1、I I摘摘 要要本文主要研究內容是汽車檢測線制動工位測控系統的研制。GB72582007機動車運行安全技術條件中對汽車制動系統提出了主要技術條件,規定了臺式檢驗制動性能的檢測項目及相關標準。根據要求設計了總體方案，根據檢測實際環境和技術要求具體設計了系統硬件和軟件。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，根據各個參量的特點設計了硬件檢測電路。第二部分對軟、硬件的可靠性設計、抗干擾措施等方面進行了研究。第三部分研究了本系統所采用的數據處理方法。包括FIR 數字濾波算法。最后一部分對制動力測控系統進行了系統調試和性能試驗，用前面提到的數據處理方法處理實驗數據結果達到預期要求。關鍵詞

2、： 汽車制動性 測控檢測系統抗干擾 數字濾波 FIR ABSTRACTThis 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 prescr

3、ipted 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 be

4、en 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 filt

5、ering. 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 ResponseI I目目 錄錄第一章第一章 緒緒 論論.11.1 本課題

6、研究的目的及意義 .11.2 本課題研究的主要內容 .1第二章第二章 制動試驗臺檢測系統的設計制動試驗臺檢測系統的設計.22.1 檢測系統結構、原理及方案 .22.1.1 制動工作試驗臺的工作原理 .22.1.2 汽車制動性能檢測相關標準.32.2 設計方案.32.3 輸入模塊的設計 .42.3.1 力傳感器信號處理電路.42.3.2 速度傳感器信號處理電路.72.4 輸出模塊設計.112.5 系統軟件設計 .11第三章第三章 系統抗干擾設計系統抗干擾設計.143.1 干擾的形成 .143.1.1 干擾源.143.1.2 耦合方式.143.2 硬件抗干擾措施 .143.2.1 供電系統的抗干擾

7、措施.143.2.2 接地系統的抗干擾措施.153.2.3 針對電磁場耦合及輻射干擾而采取的措施.153.2.4 接口電路的抗干擾措施.153.3 用軟件消除干擾的方法 .163.3.1 軟件抗干擾的提出.163.3.2 軟件抗干擾的特點.163.3.3 設計合適的數字濾波程序.163.3.4 提高系統的容錯能力.163.4 總結 .17第四章第四章 數字處理方法研究數字處理方法研究.184.1 曲線擬合 .184.1.1 擬合曲線的優化算法.194.1.2 擬合曲線的優化算法.19IIII4.1.3AB段擬合函數的構造.204.14BC段擬合函數的構造.204.15 優化后制動力曲線.214

8、.2 FIR 數字濾波器的設計 .214.2.1 FIR 結構簡介.214.2.2窗函數的選擇及程序框圖.22第五章第五章 系統調試系統調試.235.1 制動過程分析.235.2 系統調試.235.2.1 靜態調試.235.2.2聯機仿真調試.245.3 系統標定.245.3.1 標定實驗.245.3.2制動臺數據處理.25結結 論論.26參參 考考 文文 獻獻.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。據調查，在機動車發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

9、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率。因此我們應該高度重視機動車的制動性能，必須經常對制動系統進行檢驗和調整。隨著電子技術和機械加工工業的發展，在傳統檢測方法的基礎上，逐步發展成現代汽車診斷與檢測技術。汽車檢測通常指使用現代檢測技術和設備，結合計算機、自動控制等高新技術來檢測汽車技術狀況，是以工程數學、故障物理、可靠性理論、電子學和電子技術、信息控制理論等為基礎的一門綜合性應用科學。汽車檢測對于保證交通安全，加強環境保護，提高運輸能力和降低生產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實意義的。1.2 本課題研究的主要內容本

10、課題研究的主要內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的設計。在確立了對汽車制動性能參量檢測及控制的總體方案后，根據各個參量的特點設計了硬件檢測電路，并介紹了各個部分的工作原理，最后根據檢測項目和功能要求設計了軟件。第二部分討論了對系統抗干擾和濾波的問題。介紹了在線檢測系統中干擾信號和噪聲的排除和抑制的若干途徑。提到了在本系統中如何解決系統中抗干擾和濾波方法。第三部分是系統調試部分。本文的主要工作：1、完成汽車制動性能整個檢測系統硬件部分的設計。傳感器信號處理電路的設計。2、完成 FIR 算法，設計 FIR 濾波器。3、對系統制動過程進行分析及調試。- - 2 2 - - 第

11、二章第二章 制動試驗臺檢測系統的設計制動試驗臺檢測系統的設計2.1 檢測系統結構、原理及方案檢測系統結構、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構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動裝置、滾筒組、第三滾筒、測量裝置等構成，其結構簡圖如圖 2-1 所示。123456781.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

12、連接。進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，經減速器、鏈傳動和主、從動滾筒帶動車輪轉動。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換成相應電信號后輸送給后繼處理裝置。當車輪速度下降20%時，計算機發出指令使電動機停轉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，制動協調時間檢測，駐車制動力檢測。因此汽車制動性參量測量的技術指標主要是力學參量測量的技術指標。其內容如下2：1、制動力最大測試范圍 030000N。2、踏板力最大測試范圍 01

13、000N。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，當制動力不大于 4%(FS)時不超過 5%，當制動力大于 4%(FS)時不超過 3%。- - 3 3 - - 7、自動關機時，其第三滾筒在自動關機時的線速度值應為主滾筒線速度值的 70%90%。根據所規定的技術指標，本系統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。

14、 2.1.2 汽車制動性能檢測相關標準汽車制動性能檢測相關標準GB72582007機動車運行安全技術條件中對汽車制動系統提出了主要技術條件，規定了臺式檢驗制動性能的檢測項目及相關標準。制動性能臺式檢驗的技術要求如下：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、制動協調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到標準規定值的 75%時為止。單車不得大于 0.6s，

15、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6050602.2 設計方案設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指標可知，實時性、測量數據的準確性、控制的可靠性和強抗干擾能力是系統設計的關鍵15。本測試系統由工控機結合單片機完成數據采集和控制等功能，傳感器信號經過處理后送 A/D 轉換，向單片機傳送數據，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結構方案如圖 2-2 所示。- - 4 4 - - 制制動動試試驗驗臺臺壓壓力力傳傳感

16、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態繼繼電電器器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網卡卡工工業業用用控控制制機機圖 2-2 系統總體結構方案2.3 輸入模塊的設計輸入模塊的設計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方案如圖 2-3 所示。圖 2-3 壓力傳感器信號處理框圖31、V/I 電路的設計電路的設計V/I 轉換器的一個功能是把輸入的電壓信號轉換成與之成正

17、比例的電流信號輸出，實現電壓電流變換；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 轉換器就是一個恒流源。集成運算放大器型接地負載 V/I 轉換器的電路，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1AT1R2R3R為輸入反饋電阻，為限流電阻，為電流反饋采樣電阻，是負載電阻，4R5RfRLR為輸入電壓 020，為輸出電流 020。iVmVOImAR1 2KR2 2KR5R3 50KR4 50KRf 25RLA1_+V+TABV1V0圖 2-4020電壓轉換成 020電流的轉換器mVmAIV /該電路中采樣電阻浮置而負載電阻接地。因浮置故需兩個輸入

18、反fRLRfR饋電阻和。常規的輸入反饋電阻用于電流采樣。而接到的另一端3R4R3R4RfR力力傳傳感感器器信信號號A/D轉轉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 - - 用以提供被轉換的電壓，若不用，則和均成為采樣電阻，輸出電流4RfRLR就和有關，不是恒流源。集成運算放大器接成深反饋同相放大器，同OILR1A時存在正、負兩種反饋，由于改變時，點電位變化比點大，反饋的凈效OIAB應仍然為負。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1AfR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負反饋線路。而且采樣

19、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 電路的設計電路的設計RCV420 是美國 RURR-BROWN 公司生產的精密電流環接收器芯片,用于將420mA 輸入信號轉換成為 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、一個片內精密電阻網絡和一個精密 10V 電壓基準。其總轉換精度為 0.1%,共模抑制比 CMR 達 86dB,共模輸入范圍達40V。RCV420 無需其它外圍器件輔助,就能實現諸多功能。增益、偏置和 CMR 無需調節,較之由分立器件設計的印制板電路,RCV420

20、具有更低的開發成本、制造成本和現場維護費用。1、基本原理、基本原理_+161234135781011141512V+V-正正電電源源IN負負輸輸入入CT輸輸入入中中心心抽抽頭頭+IN正正輸輸入入負負電電源源Ref In基基準準輸輸入入Rcv fB接接收收反反饋饋Rcv Out接接收收輸輸出出Ref Out基基準準輸輸出出Ref fB基基準準反反饋饋Ref Trim基基準準調調整整Ref Noise Reduction基基準準降降噪噪Ref Com基基準準公公共共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 420mA 電流輸入對應 05V 電壓

21、輸出時,要求電路的傳輸阻抗為:mAVmAVIVINOUT/3125. 016/5/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,并經過中心抽頭返回地端。兩個匹配的 75檢測電阻構成對稱輸入,可最大程度地抑制TCSR- - 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換時的不均衡。檢測TC電阻將輸入的電流信號經差分放大器放大,轉換成一個與之成正比的電壓。位于放大器反饋通道中的 T 型網絡節點用于產生所需要的-1.25V 偏置

22、電壓。輸入電阻網絡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。圖 2-6 是帶二階低通濾波電路的 420mA 至 010V 實際轉換電路。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。當需要調整增益時,14 和 15 腳之間接入電位器來調整增益,但這樣會減小共模抑制比,因此,正負電源腳各接一個 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,經中心抽頭腳返回地端。

23、圖中的輸入信號由+In 端輸入至 RCV420，經過變換之后輸出TC05V 的電壓信號。信號再次經過線性放大后輸出為 010V 的要求電壓信1OV1OV號。CT+In32145131415101211+15vV+1F+_RCV420VO1(05v)15.9k15.9k1F1F15.9k15.9k1Fvo (010v)V-15v+_16圖 2-6 I/V 轉換電路43、A/D 轉換接口電路的設計轉換接口電路的設計一般來說檢測系統要根據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換時間的 A/D 元件。檢測標準中關于制動力檢測精度規定檢測允許誤差為 25N，本系統中制動臺單邊最大量程為 32

24、500N 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，而且要求準確的反映制動力曲線，這個區間至少應有幾百個數據采樣點，加之數字濾波的要求，則需要 1000 個以上的采樣點，即要求轉換時間不得大于 0.5ms。所以從轉換時間的角度應選取快速 A/D 芯片。根據以上分析，本系統中采用 A/D1674 芯片。A/D1674 是美國 AD 公司生- - 7 7 - - 產的 12 位逐次比較式快速 A/D 轉換器，是 AD574 的替代產品，是一種內部由雙片雙極型電路組成的 28 腳雙列直插式

25、的集成 A/D 轉換器。其非線性誤差小于1/2LBS，最大轉換時間 10s。A/D1674 內部設有三態數據輸出鎖存器，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 轉換功能，應用非常方便。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。當汽車車輪抱死時，所要測量的最大制動力已經出現，要控制試驗臺電機停轉。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1V2V3V4V度。V1V4V3V 2V1為主滾筒的速度，V2為車輪的速度，V

26、3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入制動試驗臺車輪置于主、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動，車輪的轉動方向與主滾筒的轉動方向相反，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動，第三滾筒的轉動方向與車輪的轉動方向相反。電機啟動至主滾筒轉速穩定后，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相等，即： (2-1)1V2V3V4V當踩下制動踏板時，主滾筒的速度由于是由驅動電機帶動的，所以它的1V線速度不變，而車輪的線速度由于汽車制動系的作用而

27、降低變為，同時第三2V滾筒的線速度變為，因為第三滾筒是由車輪帶動的，所以應該有= 。從3V2V3V汽車理論知識可知，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系：車輪還處于滾動狀態時，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，當地面制動力等于附著力時，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。這時驅動制動試驗臺滾筒的電機應馬上停止，才不會使輪胎剝傷。汽車制動時車輪

28、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；kr 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。第三滾筒上裝有光電式速度傳感器。第三滾筒每轉一周，傳感器輸出 20 個脈沖。在本測控系統中驅動電機的轉速為 1440 r/min，減速箱的轉速比為 22，則主滾筒的轉速為：1n=65.45r/min (2-4)1n221440在

29、計算上通常用轉速（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)10013Dndn式中：線速度比值 主滾筒轉速（r/min）1n 第三滾筒轉速（r/min）3n 主滾筒直徑（mm）D第三滾筒直徑（mm）d本系統中，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速為：=207 r/min=3.45 r/s3ndDn 1由此可得第三滾筒最大轉速時，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：HzfHz694 .482、速度信號測量電路設計- - 9 9 - - 速

30、度傳感器輸出的脈沖信號，經過放大、限幅、整形后直接送到 8253-5 定時/計數器進行計數，最后送到工控機中。電路如圖 2-11 所示。速度INR11KR3VR15K-12V467231K+12VR2R61KR510KR410KVCC整形輸出OUT74LS321KOP07圖 2-8 速度信號處理電路5圖 2-8 中，第三滾筒產生的脈沖信號經放大后，被 5V 穩壓管穩壓，再經74LS32 整形后直接輸入至定時/計數器進行計數。本次設計采用 8253-5 來實現定時/計數功能。8253-5 內部有三個 16 位減法計數器，每個計數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

31、，輸出與兼容7。TTL數數據據總總線線緩緩沖沖器器計計數數器器1計計數數器器2計計數數器器0控控制制字字寄寄存存器器讀讀/寫寫邏邏輯輯D0-D7RD_WRA0_CSA1CLK0GATE0OUT0CLK 1CLK 2GATE 1OUT 1OUT 2GATE 2圖 2-98253 內部結構框圖(1) 8 位雙向三態數據總線緩沖器，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，向某計數器寫初值，讀某計數器的計數值。CPU- - 1010 - - (2) 讀/寫邏輯，由它決定三個計數器和控制字寄存器哪一個可以工作，并控制內部總線上數據傳送方向。片選信號為高時讀/寫邏輯被禁止，但

32、不影CS響計數器現行工作。(3) 控制字寄存器，當地址總線最低位為 11 時，這個寄存器才能工作，10AA它從數據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) 三個計數器完全獨立，每個計數器都可對輸入脈沖按二進制或二十進制從預制數開始減 1 計數。8253-5 定時/計數器與單片機構成的系統如下：74LS373P2.7ALEP0RDWRCSA0A1D0-D7CLK0GATE0CLK2CLK1GATE2GATE1RDWR整形后頻率信號8253+5V圖 2-10 8253 與單片機構成的系統框圖試驗臺體產生的脈沖信號經過放大整形后送到 8253-5 的輸

33、入端，三個門控端通過一個電阻接到電源上，使之為高電平，即處于允許計數狀態。三GATE個輸出端不用，為防止干擾，可通過電容接地。數據線與 8031 的70DD 相連，8253-5 的片選信號接 8031 的口，接地址鎖存器70PP CS7 . 2P10AA 和由 8031 的控制，8031 和 8253 間的其他數據、指令往來在控制線37374LSALE、共同作用下完成。RDWR8253 是可編程的定時器/計數器，每個計數器都有六種工作方式，每個計數器的功能選定由控制字決定，編程的控制字由通過數據口送到 8253 的控CPU制字寄存器。8253 的方式 4 為軟件觸發方式，當設置完初值后，計數器

34、立即開始計數，當減 1 計數到 0 后輸出端變低一個輸入時鐘周期，然后又恢復為高電平，計數器停止計數。計數器在方式 4 時是一次有效的，每一次計數都重要新設置計數初值。在這里不取 8253 的輸出，要的是計數器的計數值，因為 8253是減 1 計數，把計數器的計數初值設置為，定時時間內的計數值為初FFFFH0值與讀得的終值的差。例計數器終值為，則計數值為：HF320 (2-6)FFFFH0HF320CDHF00如果把讀得的計數器終值取反則有：- - 1111 - - = (2-7)反320FCDHF00所以不必做減法，直接把讀得的計數器終值取反即可8。2.4 輸出模塊設計輸出模塊設計試驗臺滾筒

35、的驅動是靠電機帶動執行機構完成的，系統實現對交流電機的控制是一個弱電控制強電的問題。采用內部帶有光電隔離的固態繼電器來實現I/O 輸出接口，控制電機的啟停。計計算算機機輸輸出出數數字字信信號號74LS373光光電電隔隔離離功功率率驅驅動動固固態態繼繼電電器器電電機機圖 2-14 固態繼電器接口電路8實際電路框圖如圖 2-14 所示，計算機輸出的數字信號由 74LS373 鎖存經光電隔離芯片后，進入功率驅動芯片(MC1413)，由 37 芯 D 型孔頭輸出開關量信號。功率輸出時要求從機外提供+24V 或+12V 電源，開關量輸出信號為共外電源方式，不是共地方式，可直接驅動繼電器。通過這個接口電路

36、實現了系統弱電對電機強電的控制，成功的實現了試驗臺電機啟停的控制。在上圖所設計的系統中，功率驅動是由 MC1413 芯片來實現的，標準接線方法如圖 2-15 所示。外部需要驅動的信號由計算機輸出數字信號后，經過74LS244 進行接口驅動后，直接送入驅動芯片 MC1413 的輸入端，再在MC1413 的驅動下，驅動用戶負載。內部電源電源+12V74LS244MC1413驅動輸出負載計算機輸出控制信號圖 2-15 MC1413 標準接線方法MC1413 是集電極開路的功放電路，將負載的一端（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。當施加到MC1413 的電

37、壓信號為高電平時，三極管導通，電流從電源流過用戶負載，通過三極管流向地線；當施加到 MC1413 的電壓信號為低電平時，三極管截止，在用戶負載上就不能有電流流過，從而使負載不工作。2.5 系統軟件設計系統軟件設計系統中的汽車到位判斷是通過光電開關的電壓來判斷的；啟動左、右電機是由系統控制 I/O，然后控制固態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，以便其他過程調用。圖 2-17 就是全過程的程序流程。- - 1212 - - 延延時時，車車穩穩定定啟動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 第三滾筒轉速降到標準？或 采集到最大制動值？或 延時2秒

38、？停止左、右電機顯示測試數據圖 2-16 檢測過程控制程序流程- - 1313 - - 系系統統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結構構合合格格前前軸軸？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結果果合合格格？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結束束 圖 2-20 全過程的程序流程- - 1414 - - 第三章第三章 系統抗干擾設計系統抗干擾設計

39、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備，都可以認為是電干擾源。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、物質本身固有的：如物質本身所固有的熱干擾和散粒干擾；c、人為的：主要由電氣、電子設備造成。3.1.2 耦合方式耦合方式1、傳導耦合干擾信號經導線傳播進入電路，我們稱為傳導耦合。大容量的用電設備在啟停時所產生的電壓波動會從交流電源線直接影響電腦控制

40、系統電源電壓的穩定性。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，在導線形成干擾。2、經公共阻抗的耦合在電腦控制系統中，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GV會疊加到信號電壓上形成干擾。SV3、電磁場耦合由于電路中元件與元件之間、導線與導線之間、導線與元件之間都存在著分布電容，因此，某一導體上的干擾電壓就會通過分布電容使其它導體上的電位受到影響，這種現象我們稱

41、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、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 與單片機進行隔離以及用繼電器、光電隔離器、光電隔離固態繼電器(SSR)等隔離器件對開關量進行隔離11。3.2.1 供電系統的抗干擾措施供電系統的抗干擾措施1、要求整個檢測系統單獨供電。- - 1515 - - 2、把機房內微機系統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、微機房內宜用穩壓性能較好的參數穩壓器(500VA)，最好采用不斷電源(UPS)供電。而機房外的控制設備和檢測儀要采用參數穩壓器或普通交流穩壓器(1000V

42、A)供電。3.2.2 接地系統的抗干擾措施接地系統的抗干擾措施 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、大電流驅動電源等大電流、大功率電路的地；第三類為機殼地，包括設備機架、機柜、箱體結構等金屬結構地。這三類分別自成系統，最后才匯集于一點并與大地相連，使整系統地處于地電位。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、交流接觸器的驅動電路采用耗能和限幅措

43、施。其次，將所有大功率交流負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，將繼電器的驅動電流回路與其它的數字邏輯回路分開，使大電流在箱內自成回路。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，不能把電纜線的屏蔽層當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，為了消除開關觸點機械摩擦的抖動所造成的干擾，必須在 TTL 電路的開關輸入回路中加入濾波環節。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

44、是利用 RC 或 RL 濾波環節來消除或抑制直流電源回路因負載變化引起的干擾。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RC1C2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，但是往往能使系統工作不穩定、數據不可靠，程序飛逸，嚴重時計算機控制失靈，產生事故。這些不穩定的因素常常產生于工作或者生產的全過程中。而且，這些干擾信號大

45、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去抗干擾。一種是為了提高效能、節省硬件，從而用軟件去取代硬件抗干擾技術；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，不改變硬件環境，不需要對干擾源精確定位，不需要定量分析，故實現起來靈活、方便，用于儀表及工業控制工程有很好的可靠性保證9。3.3.3 設計合適的數字濾波程序設計合適的數字濾波程

46、序該技術既可稱硬件仿真技術，又可屬時間冗余技術。它不需要硬件，靠計算機的高速、多次運算達到模擬并提高精度的目的。根據數據的性質不同，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，對快速的干擾源濾波有效；邏輯濾波用于開關量濾波，信號是二值狀態，采用多數表決法，用邏輯與或邏輯或作濾波結果。以上各項技術在應用時可相互配合使用。在分類上還可以歸并，如冗余技術歸為容錯技術等10。3.3.4 提高系統的容錯能力提高系統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

47、更多的超過常規設計所需的外加資源開銷，從而換取了常規設計達不到的可靠性。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（重復執行指令、重復取數、重復執行程序）等。軟件容錯技術的主要措施是信息冗余和時間冗余。3.4 總結總結硬件抗干擾發展的歷史較長，理論和實踐比較成熟，主要抗干擾技術有各種接地處理、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。軟件抗干擾發展較晚，目前還沒有形

48、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，從軟件方面進行干擾抑制和消除的研究，己逐漸受到人們重視。在實際應用中，往往結合硬件抗干擾和軟件抗干擾技術，從而可以得到比較理想的抗干擾效果。- - 1818 - - 第四章第四章 數字處理方法研究數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，如何減小測量結果中的誤差含量，是常見數據處理問題之一。由誤差理論，按測量過程中所產生的誤差性質，可將誤差分為三類：系統誤差、隨機誤差、過失誤差。對汽車檢測設備而言，與其它計量器具相似，其測試誤差基本上由系統誤差與隨機誤差兩方面組成。既然使用計算機進行測量，應當充

49、分發揮計算機的作用，可從軟件方面采取措施來提高采集效率，改善數據處理效果。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據的采集、處理和分析，得出反映汽車制動性能指標的各項參數，最終按國家標準對汽車制動性能進行評價，進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中，由于機械臺架結構、傳感器的非線性以及檢測現場的各種干擾信號的影響等因素，導致系統采集的數據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鋸齒現象，嚴重影響到各項指標的測試精度和評價結果的準確性。下面是在制動力檢測過程中模擬信號數

50、字化處理后得到的一組典型的試驗數據,記作如表 4-1 所示。miiiyx1),(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到“最小”，而沒有考慮到其它物理量的擬合誤差。 數據擬合實質是數值逼近的一個分支。該設計中作為逼近工具的函數類應具有下述性質13：(1)函數類中的函數相對光滑；(2)易于計算機實現；(3)逼近函數對原始數據有良好的近似。- - 1919 - - 表 4-1 數字化后制動力試驗數據ix2.33.7556.256.558.1911.512.514151719iy-4025-20485200-5510-1050-80

51、80ix2021.522.524.1262728.53031.833343637iy-38551040-1558-2070-35100205525ix3839.54244.847.248.249.15152.55457.558.762iy277590900745760640650595645655530680ix64.565.56871.372.574.576.377.58080.881.281.482.5iy60064062066563063065057561527580-50-504.1.1 擬合曲線的優化算法擬合曲線的優化算法由于制動力數據的擬合函數類型未知，解決的辦法是作出分段多項式，

52、但這時函數的光滑性顯然不良；采用樣條函數擬合，理論上完全可行，但是在該設計的實際中，主要問題是某區間節點過多，曲線不理想。如果人為減少某區間節點數，那么逼近函數對原始數據的近似性將受到影響。針對這些問題，優化算法的主要思想是利用三次樣條曲線重要性質中的反算擬合性質，根據給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該試驗數據優化關鍵問題是如何求得這些控制點。方法是每段按其數據分布特點，構造相應段擬合函數，節點處的值作為控制點，采用)(xf)(ixf符號便于同試驗數據中的區別，最后對數據組采用樣)(ixfiymiiixfx1)(,B條函數擬合，式中的值代表整條曲線劃分的段數。該設計中

53、將制動力試驗數m據分為五段：，如圖 4-1 所示。 EFDECDBC、AB圖 4-1 制動力試驗數據樣條擬合曲線B4.1.2 擬合曲線的優化算法擬合曲線的優化算法由于制動力數據的擬合函數類型未知，解決的辦法是作出分段多項式，但這時函數的光滑性顯然不良；采用樣條函數擬合，理論上完全可行，但是在該設計的實際中，主要問題是某區間節點過多，曲線不理想。如果人為減少某區間節點數，那么逼近函數對原始數據的近似性將受到影響。針對這些問題，優- - 2020 - - 化算法的主要思想是利用三次樣條曲線重要性質中的反算擬合性質，根據給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該試驗數據優化關鍵問題

54、是如何求得這些控制點。方法是每段按其數據分布特點，構造相應段擬合函數，節點處的值作為控制點，采用)(xf)(ixf符號便于同試驗數據中的區別，最后對數據組采用樣)(ixfiymiiixfx1)(,B條函數擬合，式中的值代表整條曲線劃分的段數。該設計中將制動力試驗數m據分為五段：，如圖 4-2 所示。EFDECDBC、AB圖 4-2 制動力試驗數據樣條擬合曲線B4.1.3段擬合函數的構造段擬合函數的構造AB對于段數據，根據圖 4-2 的曲線特征，從表 4-1 中取出前 29 組數據AB，根據數據分布特點，選用二次多項式作為擬合函數，通過計291),(iyxii算機運算，最小二乘擬合多項式為： (

55、4-1)1147. 20591. 00352. 02xxy以式(4-7)作為反算函數，表 4-1 中為節點，得到段控制點，見表 4-2。ixAB表 4-2 反算出的段控制點AB),(iiyxix2.33.7556.256.558.1911.512.514151719iy-2.1-1.8-1.5-1.1-1-0.30.21.92.64579.5ix2021.522.524.1262728.53031.833343637iy10.812.914.316.9202224.827.829.534.336.641.443.9ix383941iy46.549.154.64.14段擬合函數的構造段擬合函數的

56、構造BC根據無噪聲條件下段曲線特點，采用一次最小二乘逼近。經過計算機BC運算一次函數擬合式為14： (4-2)1270057.303xy- - 2121 - - 以式(4-2)作為反算函數，得到段控制點。見表 4-3。BC表 4-3 反算出的段控制點BC),(iiyxix42.743.444.144.8iy262.4474.9687.4900其它段控制點的算法與、段算法相同，不再贅述。ABBC4.15 優化后制動力曲線優化后制動力曲線根據上述優化算法，最后得到所有控制點集，依這些控制點miiixfx1)(,畫出三次樣條曲線，如圖 4-3 所示。B圖 4-3 優化前后制動力曲線對比4.2 FIR

57、 數字濾波器的設計數字濾波器的設計數字濾波技術是數字信號處理中應用廣泛的一種線性系統環節。相對于傳統的模擬濾波器，數字濾波器有濾波精度高、穩定性高和靈活性高的優點。數字濾波器按單位脈沖響應的不同可分為無限長單位脈沖響應(IIR)濾波器和有限長單位脈沖響應(FIR)濾波器。其中，FIR 濾波器可以在幅度特性隨意設定的情況下，保證精確嚴格的線性相位特性，且不存在不穩定問題。濾波是必要的抗干擾措施之一?？紤]到數字濾波器的上述優越性，采用數字濾波器。4.2.1 FIR 結構簡介結構簡介當有限沖激響應(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。FIR 的基本結構是一

58、個分節的延時線，把每一節的輸出加權累加，得到濾波器的輸出。數學上表示為 (4-3) )(10inxihnyNi- - 2222 - - 、分別是輸出輸入序列，是濾波器的沖激響應，N 是的長度。 ny nx nh式(4-1)由于沖激響應系數 h(n)具有對稱特性，因此階數為偶數時具有偶對稱，即令，式(4-1)可改寫為)1()(iNhih)1()()(iNxixiS (4-4) 120)(NiinSihny改進后 N 次乘法減少為次，加法次數增加了，總的運算量得以減2N2N少。4.2.2窗函數的選擇及程序框圖窗函數的選擇及程序框圖為減小濾波器的截斷效應，選擇海明窗函數。窗函數法設計 FIR 濾波器

59、的步驟10為：a、根據技術要求確定待求濾波器的理想單位取樣響應；b、選擇窗函數，并估計窗口長度；c、計算濾波器的單位取樣響應，即系數 h(i)；d、驗算技術指標是否符合要求如果有必要的話，重復上述步驟 b-d，可以實現濾波器。開開始始讀讀入入窗窗口口長長度度N計計算算hd(n)調調用用窗窗函函數數子子函函數數w(n)計計算算h(n)=hd(n)w(n)調調用用子子程程序序（函函數數）計計算算H(k)=DFTh(n)調調用用繪繪圖圖子子程程序序（函函數數）繪繪制制H（k）幅幅度度相相位位曲曲線線結結束束圖 4-4 用窗函數法設計濾波器主程序框圖- - 2323 - - 第五章第五章 系統調試系統

60、調試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。當駕駛員聽到“踩腳剎車”命令后，經時間才意識到應進行制動行為。因每個人的反應聽力、動作協調1t1t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，要經過時間才能使汽車開2t始減速，不同的車輛也不相同，一般取 0.1s。稱為制動力協調時間，包括2t3t制動傳動機構遲滯時間和制動力增長時間，一般為 0.20.9s。是制動力達到4t最大之后穩定維持的時間，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。5tt1 駕駛員