汽車制動試驗臺數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)研制--畢業(yè)論文.doc

I I 摘摘 要要 本文主要研究內(nèi)容是汽車檢測線制動工位測控系統(tǒng)的研制。GB7258 2007機動車運行安全技術(shù)條件中對汽車制動系統(tǒng)提出了主要技術(shù)條件,規(guī)定 了臺式檢驗制動性能的檢測項目及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)要求設(shè)計了總體方案，根據(jù) 檢測實際環(huán)境和技術(shù)要求具體設(shè)計了系統(tǒng)硬件和軟件。 首先，在確立了對汽車制動性能參量檢測及控制的總體方案后，根據(jù)各個 參量的特點設(shè)計了硬件檢測電路。第二部分對軟、硬件的可靠性設(shè)計、抗干擾 措施等方面進(jìn)行了研究。第三部分研究了本系統(tǒng)所采用的數(shù)據(jù)處理方法。包括 FIR 數(shù)字濾波算法。最后一部分對制動力測控系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)試和性能試驗， 用前面提到的數(shù)據(jù)處理方法處理實驗數(shù)據(jù)結(jié)果達(dá)到預(yù)期要求。 關(guān)鍵詞： 汽車制動性 測控檢測系統(tǒng)抗干擾 數(shù)字濾波 FIR ABSTRACT This thesis designs automobile braking performance inspecting and control system. Some primary technical qualification of automobile braking has been brought forward in .inspecting item and correlate criterion of table inspection braking performance has been prescripted in it. The hardware and software are designed according to practical need. In order to restrain the noise, the design of hardware anti-interference and digital filter is necessary. Firstly, establishing the blue print of auto braking performance inspecting and control system the hardware has been designed according to the characteristic of the parameter. The second part is the software and hardware reliability and anti-jamming has been researched. The third part is about data processing method including digital filtering arithmetic and data synthesizing technical, such as FIR digital filtering. In the last part, we did some system debug and performance test to braking inspecting system. According to the data gained by using the technical we said just now . Key Words：automobile braking performance inspecting system digital filtering Finite Impulse Response I I 目目 錄錄 第一章第一章 緒緒 論論1 1.1 本課題研究的目的及意義 1 1.2 本課題研究的主要內(nèi)容 1 第二章第二章 制動試驗臺檢測系統(tǒng)的設(shè)計制動試驗臺檢測系統(tǒng)的設(shè)計2 2.1 檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、原理及方案 2 2.1.1 制動工作試驗臺的工作原理 .2 2.1.2 汽車制動性能檢測相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)3 2.2 設(shè)計方案3 2.3 輸入模塊的設(shè)計 4 2.3.1 力傳感器信號處理電路4 2.3.2 速度傳感器信號處理電路7 2.4 輸出模塊設(shè)計11 2.5 系統(tǒng)軟件設(shè)計 11 第三章第三章 系統(tǒng)抗干擾設(shè)計系統(tǒng)抗干擾設(shè)計14 3.1 干擾的形成 14 3.1.1 干擾源14 3.1.2 耦合方式14 3.2 硬件抗干擾措施 14 3.2.1 供電系統(tǒng)的抗干擾措施14 3.2.2 接地系統(tǒng)的抗干擾措施15 3.2.3 針對電磁場耦合及輻射干擾而采取的措施15 3.2.4 接口電路的抗干擾措施.15 3.3 用軟件消除干擾的方法 16 3.3.1 軟件抗干擾的提出16 3.3.2 軟件抗干擾的特點16 3.3.3 設(shè)計合適的數(shù)字濾波程序16 3.3.4 提高系統(tǒng)的容錯能力.16 3.4 總結(jié) 17 第四章第四章 數(shù)字處理方法研究數(shù)字處理方法研究18 4.1 曲線擬合 18 4.1.1 擬合曲線的優(yōu)化算法19 4.1.2 擬合曲線的優(yōu)化算法19 IIII 4.1.3AB段擬合函數(shù)的構(gòu)造20 4.14BC段擬合函數(shù)的構(gòu)造.20 4.15 優(yōu)化后制動力曲線.21 4.2 FIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計 .21 4.2.1 FIR 結(jié)構(gòu)簡介21 4.2.2窗函數(shù)的選擇及程序框圖.22 第五章第五章 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試23 5.1 制動過程分析23 5.2 系統(tǒng)調(diào)試23 5.2.1 靜態(tài)調(diào)試.23 5.2.2聯(lián)機仿真調(diào)試.24 5.3 系統(tǒng)標(biāo)定.24 5.3.1 標(biāo)定實驗.24 5.3.2制動臺數(shù)據(jù)處理.25 結(jié)結(jié) 論論26 參參 考考 文文 獻(xiàn)獻(xiàn)27 致致 謝謝28 - - 1 1 - - 第一章第一章 緒緒 論論 1.1 本課題研究的目的及意義本課題研究的目的及意義 機動車制動性能是安全檢測的重點檢測項目之一。據(jù)調(diào)查，在機動車發(fā)生 的交通事故中由于制動不良占有很大的比重，可見機動車必須具備良好的制動 性能才能保證行駛安全；同時也只有在此條件下才能提高行駛速度和運輸生產(chǎn) 率。因此我們應(yīng)該高度重視機動車的制動性能，必須經(jīng)常對制動系統(tǒng)進(jìn)行檢驗 和調(diào)整。 隨著電子技術(shù)和機械加工工業(yè)的發(fā)展，在傳統(tǒng)檢測方法的基礎(chǔ)上，逐步發(fā) 展成現(xiàn)代汽車診斷與檢測技術(shù)。汽車檢測通常指使用現(xiàn)代檢測技術(shù)和設(shè)備，結(jié) 合計算機、自動控制等高新技術(shù)來檢測汽車技術(shù)狀況，是以工程數(shù)學(xué)、故障物 理、可靠性理論、電子學(xué)和電子技術(shù)、信息控制理論等為基礎(chǔ)的一門綜合性應(yīng) 用科學(xué)。汽車檢測對于保證交通安全，加強環(huán)境保護，提高運輸能力和降低生 產(chǎn)成本都具有重要意義。因此選擇汽車性能檢測作為研究課題是很有現(xiàn)實意義 的。 1.2 本課題研究的主要內(nèi)容本課題研究的主要內(nèi)容 本文的研究工作分為三部分。 第一部分是汽車制動性測控系統(tǒng)的設(shè)計。在確立了對汽車制動性能參量檢 測及控制的總體方案后，根據(jù)各個參量的特點設(shè)計了硬件檢測電路，并介紹了 各個部分的工作原理，最后根據(jù)檢測項目和功能要求設(shè)計了軟件。 第二部分討論了對系統(tǒng)抗干擾和濾波的問題。介紹了在線檢測系統(tǒng)中干擾 信號和噪聲的排除和抑制的若干途徑。提到了在本系統(tǒng)中如何解決系統(tǒng)中抗干 擾和濾波方法。 第三部分是系統(tǒng)調(diào)試部分。 本文的主要工作： 1、完成汽車制動性能整個檢測系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計。傳感器信號處理電路 的設(shè)計。 2、完成 FIR 算法，設(shè)計 FIR 濾波器。 3、對系統(tǒng)制動過程進(jìn)行分析及調(diào)試。 - - 2 2 - - 第二章第二章 制動試驗臺檢測系統(tǒng)的設(shè)計制動試驗臺檢測系統(tǒng)的設(shè)計 2.1 檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、原理及方案檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、原理及方案 2.1.1 制動工作試驗臺的工作原理制動工作試驗臺的工作原理 滾筒反力式制動試驗臺由結(jié)構(gòu)相同的左右兩套車輪制動力測試單元和一套 指示裝置組成。每套車輪制動力測試單元由驅(qū)動裝置、滾筒組、第三滾筒、測 量裝置等構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖 2-1 所示。 12345 67 8 1.電動機 2.減速箱 3.壓力傳感器 4.滾筒 5.第三滾筒 6.光電傳感器 7.鏈傳動 8.測量指示儀表 圖 2-1 滾筒反力式制動試驗臺 制動力測量裝置主要由測力杠桿和應(yīng)變測力傳感器組成。測力杠桿一端與 傳感器連接，另一端與減速器殼體連接。進(jìn)行汽車制動力檢測時，將被檢汽車 駛上制動試驗臺上，車輪置于主、從動滾筒之間，壓下第三滾筒，起動電動機， 經(jīng)減速器、鏈傳動和主、從動滾筒帶動車輪轉(zhuǎn)動。被測車輪制動時，測力杠桿 與減速器殼體將一起繞主動滾筒軸線擺動，傳感器將測力杠桿傳來的、與制動 力大小成正比的力轉(zhuǎn)換成相應(yīng)電信號后輸送給后繼處理裝置。當(dāng)車輪速度下降 20%時，計算機發(fā)出指令使電動機停轉(zhuǎn)1.2。 汽車制動性測量參量包括：車輪阻滯力，制動力和檢測，制動力平衡檢測， 制動協(xié)調(diào)時間檢測，駐車制動力檢測。因此汽車制動性參量測量的技術(shù)指標(biāo)主 要是力學(xué)參量測量的技術(shù)指標(biāo)。其內(nèi)容如下2： 1、制動力最大測試范圍 030000N。 2、踏板力最大測試范圍 01000N。 3、零值誤差不超過0.1%(FS)。 4、制動力不大于 4%(FS)的：不超過0.4%。 5、制動力大于 4%(FS)的：不超過5%。 6、左右制動力示值間差，當(dāng)制動力不大于 4%(FS)時不超過 5%，當(dāng)制動力 大于 4%(FS)時不超過 3%。 - - 3 3 - - 7、自動關(guān)機時，其第三滾筒在自動關(guān)機時的線速度值應(yīng)為主滾筒線速度值 的 70%90%。 根據(jù)所規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)，本系統(tǒng)制動力測量采用的力傳感器為 0.05 級（萬 分之五）BHR 系列懸臂梁式高精度測力傳感器，量程為 050000N，供電電壓 DC9VDC15V，輸出信號 1.520mV。由此可見，傳感器的選擇足以滿足所 需的測量精度。 2.1.2 汽車制動性能檢測相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)汽車制動性能檢測相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) GB72582007機動車運行安全技術(shù)條件中對汽車制動系統(tǒng)提出了主要 技術(shù)條件，規(guī)定了臺式檢驗制動性能的檢測項目及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。制動性能臺式檢 驗的技術(shù)要求如下： 1、制動性能臺式檢驗車軸制動力的要求見表 2-1。 2、制動力平衡要求 在制動力增長的過程中，左、右輪制動力差與該軸左、右輪中制動力大者 之比對前軸不得大于 20%，對后軸不得大于 24%。 3、車輪阻滯力 汽車和無軌電車車輪阻滯力均不得大于該軸軸荷的 5%。 4、制動協(xié)調(diào)時間 是指從駕駛員踩下制動踏板的瞬間作為起始點，直至制動力與軸荷之比達(dá) 到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的 75%時為止。單車不得大于 0.6s，汽車列車不得大于 0.8s。 表 2-1 臺式檢驗制動力要求 制動力總和與整車質(zhì)量的百 分比%車輛類型 空載滿載 前軸制動力與 軸荷的百分比% 汽車、汽車 列車 605060 2.2 設(shè)計方案設(shè)計方案 由前面介紹的汽車在制動試驗臺上測試制動性的原理以及制動性參量檢測 的技術(shù)指標(biāo)可知，實時性、測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、控制的可靠性和強抗干擾能力 是系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵15。 本測試系統(tǒng)由工控機結(jié)合單片機完成數(shù)據(jù)采集和控制等功能，傳感器信號 經(jīng)過處理后送 A/D 轉(zhuǎn)換，向單片機傳送數(shù)據(jù)，以便與 PC 機通信。工控機通過 I/O 來控制試驗臺的啟動和停止?？傮w結(jié)構(gòu)方案如圖 2-2 所示。 - - 4 4 - - 制制 動動 試試 驗驗 臺臺 壓壓力力傳傳感感器器V/I變變換換I/V變變換換 A/D變變換換 單單 片片 機機 滑滑移移率率 速速度度傳傳感感器器放放大大、整整形形8253-5 電電機機 電電機機 控控制制 部部分分 固固態(tài)態(tài)繼繼電電器器MC141374LS373 顯顯示示屏屏串串口口RS232 與與上上、下下工工位位連連接接網(wǎng)網(wǎng)卡卡 工工業(yè)業(yè)用用控控制制機機 圖 2-2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)方案 2.3 輸入模塊的設(shè)計輸入模塊的設(shè)計 2.3.1 力傳感器信號處理電路力傳感器信號處理電路 由上面的分析可以得到力傳感器信號測量的技術(shù)方案如圖 2-3 所示。 圖 2-3 壓力傳感器信號處理框圖3 1、V/I 電路的設(shè)計電路的設(shè)計 V/I 轉(zhuǎn)換器的一個功能是把輸入的電壓信號轉(zhuǎn)換成與之成正比例的電流信號 輸出，實現(xiàn)電壓電流變換；另一個功能是，若輸入信號電 壓不變，則輸出電流 恒定，此時的 V/I 轉(zhuǎn)換器就是一個恒流源。集成運算放大器型接地負(fù)載 V/I 轉(zhuǎn) 換器的電路，如圖 2-4 所示。 為運算放大器，一般是中功率晶體管，和為輸入電阻，和 1 AT 1 R 2 R 3 R 為輸入反饋電阻，為限流電阻，為電流反饋采樣電阻，是負(fù)載電阻， 4 R 5 R f R L R 為輸入電壓 020，為輸出電流 020。 i VmV O ImA R1 2K R2 2K R5 R3 50K R4 50K Rf 25 RL A1 _ + V+ T A B V1 V0 圖 2-4 020電壓轉(zhuǎn)換成 020電流的轉(zhuǎn)換器mVmAIV / 該電路中采樣電阻浮置而負(fù)載電阻接地。因浮置故需兩個輸入反 f R L R f R 饋電阻和。常規(guī)的輸入反饋電阻用于電流采樣。而接到的另一端 3 R 4 R 3 R 4 R f R 力力傳傳感感 器器信信號號 A/D 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換 隔隔離離 放放大大 I/V變變換換V/I變變換換模模擬擬通通道道 - - 5 5 - - 用以提供被轉(zhuǎn)換的電壓，若不用，則和均成為采樣電阻，輸出電流 4 R f R L R 就和有關(guān)，不是恒流源。集成運算放大器接成深反饋同相放大器，同 O I L R 1 A 時存在正、負(fù)兩種反饋，由于改變時，點電位變化比點大，反饋的凈效 O IAB 應(yīng)仍然為負(fù)。由于運算放大器的輸入阻抗很高，反饋采樣電阻采到的電流 1 A f R 信號，以電壓的形式加到運算放大器的輸入端，且極性與輸入信號反相，所以 這是一個電流并聯(lián)負(fù)反饋線路。而且采樣反饋的信號正是要輸出的電流信號， 這樣輸出電流具有恒流作用。能增加電流驅(qū)動，使最大輸出電流不受集成運T 算放大器的輸出電流的限制。 2、I/V 電路的設(shè)計電路的設(shè)計 RCV420 是美國 RURR-BROWN 公司生產(chǎn)的精密電流環(huán)接收器芯片,用于將 420mA 輸入信號轉(zhuǎn)換成為 05V 輸出信號,具有很高的性能價格比。它包含一 個高級運算放大器、一個片內(nèi)精密電阻網(wǎng)絡(luò)和一個精密 10V 電壓基準(zhǔn)。其總轉(zhuǎn) 換精度為 0.1%,共模抑制比 CMR 達(dá) 86dB,共模輸入范圍達(dá)40V。RCV420 無需 其它外圍器件輔助,就能實現(xiàn)諸多功能。增益、偏置和 CMR 無需調(diào)節(jié),較之由分 立器件設(shè)計的印制板電路,RCV420 具有更低的開發(fā)成本、制造成本和現(xiàn)場維護 費用。 1、基本原理、基本原理 _ + 16 1 2 3 4 13 5 7 8 10 11 14 15 12 V+ V- 正正電電源源 IN負(fù)負(fù)輸輸入入 CT輸輸入入中中心心抽抽頭頭 +IN正正輸輸入入 負(fù)負(fù)電電源源 Ref In基基準(zhǔn)準(zhǔn)輸輸入入 Rcv fB接接收收反反饋饋 Rcv Out接接收收輸輸出出 Ref Out基基準(zhǔn)準(zhǔn)輸輸出出 Ref fB基基準(zhǔn)準(zhǔn)反反饋饋 Ref Trim基基準(zhǔn)準(zhǔn)調(diào)調(diào)整整 Ref Noise Reduction基基準(zhǔn)準(zhǔn)降降噪噪 Ref Com基基準(zhǔn)準(zhǔn)公公共共 Rcv Com接接收收公公共共 圖 2-5 功能框圖 圖 2-5 是 RCV420 的功能框圖。當(dāng) 420mA 電流輸入對應(yīng) 05V 電壓輸出 時,要求電路的傳輸阻抗為: mAVmAVIV INOUT /3125 . 0 16/5/ 為了得到期望的輸出(4mA 時 0V,20mA 時 5V),放大器的輸出必須有一個偏置： VmAVmAVOS25 . 1 )/3125 . 0 (4 輸入電流信號接至+IN 端還是接至-IN 端取決于信號的極性,并經(jīng)過中心抽 頭返回地端。兩個匹配的 75檢測電阻構(gòu)成對稱輸入,可最大程度地抑制 T C S R - - 6 6 - - 腳的共模電壓信號,消除不同輸入端電流在差分電壓轉(zhuǎn)換時的不均衡。檢測 T C 電阻將輸入的電流信號經(jīng)差分放大器放大,轉(zhuǎn)換成一個與之成正比的電壓。 位于放大器反饋通道中的 T 型網(wǎng)絡(luò)節(jié)點用于產(chǎn)生所需要的-1.25V 偏置電壓。 輸入電阻網(wǎng)絡(luò)提供了很高的輸入阻抗,并將共模輸入電壓衰減至運算放大器的共 模信號容限內(nèi)。 圖 2-6 是帶二階低通濾波電路的 420mA 至 010V 實際轉(zhuǎn)換電路。使用過 程中 10、11 和 12 腳相連,2、5 和 13 腳相連接地,14 和 15 腳相連接,作為 05V 電壓信號的輸出端。當(dāng)需要調(diào)整增益時,14 和 15 腳之間接入電位器來調(diào)整增益, 但這樣會減小共模抑制比,因此,正負(fù)電源腳各接一個 1的退耦電容,并盡可F 能地靠近放大器。為避免由外部電路引入的增益和 CMR 誤差,應(yīng)按圖示方法接地,并 確保最小接地電阻。輸入信號視其極性或接至+In 腳,或接至-In 腳,經(jīng)中心抽頭 腳返回地端。圖中的輸入信號由+In 端輸入至 RCV420，經(jīng)過變換之后輸出 T C 05V 的電壓信號。信號再次經(jīng)過線性放大后輸出為 010V 的要求電壓信 1O V 1O V 號。 CT +In 3 2 1 4 5 13 14 15 10 12 11 +15v V+ 1F + _ RCV420 VO1 (05v) 15.9k15.9k 1F 1F 15.9k 15.9k 1F vo (010v) V- -15v + _ 16 圖 2-6 I/V 轉(zhuǎn)換電路4 3、A/D 轉(zhuǎn)換接口電路的設(shè)計轉(zhuǎn)換接口電路的設(shè)計 一般來說檢測系統(tǒng)要根據(jù)檢測精度的要求和信號變化速率選擇具有合適分 辨率和轉(zhuǎn)換時間的 A/D 元件。檢測標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于制動力檢測精度規(guī)定檢測允許誤 差為 25N，本系統(tǒng)中制動臺單邊最大量程為 32500N 誤差為 25N，而 1/21125/325001/210，所以從分辨率的角度選取 12 位 A/D 芯片即可滿足要求。 制動力增長時間一般只有在一秒鐘之內(nèi)，而且要求準(zhǔn)確的反映制動力曲線，這 個區(qū)間至少應(yīng)有幾百個數(shù)據(jù)采樣點，加之?dāng)?shù)字濾波的要求，則需要 1000 個以上 的采樣點，即要求轉(zhuǎn)換時間不得大于 0.5ms。所以從轉(zhuǎn)換時間的角度應(yīng)選取快 速 A/D 芯片。 根據(jù)以上分析，本系統(tǒng)中采用 A/D1674 芯片。A/D1674 是美國 AD 公司生 - - 7 7 - - 產(chǎn)的 12 位逐次比較式快速 A/D 轉(zhuǎn)換器，是 AD574 的替代產(chǎn)品，是一種內(nèi)部由 雙片雙極型電路組成的 28 腳雙列直插式的集成 A/D 轉(zhuǎn)換器。其非線性誤差小 于1/2LBS，最大轉(zhuǎn)換時間 10s。A/D1674 內(nèi)部設(shè)有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，因 而可直接與各種典型的 8 位或 16 位微處理器相連，而無需外接元器件就可獨立 完成 A/D 轉(zhuǎn)換功能，應(yīng)用非常方便。 2.3.2 速度傳感器信號處理電路速度傳感器信號處理電路 1、速度信號測量的原因及測量原理7 測試車輪速度是為了控制制動試驗臺電機的。當(dāng)汽車車輪抱死時，所要測 量的最大制動力已經(jīng)出現(xiàn)，要控制試驗臺電機停轉(zhuǎn)。制動力測試時，主、從滾 筒，車輪，第三滾筒的速度變化如圖 2-7 所示。圖中、均為線速 1 V 2 V 3 V 4 V 度。 V1 V4 V3 V 2 V1為主滾筒的速度，V2為車輪的速度，V3為第三滾筒速度，V4為從滾筒的速度 圖 2-7 滾筒、車輪和第三滾筒的速度變化 汽車駛?cè)胫苿釉囼炁_車輪置于主、從滾筒之間，同時壓下第三滾筒。第三 滾筒和車輪可靠接觸，制動臺電機啟動后主滾筒帶動車輪和從滾筒轉(zhuǎn)動，車輪 的轉(zhuǎn)動方向與主滾筒的轉(zhuǎn)動方向相反，第三滾筒由于和車輪可靠接觸，所以車 輪也會帶動第三滾筒轉(zhuǎn)動，第三滾筒的轉(zhuǎn)動方向與車輪的轉(zhuǎn)動方向相反。電機 啟動至主滾筒轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，汽車制動踏板未踩下時，由圖 2-7 可知，主、從滾 筒、車輪和第三滾筒的線速度應(yīng)相等，即： (2-1) 1 V 2 V 3 V 4 V 當(dāng)踩下制動踏板時，主滾筒的速度由于是由驅(qū)動電機帶動的，所以它的 1 V 線速度不變，而車輪的線速度由于汽車制動系的作用而降低變?yōu)?，同時第三 2 V 滾筒的線速度變?yōu)椋驗榈谌凉L筒是由車輪帶動的，所以應(yīng)該有= 。從 3 V 2 V 3 V 汽車?yán)碚撝R可知，制動時汽車的地面制動力、制動器制動力以及附著力之間 存在著這樣的關(guān)系：車輪還處于滾動狀態(tài)時，地面制動力等于制動器制動力， 且隨踏板力的增長而成正比增加。但隨著踏板力的增大，當(dāng)?shù)孛嬷苿恿Φ扔诟?著力時，車輪抱死拖滑，這時踏板力雖增加，但地面制動力不再增長，而恒等 于附著力。汽車在制動試驗臺滾筒上制動時，當(dāng)踏板力增大，使車輪與滾筒表 - - 8 8 - - 面制動力增加到等于附著力時，車輪抱死，制動力的采集值即為此時的值。這 時驅(qū)動制動試驗臺滾筒的電機應(yīng)馬上停止，才不會使輪胎剝傷。汽車制動時車 輪既有滾動又有滑動，為了表明滑動的程度，即說明滑移成分的多少，通常用 滑移率 3來表示，即： S S = (Vrk)V100% (2-2) 式中: 滑移率；S 車輪平移線速度；V 車輪滾動半徑； k r 車輪滾動角速度； 在制動試驗臺上汽車制動滑移率可表示為： S= V3V1100% (2-3) 理論證明最大制動力出現(xiàn)在滑移率在 70%90%之間2。所以要測量第三 滾筒的速度來控制電機停轉(zhuǎn)。 第三滾筒上裝有光電式速度傳感器。第三滾筒每轉(zhuǎn)一周，傳感器輸出 20 個 脈沖。在本測控系統(tǒng)中驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速為 1440 r/min，減速箱的轉(zhuǎn)速比為 22， 則主滾筒的轉(zhuǎn)速為： 1 n =65.45r/min (2-4) 1 n 22 1440 在計算上通常用轉(zhuǎn)速（r/min）來表示滾筒的速度7，則計算停電機時的線 速度比值（滑移率）可表示為： % (2-5)100 1 3 Dn dn 式中：線速度比值 主滾筒轉(zhuǎn)速（r/min） 1 n 第三滾筒轉(zhuǎn)速（r/min） 3 n 主滾筒直徑（mm）D 第三滾筒直徑（mm）d 本系統(tǒng)中，主滾筒的直徑為 190mm，第三滾筒的直徑為 60mm。則第三滾 筒最大的轉(zhuǎn)速為： =207 r/min=3.45 r/s 3 n d D n 1 由此可得第三滾筒最大轉(zhuǎn)速時，傳感器輸出方波的頻率為： Hzf692045 . 3 由滑移率范圍 70%90%可得傳感器輸出方波得頻率范圍為： HzfHz69 4 . 48 2、速度信號測量電路設(shè)計 - - 9 9 - - 速度傳感器輸出的脈沖信號，經(jīng)過放大、限幅、整形后直接送到 8253-5 定 時/計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)，最后送到工控機中。電路如圖 2-11 所示。 速度IN R1 1K R3 VR1 5K -12V 4 6 7 2 3 1K +12V R2 R6 1K R510K R410K VCC 整形輸出OUT 74LS32 1K OP07 圖 2-8 速度信號處理電路5 圖 2-8 中，第三滾筒產(chǎn)生的脈沖信號經(jīng)放大后，被 5V 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓，再經(jīng) 74LS32 整形后直接輸入至定時/計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)。本次設(shè)計采用 8253-5 來實現(xiàn) 定時/計數(shù)功能。 8253-5 內(nèi)部有三個 16 位減法計數(shù)器，每個計數(shù)器都有獨立的輸入輸出控制 寄存器，都有六種不同的工作方式，可由編程確定，輸出與兼容7。TTL 數(shù)數(shù)據(jù)據(jù) 總總線線 緩緩沖沖器器 計計數(shù)數(shù)器器1 計計數(shù)數(shù)器器2 計計數(shù)數(shù)器器0 控控制制字字 寄寄存存器器 讀讀/寫寫 邏邏輯輯 D0-D7 RD _ _ WR A0 _ CS A1 CLK0 GATE0 OUT0 CLK 1 CLK 2 GATE 1 OUT 1 OUT 2 GATE 2 圖 2-9 8253 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 (1) 8 位雙向三態(tài)數(shù)據(jù)總線緩沖器，用于與的總線連接，通過這個緩沖CPU 器，可向 8253 寫方式控制字，向某計數(shù)器寫初值，讀某計數(shù)器的計數(shù)值。CPU - - 1010 - - (2) 讀/寫邏輯，由它決定三個計數(shù)器和控制字寄存器哪一個可以工作，并 控制內(nèi)部總線上數(shù)據(jù)傳送方向。片選信號為高時讀/寫邏輯被禁止，但不影CS 響計數(shù)器現(xiàn)行工作。 (3) 控制字寄存器，當(dāng)?shù)刂房偩€最低位為 11 時，這個寄存器才能工作， 10A A 它從數(shù)據(jù)總線緩沖器中接收控制字并寄存起來，這個寄存器中的控制字控制每 一個寄存器的操作方式。 (4) 三個計數(shù)器完全獨立，每個計數(shù)器都可對輸入脈沖按二進(jìn)制或二十 進(jìn)制從預(yù)制數(shù)開始減 1 計數(shù)。 8253-5 定時/計數(shù)器與單片機構(gòu)成的系統(tǒng)如下： 74LS373 P2.7 ALE P0 RD WR CS A0 A1 D0-D7 CLK0 GATE0 CLK2 CLK1 GATE2 GATE1 RD WR 整形后頻率信號 8253 +5V 圖 2-10 8253 與單片機構(gòu)成的系統(tǒng)框圖 試驗臺體產(chǎn)生的脈沖信號經(jīng)過放大整形后送到 8253-5 的輸入端，三個門控 端通過一個電阻接到電源上，使之為高電平，即處于允許計數(shù)狀態(tài)。三GATE 個輸出端不用，為防止干擾，可通過電容接地。數(shù)據(jù)線與 8031 的 70 DD 相連，8253-5 的片選信號接 8031 的口，接地址鎖存器 70 PP CS 7 . 2 P 10 AA 和 由 8031 的控制，8031 和 8253 間的其他數(shù)據(jù)、指令往來在控制線37374LSALE 、共同作用下完成。RDWR 8253 是可編程的定時器/計數(shù)器，每個計數(shù)器都有六種工作方式，每個計數(shù) 器的功能選定由控制字決定，編程的控制字由通過數(shù)據(jù)口送到 8253 的控CPU 制字寄存器。8253 的方式 4 為軟件觸發(fā)方式，當(dāng)設(shè)置完初值后，計數(shù)器立即開 始計數(shù)，當(dāng)減 1 計數(shù)到 0 后輸出端變低一個輸入時鐘周期，然后又恢復(fù)為高電 平，計數(shù)器停止計數(shù)。計數(shù)器在方式 4 時是一次有效的，每一次計數(shù)都重要新 設(shè)置計數(shù)初值。在這里不取 8253 的輸出，要的是計數(shù)器的計數(shù)值，因為 8253 是減 1 計數(shù)，把計數(shù)器的計數(shù)初值設(shè)置為，定時時間內(nèi)的計數(shù)值為初FFFFH0 值與讀得的終值的差。例計數(shù)器終值為，則計數(shù)值為：HF320 (2-6)FFFFH0HF320CDHF00 如果把讀得的計數(shù)器終值取反則有： - - 1111 - - = (2-7)反320FCDHF00 所以不必做減法，直接把讀得的計數(shù)器終值取反即可8。 2.4 輸出模塊設(shè)計輸出模塊設(shè)計 試驗臺滾筒的驅(qū)動是靠電機帶動執(zhí)行機構(gòu)完成的，系統(tǒng)實現(xiàn)對交流電機的 控制是一個弱電控制強電的問題。采用內(nèi)部帶有光電隔離的固態(tài)繼電器來實現(xiàn) I/O 輸出接口，控制電機的啟停。 計計算算機機輸輸出出 數(shù)數(shù)字字信信號號 74LS373光光電電隔隔離離功功率率驅(qū)驅(qū)動動固固態(tài)態(tài)繼繼電電器器電電機機 圖 2-14 固態(tài)繼電器接口電路8 實際電路框圖如圖 2-14 所示，計算機輸出的數(shù)字信號由 74LS373 鎖存經(jīng)光 電隔離芯片后，進(jìn)入功率驅(qū)動芯片(MC1413)，由 37 芯 D 型孔頭輸出開關(guān)量信 號。功率輸出時要求從機外提供+24V 或+12V 電源，開關(guān)量輸出信號為共外電 源方式，不是共地方式，可直接驅(qū)動繼電器。通過這個接口電路實現(xiàn)了系統(tǒng)弱 電對電機強電的控制，成功的實現(xiàn)了試驗臺電機啟停的控制。 在上圖所設(shè)計的系統(tǒng)中，功率驅(qū)動是由 MC1413 芯片來實現(xiàn)的，標(biāo)準(zhǔn)接線 方法如圖 2-15 所示。外部需要驅(qū)動的信號由計算機輸出數(shù)字信號后，經(jīng)過 74LS244 進(jìn)行接口驅(qū)動后，直接送入驅(qū)動芯片 MC1413 的輸入端，再在 MC1413 的驅(qū)動下，驅(qū)動用戶負(fù)載。 內(nèi)部電源電源+12V 74LS244MC1413驅(qū)動輸出 負(fù)載 計算機輸出 控制信號 圖 2-15 MC1413 標(biāo)準(zhǔn)接線方法 MC1413 是集電極開路的功放電路，將負(fù)載的一端（如繼電器的輸入線圈 一端）接入到 MC1413 的接線端子上，另一端接電源的正極。當(dāng)施加到 MC1413 的電壓信號為高電平時，三極管導(dǎo)通，電流從電源流過用戶負(fù)載，通 過三極管流向地線；當(dāng)施加到 MC1413 的電壓信號為低電平時，三極管截止， 在用戶負(fù)載上就不能有電流流過，從而使負(fù)載不工作。 2.5 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)中的汽車到位判斷是通過光電開關(guān)的電壓來判斷的；啟動左、右電機 是由系統(tǒng)控制 I/O，然后控制固態(tài)繼電器完成對強電的控制。圖 2-16 把檢測控 制部分的程序編寫成塊，以便其他過程調(diào)用。圖 2-17 就是全過程的程序流程。 - - 1212 - - 延延時時，車車穩(wěn)穩(wěn)定定 啟動A/D采集 分別啟動左、右電機 提提示示松松剎剎車車 提示踩剎車 第三滾筒轉(zhuǎn)速降 到標(biāo)準(zhǔn)？或 采集到最大制動值？ 或 延時2秒？ 停止左、右電機 顯示測試數(shù)據(jù) 圖 2-16 檢測過程控制程序流程 - - 1313 - - 系系統(tǒng)統(tǒng)初初始始化化 是是否否有有車車到到位位 檢檢測測過過程程控控制制功功能能塊塊 提提示示駐駐車車制制動動檢檢 測測 測測試試結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)合合格格 前前軸軸？后后軸軸？ 車車到到位位？ 第第二二次次? 檢檢測測過過程程控控制制功功能能塊塊 測測試試結(jié)結(jié)果果合合格格？第第二二次次? 下下一一工工位位忙忙？ 向向前前慢慢行行 等等待待 向向前前慢慢行行 否否 否否 是是 是是 前前軸軸 否否 否否 是是 否否 是是 否否 否否 是是 是是 是是 開始 全全過過程程結(jié)結(jié)束束 圖 2-20 全過程的程序流程 - - 1414 - - 第三章第三章 系統(tǒng)抗干擾設(shè)計系統(tǒng)抗干擾設(shè)計 3.1 干擾的形成干擾的形成 形成干擾必須具備三個條件：干擾源、對干擾敏感的接收電路、干擾源到 接收電路的耦合通道。 干擾源干擾形成接收電路耦合通道干擾信號 圖 3-1 干擾形成示意圖 3.1.1 干擾源干擾源 凡是能產(chǎn)生一定的電磁能量，而且可能影響到周圍電路正常工作的物體或 設(shè)備，都可以認(rèn)為是電干擾源。干擾源一般可以分為三類： a、自然界的：如宇宙射線和雷電等； b、物質(zhì)本身固有的：如物質(zhì)本身所固有的熱干擾和散粒干擾； c、人為的：主要由電氣、電子設(shè)備造成。 3.1.2 耦合方式耦合方式 1、傳導(dǎo)耦合 干擾信號經(jīng)導(dǎo)線傳播進(jìn)入電路，我們稱為傳導(dǎo)耦合。大容量的用電設(shè)備在 啟停時所產(chǎn)生的電壓波動會從交流電源線直接影響電腦控制系統(tǒng)電源電壓的穩(wěn) 定性。此外，電路中較長的信號線還可能受鄰近電路或空間電磁場的影響，在 導(dǎo)線形成干擾。 2、經(jīng)公共阻抗的耦合 在電腦控制系統(tǒng)中，主計算機的 I/O 接口電路與各崗位的控制箱之間，為 了測量和控制，需要一個電位參考點，最簡單也是最常見的就是地線作為參考， 由于導(dǎo)線存在電阻，這就形成了公共地阻抗。由于主機與各崗位電子設(shè)備相隔 一定距離，因而兩端的地電位不可能完全相等，即兩“地”之間的電位差就 G V 會疊加到信號電壓上形成干擾。 S V 3、電磁場耦合 由于電路中元件與元件之間、導(dǎo)線與導(dǎo)線之間、導(dǎo)線與元件之間都存在著 分布電容，因此，某一導(dǎo)體上的干擾電壓就會通過分布電容使其它導(dǎo)體上的電 位受到影響，這種現(xiàn)象我們稱為電容耦合。 3.2 硬件抗干擾措施硬件抗干擾措施 硬件抗干擾主要采用隔離技術(shù)、雙絞線傳輸、阻抗匹配等措施抑制干擾。 常用的隔離措施有采用 A/D、D/A 與單片機進(jìn)行隔離以及用繼電器、光電隔離 器、光電隔離固態(tài)繼電器(SSR)等隔離器件對開關(guān)量進(jìn)行隔離11。 3.2.1 供電系統(tǒng)的抗干擾措施供電系統(tǒng)的抗干擾措施 1、要求整個檢測系統(tǒng)單獨供電。 - - 1515 - - 2、把機房內(nèi)微機系統(tǒng)的供電與外面控制箱和各檢測儀器的供電以及其它電 器三者分開供電。 3、微機房內(nèi)宜用穩(wěn)壓性能較好的參數(shù)穩(wěn)壓器(500VA)，最好采用不斷電源 (UPS)供電。而機房外的控制設(shè)備和檢測儀要采用參數(shù)穩(wěn)壓器或普通交流穩(wěn)壓器 (1000VA)供電。 3.2.2 接地系統(tǒng)的抗干擾措施接地系統(tǒng)的抗干擾措施 1、接地線宜短且粗，以減少地電阻；同時把大電流電路和弱信號電路的地 線分開走線。 2、單點接地。即系統(tǒng)的地線分成三類：第一類為信號地，它包括小信號加 回路、邏輯的控制電路的信號地；第二類為功率地，它包括繼電器、電磁閥、 大電流驅(qū)動電源等大電流、大功率電路的地；第三類為機殼地，包括設(shè)備機架、 機柜、箱體結(jié)構(gòu)等金屬結(jié)構(gòu)地。這三類分別自成系統(tǒng)，最后才匯集于一點并與 大地相連，使整系統(tǒng)地處于地電位。 3.2.3 針對電磁場耦合及輻射干擾而采取的措施針對電磁場耦合及輻射干擾而采取的措施 1、盡量削弱干擾信號 首先對繼電器、交流接觸器的驅(qū)動電路采用耗能和限幅措施。其次，將所 有大功率交流負(fù)載的繼電器都以控制箱為單元集中在一起，并用金屬盒加以屏 蔽。最后，將繼電器的驅(qū)動電流回路與其它的數(shù)字邏輯回路分開，使大電流在 箱內(nèi)自成回路。 2、為切斷電磁場耦合通道，所有信號線都采用屏蔽線，并將屏蔽層單端接 地。在走線方面，把信號與動力線分開布設(shè)，不能把電纜線的屏蔽層當(dāng)作信號 線或公用線使用17。 3.2.4 接口電路的抗干擾措施接口電路的抗干擾措施 1、濾波 濾波器是利用電容兩端的電壓不能突變的特性做成的。例如，為了消除開 關(guān)觸點機械摩擦的抖動所造成的干擾，必須在 TTL 電路的開關(guān)輸入回路中加入 濾波環(huán)節(jié)。其電路形式如下圖。 TTL電路 +5v 圖 3-2 濾波電路 2、去耦 所謂去耦，就是利用 RC 或 RL 濾波環(huán)節(jié)來消除或抑制直流電源回路因負(fù)載 變化引起的干擾。下圖為多級放大器回路，其中 C1 是電源去耦電容，RC2 為 - - 1616 - - 級間去耦電路11。 第第一一級級放放大大電電路路第第二二級級放放大大電電路路 級級間間去去耦耦 電電源源去去耦耦 R C1C2 圖 3-3 去耦電路 3.3 用軟件消除干擾的方法用軟件消除干擾的方法 3.3.1 軟件抗干擾的提出軟件抗干擾的提出 在實際應(yīng)用中，由于大量干擾源的存在，雖然不足以破壞硬件，但是往往 能使系統(tǒng)工作不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)不可靠，程序飛逸，嚴(yán)重時計算機控制失靈，產(chǎn)生 事故。這些不穩(wěn)定的因素常常產(chǎn)生于工作或者生產(chǎn)的全過程中。而且，這些干 擾信號大多是瞬時存在，時間間隔不確定，傳播途徑不清楚。由于故障的特點 是具有暫時性、間歇性和隨機性，用純硬件的辦法較困難，使用較少。特別是 計算機軟件辦法能更好的解決這類干擾。 3.3.2 軟件抗干擾的特點軟件抗干擾的特點 一般在兩種情況下需要用計算機軟件技術(shù)去抗干擾。一種是為了提高效能、 節(jié)省硬件，從而用軟件去取代硬件抗干擾技術(shù)；另一種是用軟件去解決硬件解 決不了的問題。軟件抗干擾是一種廉價、靈活、方便的方式。純軟件抗干擾不 需要硬件資源，不改變硬件環(huán)境，不需要對干擾源精確定位，不需要定量分析， 故實現(xiàn)起來靈活、方便，用于儀表及工業(yè)控制工程有很好的可靠性保證9。 3.3.3 設(shè)計合適的數(shù)字濾波程序設(shè)計合適的數(shù)字濾波程序 該技術(shù)既可稱硬件仿真技術(shù)，又可屬時間冗余技術(shù)。它不需要硬件，靠計 算機的高速、多次運算達(dá)到模擬并提高精度的目的。根據(jù)數(shù)據(jù)的性質(zhì)不同，消 除干擾的軟件濾波的方法也不同：對溫度、壓力等模擬量，可采取算術(shù)平均值 濾波，因其對高斯型的噪聲的濾波有效；中值濾波對尖刺脈沖干擾、階躍干擾 等模擬量有效；一階滯后濾波由于采用了遞推技術(shù)，對快速的干擾源濾波有效； 邏輯濾波用于開關(guān)量濾波，信號是二值狀態(tài)，采用多數(shù)表決法，用邏輯與或邏 輯或作濾波結(jié)果。以上各項技術(shù)在應(yīng)用時可相互配合使用。在分類上還可以歸 并，如冗余技術(shù)歸為容錯技術(shù)等10。 3.3.4 提高系統(tǒng)的容錯能力提高系統(tǒng)的容錯能力 容忍錯誤反而能夠提高可靠性的原理在于投入了更多的超過常規(guī)設(shè)計所需 的外加資源開銷，從而換取了常規(guī)設(shè)計達(dá)不到的可靠性。外加資源開銷（冗余） 包括：外加硬件（增加器件、增加線路整機或者接口） ，外加軟件（如檢錯診斷 程序、雙工切換程序等） ，外加信息碼（檢錯糾錯碼、奇偶校驗位、抗干擾碼） ， - - 1717 - - 外加時間（重復(fù)執(zhí)行指令、重復(fù)取數(shù)、重復(fù)執(zhí)行程序）等。 軟件容錯技術(shù)的主要措施是信息冗余和時間冗余。 3.4 總結(jié)總結(jié) 硬件抗干擾發(fā)展的歷史較長，理論和實踐比較成熟，主要抗干擾技術(shù)有各 種接地處理、屏蔽和隔離、濾波、去耦、旁路等。硬件抗干擾抑制和消除了大 部分的干擾，但完全依靠硬件電路來消除所有的干擾是不可能的。軟件抗干擾 發(fā)展較晚，目前還沒有形成較完善的理論。但是，利用微機的記憶、快速計算 和邏輯判斷功能，從軟件方面進(jìn)行干擾抑制和消除的研究，己逐漸受到人們重 視。 在實際應(yīng)用中，往往結(jié)合硬件抗干擾和軟件抗干擾技術(shù)，從而可以得到比 較理想的抗干擾效果。 - - 1818 - - 第四章第四章 數(shù)字處理方法研究數(shù)字處理方法研究 計算機測量用的被測信號一般都含有誤差，如何將誤差從被測值中去除， 如何減小測量結(jié)果中的誤差含量，是常見數(shù)據(jù)處理問題之一。由誤差理論，按 測量過程中所產(chǎn)生的誤差性質(zhì)，可將誤差分為三類：系統(tǒng)誤差、隨機誤差、過 失誤差。對汽車檢測設(shè)備而言，與其它計量器具相似，其測試誤差基本上由系 統(tǒng)誤差與隨機誤差兩方面組成。 既然使用計算機進(jìn)行測量，應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮計算機的作用，可從軟件方面采 取措施來提高采集效率，改善數(shù)據(jù)處理效果。 4.1 曲線擬合曲線擬合 在汽車制動性能的檢測中，關(guān)鍵是對汽車制動時其制動力變化全過程的檢 測，通過對制動力變化全過程數(shù)據(jù)的采集、處理和分析，得出反映汽車制動性 能指標(biāo)的各項參數(shù)，最終按國家標(biāo)準(zhǔn)對汽車制動性能進(jìn)行評價，進(jìn)而分析判斷 制動系存在故障的部位。但是，在一般的汽車檢測控制系統(tǒng)中，由于機械臺架 結(jié)構(gòu)、傳感器的非線性以及檢測現(xiàn)場的各種干擾信號的影響等因素，導(dǎo)致系統(tǒng) 采集的數(shù)據(jù)無法完全真實地反映制動力變化的過程，采集得到的制動力變化曲 線出現(xiàn)鋸齒現(xiàn)象，嚴(yán)重影響到各項指標(biāo)的測試精度和評價結(jié)果的準(zhǔn)確性。下面 是在制動力檢測過程中模擬信號數(shù)字化處理后得到的一組典型的試驗數(shù)據(jù),記作 如表 4-1 所示。 m iii yx 1 ),( 目前常見的一些曲線擬合方法中，對各個物理量的處理有失公平性原則， 通常是在處理中確保某一個物理量的擬合誤差達(dá)到“最小”，而沒有考慮到其它 物理量的擬合誤差。 數(shù)據(jù)擬合實質(zhì)是數(shù)值逼近的一個分支。該設(shè)計中作為逼近工具的函數(shù)類應(yīng) 具有下述性質(zhì)13： (1)函數(shù)類中的函數(shù)相對光滑； (2)易于計算機實現(xiàn)； (3)逼近函數(shù)對原始數(shù)據(jù)有良好的近似。 - - 1919 - - 表 4-1 數(shù)字化后制動力試驗數(shù)據(jù) i x2.33.7556.256.558.1911.512.514151719 i y-4025-20485200-5510-1050-8080 i x2021.522.524.1262728.53031.833343637 i y-38551040-1558-2070-35100205525 i x3839.54244.847.248.249.15152.55457.558.762 i y277590900745760640650595645655530680 i x64.565.56871.372.574.576.377.58080.881.281.482.5 i y60064062066563063065057561527580-50-50 4.1.1 擬合曲線的優(yōu)化算法擬合曲線的優(yōu)化算法 由于制動力數(shù)據(jù)的擬合函數(shù)類型未知，解決的辦法是作出分段多項式，但 這時函數(shù)的光滑性顯然不良；采用樣條函數(shù)擬合，理論上完全可行，但是在該 設(shè)計的實際中，主要問題是某區(qū)間節(jié)點過多，曲線不理想。如果人為減少某區(qū) 間節(jié)點數(shù)，那么逼近函數(shù)對原始數(shù)據(jù)的近似性將受到影響。針對這些問題，優(yōu) 化算法的主要思想是利用三次樣條曲線重要性質(zhì)中的反算擬合性質(zhì)，根據(jù)給B 定點反求它的控制點，再依這些控制點畫出三次樣條曲線。B 該試驗數(shù)據(jù)優(yōu)化關(guān)鍵問題是如何求得這些控制點。方法是每段按其數(shù)據(jù)分 布特點，構(gòu)造相應(yīng)段擬合函數(shù)，節(jié)點處的值作為控制點，采用)(xf)( i xf 符號便于同試驗數(shù)據(jù)中的區(qū)別，最后對數(shù)據(jù)組采用樣)( i xf i y m iii xfx 1 )(, B 條函數(shù)擬合，式中的值代表整條曲線劃分的段數(shù)。該設(shè)計中將制動力試驗數(shù)m 據(jù)分為五段：，如圖 4-1 所示。 EFDECDBC、AB 圖 4-1 制動力試驗數(shù)據(jù)樣條擬合曲線B 4.1.2 擬合曲線的優(yōu)化算法擬合曲線的優(yōu)化算法 由于制動力數(shù)據(jù)的擬合函數(shù)類型未知，解決的辦法是作出分段多項式，但 這時函數(shù)的光滑性顯然不良；采用樣條函數(shù)擬合，理論上完全可行，但是在該 設(shè)計的實際中，主要問題是某區(qū)間節(jié)點過多，曲線不理想。如果人為減少某區(qū) 間節(jié)點數(shù)，那么逼近函數(shù)對原始數(shù)據(jù)的近似性將受到影響。針對這些問題，優(yōu) - - 2020 - - 化算法的主要思想是利用三次樣條曲線重要性質(zhì)中的反算擬合性質(zhì)，根據(jù)給B 定點反求它的控制點，再依這些控制點畫出三次樣條曲線。B 該試驗數(shù)據(jù)優(yōu)化關(guān)鍵問題是如何求得這些控制點。方法是每段按其數(shù)據(jù)分 布特點，構(gòu)造相應(yīng)段擬合函數(shù)，節(jié)點處的值作為控制點，采用)(xf)( i xf 符號便于同試驗數(shù)據(jù)中的區(qū)別，最后對數(shù)據(jù)組采用樣)( i xf i y m iii xfx 1 )(, B 條函數(shù)擬合，式中的值代表整條曲線劃分的段數(shù)。該設(shè)計中將制動力試驗數(shù)m 據(jù)分為五段：，如圖 4-2 所示。EFDECDBC、AB 圖 4-2 制動力試驗數(shù)據(jù)樣條擬合曲線B 4.1.3AB段擬合函數(shù)的構(gòu)造段擬合函數(shù)的構(gòu)造 對于段數(shù)據(jù)，根據(jù)圖 4-2 的曲線特征，從表 4-1 中取出前 29 組數(shù)據(jù)AB ，根據(jù)數(shù)據(jù)分布特點，選用二次多項式作為擬合函數(shù)，通過計291),(iyx ii 算機運算，最小二乘擬合多項式為： (4-1)1147 . 2 0591 . 0 0352 . 0 2 xxy 以式(4-7)作為反算函數(shù)，表 4-1 中為節(jié)點，得到段控制點，見表 4-2。 i xAB 表 4-2 反算出的段控制點AB),( ii yx i x 2.33.7556.256.558.1911.512.514151719 i y -2.1-1.8-1.5-1.1-1-0.30.21.92.64579.5 i x 2021.522.524.1262728.53031.833343637 i y 10.812.914.316.9202224.827.829.534.336.641.443.9 i x 383941 i y 46.549.154.6 4.14BC段擬合函數(shù)的構(gòu)造段擬合函數(shù)的構(gòu)造 根據(jù)無噪聲條件下段曲線特點，采用一次最小二乘逼近。經(jīng)過計算機BC 運算一次函數(shù)擬合式為14： (4-2)1270057.303xy - - 2121 - - 以式(4-2)作為反算函數(shù)，得到段控制點。見表 4-3。BC 表 4-3 反算出的段控制點BC),( ii yx i x42.743.444.144.8 i y262.4474.9687.4900 其它段控制點的算法與、段算法相同，不再贅述。ABBC 4.15 優(yōu)化后制動力曲線優(yōu)化后制動力曲線 根據(jù)上述優(yōu)化算法，最后得到所有控制點集，依這些控制點 m iii xfx 1 )(, 畫出三次樣條曲線，如圖 4-3 所示。B 圖 4-3 優(yōu)化前后制動力曲線對比 4.2 FIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計數(shù)字濾波器的設(shè)計 數(shù)字濾波技術(shù)是數(shù)字信號處理中應(yīng)用廣泛的一種線性系統(tǒng)環(huán)節(jié)。相對于傳 統(tǒng)的模擬濾波器，數(shù)字濾波器有濾波精度高、穩(wěn)定性高和靈活性高的優(yōu)點。數(shù) 字濾波器按單位脈沖響應(yīng)的不同可分為無限長單位脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器和有限 長單位脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器。其中，F(xiàn)IR 濾波器可以在幅度特性隨意設(shè)定的情 況下，保證精確嚴(yán)格的線性相位特性，且不存在不穩(wěn)定問題。濾波是必要的抗 干擾措施之一。考慮到數(shù)字濾波器的上述優(yōu)越性，采用數(shù)字濾波器。 4.2.1 FIR 結(jié)構(gòu)簡介結(jié)構(gòu)簡介 當(dāng)有限沖激響應(yīng)(FIR)濾波器的輸入為沖激序列時，其輸出為有限序列，該 序列稱為濾波器的沖激響應(yīng)。FIR 的基本結(jié)構(gòu)是一個分節(jié)的延時線，把每一節(jié) 的輸出加權(quán)累加，得到濾波器的輸出。數(shù)學(xué)上表示為 (4-3) )( 1 0 inxihny N i - - 2222 - - 、分別是輸出輸入序列，是濾波器的沖激響應(yīng)，N 是的長度。 ny nx nh 式(4-1)由于沖激響應(yīng)系數(shù) h(n)具有對稱特性，因此階數(shù)為偶數(shù)時具有偶對稱， 即令，式(4-1)可改寫為)1()(iNhih)1()()(iNxixiS (4-4) 12 0 )( N i inSihny 改進(jìn)后 N 次乘法減少為次，加法次數(shù)增加了，總的運算量得以減2N2N 少。 4.2.2窗函數(shù)的選擇及程序框圖窗函數(shù)的選擇及程序框圖 為減小濾波器的截斷效應(yīng)，選擇海明窗函數(shù)。窗函數(shù)法設(shè)計 FIR 濾波器的 步驟10為： a、根據(jù)技術(shù)要求確定待求濾波器的理想單位取樣響應(yīng)； b、選擇窗函數(shù)，并估計窗口長度； c、計算濾波器的單位取樣響應(yīng)，即系數(shù) h(i)； d、驗算技術(shù)指標(biāo)是否符合要求 如果有必要的話，重復(fù)上述步驟 b-d，可以實現(xiàn)濾波器。 開開始始 讀讀入入窗窗口口長長度度N 計計算算hd(n) 調(diào)調(diào)用用窗窗函函數(shù)數(shù)子子函函數(shù)數(shù)w(n) 計計算算h(n)=hd(n)w(n) 調(diào)調(diào)用用子子程程序序（函函數(shù)數(shù)）計計算算H(k)=DFTh(n) 調(diào)調(diào)用用繪繪圖圖子子程程序序（函函數(shù)數(shù)）繪繪制制H（k）幅幅度度相相位位曲曲線線 結(jié)結(jié)束束 圖 4-4 用窗函數(shù)法設(shè)計濾波器主程序框圖 - - 2323 - - 第五章第五章 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試 5.1 制動過程分析制動過程分析 在制動過程中，制動力變化如圖 5-1 所示。當(dāng)駕駛員聽到“踩腳剎車”命 令后，經(jīng)時間才意識到應(yīng)進(jìn)行制動行為。因每個人的反應(yīng)聽力、動作協(xié)調(diào) 1 t 1 t 快慢的不同而不同，一般為 0.31.0s。駕駛員踏住制動踏板后，踏板力迅速增 加，但由于制動器的蹄片與制動鼓之間存在間隙，要經(jīng)過時間才能使汽車開 2 t 始減速，不同的車輛也不相同，一般取 0.1s。稱為制動力協(xié)調(diào)時間，包括 2 t 3 t 制動傳動機構(gòu)遲滯時間和制動力增長時間，一般為 0.20.9s。是制動力達(dá)到 4 t 最大之后穩(wěn)定維持的時間，這段時間可由程序控制。駕駛員松開踏板后，制動 器制動力的消除還需要一段時間，記為。 5 t t1 駕駛員反應(yīng)時間 t2 制動傳動機構(gòu)遲滯時間 t3 制動力協(xié)調(diào)時間 t4 制動力作用時間 t5 制動力下降時間 檢測時間t/s 制動力Q/N 圖 5-1 制動變化曲線16 5.2 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試 5.2.1 靜態(tài)調(diào)試靜態(tài)調(diào)試 當(dāng)完成繪圖制版工作并且拿到印刷電路板，準(zhǔn)備焊接元器件及元器件管腳 座之前，應(yīng)進(jìn)行靜態(tài)調(diào)試，主要應(yīng)做好以下的工作： 在未焊上各元器件及元器件管腳座之前，首先用眼睛或用萬用表直接檢查 線路板各處是否有明顯的斷路、短路的地方，尤其要注意電源是否短路。元器 件在焊接過程中要逐一檢查，例如二極管、三極管、電解電容的極性，電容的 容量及耐壓，元件的數(shù)值是否正確等等。 元件及管座焊接完畢，還要仔細(xì)檢查元件面及各元件之間裸露部分有無相 互接觸現(xiàn)象，焊接面的各焊點間、焊點與近鄰線有無連接，對布線較密或未加 阻焊處理的印刷板更應(yīng)注意檢查這些可能造成短路的原因。 完成上述檢查后，先空載（不插芯片）上電，檢查電路板各管腳及各插座 引腳的電位是否正常，特別是各點電位（若有高壓，聯(lián)機調(diào)試時會通過仿真線 - - 2424 - - 進(jìn)入仿真系統(tǒng)，可能損壞仿真系統(tǒng)） 。若一切正常，將芯片插入各管座，再通電 檢查各點電位是否達(dá)到要求，邏輯電平是否符合電路或器件的邏輯關(guān)系。若有 問題，掉電后再認(rèn)真檢查故障原因。 5.2.2聯(lián)機仿真調(diào)試聯(lián)機仿真調(diào)試 聯(lián)機仿真調(diào)試的方案是：把整個測控系統(tǒng)按其功能分為若干模塊，