電動自行車實時路況檢測試驗裝置研發和應用

李明元 張彤

摘要：我國是世界最大的自行車、電動自行車產銷國，出口均占世界總量60%以上。近年來，世界范圍內電動自行車事故率逐年上升，其主要原因有行駛速度過高、騎行狀況突發改變等，為此國家有關部門組織專家進行了新標準的制定。國家電動自行車新標準和3C強制認證制度，要求對電動自行車工作狀態進行實時監控，以免騎行中出現故障并造成人身傷害。此文按照國家標準GB17761—2018《電動自行車安全技術規范》中對電動自行車限速的要求，介紹了基于MSP4512作為主控架構的電動自行車實施路況檢測裝置的設計，并對硬件原理框圖和軟件設計進行了相關介紹。

1? ? 研究目的和意義

隨著電動自行車新國標深入實施，質量檢驗實驗室被要求盡快配置適合電動自行車新標準要求的檢測設備，以滿足國家標準GB17761—2018《電動自行車安全技術規范》中車速限值規定的要求[1]，實時監測電動自行車電壓、電流、速度、剎車距離等參數，這不僅可以提高各地方質檢機構檢測能力，又可以為企業開發新型電動自行車提供技術支撐。企業使用這種設備進行整車零部件匹配后，可以有針對性地采購電動自行車零部件，使車輛在最佳狀態下工作，既符合國家新標準要求，又能夠有效降低企業成本，對現有電動自行車市場車型混亂的局面起到良好的抑制作用。

2? ? 國內外研究現狀及動態分析

國內方面，電動自行車產品國家標準GB17761—2018《電動自行車安全技術規范》已出臺，同時生產許可證管理已于2019年4月15日轉為強制性認證管理（即3C認證）。新標準對電動自行車整車實時路況進行了較為嚴格的要求，目前還沒有準確、有效、便捷的檢測手段，各個檢驗機構和生產企業測試方法也難以做到統一和相互認同，所以研發符合我國標準并能適應我國國情的測試設備已經刻不容緩。因此，我們立項研究符合新標準的實時路況試驗裝置。

國外方面，由于國家標準GB17761—2018《電動自行車安全技術規范》實施時間不長，所以國外沒有符合我國標準的檢測設備。此外，國外從對電動自行車產品的要求到相關標準的制定，與我國有著非常多的差異[2]。從技術的角度看，我們立足自主創新，加大研發投入，開發符合實際國情且符合新國標要求的檢測設備，同時普及先進標準的測試手段，盡量兼容國外標準測試方法，能夠盡快形成國際競爭新優勢。

3? ? 研究內容及關鍵技術分析

3.1? ? 研究內容

3.1.1 根據GB17761—2018《電動自行車安全技術規范》標準中的應用技術指標要求，我們針對各種形式的電動自行車，研發自動化高、操作簡易的檢測設備，滿足國家3C強制認證需要。

3.1.2 我們研制基于電動自行車實時路況信息的相關檢測設備，按照新標準要求提升指標數據標準，采用低功耗處理器和新式塑封材料，以新的設計方案和理念應用嵌入式單片機處理技術，可以實時測量電動自行車電壓、電流、速度、騎行距離、剎車制動距離等參數[3]。設備可使用USB轉RS232串口與上位機連接，將數據上傳，通過查看數據，可以對整車性能有詳盡了解，極大提高被測產品的自動化測試水平。

3.1.3 整體架構使用塑封材料，質量小巧輕便，引線接口全部進行隔離防水防塵設計，裝夾部件使用快拆結構，方便耐用，滿足各種電動自行車車型檢測的需要。

3.1.4 研制的設備采用電壓、電流傳感器和霍爾傳感器作為數據采集部件，低功耗顯示屏結合嵌入式單片機數據處理技術，滿足各種車型和標準的應用。

3.1.5 嵌入式單片機系統使用單片機C語言作為編程語言，處理整個系統中電壓、電流、速度、騎行距離等多參數控制算法的研究，確保騎行過程中采集的測量精度，保障技術指標的準確性，滿足最新國家3C強制認證要求。

3.2? ? 擬解決的關鍵技術問題

3.2.1? ? 技術關鍵

3.2.1.1 低功耗嵌入式單片機MSP4512被應用為主控設備，通過電壓電流傳感器進行精確數據采集，將試驗控制過程中采集的電壓、電流、速度、騎行距離等參數，通過觸摸屏及時顯示出來，同時使用RM24CL512EEPROM作為存儲芯片，將采集信息實時進行儲存。

3.2.1.2 設備使用塑封材料加顯示屏作為主顯示框架，采用16位ADS1110連續自校準模數轉換器作為數據采集元件以保證數據采集精度，直流電磁閥作為執行機構進行剎車距離的標記，結合嵌入式單片機處理技術，集數據采集、測量、打印多功能于一體。

3.2.1.3 設備使用USB轉RS232串口與上位機相連，通過VB開發的上位機控制軟件獲取采集信息。信息格式以TXT格式文件保存，可以通過Excel軟件將數據轉化成表格形式，直觀且便于數據分析。設備原理見圖1。

3.2.2? ? 技術難點

3.2.2.1 由于電路板要做到小巧輕便， MSP4512、ADS1110等電子器件必然要使用貼片焊接工藝，所以首先要解決電路板元器件狹小布線帶來的相互干擾問題。

3.2.2.2 設備需要解決提高電壓、電流、速度傳感器采集信息后的數據精度問題。

3.2.2.3 設備需要解決嵌入式單片機與真彩顯示屏連接顯示問題，以及塑封后整體框架的防水防塵問題。

3.2.2.4 設備需要解決使用C語言和VB語言編寫底層代碼和上位機代碼過程中可能出現的調試問題，例如程序循環鎖死、系統代碼不穩定、數據采集不準確等一些軟件問題。

3.2.3? ? 創新點

此裝置首次將電動自行車的實時電壓、電流、車速、功率的測試集成到一個系統中，屏幕和電路板均為貼片式設計，具有體積小、精度高、便于戶外測試攜帶、真彩色顯示且防水防塵的特點。

4? 應用及推廣

4.1 設備可以提升國內各生產商和檢驗機構的檢驗能力和檢驗數據質量，為國內產品標準的制修訂提供可靠的技術保證，為我國電動自行車3C認證管理制度的推進提供可靠的技術保障。

4.2 設備可以提升我國自行車生產企業的工廠檢驗能力，為不斷提升產品質量，打造“中國質造”的品牌形象提供技術支撐，并可滿足歐盟標準EN15194：2017《電動助力自行車安全要求和試驗方法》的相關測試要求。[4]

4.3 設備可以提升檢驗機構的檢驗能力水平，使各檢驗機構能夠在服務于電動自行車生產企業的同時，做好電動自行車產品的質量控制，以更好地服務于廣大消費者。

參考文獻

[1] 國家市場監督管理總局.電動自行車安全技術規范：GB17761—2018[S].北京：中國國家標準化管理委員會，2018：5.

[2] 國際標準化組織.自行車安全要求：ISO4210—2014[S].上海：全國自行車標準化中心，2014：7.

[3] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.自行車安全要求：GB3565—2005/ISO4210：1996[S].北京：中國國家標準化管理委員會，2005：5.