主控模块与监视器模块通过无线通讯进行数据传递监视器模块有两个 被试车驾驶室监视器

主控模块与监视器模块通过无线通讯进行数据传递监视器模块有两个 被试车驾驶室监视器和负荷车驾驶室监视器 被试车和负荷车的车主通过液晶显示器可以监视车速、制动踏板力、减速率和车辆牵引力四个运行参数。 计算机数据收集主控模块数据采集扩展组件 前桥 数据采集扩展组件 中桥 数据采集扩展组件 后桥 监视器模块 被试车 监视器模块 负荷车 总线无线无线 系统总体构架框图Fig Systemarchitecture diagram 数据采集器的这些模块化结构虽然让平台带有更强的扩展性 还可以做到在出故障时逐渐锁定故障源 切断以及更换故障组件 保证系统的精确运行。 汽车刹车性能检测平台的主要工作原理为 计算机通过USB向数据收集主控模块发出指令。主控模块对指令进行解释 并将一部分指令进一步通过CAN总线下发给扩展组件。主控模块采集汽车的主要运行参数 扩展组件主要采集前桥、中桥和底盘的各类参数。所有的收集数据在主控模块汇总 主控模块将全部数据通过USB上传给计算机 在计算机上进行预测、保存跟显示。同时主控模块将部分数据通过无线模式发送给监视器模块 供驾驶人员参考。 计算机本平台的总体构架采用计算机加数据采集器结构。

计算机作为平台的上位机 一方面要为平台提供很好的人机交互界面 另一方面要对长期的车辆运行状况数据进行即时运算、保存 并做前期的预测处理。计算机带有下面优点 携带便利。计算机便携小巧能便利用户随身携带。 河南科技大学硕论文 可以提供友好的人机交互界面。计算机显示区域大通过编制可视化程序 可以将车辆的运行状态以数据或图像方式直观的体现出来 生动形象。 运算能力强。在数据运算处理方面计算机要远远超过单片机等微处理器。本平台应车辆行车过程中进行数据收集 数据量相当大且实时性要求高 因此数据采集器采集的数据也是经过简单的处理过后便上传送给上位机 由上位机完成主要的运算处理。 存储容量大。在汽车性能检测过程中必须收集的数据比较多且实时性要求高 仅靠单片机进行保存处理是远远不够的。计算机拥有足够的存储和内存 并且需要可运行常用的电子表格和文字处理工具 在数据的前期预测和储存方面 使用计算机变得简洁便利。 在本平台中计算机的主要任务是向下位机发送控制指令 并接受主控模块上传的数据 对数据进行运算处理 将结果以数字或图形的方式展现给操作者。在前期处理中 要无法对数据做进一步的剖析总结。

数据采集主控模块数据采集主控模块位于被试车的驾驶室 是整个平台的核心 其主要任务是协调各模块进行有序工作 负责命令跟数据的交换释放 同时需要收集汽车一些重要的汽车运行状况参数。主控模块的用途结构如图2 2所示。 制动踏板力驻车刹车操作力CAN通信USB通信无线通信制动牵引力储能装置压力控制管道压力供可管路压力实时减速率车速6路轮速发动机怠速同步触发开关踏板开关油耗数据采集主组件 2数据采集主控模块功能结构框图Fig Blockdiagram dataacquisition master module 主控模块必须采集的车辆运行参数较多主要包含模拟量信号和数字量信号两大类。模拟量信号有 制动管路压力、控制管道压力、供可装置压力、制动踏板力、驻车刹车操纵力、制动牵引力和即时减速率 数字量信号有时速、轮速、发动机怠速、踏板开关、同步触发开关和油耗。 主控模块与计算机之间引入USB通信 接收计算机的指令 并将所收集的数据全部返回给计算机。主控模块与扩充组件之间采取CAN总线通信 向扩展组件发送指令 并接收扩展组件收集的状况数据。主控模块与监视器模块之间引入无线通讯 将收集至的车辆的个别信息如牵引力、车速等发送给监视器模块。

数据采集扩展组件汽车制动性能检测平台配置3个扩展组件 分别位于被试车的前轴、中桥和底盘附近。扩展组件的数目能按照被试车的类别不同进行提高或降低。如被试车为汽车时 只需两个扩展组件 位于前轴和底盘 如被试车为车辆时 需要三个扩展组件 位于前轴、中桥和底盘。由于主控模块和扩充组件之间采取CAN总线连接 增加或降低扩展组件相当便利。 制动气室压力1制动气室压力2CAN通信接口制动气室压力3制动器温度1制动器温度2制动器温度3数据采集扩展组件 3数据收集扩展组件用途结构框图Fig Blockdiagram dataacquisition extension module 数据采集扩展组件的用途结构如图2 3所示。主要功能是检测被试车车桥制动气室压力与制动器温度 每个扩展组件可以测三路制动气室压力和三路制动器温度 这六路信号均为模拟量信号。 河南科技大学硕论文 10 扩展组件与主控模块之间引入CAN总线通信 接收主控模块的指令 根据指令收集车辆运行状况数据 并将状态数据发送给主控模块。 监视器模块车辆刹车性能检测平台必须有两个监视器模块 一个位于被试车驾驶室 一个位于负荷车驾驶室。监视器模块主要是为驾驶员设计的 以便按照实际状况下降或减少车速。

驾驶员可以借助液晶显示器直接看到即时车速、汽车牵引力、制动踏板力和减速率。驾驶员主要任务是驾车 因此监视器设计应简单、易用。 监视器模块的功能结构如图2 4所示。通过无线通讯接收主控模块发送来的数据 将数据显示出来监视器模块。状态指示灯指示的是数据类型 如车速或牵引力。监视器不需要驾驶员操作 主控模块发送什么类型数据 监视器模块直接显示。 液晶显示状态指示无线通讯监视器模块 4监视器模块功能结构框图Fig Blockdiagram monitormodule CAN总线通信数据采集器的主控模块位于被试车的驾驶室 而扩展组件分别位于被试车的前轴、中桥和底盘附近 距离较远。且模块之间的数据传递实时性要求较高 数据量较大。经预测相当 决定采取控制器局域网CAN现场总线进行通讯。CAN现场总线是日本 BOSCH公司从20世纪80年代初为解决现代汽车中很多的控制与检测设备之间的数据交换问题而开发的一种串行数据通信协议。目前 CAN总线是国际上应用更广泛的现场总线之一 具有研发维护成本低、总线利用率高、传输距离远 最远可达10km 传输速度高 最高可达1Mbps 、根据优先级的多主构架、可靠的错误检查和处置措施等特点 且CAN总线标准支持手动配置 为平台的易用性奠定了基础 15 19 与RS485相比 CAN总线工作于多主模式 网络中的各结点都可以按照总线访问优先权在任意时刻主动地向网络中其他节点发送信息 不分主从 通信实时性强、方式灵活。

而利用RS 485只能组成主从式结构平台 通信手段也只能以主第2章 汽车制动性能检测平台方案设计 11 站轮询的方法进行 系统的实时性、可靠性较差。此外 CAN具有加强的通信协议 可由CAN控制器芯片以及接口芯片来推动 从而大大降低了平台的研发难度 缩短了开发周期 这些只是只仅仅有电气协议的RS 485所无法比拟的。 CAN总线现在已变成汽车总线的事实标准 在ISO11898、SAE1939以及ISO11783等标准中也都要求了CAN作为汽车数据存储标准。因此 本平台成为汽车检测设备 采用CAN总线是最为合适的 并且未来可以借助该总线直接联结车辆平台的ECU得到这些不易测量的参数 为车辆性能的研究确立良好的软件基础。 USB通信计算机与数据采集器主控模块都位于被试车驾驶室 距离较近。计算机成为平台的上位机与数据采集器主组件之间应进行长期的数据交换 而且数据存储的实时性要求很大。为了确保平台的实时性 本系统引入USB数据通讯作为计算机和数据收集主控模块的之间的通讯方法。USB是通用串行总线的俗称 具有高速、灵活、可靠、热插拔、占用系统资源少等特点 20 大部分计算机都没有串口且串口传输数据速率较慢。

而USB接口为计算机的标准接口 数据存储速度快 传输速度最大可达12 480MB 远低于标准RS232接口的最高传输速率从而确保数据存储的实时性。USB标准统一 目前所有的电脑都具有USB接口。 USB接口支持热插拔 即插即用。可以在任何之后连接和断开外设 而不管系统跟外设是否开机 都不会损坏电脑或外设。当外设被连接时 操作系统会手动测试到并打算使用。 USB通信可靠性高。USB的可靠性来自于软件设计跟数据存储协议两方面。USB驱动器、和管道的软件规范消除大多数的或许导致数据错误的噪声。此外 USB协议使用了数据错误的监测并可通知发送者 因此它可以重发。检测、通知跟再发送都由软件来完成 不需要任何程序。而RS232和并口都不具备这种软件纠错的特点 所有通信协议和纠错方式都需要借助工具来推动。 无线通讯车辆刹车性能检测平台的两个监视器模块分别位于被试车驾驶室和负荷车驾驶室。其中负荷车驾驶室的监视器模块与主控模块之间距离较远 通过管道联接不便于 布线非常困难。考虑到主控模块与监视器模块之间的通信数据量较小 决定采取无线通信手段。 无线通信形式距离较远 易扩展 在无线网络的信号覆盖区域内任何一个位河南科技大学硕论文 12 置都可以接入网络 并且可以不考量传输线缆的加装问题 21 22 本章总结本章主要介绍了平台的主要用途跟设计方案。

首先对平台的主要用途进行介绍 然后在对平台功能全面认识的基础上设计了平台的总体框架 将平台按用途分成各个模块 再对各模块分别进行介绍 并确认了平台各组件之间的通讯方法。 上位机软件设计及通讯协议制定13 上位机软件设计上位机软件运用C Builder进行设计。C Builder 是Borland公司推出的一款高性能可视化集成开发软件。不仅具备使用简便 功能超强 效率高等优点 而且它还结合C 语言所有特点 是一个Windows环境下基于C 语言进行快速程序研发的集成开发环境 提供了一个强大的可视化控件库 能够使用C 语言便于、快速、高效地进行Windows应用程序开发 尤其是研发界面、等Windows应用程序更加迅速、高效。它推动了可视化的编程环境跟功能超强的编程语言 的完美结合。根据检测平台的测试项目、数据显示模式等多方面的诱因 对上位机显示图标进行规划布局。如图3 1所示 主要分四个显示区 操作控制区、试验数据显示区、动态曲线显示区和实验结果曲线显示区。 试验数据显示区操作控制区动态曲线显示区实验结果曲线显示区 上位机界面布局框图Fig Blockdiagram uppercomputer interface 设计完成后的平台的主界面如图3 2所示。

在操作控制区虽然推动平台的所有操作 如起初、停止、数据输入、输出等。试验数据显示区以数字的方式实时显示主要运行参数。动态曲线显示区以曲线的方式显示主要参数的随时间的差异情况。试验结果显示区在实验完成后可以以曲线形式显示本次测试的结果。 点击主界面的“设置”按钮可以开启设定界面 在修改图标 可以完成5大项设置 系统参数设定、传感器系数设置、数值显示区设定、动态曲线设置和结河南科技大学硕论文 14 果曲线设定。 上位机界面图Fig Uppercomputer interface 在主界面的试验数据显示区 显示当前选中的16个汽车运行参数 如果想显示其他参数 可在设定界面的数值显示栏中进行修改。如图3 3所示。在该设定界面中 还可以设定每一个项目的显示颜色监视器模块。 在主界面的动态曲线显示区 有四个坐标系 坐标系的高度可以自由调整 每个坐标系都是以时间为纵轴 可以显示两种曲线 以底色进行区分。共可以显示8个运行参数的曲线。所显示的项目可以修改 在设定界面的动态曲线栏进行修改 如图3 4所示。动态曲线显示区的这些外形属性都可以设定。如坐标系的起点坐标和终点坐标 曲线的线型、线宽和形状 动态曲线显示区的面板底色、网格样式、文字形状、边框材质 坐标网格的可见性。

在主界面的试验结果曲线显示区 有一个坐标系 可以显示2个运行参数的曲线。所显示的项目可以修改 在设定界面的结果曲线栏进行修改 如图3 5所示。试验结果曲线显示区的外观属性都可以设定。如坐标系的起点坐标和终点坐标 曲线的线型、线宽、颜色、标签颜色、数据点形状 动态曲线显示区的面板底色、网格样式、文字形状、边框材质 坐标网格、数据标签、数据点的可见性。 上位机软件设计及通信协议建立15 数值显示设定界面Fig Settinginterface numericalvalue display 动态曲线设置界面Fig Dynamiccurves setting interface 河南科技大学硕论文 16 结果曲线设定界面Fig Settinginterface resultcurves 测试参数设定界面Fig Parameterssetting interface

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