一種汽車行駛記錄儀檢定裝置的研究

趙 軍，隋良紅，江 東

（中國測(cè)試技術(shù)研究院，四川 成都 610021）

一種汽車行駛記錄儀檢定裝置的研究

趙 軍，隋良紅，江 東

（中國測(cè)試技術(shù)研究院，四川 成都 610021）

針對(duì)目前市面上汽車行駛記錄儀類型多的特點(diǎn)，介紹一種將模擬檢定和路試檢定裝置集成在一起的汽車行駛記錄儀檢定裝置。闡述檢定裝置的組成結(jié)構(gòu)并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源產(chǎn)生原理進(jìn)行分析，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)該檢定裝置進(jìn)行驗(yàn)證，證明其完全能夠滿足計(jì)量檢定的使用要求。

汽車行駛記錄儀；檢定裝置；GPS技術(shù)；模擬檢定；路試檢定

0 引 言

汽車行駛記錄儀俗稱汽車“黑匣子”，是對(duì)車輛行駛速度、時(shí)間、里程以及有關(guān)車輛行駛的其他狀態(tài)信息進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)字式電子記錄裝置，對(duì)汽車的行車安全和事后處理事故查明原因至關(guān)重要[1]。但其自身作為一種計(jì)量器具，其量值是否準(zhǔn)確、功能是否正常，需要有相應(yīng)的檢定裝置對(duì)其進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)。本文主要針對(duì)汽車行駛記錄儀的計(jì)量參數(shù)是否準(zhǔn)確，從計(jì)量的角度研制汽車行駛記錄儀檢定裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車行駛記錄儀的速度、里程、時(shí)間定位計(jì)量參數(shù)進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)。

1 國內(nèi)外目前汽車行駛記錄儀使用情況以及檢定現(xiàn)狀

早在20世紀(jì)20年代，行駛記錄儀便伴隨著汽車?yán)锍瘫碚Q生，當(dāng)時(shí)是和汽車速度、里程表結(jié)合在一起的。目前，歐盟已制定頒布了分別規(guī)范駕駛員駕駛時(shí)間、紙盤式記錄儀技術(shù)性能、數(shù)字式記錄儀技術(shù)性能、監(jiān)督企業(yè)和實(shí)施路面執(zhí)法的5個(gè)主要法規(guī)，15個(gè)成員國500多萬輛商用車安裝了紙盤式行駛記錄儀；美國規(guī)定商用車若沒安裝行駛記錄儀則不能上路。同時(shí)歐美等國對(duì)汽車行駛記錄儀的功能要求、技術(shù)指標(biāo)、測(cè)試方法等也有很嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)范要求[2]。國內(nèi)目前市面上的汽車行駛記錄儀，按照其速度、里程等信息的來源方式大致分為兩類：1）通過對(duì)速度傳感器信號(hào)的處理來顯示速度里程等信息；2）通過對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的處理來獲得速度里程定位等信息。國內(nèi)由于汽車行駛記錄儀種類多，而且目前沒有國家計(jì)量檢定規(guī)程，各地區(qū)根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，制定有當(dāng)?shù)氐牡胤綑z定規(guī)程，如四川和廣東等地。而目前大多汽車行駛記錄儀檢定裝置僅為路試檢定裝置，本文介紹的檢定裝置設(shè)計(jì)了模擬信號(hào)輸出模塊和現(xiàn)場(chǎng)路試GPS信號(hào)模塊，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各類汽車行駛記錄儀的模擬檢定或路試檢定。

2 檢定裝置的工作原理及特點(diǎn)

2.1 檢定裝置工作原理

本檢定裝置可根據(jù)被檢汽車行駛記錄儀的原理，選擇設(shè)置模擬檢定或者路試檢定模式。模擬檢定是通過模擬檢定模塊按照系統(tǒng)設(shè)置的與被檢行駛記錄儀一致的特征系數(shù)和特征轉(zhuǎn)數(shù)，來模擬生成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)，送中央處理單元C8051F360運(yùn)算處理后實(shí)時(shí)顯示，實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢汽車記錄儀的速度和里程參數(shù)的檢定[3]。路試檢定則通過路試信號(hào)處理模塊，對(duì)來自GPS接收處理模塊的信號(hào)進(jìn)行處理后，得到標(biāo)準(zhǔn)路試信號(hào)，送中央處理單元C8051F360運(yùn)算處理后實(shí)時(shí)顯示，實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢汽車記錄儀的速度、里程、時(shí)間以及定位參數(shù)的檢定[4]。其中時(shí)間和定位信息，通過RS232串口實(shí)時(shí)讀取并顯示。

2.2 檢定裝置設(shè)計(jì)特點(diǎn)

1）本檢定裝置將模擬檢定和路試檢定模塊集成到一起，可以根據(jù)具體情況選擇檢定模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類汽車行駛記錄儀的模擬檢定或路試檢定。

2）本檢定裝置模擬檢定模塊的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源選用DDS（直接數(shù)字式頻率合成器）芯片AD9983，該芯片作為一款全數(shù)字化、便于集成的可編程波形生成器，具有功耗低、輸出頻率高、設(shè)置靈活以及輸出相位噪聲低等特點(diǎn)。

3）檢定裝置路試信號(hào)輸出模塊，選用GPS高精度接收模塊，具有數(shù)據(jù)更新率高、實(shí)時(shí)性好等特點(diǎn)。

3 系統(tǒng)構(gòu)成及原理分析

本檢定裝置由中央數(shù)據(jù)處理單元、模擬信號(hào)生成/處理模塊、路試信號(hào)接收/處理模塊、設(shè)置存儲(chǔ)模塊以及輸入輸出模塊構(gòu)成。其系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)組成圖如圖1所示[5]。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)組成圖

3.1 模擬信號(hào)生成模塊

模擬信號(hào)生成模塊主要用來產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)速度/里程模擬信號(hào)，選用DDS芯片AD9983作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。

速度標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)根據(jù)被檢行駛記錄儀的特征系數(shù)和特征轉(zhuǎn)數(shù)的值，通過系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，產(chǎn)生與標(biāo)準(zhǔn)速度值相對(duì)應(yīng)的方波頻率信號(hào)，經(jīng)圖2中VOUT管腳輸出；里程標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)是通過系統(tǒng)設(shè)置產(chǎn)生某一特定頻率方波信號(hào)，經(jīng)圖2中VOUT管腳輸出，然后從里程測(cè)試起始點(diǎn)開始對(duì)方波信號(hào)計(jì)數(shù)，通過特征系數(shù)和特征轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到某個(gè)時(shí)間段的標(biāo)準(zhǔn)里程值。

圖2 模擬信號(hào)生成模塊

3.2 模擬信號(hào)處理模塊

本檢定裝置通過特征系數(shù)和特征轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生與所設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)速度對(duì)應(yīng)的頻率方波信號(hào)或某一設(shè)定頻率的標(biāo)準(zhǔn)里程信號(hào)，由DDS芯片AD9833的VOUT管腳輸出，但該頻率信號(hào)的輸出能力較低，故需經(jīng)過兩級(jí)電壓跟隨器輸出。圖3中VOUT管腳后接的兩級(jí)電壓跟隨器由2個(gè)高輸出驅(qū)動(dòng)微功耗運(yùn)算放大器TLE2062組成，起緩沖、隔離、提高帶載能力的作用。

3.3 GPS接收處理模塊

GPS接收處理模塊屬于GPS系統(tǒng)中的用戶設(shè)備部分，由GPS接收天線和GPS處理模塊組成，特點(diǎn)是定位速度快、定位精度高。為了能解算出運(yùn)動(dòng)載體的速度，需要保證最少要觀測(cè)到4顆衛(wèi)星[6]。

圖3 模擬信號(hào)處理模塊原理圖

本系統(tǒng)選用的是英國RACELOGIC公司的VBOX衛(wèi)星定位模塊，模塊內(nèi)采用高精度GPSTran無線速度傳感器模塊（由GPS接收天線和GPS處理模塊組成）。GPSTran模塊是用來為其它裝置提供機(jī)動(dòng)車速度信號(hào)的傳感器，該模塊可直接輸出與速度成比例的數(shù)字脈沖頻率信號(hào)[7]。當(dāng)GPS接收模塊接收到4顆衛(wèi)星時(shí)，按照多普勒頻移算法解算得到的速度值的準(zhǔn)確度可達(dá)到0.2km/h。同時(shí)也可以通過RS232串口實(shí)時(shí)讀取時(shí)間與定位信息。

3.4 路試信號(hào)處理模塊

由于從GPS接收處理模塊輸出的信號(hào)是微弱的毫伏級(jí)脈沖信號(hào)，同時(shí)還存在一定的干擾信號(hào)，在送到單片機(jī)前，需經(jīng)過信號(hào)處理模塊進(jìn)行處理[8]。其路試信號(hào)處理模塊原理圖如圖4所示。

GPS接收處理模塊輸出的微弱mA級(jí)數(shù)字脈沖信號(hào)，經(jīng)插座2腳接入信號(hào)處理模塊，兩個(gè)濾波電容濾去輸出信號(hào)中的干擾信號(hào)，經(jīng)TLC2252運(yùn)算放大器放大后接入LM339比較器的同相端，輸出5 V的方波信號(hào)，接著經(jīng)74HC14施密特觸發(fā)器整形處理后得到邊沿陡峭穩(wěn)定的5V的方波，送至中央處理單元C8051F360運(yùn)算處理后，得到相應(yīng)速度和里程值。

3.5 輸入輸出模塊及設(shè)置存儲(chǔ)模塊

圖4 路試信號(hào)處理模塊原理圖

輸入模塊主要是通過按鍵輸入進(jìn)行模式選擇以及對(duì)系統(tǒng)相關(guān)的參數(shù)值進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置完成后有存儲(chǔ)模塊保存，帶程序調(diào)用。輸出顯示模塊選用型號(hào)為FM240128帶中文字庫的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，主要是將當(dāng)前模式下的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)值實(shí)時(shí)顯示在液晶屏上，與被檢記錄儀的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)比對(duì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢設(shè)備相關(guān)參數(shù)的標(biāo)定。

4 數(shù)據(jù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

GPS技術(shù)對(duì)車身速度進(jìn)行高精度的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)試，但GPS系統(tǒng)本身的技術(shù)性能也需要驗(yàn)證和檢驗(yàn)。速度的驗(yàn)證，通過研制的光電測(cè)試系統(tǒng)，來驗(yàn)證GPS速度的測(cè)試結(jié)果[9]。里程的驗(yàn)證，通過預(yù)先測(cè)量好的一段已知長度的路段，多次測(cè)量驗(yàn)證GPS里程的測(cè)試結(jié)果。

4.1 車身速度測(cè)量基本原理

如圖5所示，汽車頂部安裝好刻有等間距光縫的遮光屏，光發(fā)射器和光接收器分別安裝在汽車前進(jìn)方向的垂直線上，并根據(jù)光縫的位置調(diào)節(jié)好高度。當(dāng)汽車通過測(cè)量點(diǎn)時(shí)，光接收器收到在光縫作用下產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)的頻率正比于汽車通過的速度[10]。光接收器將脈沖信號(hào)送計(jì)時(shí)裝置處理后即得到脈沖頻率的準(zhǔn)確值，隨后速度測(cè)試系統(tǒng)根據(jù)已知的光縫間距離計(jì)算出汽車的運(yùn)行速度。

圖5 車身速度測(cè)試原理示意圖

4.2 GPS測(cè)速的比對(duì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

由圖5所示的GPS測(cè)速驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)原理，在野外場(chǎng)地進(jìn)行了實(shí)車測(cè)速結(jié)果對(duì)比實(shí)驗(yàn)。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)車以某一速度穿過光束通道時(shí)，光探測(cè)器的脈沖信號(hào)接入速度測(cè)試裝置，立即測(cè)得汽車穿過光束通道時(shí)的瞬時(shí)速度，并通過外接顯示屏顯示，此時(shí)用照相機(jī)將兩套裝置的顯示屏顯示數(shù)據(jù)同時(shí)拍下，即可進(jìn)行兩套裝置的數(shù)據(jù)比對(duì)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，光電測(cè)試裝置測(cè)得的速度與GPS速度標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)得的速度吻合較好，示值誤差僅±0.25%。

4.3 GPS里程數(shù)據(jù)的驗(yàn)證試驗(yàn)

在平直的道路，預(yù)先測(cè)量好長度為1000m路程，標(biāo)示出起點(diǎn)終點(diǎn)，然后將本檢定裝置設(shè)置到路試檢定的里程檢測(cè)模式下，在此路段的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間連續(xù)測(cè)試10次，本檢定裝置測(cè)量數(shù)據(jù)如下：

表1 GPS測(cè)速驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

示值誤差不大于±0.2%，完全滿足計(jì)量要求。

5 結(jié)束語

本文介紹的汽車行駛記錄儀檢定裝置可實(shí)現(xiàn)對(duì)目前市面上各種類型的行駛記錄儀的模擬檢定或路試檢定，并通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了GPS路試檢定的測(cè)量誤差完全滿足計(jì)量檢定部門的要求，可作為計(jì)量部門對(duì)汽車行駛記錄儀開展檢定校準(zhǔn)工作的裝置。

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Study on calibration device of vehicle traveling data recorder

ZHAO Jun，SUI Liang-hong，JIANG Dong
（National Institute of Measurement and Testing Technology，Chengdu 610021，China）

According to the more typical features of the vehicle traveling data recorder on current market，this paper introduced a calibration device of vehicle traveling data recorder with the function of simulation test and road test.The author described the structure and composition of verification device and analyzed the standard signal source generating principle.Finally，it is verified to be fully able to meet the requirements for use in metrology verification through the experimental data of the test.

vehicle traveling data recorder；calibration device；GPS；simulation test；road test

U467.4+91；TP274+2；TP368.1；TM930.113

：A

：1674-5124（2014）05-0080-04

10.11857/j.issn.1674-5124.2014.05.021

2013-11-08；

：2014-01-26

趙 軍（1973-），男，四川德陽市人，碩士，主要從事交通測(cè)試及其產(chǎn)品的開發(fā)與科研工作。