關于汽車車速檢測裝置的改進

祝賀

摘 要：出于對車輛運行安全性的要求，出廠前需檢測指示車速是否在要求的范圍內。目前的系統采用了人工判別的方式，檢測的結果可信度差。本文提出了連續采集車速并實時對比的檢測方法，替代傳統檢測方法，提高檢測可信度。

關鍵詞：車速檢測；設備改進；測試方法

中圖分類號：TH862 文獻標識碼：A 文章編號：1005-2550（2018）04-0092-04

Abstract： Considering the safety of the vehicle， it is necessary to check whether the indicated speed is within the required range before leaving the factory. The current system adopts the method of artificial discrimination， which results in poor reliability .In this paper ，the method of continuous acquisition of speed and real-time comparison is proposed to replace the traditional detection method and improve the reliability.

Key Words：The speed test； Improvement of equipment； test method

根據我國法規規定，車輛儀表上顯示的車速與實際車速的對比應符合相應的要求，所以在車輛出廠之前，我們會對車速進行相應的檢測，以確保出廠車輛的車速顯示在要求范圍內。

1 現生產問題分析

現場檢測人員反映，當前的檢測方式存在檢測精度低下，測量結果不準確的問題。經過現場調查，了解到東風商用車對車速的檢測方法如下：首先將待檢測車輛開到車速檢測臺上，操作者將車輛加速至第一采樣點40km/h，將車速穩定在該速度下，手動觸發車速采集信號，讀取轉速臺轉轂轉速，由于轉轂被車輪帶動，故該信號可等效認定為車輪線速度，即實際車速。然后降低車速直至靜止，重新加速至第二采樣點60km/h，將車速穩定在該點后第二次觸發數據采集信號。如果讀取到的轉轂轉速在規定的世紀初范圍內，視為車輛合格，否則不合格。通過調查，發現國內包括一汽、陜汽、重汽、北汽等幾家主流商用車生產廠家均采用上述方法進行檢測。

通過對檢測過程進行分析，總結出這種為多數生產商采用的方法存在以下弊端：

其一，準確性低。導致檢測結果準確性低的因素有以下幾個方面。1、采樣點以操作者肉眼看到的指示速度為準，而人的視覺與實際顯示車速之間存在一定偏差；2、采樣信號由操作者手動觸發，而觸發信號的時間相對于采樣點會有遲滯，導致轉轂速度讀取時相對應的指示速度并非采樣點車速；3、由于操作者對油門的控制精度差，車速信號是不斷變化的量，使截取到采樣點對應的轉轂速度的難度加大。以上三點，導致了人工檢測這種檢測方法的不準確性。

其二，操作復雜。在該檢測過程中，操作者需要獨自完成車輛加減速、觀察指示速度值、采樣點處車速保持、觸發采樣信號等多項操作，工作量大，過程繁瑣。

其三，耗時較長。在檢測過程中，操作者不但需要在車速達到采樣點時將車速穩定一段時間，而且要減速后重新加速測量，且每次只能測量一個采樣點的車速，效率低下，耗時較長。同時，效率低下也帶來了高油耗、高人工工時費、高設備損耗等經濟問題。

2 檢測方法改進

基于以上問題，我們通過改進檢測方法，設計了車速對比檢測系統，以解決以上問題。將電子信號的甄別與通訊代替人工對只是轉速信號的識別和數據采集信號的觸發，并將多個車速點設置為采樣點，提高檢測結果可信度。

由于儀表指示車速信號源為整車CAN網絡中的車速信號，故通過OBD接口采集整車網絡數據，并進行識別與過濾，獲取指示車速信號，同時從轉轂處采集轉轂速度，將兩者進行對比。

為了簡化編程步驟，提高編程靈活性，整個系統利用圖形化編程，采用NI公司的LabView編程環境。（程序編寫過程參考[6]）兩路信號輸入分別為指示車速信號和轉轂速度信號，通過兩路USB接口接入PC，在程序中對這兩路信號進行捕捉，并進行實時計算對比。兩路信號輸入中，指示車速信號為CAN信號，通過CAN總線設備對該信號進行采集處理（CAN通信部分程序設計參考參考資料[3]、[4]），該CAN卡有開放的DLL函數，可自行編寫程序讀取并解析數據。轉轂速度信號采用編碼器進行采集，采集到的數據為脈沖形式，采用數據采集卡讀取編碼器傳送過來的脈沖信號。該模塊是專門針對增量型編碼器設計的，采用標準的工業現場總線Modbus_RTU通訊協議，RS485接口，此模塊與電腦之間需要增加一個RS485轉USB模塊。（參考[2]）于是整個系統框圖如圖1所示：

3 改進系統工作過程

整車網絡的通訊協議中，指示車速信號發送間隔為50ms，故采樣周期選為50ms。為了確保檢測準確性，將轉轂速度采集頻率設置為指示車速的五倍，即采集間隔為10ms。（采樣速率參見文獻[1]中詳細說明）程序開始運行后，兩路信號以各自的頻率進行采集。當車速加速到設定檢測區間下限時，進入比對子程序，當車速超出設定檢測區間上限或檢測到車輛車速顯示不符合法規規定時，退出比對子程序。比對子程序工作過程如下：將整車網絡中的車速信號采集并保存后，在下一個指示車速信號之前，將該時間區域內獲取的所有轉轂速度值整理為數組。由于轉轂速度信號的采集速率為指示車速采集速率的五倍，所以每個指示車速值對應五個轉轂速度值，即轉轂速度值整理所得數組有五個元素。根據《GB7258-2012機動車運行安全技術條件》第四章第12條關于車速表指示誤差的規定：車速表指示車速與實際車速之間應符合下列關系式

選取該數組的最大值和最小值，分別帶入法規給定公式進行計算，若均符合法規要求，則進行下一幀數據的采集與計算，若不符合規定，則被檢測車輛不合格，退出比對子程序。設定檢測區間可通過人機交互進行人工設定。

相對于傳統的檢測方法，該系統的優點如下：

a、準確度高。由于比對信號由電信號觸發，一旦檢測到CAN網絡中的指示車速到達設定值，即刻觸發速度比對，而CAN網絡數據發送周期極短，實現了車速的實時比對，多點采樣，檢測結果可信度高。

b、操作復雜性低。司機只需要勻加速至最高檢測車速，而將數據采集、觸發讀取信號的工作交給系統處理，使操作更加簡便。

c、節省時間。由于計算機可高速進行大量計算，司機不需要反復加減速及穩定車速，在加速過程中完成對比檢測，縮短了檢測時間，同時通過減少耗時降低了成本。

4 程序說明

該系統程序詳細說明框圖如下：

程序主體采用了生產者消費者結構。程序啟動后，將會創建一個隊列，該隊列是一個先進先出的FIFO，在生產者線程中，往FIFO塞入數據，在消費者線程中，會從FIFO取出數據。

生產者線程主要實現了數據的采集功能以及大部分的界面交互功能。開啟采集之前需要打開硬件驅動的句柄，若打開失敗則不會進入采集子程序；打開成功后，程序每隔10ms觸發一次采集，采集到的輪轂線速度與儀表速度值一起打包放入隊列中。期間，若程序捕獲到出錯信息，將會記錄該信息并清除錯誤。

消費者線程實現了數據的處理以及存儲。當隊列里元素個數不為0時，取出數據，若當前數據在所設定比對值區間，則開始進行數據比對并將比對結果以及數據保存到數據文件中。

5 驗證與結論

經過現場檢測，得到如下的數據，其中左側一列為CAN網絡讀取到的顯示車速，右邊一列為傳感器測得的實際車速。通過手工帶入公式一計算發現，這兩組數據完全合格，系統對該組數據判定為合格，與目的結果相一致。經過多次試驗檢測，沒有出現轉速讀取異常、誤判等現象，該系統具有很高的可靠性。

改進后測試系統框圖通過對該項改進的效果進行跟蹤調查與經濟核算，發現出廠車輛的車速及可檢測準確率大大提高，且降低成本達259350元。

參考文獻：

[1]張桐、陳國順、王正林.精通LabVIEW程序設計[M].北京：電子工業出版社，2008：180.

[2]李江全，劉恩博，胡蓉.LabVIEW虛擬儀器數據采集與串口通信測控應用實戰[M] 北京：人民郵電出版社，2010：287.

[3]杜尚豐，曹曉鐘，徐津.CAN總線測控技術及其應用[M].北京：電子工業出版社，2007：15.

[4]羅峰，孫澤昌.汽車CAN總線系統原理[M].北京：電子工業出版社，2010：30.

[5]GB 7258-2012.機動車運行安全技術條件[S].北京：中國標準出版社，2012：20.

[6]LabVIEW高級編程與虛擬儀器工程應用[M].北京：中國鐵道出版社，2009：70.