于有懸掛系統(tǒng)使得機(jī)動(dòng)車在制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生前傾，頭部向下尾部向上，使制動(dòng)時(shí)加速度傳感器上迭加有重力加速度度的分量，不能正確反映其制動(dòng)減速度，稱其為“點(diǎn)頭”效應(yīng)。原有的便攜式制動(dòng)性能測(cè)試儀一般采用經(jīng)驗(yàn)修正方法，依據(jù)不同車型及制動(dòng)強(qiáng)度等經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)制動(dòng)“點(diǎn)頭”作用進(jìn)行修正。此方法雖然能提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，但不能完全修正“點(diǎn)頭”作用的影響。因此，需要采用一種內(nèi)嵌電子陀螺儀的便攜式制動(dòng)性能測(cè)試儀通過(guò)電子陀螺儀測(cè)量其“點(diǎn)頭”作用角，對(duì)制動(dòng)減速度數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，從而得到更為準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是要提供一種能精確測(cè)量機(jī)動(dòng)車充分發(fā)出的減速度(MFDD)，制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間，制動(dòng)初速度，制動(dòng)距離，踏板力的內(nèi)嵌電子陀螺儀的便攜式制動(dòng)性能測(cè)試儀及測(cè)試方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種內(nèi)嵌電子陀螺儀的便攜式制動(dòng)性能測(cè)試儀，包括電子陀螺儀、三軸加速度傳感器、ARM處理器、GPS衛(wèi)星定位傳感器、踏板力傳感器、MicroSD大容量存貯器，其特征在于:所述的電子陀螺儀、三軸加速度傳感器、踏板力傳感器、GPS衛(wèi)星定位傳感器分別與ARM處理器相連，并通過(guò)ARM處理器內(nèi)的高速多路A/D轉(zhuǎn)換器，用于采集機(jī)動(dòng)車制動(dòng)過(guò)程的姿態(tài)、制動(dòng)減速度、制動(dòng)踏板力的高速數(shù)據(jù)和對(duì)機(jī)動(dòng)車車速測(cè)量數(shù)據(jù)；ARM處理器連接大容量存貯器，用于存貯將每個(gè)時(shí)間點(diǎn)采集的三軸加速度數(shù)據(jù)，計(jì)算出車輛當(dāng)前的制動(dòng)加速度，通過(guò)電子陀螺儀的數(shù)據(jù)，還原車輛在水平狀態(tài)下的減速度，從而獲得準(zhǔn)確的充分發(fā)出的平均減速度、制動(dòng)初速度、制動(dòng)距離、協(xié)調(diào)時(shí)間。
[0005]加速度傳感器內(nèi)置溫度傳感器，用于測(cè)量加速度傳感器的溫度，并修正溫度變化時(shí)加速度傳感器的測(cè)量值。ARM處理器通過(guò)紅外通訊系統(tǒng)連接便攜式紅外無(wú)線打印機(jī)，用于事故現(xiàn)場(chǎng)打印測(cè)試結(jié)果。ARM處理器通過(guò)Zigbee無(wú)線通訊系統(tǒng)或全功能USB2.0接口連接計(jì)算機(jī)，用于將測(cè)量結(jié)果傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。
[0006]一種采用內(nèi)嵌電子陀螺儀的便攜式制動(dòng)性能測(cè)試儀對(duì)機(jī)動(dòng)車制動(dòng)進(jìn)行測(cè)試的方法，具體步驟是:
O測(cè)試計(jì)算真實(shí)的制動(dòng)減速度
(I)由三軸加速度傳感器測(cè)得的制動(dòng)減速度由下式得到:a2iW①
式(I)中a為三軸加速度傳感器測(cè)得的制動(dòng)減速度，X為X軸測(cè)量的制動(dòng)減速度，y為Y軸測(cè)量的制動(dòng)減速度，z為Z軸測(cè)量的制動(dòng)減速度；(2)用電子陀螺儀測(cè)量制動(dòng)減速度與真實(shí)的減速度之間的一個(gè)“點(diǎn)頭”角，采用等時(shí)間間隔的采樣方法測(cè)得某時(shí)刻的“點(diǎn)頭”角Θ，其定義為三軸傳感器X、Y軸平面與機(jī)動(dòng)車前進(jìn)水平方向的夾角，此時(shí)其真實(shí)的制動(dòng)減速度由下式得到:
(a_g*sin ( Θ )) /cos ( θ )(2)
式中，g為重力加速度，B1為真實(shí)的機(jī)動(dòng)車前進(jìn)水平方向的制動(dòng)減速度，a為式(I)中得到的制動(dòng)減速度，Θ為當(dāng)前時(shí)刻的“點(diǎn)頭”角，k為車型系數(shù)，依據(jù)不同的車型其值在
0.9^1.0之間，通過(guò)式(2)獲得制動(dòng)過(guò)程的真實(shí)的制動(dòng)減速度數(shù)組；
2)通過(guò)制動(dòng)減速度對(duì)時(shí)間的積分計(jì)算出機(jī)動(dòng)車的速度、距離過(guò)程數(shù)據(jù)，再依據(jù)GB7258-2012標(biāo)準(zhǔn)中的MFDD計(jì)算公式計(jì)算出MFDD、協(xié)調(diào)時(shí)間。
[0007]在制動(dòng)模式下，ARM處理器接收到制動(dòng)踏板開(kāi)關(guān)信號(hào)或檢測(cè)到制動(dòng)踏板力超過(guò)設(shè)定值后，開(kāi)始對(duì)三軸加速度及電子陀螺儀信號(hào)以及踏板力進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并存入MiCToSD大容量存貯器，計(jì)算出充分發(fā)出的平均減速度、制動(dòng)初速度、制動(dòng)距離、制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間，最大踏板力參數(shù)，并將測(cè)試結(jié)果進(jìn)行存貯。
[0008]在車速測(cè)量模式下，ARM處理器連續(xù)采集GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的當(dāng)前速度，接收到制動(dòng)踏板開(kāi)關(guān)信號(hào)時(shí)獲取GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)當(dāng)前速度，并與車輛車速表進(jìn)行比較，計(jì)算出誤差并給予結(jié)論，測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行存貯。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明通過(guò)MEMS電子陀螺儀及三軸MEMS加速度傳感器對(duì)機(jī)動(dòng)車制動(dòng)過(guò)程的姿態(tài)、制動(dòng)減速度、制動(dòng)踏板力進(jìn)行高速數(shù)據(jù)采集，采用大容量存貯器進(jìn)行記錄。通過(guò)對(duì)機(jī)動(dòng)車姿態(tài)的還原來(lái)修正車身傾斜及路面的影響，以消除車身的傾斜帶來(lái)的加速度測(cè)量誤差，從而提高測(cè)試準(zhǔn)確度。內(nèi)置的溫度傳感器測(cè)量加速度傳感器的溫度，用于修正溫度變化對(duì)加速度傳感器測(cè)量值的影響。紅外通訊系統(tǒng)用于連接便攜式紅外無(wú)線打印機(jī)，可在事故現(xiàn)場(chǎng)打印測(cè)試結(jié)果。可通過(guò)GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)計(jì)算出機(jī)動(dòng)車的車速并與車速表比較，計(jì)算出車速誤差。Zigbee無(wú)線通訊系統(tǒng)、全功能USB2.0接口用于將測(cè)量結(jié)果傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明的內(nèi)嵌電子陀螺儀式制動(dòng)性能測(cè)試儀的信號(hào)處理單元原理框圖；
圖2是本發(fā)明的內(nèi)嵌電子陀螺儀式制動(dòng)性能測(cè)試儀的外形結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0012]如圖1，2所示，一種內(nèi)嵌電子陀螺儀的便攜式制動(dòng)性能測(cè)試儀，包括三軸MEMS加速度傳感器、MEMS電子陀螺儀、ARM處理器、GPS衛(wèi)星定位傳感器、踏板力傳感器、觸摸屏顯示器、Zigbee無(wú)線通訊模塊、紅外通訊、全功能USB2.0接口、MicroSD大容量存貯器、制動(dòng)踏板開(kāi)關(guān)、溫度傳感器。
[0013]電子陀螺儀、三軸加速度傳感器、踏板力傳感器、GPS衛(wèi)星定位傳感器分別與ARM處理器相連，并通過(guò)ARM處理器內(nèi)的高速多路A/D轉(zhuǎn)換器，用于采集機(jī)動(dòng)車制動(dòng)過(guò)程的姿態(tài)、制動(dòng)減速度、制動(dòng)踏板力的高速數(shù)據(jù)和對(duì)機(jī)動(dòng)車車速測(cè)量數(shù)據(jù)；ARM處理器連接大容量存貯器，用于存貯將每個(gè)時(shí)間點(diǎn)采集的三軸加速度數(shù)據(jù)，計(jì)算出車輛當(dāng)前的制動(dòng)加速度，通過(guò)電子陀螺儀的數(shù)據(jù)，還原車輛在水平狀態(tài)下的減速度，從而獲得準(zhǔn)確的充分發(fā)出的平均減速度、制動(dòng)初速度、制動(dòng)距離、協(xié)調(diào)時(shí)間。
[0014]通過(guò)MEMS電子陀螺儀及三軸MEMS加速度傳感器對(duì)機(jī)動(dòng)車制動(dòng)過(guò)程的姿態(tài)、制動(dòng)減速度、制動(dòng)踏板力進(jìn)行高速數(shù)據(jù)采集，采用MicroSD卡大容量存貯器進(jìn)行記錄。
[0015]ARM處理器內(nèi)置多通道高速A/D轉(zhuǎn)換器可同時(shí)處理16路模擬量數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換速率可達(dá)lMsps，由于加速度傳感器的零點(diǎn)輸出隨溫度的變化而變化可引起測(cè)量誤差，因此通過(guò)溫度傳感器對(duì)加速度傳感器的輸出作溫度補(bǔ)償。車輛在緊急制動(dòng)過(guò)程中，由于車身的減震系統(tǒng)造成“點(diǎn)頭”作用，頭部下沉，其車身不能保持水平，同樣安裝在車輛上的三軸加速度傳感器也不能保持水平，必定產(chǎn)生一個(gè)與水平方向的夾角。根據(jù)每個(gè)時(shí)間點(diǎn)采集的三軸加速度數(shù)據(jù)，計(jì)算出車輛當(dāng)前的制動(dòng)加速度，通過(guò)電子陀螺儀的數(shù)據(jù)，還原車輛在水平狀態(tài)下的減速度，從而獲得準(zhǔn)確的充分發(fā)出的平均減速度、制動(dòng)初速度、制動(dòng)距離、協(xié)調(diào)時(shí)間。
[0016]一種采用內(nèi)嵌電子陀螺儀的便攜式制動(dòng)性能測(cè)試儀的測(cè)試方法，
三軸加速度傳感器測(cè)得的制動(dòng)減速度由下式得到:
a2=x2+y2+z2 (I)
式(I)中a為三軸加速度傳感器測(cè)得的制動(dòng)減速度，X為X軸測(cè)量的制動(dòng)減速度，y為Y軸測(cè)量的制動(dòng)減速度，z為Z軸測(cè)量的制動(dòng)減速度。由于機(jī)動(dòng)車“點(diǎn)頭”的作用，在測(cè)試過(guò)程中測(cè)得的制動(dòng)減速度與真實(shí)的減速度之間有一個(gè)“點(diǎn)頭”角，需用電子陀螺儀進(jìn)行測(cè)量。采用等時(shí)間間隔的采樣方法測(cè)得某時(shí)刻的“點(diǎn)頭”角Θ，其定義為三軸傳感器X、Y軸平面與機(jī)動(dòng)車前進(jìn)水平方向的夾角，此時(shí)其真實(shí)的制動(dòng)減速度由下式得到:a^k* (a_g*sin ( Θ )) /cos ( θ ) (2)
式中，g為重力加速度，B1為真實(shí)的機(jī)動(dòng)車前進(jìn)水平方向的制動(dòng)減速度，a為式(I)中得到的制動(dòng)減速度，Θ為當(dāng)前時(shí)刻的“點(diǎn)頭”角，k為車型系數(shù)，依據(jù)不同的車型其值在
0.fl.0之間。通常情況下Θ角小于10度。通過(guò)式(2)獲得制動(dòng)過(guò)程的制動(dòng)減速度數(shù)組，通過(guò)制動(dòng)減速度對(duì)時(shí)間的積分可計(jì)算出機(jī)動(dòng)車的速度、距離等過(guò)程數(shù)據(jù)，再依據(jù)GB7258-2012標(biāo)準(zhǔn)中的MFDD計(jì)算公式可計(jì)算出MFDD、協(xié)調(diào)時(shí)間。
[0017]在制動(dòng)模式下，ARM處理器接收到制動(dòng)踏板開(kāi)關(guān)信號(hào)或檢測(cè)到制動(dòng)踏板力超過(guò)設(shè)定值即開(kāi)始對(duì)三軸加速度及電子陀螺儀信號(hào)以及踏板力進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并存入MiCToSD大容量存貯器，根據(jù)計(jì)算公式計(jì)算出充分發(fā)出的平均減速度、制動(dòng)初速度、制動(dòng)距離、制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間，最大踏板力(連接踏板力傳感器，僅對(duì)液壓制動(dòng)類機(jī)動(dòng)車使用)等參數(shù)，并將測(cè)試結(jié)果進(jìn)行存貯。
[0018]在車速測(cè)量模式下，ARM處理器連續(xù)采集GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的當(dāng)前速度。接收到制動(dòng)踏板開(kāi)關(guān)信號(hào)時(shí)獲取GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)當(dāng)前速度，并與車輛車速表進(jìn)行比較，計(jì)算出誤差并給予結(jié)論，測(cè)試的結(jié)果可進(jìn)行存貯。
[0019]儀器采用大屏幕觸摸屏顯示屏，內(nèi)置MCU，極大提高顯示速度，操作簡(jiǎn)單、方便、直觀，可直接顯示測(cè)試結(jié)果及測(cè)試曲線。所有測(cè)量的結(jié)果可通過(guò)Zigbee無(wú)線通訊系統(tǒng)、USB接口將數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī)，也可使用紅外通訊通過(guò)便攜式紅外打印機(jī)打印結(jié)果。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)嵌電子陀螺儀的便攜式制動(dòng)性能測(cè)試儀，包括電子陀螺儀、三軸加速度傳感器、ARM處理器、GPS衛(wèi)星定位傳感器、踏板力傳感器、MicroSD大容量存貯器，其特征在于:所述的電子陀螺儀、三軸加速度傳感器、踏板力傳感器、GPS衛(wèi)星定位傳感器分別與ARM處理器相連，并通過(guò)ARM處理器內(nèi)的高速多路A/D轉(zhuǎn)換器，用于采集機(jī)動(dòng)車制動(dòng)過(guò)程的姿態(tài)、制動(dòng)減速度、制動(dòng)踏板力的高速數(shù)據(jù)和對(duì)機(jī)動(dòng)車車速測(cè)量數(shù)據(jù)；ARM處理器連接大容量存貯器，用于存貯將每個(gè)時(shí)間點(diǎn)采集的三軸加速度數(shù)據(jù)，計(jì)算出車輛當(dāng)前的制動(dòng)加速度，通過(guò)電子陀螺儀的數(shù)據(jù)，還原車輛在水平狀態(tài)下的減速度，從而獲得準(zhǔn)確的充分發(fā)出的平均減速度、制動(dòng)初速度、制動(dòng)距離、協(xié)調(diào)時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)嵌電子陀螺儀的便攜式制動(dòng)性能測(cè)試儀，其特征在于:所述的加速度傳感器內(nèi)置溫度傳感器，用于測(cè)量加速度傳感器的溫度，并修正溫度變化時(shí)加速度傳感器的測(cè)量值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)嵌電子陀螺儀的便攜式制動(dòng)性能測(cè)試儀，其特征在于:所述的ARM處理器通過(guò)紅外通訊系統(tǒng)連接便攜式紅外無(wú)線打印機(jī)，用于事故現(xiàn)場(chǎng)打印測(cè)試結(jié)果O
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)嵌電子陀螺儀的便攜式制動(dòng)性能測(cè)試儀，其特征在于，所述的ARM處理器通過(guò)Zigbee無(wú)線通訊系統(tǒng)或全功能USB2.0接口連接計(jì)算機(jī)，用于將測(cè)量結(jié)果傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。
5.一種采用如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的內(nèi)嵌電子陀螺儀的便攜式制動(dòng)性能測(cè)試儀對(duì)機(jī)動(dòng)車制動(dòng)進(jìn)行測(cè)試的方法，其特征在于，具體步驟是: O測(cè)試計(jì)算真實(shí)的制動(dòng)減速 度 (1)由三軸加速度傳感器測(cè)得的制動(dòng)減速度由下式得到:
a2=x2+y2+z2 (I) 式(I)中a為三軸加速度傳感器測(cè)得的制動(dòng)減速度，X為X軸測(cè)量的制動(dòng)減速度，y為Y軸測(cè)量的制動(dòng)減速度，z為Z軸測(cè)量的制動(dòng)減速度； (2)用電子陀螺儀測(cè)量制動(dòng)減速度與真實(shí)的減速度之間的一個(gè)“點(diǎn)頭”角，采用等時(shí)間間隔的采樣方法測(cè)得某時(shí)刻的“點(diǎn)頭”角Θ，其定義為三軸傳感器X、Y軸平面與機(jī)動(dòng)車前進(jìn)水平方向的夾角，此時(shí)其真實(shí)的制動(dòng)減速度由下式得到:
apk* (a_g*sin ( Θ )) /cos ( θ )⑵ 式中，g為重力加速度，B1為真實(shí)的機(jī)動(dòng)車前進(jìn)水平方向的制動(dòng)減速度，a為式(I)中得到的制動(dòng)減速度，Θ為當(dāng)前時(shí)刻的“點(diǎn)頭”角，k為車型系數(shù)，依據(jù)不同的車型其值在0.9^1.0之間，通過(guò)式(2)獲得制動(dòng)過(guò)程的真實(shí)的制動(dòng)減速度數(shù)組； 2)通過(guò)制動(dòng)減速度對(duì)時(shí)間的積分計(jì)算出機(jī)動(dòng)車的速度、距離過(guò)程數(shù)據(jù)，再依據(jù)GB7258-2012標(biāo)準(zhǔn)中的MFDD計(jì)算公式計(jì)算出MFDD、協(xié)調(diào)時(shí)間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)試方法，其特征在于:在制動(dòng)模式下，ARM處理器接收到制動(dòng)踏板開(kāi)關(guān)信號(hào)或檢測(cè)到制動(dòng)踏板力超過(guò)設(shè)定值后，開(kāi)始對(duì)三軸加速度及電子陀螺儀信號(hào)以及踏板力進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并存入MicroSD大容量存貯器，計(jì)算出充分發(fā)出的平均減速度、制動(dòng)初速度、制動(dòng)距離、制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間，最大踏板力參數(shù)，并將測(cè)試結(jié)果進(jìn)行存貯。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)試方法，其特征在于:在車速測(cè)量模式下，ARM處理器連續(xù)采集GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的當(dāng)前速度，接收到制動(dòng)踏板開(kāi)關(guān)信號(hào)時(shí)獲取GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)當(dāng)前速度，并與車輛 車速表進(jìn)行比較，計(jì)算出誤差并給予結(jié)論，測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行存貯。
【文檔編號(hào)】G01M17/007GK103792096SQ201410068154
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月27日
【發(fā)明者】蔣宇晨, 徐弢, 高文翔, 黃海, 王佳瑋, 閔睿 申請(qǐng)人:上海西派埃自動(dòng)化儀表工程有限責(zé)任公司