专利名称：便携式制动性能测试仪动态检测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及制动性能测试仪检测领域，特别涉及一种基于GPS技术的便携式制动 性能测试仪检测装置。
背景技术：
机动车的制动效能是指在良好的路面上，汽车以一定初速度制动到停车的能力， 它是制动性能最基本的评价指标。当前，随着我国机动车产业的迅猛发展，交通事故总量呈 上升趋势。车辆制动性能的优劣将直接影响到行车的安全，因此，用于汽车制动性能检测的 便携式制动性能测试仪应运而生。便携式制动性能测试仪作为测量MFDD (充分发出的平均 减速度)的专用计量仪器，其自身量值准确度中静态指标和检测方法均容易实现，动态指 标和检测方法可操作性较差。目前，在对便携式制动性能测试仪的动态指标进行检测时，多 采用基于光电检测原理的传感器进行检测。如户外实车路试检测时，挂在车体外的基于光 电检测原理的传感器较为笨重，难以可靠固定，骤然加减速时的安全性和稳定性不易保障； 光电原理的测试仪器对道路条件要求较高，天气与路面状况会严重影响数据稳定性，因此， 所述检测方法的可行性较差。

发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种便携式制动性能测试仪动态检测 方法及装置，解决目前便携式制动性能测试仪检测过程中动态指标和检测方法可操作性差 的问题，达到其在检测过程中准确性、安全性和稳定性得到保障的目的。 本发明解决现有技术问题所采用的技术方案是设计和制造一种便携式制动性能 测试仪动态检测方法，包括以下步骤，(SI)将脚踏开关接到移动运行装置的制动踏板上； 将信号采集处理模块置于移动运行装置上；设定制动初始速度以及被检设备编号；(S2)主 控单元CPU实时接收由所述信号采集处理模块传输的数据信息并判断是否满足测试条件； (S3)操作人员在满足测试条件下进行制动性能测试；(S4)CPU主控单元分析处理出制动性 能测试数据并将该制动性能测试数据进行存储并上传。 本发明进一步的改进是所述步骤(S2)中，所述测试条件为所述移动运行装置的 移动速度与所述制动初始速度相同；所述GPS信号采集处理模块检测到的卫星个数不少于 四颗。 本发明进一步的改进是所述步骤(S3)中，所述制动性能测试为，当所述移动运 行装置的移动速度达到测试设定的初速度时，急踩制动踏板至制动过程结束；所述CPU主 控单元在制动过程中将信号采集处理模块输出的信号转换为实时的速度和距离并可进行 显示，记录制动过程中所述信号采集处理模块输出的位置、车辆速度、方位、加速度和时间值。 本发明进一步的改进是所述步骤(S4)中，所述制动性能测试数据包括制动初 速、制动距离、MFDD、协调时间、平均减速度和制动时间值；所述CPU主控单元采用样条函数拟合算法将制动过程中得到的速度和距离经数据处理后得出制动初速、制动距离、MFDD、 协调时间、平均减速度和制动时间并将其存储在存储模块中；所述CPU主控单元还可通过 无线传输模块将所述制动性能测试数据传输到主服务器上；所述主服务器自动生成对比数 据。 本发明进一步的改进是所述信号采集处理模块由GPS天线，感应器和前置信号 处理器组成；所述GPS天线接收GPS卫星射频信号并将其送入所述感应器中；所述感应器 为非接触式速度参数和位置参数感应器，所述感应器由射频前端和相关器组成，所述射频 前端完成信号采集和处理，所述相关器完成信号的跟踪和锁定。 本发明进一步的改进是所述样条函数拟合算法具体包括对各分段的试验数 据，求相应的拟合函数；利用各分段的拟合函数计算节点上的插值；对校正后的试验数据 用三次B-样条函数拟合。 为了将本方法应用于实践，又提供了一种便携式制动性能测试仪动态检测装置， 包括CPU主控单元、信号采集处理模块、存储模块、显示模块、踏板开关以及无线传输模块； 所述CPU主控单元分别与所述信号采集处理模块、存储模块、显示模块、踏板开关以及无线 传输模块进行连接；所述信号采集处理模块接收GPS卫星的射频信号并将信号传入所述 CPU主控单元；所述存储模块用于存储所述信号采集处理模块输出的制动性能测试数据； 所述显示模块用于数据的显示；所述无线传输模块用于将所述CPU主控单元的数据信息上 传至主服务器以便分析和处理；所述踏板开关还接于移动运行装置的制动踏板上。
本发明进一步的改进是所述信号采集处理模块由GPS天线，感应器和前置信号 处理器组成；所述GPS天线接收GPS卫星射频信号并将其送入所述感应器中；所述感应器 为非接触式速度参数和位置参数感应器，所述感应器由射频前端和相关器组成，所述射频 前端完成信号采集和处理，所述相关器完成信号的跟踪和锁定。 本发明进一步的改进是所述显示模块通过并口与所述CPU主控单元连接，所述 CPU主控单元将所述信号采集处理模块的脉冲信号经处理后转换成实时速度和行驶距离值 并通过显示模块进行显示；所述制动性能测试数据包括制动初速、制动距离、MFDD、协调时 间、平均减速度和制动时间值。 本发明进一步的改进是所述便携式制动性能测试仪动态检测装置还包括按键及 打印模块；所述按键及打印模块分别与所述CPU主控单元连接。 本发明的有益效果是通过采用GPS技术，利用多普勒频移效应进行数据测量，该 方法及装置不受天气环境因素的干扰，检测精度高，安装使用方便；同时，极大的提高了速 度测量范围、速度测量精度、距离测量范围、距离测量精度以及时间测量精度。


图1是本发明便携式制动性能测试仪动态检测方法流程图。 图2是本发明便携式制动性能测试仪动态检测方法的检测示意图。 图3是本发明便携式制动性能测试仪动态检测装置示意图。 图4是本发明便携式制动性能测试仪动态检测装置信号采集处理模块连接示意 图。 图5是本发明便携式制动性能测试仪动态检测装置按键及打印模块连接示意图。
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图6是本发明便携式制动性能测试仪动态检测装置存储模块连接示意图。 图7是本发明便携式制动性能测试仪动态检测装置无线传输模块连接示意图。 图8是本发明便携式制动性能测试仪动态检测装置信号采集处理模块电气原理 图。 图9是本发明便携式制动性能测试仪动态检测装置CPU主控单元电气原理图。 图10是本发明便携式制动性能测试仪动态检测装置无线传输模块电气原理图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。 如图l，便携式制动性能测试仪动态检测方法，包括以下步骤，SI将脚踏开关接到 移动运行装置的制动踏板上；将信号采集处理模块置于移动运行装置上；设定制动初始速 度以及被检设备编号；S2主控单元CPU实时接收由所述信号采集处理模块传输的数据信息 并判断是否满足测试条件；S3操作人员在满足测试条件下进行制动性能测试；S4 CPU主控 单元分析处理出制动性能测试数据并将该制动性能测试数据进行存储并上传。所述信号采 集处理模块由GPS天线，感应器和前置信号处理器组成；所述GPS天线接收GPS卫星射频信 号并将其送入所述感应器中；所述感应器为非接触式速度参数和位置参数感应器，所述感 应器由射频前端和相关器组成，所述射频前端完成信号采集和处理，所述相关器完成信号 的跟踪和锁定。 所述步骤S2中，所述测试条件为所述移动运行装置的移动速度与所述制动初始 速度相同；所述GPS信号采集处理模块检测到的卫星个数不少于四颗。 所述步骤S3中，所述制动性能测试为，当移动运行装置的移动速度达到测试设定 的初速度时，急踩制动踏板至制动过程结束；所述CPU主控单元在制动过程中将信号采集 处理模块输出的信号转换为实时的速度和距离并可进行显示，记录制动过程中所述信号采
集处理模块输出的位置、车辆速度、方位、加速度和时间值。 所述步骤S4中，所述制动性能测试数据包括制动初速、制动距离、MFDD、协调时 间、平均减速度和制动时间值；所述CPU主控单元采用样条函数拟合算法将制动过程中得 到的速度和距离经数据处理后得出制动初速、制动距离、MFDD、协调时间、平均减速度和制 动时间并将其存储在存储模块中；所述CPU主控单元还可通过无线传输模块将所述制动性 能测试数据传输到主服务器上；所述主服务器自动生成对比数据。 所述样条函数拟合算法具体包括对各分段的试验数据，求相应的拟合函数；利 用各分段的拟合函数计算节点上的插值；对校正后的试验数据用三次B-样条函数拟合。
在实际中，一般采用汽车作用移动运行装置来对便携式制动性能测试仪进行动态 检测。如图2为采用GPS技术的检测示意图，将GPS天线置于车外(可将磁性底座的天线 吸附在车顶)，把脚踏开关与被检设备的脚踏开关一同接于汽车制动踏板上。当汽车运行 时，即可实时测出运动速度，若踩下制动踏板，便一并记录下制动距离。由于采用的是GPS 技术，利用多普勒效应进行数据测量，因此，不受外界天气环境因素的干扰，检测精度高，安 装使用方便。速度测量范围可达(0-200)km/h，速度测量精度可达±0. lkm/h ;距离测量 范围可达(0-9999. 99)m，距离测量精度可达±0. 05%，时间测量精度可达士lms。
由于便携式制动性能测试仪是用来检测制动减速度的实车路试仪器，其工作原理是采用"加速度传感器"作为敏感元件，利用相关算法得到国家标准GB7258-2004《机动车运 行安全技术条件》中，对汽车制动性能评价所需要的参数MFDD(充分发出的平均减速度)。 MFDD计算公式如式(1):
<formula>formula see original document page 7</formula>
<formula>formula see original document page 7</formula> 由公式(1)知道，欲得到MFDD，就需要知道速度VO和制动距离Se和Sb，为此，我们 采用GPS多普勒技术来实现上述目标。用外置天线接收卫星发射出的无线电信号，由于卫 星在空间中的位置是已知的，地面运动物体若产生运动，则接收的卫星无线电信号会发生 多普勒频移效应，据此原理可分解出与地面运动物体速度成正比的频率信号。对该信号进 行测频，即可得到运动物体的速度，通过对信号进行计数，即可得到运动物体走过的距离。
实际检测时，将检测装置开机后，先设置制动初速以及输入被检测设备编号，CPU 主控单元实时接收由信号采集处理模块送入的数据信息，判断卫星数是否满足超过四颗卫 星的测试条件，若不满足，则在测试界面(显示模块)右上角显示"waiting",当检测到卫 星数超过四颗时，右上角显示"OK"，此时检测人员可进行检测工作。CPU主控单元实时判断 当前车速，当车速等于设定值时，CPU主控单元通过控制蜂鸣器发出有节奏的蜂鸣声，提示 操作人员可开始进行制动性能测试。待速度稳定后，急踩刹车。制动过程从踏板开关动作 开始，CPU主控单元将信号采集处理模块输出的信号转换为实时的速度和距离，并将制动过 程中信号采集处理模块输出的位置、车辆速度、方位、加速度和时间送入存储模块。制动过 程结束后，CPU主控单元采用算法将得到的速度和距离经数据处理后得出制动初速、制动距 离、MFDD、协调时间、平均减速度和制动时间，将这些值存入存储模块中，并通过GPRS无线 传输模块发送到主服务器中。将本装置得到的结果与被检测便携式制动性能测试仪所显示 的数据进行对比，即可实现检测功能。 存储模块可为固态硬盘或闪存卡，在一种实施例中，该存储模块为SD卡。操作人 员可以通过读卡器将SD中数据读出，以便后续数据分析。制动过程结束后，单片机采用样 条函数拟合算法把得到的速度和距离值，经数据处理后计算出制动初速、制动距离、MFDD、 协调时间、平均减速度和制动时间，并将这些值存入SD卡中。具体算法如下
对原始数据分段。该设计中根据拐点值分为三段； (1)对各分段的试验数据(xi，yi)， i = 1，2，…，nj，求相应段的拟合函数g(x); (2)利用各分段的拟合函数g(x)计算节点{xi}上的插值g (xi); (3)对校正后的试验数据(xi，g(x i))，i = 1，2，3，…，n，用三次B-样条函数拟合。 为了将本方法应用于实践，特制造了一种便携式制动性能测试仪动态检测装置， 如图3，包括CPU主控单元1、信号采集处理模块2、存储模块4、显示模块6、踏板开关3以 及无线传输模块5 ;所述CPU主控单元1分别与所述信号采集处理模块2、存储模块4、显示 模块6、踏板开关3以及无线传输模块5进行连接；所述信号采集处理模块2接收GPS卫星 的射频信号并将信号传入所述CPU主控单元1 ;所述存储模块4用于存储所述信号采集处 理模块2输出的制动性能测试数据；所述显示模块6用于数据的显示；所述无线传输模块5 用于将所述CPU主控单元1的数据信息上传至主服务器以便分析和处理；所述踏板开关还接于移动运行装置的制动踏板上。 如图4及图8，所述信号采集处理模块由GPS天线22，感应器23和前置信号处理器 组成；所述GPS天线22接收GPS卫星射频信号并将其送入所述感应器23中；所述感应器为 非接触式速度参数和位置参数感应器，所述感应器由射频前端和相关器组成，所述射频前 端完成信号采集和处理，所述相关器完成信号的跟踪和锁定。其中，感应器为RLVB20SPS感 应器，外置式车载天线接收来自GPS卫星的射频信号，它像"收音机"一样接收、解调卫星的 广播C/A码信号。并将其送入RLVB20SPS感应器。RLVB20SPS是一种基于GPS的非接触式 速度参数和位置参数感应器，它主要由射频前端、相关器组成，是本装置信号采集与处理的 基础，其信号处理的质量直接影响该发明测试的性能；相关器主要完成信号的跟踪和锁定。 RLVB20SPS感应器有数字、模拟及CAN总线输出。本装置中选用了感应器的数字输出和CAN 总线输出。数字端口输出的信号送入前置信号处理部分，前置信号处理部分由LM393及外 围电路组成。数字信号送入比较器LM393的同相端转换成5V脉冲信号，转换后的脉冲信号 送入CPU主控单元1。 所述显示模块6通过串口与所述CPU主控单元1连接，所述CPU主控单元1将所述 信号采集处理模块2的脉冲信号经处理后转换成实时速度和行驶距离值并通过显示模块6 进行显示；所述制动性能测试数据包括制动初速、制动距离、MFDD、协调时间、平均减速度和 制动时间值。 显示模块6可为液晶显示屏，其采用124*64点阵中英文液晶显示。 所述便携式制动性能测试仪动态检测装置还包括按键及打印模块78 ;所述按键
及打印模块78分别与所述CPU主控单元1连接。 在一种实施例中，如图9， CPU主控单元1选用C8051F062， C8051F系列单片机与 8051在指令上完全兼容，性能远远高于标准的8051单片机，片内除了具有8052的全部外设 外.可通过端口配置，连接具有SPI和CAN总线等接口的设备，扩展了丰富的外设，是一种 名副其实的SOC。脉冲信号送入的是单片机的PIO 口，该口配置为边沿触发捕捉模式，将输 入的脉冲信号经处理后转换成车辆的实时速度和行驶距离。测试准备过程中，单片机将实 时的速度值送到液晶屏上显示。液晶屏选用124X64的点阵液晶，通过并口与单片机相连 接，见图5。 又如图6，脚踏开关的开关信号送入单片机的P6. 4 口，当单片机检测该脚有低电 平时，判断制动过程开始。在制动过程中，单片机将传感器经CAN总线输出的位置、车辆速 度、方位、加速度和时间通过SPI总线送入由SD卡和外围电路组成的存储模块中进行储存。 而存储模块可为SD卡，操作人员可以通过读卡器将SD中数据读出，以便后续数据分析。
如图7，为了减轻检测人员的数据处理，装置中添加了GPRS无线传输模块。GPRS无 线传输模块包括SIM卡和GPRS收发模块。GPRS收发模块选用台湾明基公司的BENQ M22，如 图10，该模块为带TCP/IP协议的900/1800/1900三频工业模块，由于该模块内嵌了 TCP/IP 协议，这样对整个系统硬件和软件的要求大大降低。利用单片机的串口与BENQ M22GPRS模 块相连接，并可以通过短信的方式将测得的数据(如制动初速、制动距离、MFDD、协调时间、 平均减速度和制动时间值以及其瞬时值)发送到指定的服务器地址。服务器接收数据后， 可自动生成数据表格。也可将被检测设备中的结果输入检测设备中，检测设备将其一并发 送到服务器主机，减轻了操作者后续数据整理的工作。测得的结果还可以通过微型打印机打印。微型打印机与单片机通过并口进行数据传输。 在进行检测工作时，仅须将带磁性底座的天线吸附在车顶即可，克服了传统光电 检测方法，挂在车体外的传感器笨重，难以可靠固定，骤然加减速时的安全性和稳定性不易 保障的缺点。该装置完全满足了 JJF1168-2007的技术要求，通过GPS卫星信号多普勒频 移变换测速与计数。其工作电压为AC 220V士22V、50Hz或DC12V ;速度测量范围为Okm/ h-200km/h ;速度测量精度为±0. lkm/h ;里程测量范围为Om-9999. 99m ;里程测量精度 ±0. 05%。采用GPS多普勒技术，避免了天气与路面状况对检测结果的影响，实现了全天候 开展检测工作的需要。 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定 本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的 保护范围。
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权利要求
一种便携式制动性能测试仪动态检测方法，其特征在于包括以下步骤，(S1)将脚踏开关接到移动运行装置的制动踏板上；将信号采集处理模块置于移动运行装置上；设定制动初始速度以及被检设备编号；(S2)主控单元CPU实时接收由所述信号采集处理模块传输的数据信息并判断是否满足测试条件；(S3)操作人员在满足测试条件下进行制动性能测试；(S4)CPU主控单元分析处理出制动性能测试数据并将该制动性能测试数据进行存储并上传。
2. 根据权利要求1所述便携式制动性能测试仪动态检测方法，其特征在于所述步 骤(S2)中，所述测试条件为所述移动运行装置的移动速度与所述制动初始速度相同；所述 GPS信号采集处理模块检测到的卫星个数不少于四颗。
3. 根据权利要求1所述便携式制动性能测试仪动态检测方法，其特征在于所述步骤(S 3)中，所述制动性能测试为，当所述移动运行装置的速度达到测试设定的初速度时，急 踩制动踏板至制动过程结束；所述CPU主控单元在制动过程中将信号采集处理模块输出的 信号转换为实时的速度和距离并可进行显示，记录制动过程中所述信号采集处理模块输出 的位置、车辆速度、方位、加速度和时间值。
4. 根据权利要求1所述便携式制动性能测试仪动态检测方法，其特征在于所述步骤 (S4)中，所述制动性能测试数据包括制动初速、制动距离、MFDD、协调时间、平均减速度和制 动时间值；所述CPU主控单元采用样条函数拟合算法将制动过程中得到的速度和距离经数 据处理后得出制动初速、制动距离、MFDD、协调时间、平均减速度和制动时间并将其存储在 存储模块中；所述CPU主控单元还可通过无线传输模块将所述制动性能测试数据传输到主 服务器上；所述主服务器自动生成对比数据。
5. 根据权利要求1所述便携式制动性能测试仪动态检测方法，其特征在于所述信号 采集处理模块由GPS天线，感应器和前置信号处理器组成；所述GPS天线接收GPS卫星射频 信号并将其送入所述感应器中；所述感应器为非接触式速度参数和位置参数感应器，所述 感应器由射频前端和相关器组成，所述射频前端完成信号采集和处理，所述相关器完成信 号的跟踪和锁定。
6. 根据权利要求4所述便携式制动性能测试仪动态检测方法，其特征在于所述样条 函数拟合算法具体包括对各分段的试验数据，求相应的拟合函数；利用各分段的拟合函 数计算节点上的插值；对校正后的试验数据用三次B-样条函数拟合。
7. —种便携式制动性能测试仪动态检测装置，其特征在于包括CPU主控单元、信号采 集处理模块、存储模块、显示模块、踏板开关以及无线传输模块；所述CPU主控单元分别与 所述信号采集处理模块、存储模块、显示模块、踏板开关以及无线传输模块进行连接；所述 信号采集处理模块接收GPS卫星的射频信号并将信号传入所述CPU主控单元；所述存储模 块用于存储所述信号采集处理模块输出的制动性能测试数据；所述显示模块用于数据的显 示；所述无线传输模块用于将所述CPU主控单元的数据信息上传至主服务器以便分析和处 理；所述踏板开关还接于移动运行装置的制动踏板上。
8. 根据权利要求7所述便携式制动性能测试仪动态检测装置，其特征在于所述信号 采集处理模块由GPS天线，感应器和前置信号处理器组成；所述GPS天线接收GPS卫星射频 信号并将其送入所述感应器中；所述感应器为非接触式速度参数和位置参数感应器，所述 感应器由射频前端和相关器组成，所述射频前端完成信号采集和处理，所述相关器完成信号的跟踪和锁定。
9. 根据权利要求7所述便携式制动性能测试仪动态检测装置，其特征在于所述显示模块通过并口与所述CPU主控单元连接，所述CPU主控单元将所述信号采集处理模块的脉 冲信号经处理后转换成实时速度和行驶距离值并通过显示模块进行显示；所述制动性能测 试数据包括制动初速、制动距离、MFDD、协调时间、平均减速度和制动时间值。
10. 根据权利要求7所述便携式制动性能测试仪动态检测装置，其特征在于所述便携 式制动性能测试仪动态检测装置还包括按键及打印模块；所述按键及打印模块分别与所述 CPU主控单元连接。
全文摘要
本发明涉及制动性能测试仪检测领域，其公开了一种便携式制动性能测试仪动态检测方法，包括以下步骤，将脚踏开关接到移动运行装置的制动踏板上；将信号采集处理模块置于移动运行装置上；设定制动初始速度以及被检设备编号；主控单元CPU实时接收由所述信号采集处理模块传输的数据信息并判断是否满足测试条件；操作人员在满足测试条件下进行制动性能测试。本发明又提供了一种便携式制动性能测试仪动态检测装置。本发明的有益效果是通过采用GPS技术，利用多普勒频移效应进行数据测量，该方法及装置不受天气环境因素的干扰，检测精度高，安装使用方便；同时，极大的提高了速度测量范围、速度测量精度、距离测量范围、距离测量精度及时间测量精度。
文档编号G01M17/007GK101788387SQ20101012601
公开日2010年7月28日 申请日期2010年3月17日 优先权日2010年3月17日
发明者卿燕萍, 张改, 易北华, 杨春生, 江东, 罗发贵, 赵军, 隋良红 申请人:中国测试技术研究院声学研究所