本發(fā)明涉及一種車載制動性能檢測裝置，尤其是涉及一種基于wifi的汽車制動減速度測量裝置。

背景技術：

汽車減速度特性測量是汽車制動性能的檢測，制動好壞直接關系到車輛的行駛安全，制動的檢測和檢測數據分析是極為重要的，是安全行車的基本保證。制動性能優(yōu)良的汽車，在遇到緊急狀況時，反應迅速，操作車輛不失控，制動執(zhí)行過程中車身保持正確位置，有效地減少交通事故發(fā)生。

檢測汽車制動性能有多種方法，常用方法是滾筒反力式制動試驗臺，汽車行駛到試驗臺上作檢測，檢測制動過程中左右輪實施制動的一致性和產生制動力大小。這方法對大型車輛制動檢測受到限制，原因是制動臺載荷不夠、大型車輛多軸引起軸距近和測量場地小。汽車制動減速度儀(mfdd)彌補制動試驗臺的不足克服，采用車載的方式，根據車輛制動過程中產生減速度大小來判斷制動性能與否，有使用車輛不受限制，安裝方便的特點。

汽車制動減速度儀的使用方法是臨時安裝固定在被測車輛上，檢測時裝置與汽車一起行駛，從執(zhí)行制動過程開始便檢測數據，直至車輛停止移動。作為車載測量儀表，檢測數據是臨時存儲于大容量存儲器中，獲得檢測過程結果后，取下裝置連接到計算機的rs-232接口作數據傳輸，轉存到數據庫保存，這樣缺乏實時性，使用繁瑣。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于wifi的汽車制動減速度測量裝置，采用wifi無線局域網通訊技術來傳送和控制汽車減速度儀，實時傳送制動過程每個數據點和制動檢測數據，優(yōu)點明顯，大大提高了檢測效率和數據實時性，使用靈活和方便。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于wifi的汽車制動減速度測量裝置，包括減速度傳感器、前置放大器、踏板觸點開關、cpu和wifi模塊，所述的cpu分別與前置放大器、踏板觸點開關和wifi模塊連接，所述的減速度傳感器與前置放大器連接；

把汽車制動減速度測量裝置以水平位置安裝在車輛上，與車輛加速到一個穩(wěn)定的初速度vo，然后踩下制動踏板，測試車輛處于減速度狀態(tài)，所述的測量裝置不斷采集數據，同時通過wifi模塊發(fā)送至網絡，直至車輛停止后計算出制動性能檢測結果。

所述的cpu為stm32f103的微型處理器，該微型處理器通過rs232接口與wifi模塊連接，用于傳輸命令和數據，并設置wifi模塊的工作模式和數據收發(fā)。

所述的減速度傳感器為三軸電容式加速度傳感器，該三軸電容式加速度傳感器采集的信號通過前置放大器的放大和零點校正后，輸入至cpu的a/d接口；所述的cpu把采樣到數據轉換為減速度值，以及檢測結束后計算得到制動靜態(tài)結果數據，經wifi模塊作數據發(fā)送。

所述的wifi模塊選用sta工作模式，通過路由器來接入連接網路，路由器的信號用放大器放大和在測試場地分散安裝多個天線。

所述的wifi模塊通過ap接入點方式組網，選擇瘦ap，路由器統(tǒng)一配置，ap之間切換實行無縫對接，車輛在運動的時候，從一個ap覆蓋范圍到另一個ap覆蓋范圍，不會發(fā)生重新認證，使網絡不會掉線。

所述的測量裝置還包括wifi天線，該分布wifi天線均勻分布在檢測車輛的賽道上。

所述的測量裝置還包括設在地面上的數據接收端，該數據接收端通過賽道上的天線和路由器連接到計算機，計算機把接收到的數據用于顯示和報送服務器數據庫。

所述的計算機屏幕上實時地顯示正在檢測車輛的數據和車輛減速度過程的制動曲線。

所述的前置放大器采用高放大倍數的電路設計，通過一片ad623芯片把mv級信號放大到v，提高了放大器的線性度，減少多級放大電路引起的噪聲和零漂；電位器w3能方便地遷移掉加速度傳感器的存在零點起始電壓。

與現有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

大型車輛的制動性能檢測都要使用本裝置，是判斷車輛安全行駛重要依據。檢測采集制動減速度過程的數據，用wifi無線通訊技術，實時傳送數據至數據庫，或計算機終端及手機安裝專用app軟件顯示檢測過程中變化圖形和檢測結果，方便使用，提高檢測效率。研究ap的無縫接入和位置分布有利于提高wifi傳輸實時性和穩(wěn)定性，保障數據傳輸安全，滿足現場檢測可靠使用的要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖；

圖2為前置放大器的電路原理圖；

圖3為ap接入點組網構架示意圖；

圖4為ap位置分布圖；

圖5為圖4分布方式的檢測跑道信號覆蓋范圍示意圖

圖6為另一種ap位置分布方式的檢測跑道信號覆蓋范圍示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都應屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明針對車載制動性能檢測儀安裝于移動場合，實時的制動動態(tài)曲線和檢測數據只能采用無線方式通信。提出wifi無線接入技術測量汽車制動減速度的設計方案，著重分析了wifi技術在本裝置中應用的原理、通訊的實時性和軟件數據計算要點。結合制動減速度儀使用的特點，設計了測試跑道上ap通訊信號的全覆蓋、車載wifi與ap的無縫接入和硬件電路。實現高速移動環(huán)境下檢測數據的實時傳送和良好的可靠性，把檢測數據及時存儲于系統(tǒng)數據庫，檢測效率得以提升。

本發(fā)明裝置原理

mfdd表達的汽車制動與車速變化的關系，用車速vb經制動減速到ve的過程距離來衡量制動特性，制動減速度越大，制動效果越好，產生的制動力就越大，實現制動性能的檢測。

把汽車制動減速度測量裝置以水平位置安裝在車輛上，與車輛加速到一個穩(wěn)定的初速度vo，然后踩下制動踏板，測試車輛處于減速度狀態(tài)，設計的裝置就不斷采集數據，同時通過wifi發(fā)送至網絡，直至車輛停止后計算出制動性能檢測結果，并發(fā)送。

衡量制動性能好壞的靜態(tài)數據有平均減速度、制動初速度、制動協(xié)調時間、制動距離；動態(tài)數據是檢測過程中實時發(fā)送的車輛減速度變化數據。

裝置設計原理見圖1所示，包括包括減速度傳感器1、前置放大器2、踏板觸點開關5、cpu3和wifi模塊4，所述的cpu3分別與前置放大器2、踏板觸點開關5和wifi模塊4連接，所述的減速度傳感器1與前置放大器2連接。

其中cpu為stm32f103的微型處理器，wifi為esp8266模塊，兩者采用rs-232接口連接，傳輸命令和數據，設置esp8266的工作模式和數據收發(fā)；減速度傳感器為ca-dr-3005三軸電容式加速度傳感器，(加速度和減速度傳感器的差異是測量方向，這加速度傳感器為三軸測量，每軸都可以測量正負測量，以下稱加速度傳感器。)技術指標是低溫漂、測量范圍±2g、靈敏度400mv/g。加速度傳感器輸出是模擬電壓信號，最大范圍在±800mv，取單向電壓值，存在幾mv的零點漂移，需經前置放大器的放大和零點校正，放大到cpu的a/d能轉換輸入電壓最大范圍，使儀表的精度提高至極，電路圖如圖2所示，w1調節(jié)放大倍數，w3調節(jié)零位工作點。cpu把采樣到數據轉換為減速度值，以及檢測結束后計算得到制動靜態(tài)結果數據，經wifi模塊作數據發(fā)送，有客戶端接收數據存入服務器。

esp8266是一款高性能的wifi模塊，遵循ieee802.11b/g/n無線標準和內置tcp/ip協(xié)議，cpu通過rs-232對模塊作配置和數據收發(fā)。有sta/ap/sta+ap三種工作模式供選擇，ap工作模式是把esp8266作為熱點，由于裝置是放置在檢測車輛上，車輛行駛使熱點與接收點之間距離發(fā)生改變，隨著接收距離的增加而快速衰減，熱點的功率小及收發(fā)條件差，難以實現通訊信號的穩(wěn)定；sta工作模式是通過路由器來接入連接網路，路由器的信號可以用放大器放大和在測試場地分散安裝多個天線，改善外部收發(fā)條件，使網絡能穩(wěn)定接收，得出設計選用sta工作模式。

有a/d加速度傳感器數據采集和位置校正、傳感器的補償、寫wifi發(fā)送數據、檢測數據計算等軟件功能，主要對位置校正和檢測數據計算作設計分析。

加速度傳感器位置校正的原理，如果裝置在水平靜止位置，x、y軸方向分量為0，只有z軸的垂直分量為g。裝置在任意位置時，傳感器測得x、y、z軸的加速度分量為ax、ay、az，計算出對應x軸的偏移α、β、γ弧度值：

測量車輛制動的加速度只有前進方向，裝置上標注安裝方向，對應傳感器為x軸方向，在測試時，安裝位置的誤差和車輛行駛不穩(wěn)定，需要各個方向的加速度校正到x軸方向的矢量和為：

qx＝ax*cosα+ay*cosβ+az*cosγ

檢測數據計算是平均減速度、制動初速度、制動協(xié)調時間、制動距離，涉及到加速度、速度和距離的物理量，這些量之間關系是加速度的積分為速度，速度的積分為距離。cpu作辛普森積分得出如下^[4]：

車速：

制動距離：

制動協(xié)調時間：從踏板觸點開關閉合開始計時至平均減速度的75％時所需要的時間。踏板觸點開關接入cpu的外中斷端口，開關閉合觸發(fā)外中斷開始計時，到平均減速度的75％時停止計時，測出之間的時間。

wifi通訊是目前應用廣泛、技術成熟、優(yōu)點明顯的無線數據傳輸技術，本裝置引入wifi技術來收發(fā)檢測數據是一種理想的無線傳輸方式。目的是把采集到的數據能實時快速和可靠地傳送到服務器或顯示終端。裝置使用時臨時固定在車廂內的水平位置，與汽車一起移動，采用wifi通訊存在一些不利的因素：(1)車廂一般是采用金屬材料制成的，對電磁信號有一定屏蔽，引起wifi通訊信號的衰減，降低了可靠性和接收效果；(2)測量時車輛要高速行駛一段距離，受wifi信號覆蓋范圍的限制，不能在整個檢測路段內都接收到信號。

wifi一般用于中短距離無線通信，通信距離小于100m。汽車測試制動性能需要經歷加速達到規(guī)定的速度后，作踩剎車制動測試，由于汽車性能和類型的差異，駕駛員踩剎車時汽車在測試場地中位置不固定，帶來了很大的隨機性，測試場地設計了長型跑道。為了使wifi信號覆蓋整個測試跑道，必須要布置多個無線接入點ap(accesspoint)。在測量車輛行駛的道路旁，安裝多個無線ap作為網絡的接入點，它的優(yōu)點在于不僅是把無線網和有線網之間作連接，而是把無線收發(fā)信號作放大，加強了發(fā)射功率，并線性可調，必須要合理調整ap發(fā)射功率，如ap信號密度小，可提高ap發(fā)射功率，增加覆蓋效果；ap信號密度大，可降低ap發(fā)射功率，以減小ap間的相互干擾，提高無線接收質量。ap的天線有著良好的指向性。ap網段位于前級網絡段內，屬于同一網絡段下的ip設備，在ap接入點之間實現網段的無縫銜接。這樣可以在一個長的距離范圍內作測試。測試汽車在測試跑道上做檢測，需行駛一段距離，要保證測試期間可靠地數據無線傳送，汽車從某個ap的覆蓋范圍移動到另一個ap的覆蓋范圍，ap間切換要提供一種無縫的接入服務。而檢測制動的過程最長時間僅十幾秒，同時連續(xù)不斷發(fā)送檢測數據，實時性強，對ap切換時間提出了很高要求。

ap切換延時主要來源于是掃描、認證和連接，期間有多次請求和響應管理幀的交換。汽車制動發(fā)生過程的數據發(fā)送間隔約50～100ms(按車輛類型不同區(qū)分)，要在過程中數據收發(fā)不掉幀，做到無縫銜接。本文提出圖3所示設計構架，ap接入點選擇“瘦ap”，每個“瘦ap”不作單獨配置，ac對下屬所有的ap作集中控制管理配置和認證。“瘦ap”有天線、加密和通信協(xié)議的功能；ac有認證、網管和安全的功能。在汽車檢測前ac對車載的ap作認證后，無論是哪個ap接入點，都受ac的控制管理，獲取檢測數據?？朔嚈z測時高速移動，引起ap覆蓋范圍切換發(fā)生延時。

ap接入點的位置分布影響到汽車檢測時信號能否覆蓋(如圖4-6所示)，按圖5的天線位置分布，會產生信號覆蓋的空洞，使wifi收發(fā)信號變成不穩(wěn)定，無法正常收發(fā)檢測的數據；按圖6的位置分布來建設，信號能覆蓋到整個檢測賽道。

大型車輛的制動性能檢測都要使用本裝置，是判斷車輛安全行駛重要依據。檢測采集制動減速度過程的數據，用wifi無線通訊技術，實時傳送數據至數據庫，或計算機終端及手機安裝專用app軟件顯示檢測過程中變化圖形和檢測結果，方便使用，提高檢測效率。研究ap的無縫接入和位置分布有利于提高wifi傳輸實時性和穩(wěn)定性，保障數據傳輸安全，滿足現場檢測可靠使用的要求，但裝置使用wifi信號覆蓋范圍受場地的限制。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到各種等效的修改或替換，這些修改或替換都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應以權利要求的保護范圍為準。