专利名称：挖掘机综合性能测试系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及挖掘机技术领域，尤其涉及一种挖掘机综合性能测试系统。
背景技术：
目前挖掘机性能测试系统一般采用通用测试仪器，此类仪器的测试功能相对单一，只能对挖掘机的某些部件如液压系统、发动机系统、电控系统等单个子系统进行测试， 不能对整机进行综合性能的测试，如不能完成对整机动力性能、可操作性、燃油经济性等多种性能的测试。另外，目前大多都是针对传统液压型挖掘机进行的测试系统研究，例如中南大学硕士研究生吴烨在论文《液压挖掘机状态监测与故障诊断系统的研究》中提出一种液压挖掘机测试系统，如图1所示，该论文提供一种基于上位机和下位机模式的液压挖掘机状态信息采集监控系统，此系统的下位机由单片机、数据采集模块和显示报警电路等组成，上位机由故障特征提取模块和故障诊断模块组成，工作时由下位机完成采集数据工作，并将数据发送给上位机进行相应的数据分析和处理。但是，此方案具有以下缺点只能针对液压挖掘机的液压系统性能进行测试，无法兼容现阶段挖掘机上越来越多的总线信号；采用单片机控制数据采集模块，由于单片机只能轮循控制不同的数据采集通道进行数据采集，且所能支持的数据采集通道数量较少，因此实现的采样率较低，采集能力差；采用RS232作为上位机和下位机之间的数据传输方式，抗干扰能力弱、信号带宽窄；采用有线连接方式，在挖掘机工作过程中左右回转、车身震动剧烈的情况下布线困难，实现实车作业工况采集难度大。随着混合动力挖掘机的兴起，研究混合动力源混合度对动力系统控制效果、燃油经济性和动力性能的影响，评价动力系统和控制系统性能，为动力系统和控制系统的设计、 优化提供依据，迫切需要一套混合动力挖掘机综合性能测试系统；同时，由于混合动力挖掘机与传统液压挖掘机在可靠性能、稳定性能、动力性能、经济性能、操作性能等方面具有不同的参数指标，只是简单的使用液压挖掘机性能测试系统对混合动力挖掘机进行性能测试，将不能得到准确的测试结果，因此，开发一套既适用于传统液压挖掘机，又适用于混合动力挖掘机的综合性能测试系统，对挖掘机性能测试领域具有重要的意义。
发明内容
本发明提供一种挖掘机综合性能测试系统，用以解决现有技术中缺少同时适用于混合动力挖掘机和传统液压挖掘机的综合性能测试系统的问题。本发明方法包括一种挖掘机综合性能测试系统，包括至少一个测量装置、数据采集装置和数据分析装置；其中，每个测量装置连接对应的测试对象，并对连接的测试对象进行测量，得到测试数据，所述测试对象为液压挖掘机或混合动力挖掘机中需要进行性能测试的组成部件；所述数据采集装置连接所有的测量装置，包括嵌入式平台和无线路由器，所述嵌入式平台对每个测量装置得到的测试数据进行采集，得到采集数据，所述无线路由器将所述采集数据无线传输给数据分析装置；所述数据分析装置在接收到所述采集数据后，对所述采集数据进行分析，并将分析结果显示给用户。本发明提供的挖掘机综合性能测试系统，兼备了针对液压挖掘机和混合动力挖掘机的综合性能测试功能，该系统采用嵌入式平台采集数据，其采集数据的速度和精度都优于现有挖掘机性能测试系统中常采用的单片机，增强了挖掘机性能测试的能力，此外，该系统采用无线传输数据的方式，避免了挖掘机测试过程中布线困难的问题，能够在挖掘机回转作业时较好的完成数据采集工作。
图1为现有的一种液压挖掘机测试系统结构示意图；图2为本发明提供的一种挖掘机综合性能测试系统结构示意图；图3为本发明实施例一的挖掘机综合性能测试系统结构示意图；图4为本发明实施例一的数据采集装置结构示意图；图5为本发明实施例一的数据分析装置结构示意图；图6(a)为本发明实施例一的FPGA芯片的采集线程工作流程图；图6(b)为本发明实施例一的FPGA芯片的设置线程工作流程图；图7为本发明实施例二的数据采集装置结构示意图；图8为本发明实施例二的数据分析装置结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例，对本发明挖掘机综合性能测试系统的具体实施方式
作进一步详细描述。本发明提供一种挖掘机综合性能测试系统，用于对液压挖掘机和混合动力挖掘机进行综合性能测试，如图2所示，该系统包括至少一个测量装置、数据采集装置、和数据分析装置；其中，每个测量装置连接对应的测试对象，并对连接的测试对象进行测量，得到测试数据，所述测试对象为液压挖掘机或混合动力挖掘机中需要进行性能测试的组成部件；所述数据采集装置连接所有的测量装置，其包括嵌入式平台和无线路由器，所述嵌入式平台对每个测量装置得到的测试数据进行采集，得到采集数据，所述无线路由器将所述采集数据无线传输给数据分析装置；所述数据分析装置在接收到所述采集数据后，对所述采集数据进行分析，并将分析结果显示给用户。本发明提供的挖掘机综合性能测试系统，兼备了针对液压挖掘机和混合动力挖掘机的综合性能测试功能，该系统采用嵌入式平台采集数据，其采集数据的速度和精度都优于现有挖掘机性能测试系统中常采用的单片机，增强了挖掘机性能测试的能力，此外，该系统采用无线传输数据的方式，避免了挖掘机测试过程中布线困难的问题，能够在挖掘机回转作业时较好的完成数据采集工作。随着技术的发展，目前液压挖掘机和混合动力挖掘机常应用CAN (ControllerArea Network，控制器局域网络)总线传输各种性能数据，如混合动力挖掘机应用连接发动机的CAN总线传输发动机转速，应用连接电池管理系统的CAN总线传输电池总电压。本发明提供的挖掘机综合性能测试系统为了充分利用这些CAN总线数据，优选的，所述数据采集装置还连接控制器局域网络CAN总线，所述CAN总线为液压挖掘机或混合动力挖掘机中， 连接对应的测试对象的CAN总线；则所述嵌入式平台还对所述CAN总线中传输的CAN总线数据进行采集，得到采集数据。由于针对不同的测试对象，所要测量的测试数据或CAN总线数据会有所差异，实际应用中，采集这些测试数据或CAN总线数据时所参照的采集参数(如采集频率、采集时间、采集精度等)，以及对不同的采集数据的分析过程也会有所差异。为了能对各种不同的测试对象进行相应的性能测试，并获得较好的性能测试结果，在执行性能测试之前，挖掘机综合性能测试系统需要针对不同的测试对象确定测试内容，包括测试数据类型或CAN总线数据类型，并且，针对每一测试内容需确定对应的采集参数，以及对应按照采集参数得到的采集数据进行分析时所用的分析模式。优选的，所述数据分析装置包括无线网卡、参数设置模块、数据处理模块；其中，所述参数设置模块确定至少一个测试对象及其测试内容，并针对每个测试对象的每一项测试内容确定对应的采集参数，所述测试内容为所述测试对象对应的测试数据和/ 或CAN总线数据；所述无线网卡将确定的采集参数经无线路由器发送给所述嵌入式平台， 以及接收所述无线路由器发送的采集数据，并将其转发给数据处理模块；所述嵌入式平台具体根据所述采集参数对所述测试数据、CAN总线数据进行采集，得到采集数据；所述数据处理模块针对所述采集参数确定对应的分析模式，并对所述嵌入式平台按照所述采集参数得到的采集数据，采用对应的分析模式进行分析处理，并将分析结果显示给用户。其中，本发明对所述数据处理模块具体采用的分析处理方式不作限定，可以根据实际需要设置，一般为对采集数据进行滤波、统计、分析和评估等。现有的液压挖掘机性能测试系统多采用单片机来实现数据采集功能，但是由于单片机只能以轮循方式在不同的数据采集通道上进行数据采集，而且所能支持的数据采集通道数量较少，因此实现的采样率较低，采集能力差。而本发明提供的挖掘机综合性能测试系统采用嵌入式平台实现采集数据的功能，并且为了提高数据采集能力，优选的，所述嵌入式平台具体包括 RT(Real Time，实时)控制器、FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片；其中，所述RT控制器通过所述无线路由器接收采集参数后，将其转发给所述FPGA芯片； 所述FPGA芯片接收所述采集参数，并按照所述采集参数对所述测试数据、CAN总线数据进行采集，得到采集数据。所述嵌入式平台中的FPGA芯片采用多线程的方式，能够同步在多个采集通道中采集数据，因此，其采集数据的速度和精度都优于现有挖掘机性能测试系统中常采用的单片机，增强了挖掘机性能测试的能力。本发明所采用的FPGA芯片是一种具有数据采集功能的专用集成电路，其需要按照所述参数设置模块设定的采集参数执行数据采集，但是由于FPGA芯片不能直接与所述数据分析装置之间进行数据传输，因此，本发明采用RT控制器接收所述采集参数后转发给 FPGA芯片。为了将所述FPGA芯片采集的数据发送给所述数据分析装置，优选的，所述RT控制器还用于将所述FPGA芯片按照采集参数得到的采集数据进行预处理，然后将所述预处理后的采集数据通过所述无线路由器发送给所述数据处理模块；则所述数据处理模块具体用于对所述预处理后的采集数据，采用与所述预定采集参数对应的分析模式进行分析。本发明中所述RT控制器对所述FPGA芯片得到的采集数据进行的预处理可以为任意方式，只要能够达到所述数据处理模块接收到所述预处理后的采集数据后，能够根据所述预处理后的采集数据确定其所对应的采集参数，进而能确定其所对应的分析模式的目的即可。优选的，所述RT控制器对所述FPGA芯片得到的采集数据进行预处理，具体为对所述FPGA芯片按照不同采集参数得到的采集数据添加不同标识；则所述数据处理模块接收所述预处理后的采集数据后，根据所述采集数据对应的标识，确定对应所述采集参数的分析模式。所述嵌入式平台需要连接所述测量装置或CAN总线才能实现数据采集功能，优选的，所述嵌入式平台还包括IO接口，用于将所述FPGA芯片分别与所述测量装置和CAN总线
连接在一起。优选的，所述数据采集装置还包括电源转换器，所述电源转换器与外接电源连接， 并分别给所述嵌入式平台、测量装置供电。在挖掘机性能测试的过程中，有些数据类型(如挖掘机的整车噪音、发动机油耗等)所需的采集频率较低，对这类数据，可以设定阶段性的时间点执行相应的数据测量和采集，然后直接将数据采集到的数据发送给所述数据分析装置进行分析。优选的，所述挖掘机综合性能测试系统还包括与所述数据分析装置相连接的噪音测量仪器，用于测量液压挖掘机或混合动力挖掘机的整车噪音。优选的，所述挖掘机综合性能测试系统还包括与所述数据分析装置相连接的油耗测量仪器，用于测量液压挖掘机或混合动力挖掘机的发动机油耗。本发明提供的挖掘机综合性能测试系统在执行数据采集的过程中，需要适时地根据挖掘机的工作状态调整采集参数，因此，优选的，所述FPGA芯片在采集所述测试数据、 CAN总线数据的过程中，再次接收所述RT控制器转发来的采集参数时，停止正在进行的采集过程，并按照所述再次接收到的采集参数重新开始采集。为了克服传统的液压挖掘机测试系统无法适应挖掘机工作时强震动的恶劣环境、 下雨无法测试、因挖掘机空间狭小无法安装测试设备等问题，本发明将数据采集装置封装成体积小、抗震动性能好、防护等级高的机箱形式。优选的，所述数据采集装置为一个可移动的机箱型装置。现有的挖掘机性能测试系统一般采用通用测试仪器，测试功能相对单一，只能对挖掘机的某些部件如液压系统、发动机系统、电控系统等单个子系统进行测试，不能对整机进行综合性能的测试，此外，现有技术通常使用传统的液压挖掘机性能测试系统对混合动力挖掘机进行性能测试，然而由于混合动力挖掘机与传统液压挖掘机具有不同的性能参数指标，因此，将不能得到准确的测试结果。为克服目前挖掘机技术领域缺乏整机多机构同步测试系统、以及缺少同时适用于混合动力挖掘机和传统液压挖掘机的综合性能测试系统的问题，本发明提供的挖掘机综合性能测试系统应用于测试混合动力挖掘机和传统液压挖掘机的可靠性、稳定性、动力性能、经济性、操作性等整机综合性能指标，据此分析，本发明应覆盖以下测试项目1、整机及主要部件的功率及能量损耗测试项目
具体的，所述整机及主要部件的功率及能量损耗测试项目包括测试各主要部件的输入功率和输出功率，评价主要部件在各种工况下的功率损耗和工作效率。主要部件包括发动机、电机、BMS(电池管理系统)、超级电容、液压主泵、执行机构、回转机构、行走机构；2、动力源能量分配及回收测试项目具体的，所述动力源能量分配及回收测试项目包括1)在挖掘一提升一带载回转一卸载一空载回转五个主要环节中，测试发动机对负载和超级电容的功率分配比例和发动机转速，评价发动机和动力电机的装机功率是否符合需求；2)在上述五个主要环节中，测试控制系统对超级电容的充放电次数，评价超级电容的使用寿命；3、操作性能测试项目具体的，所述操作性能测试项目包括1)测试动臂、抖杆、挖斗、行走机构的先导压力的变化范围和机构的响应时间，评价控制系统的控制精度和响应速度；2)测试回转机构的响应时间和回转加速度，评价回转控制的控制精度和响应速度，评价回转电机的装机功率是否符合需求；3)对比测试挖掘机和混合动力挖掘机驾驶室的噪音，评价操作舒适性以及对环境的噪音污染度。4、油耗及效率测试项目具体的，所述油耗及效率测试项目包括采用油耗传感器测量各种工况下的燃油消耗量，通过实际施工测试挖掘机的工作效率，与传统挖掘机的油耗及效率进行对比分析， 评价混合动力挖掘机的燃油节省率和效率。综上，本发明提供的挖掘机综合性能测试系统，其测试点应综合多种常见挖掘机测试内容的基础上，完成挖掘机整机多机构同步测试功能，并且该系统应既适用于液压挖掘机，又适用于混合动力挖掘机的性能测试。优选的，针对混合动力挖掘机，所述测试对象包括发动机、电机及电机控制器、超级电容、电池管理系统、前泵/后泵/先导泵、动臂/斗杆/挖斗、行走机构、冷却系统、比例阀；针对液压挖掘机，所述测试对象包括回转机构、发动机、油门、前泵/后泵/先导泵、动臂/斗杆/挖斗、行走机构、冷却系统、比例阀。实施例一本发明提供一种挖掘机综合性能测试系统实施例，适用于对液压挖掘机和混合动力挖掘机(以下统称为挖掘机)的组成部件进行综合性能测试，如图3所示，该系统包括以下各部分测量装置31、数据采集装置32、数据分析装置33、油耗测量仪器34、噪音测量仪器35。其中，各部分具体结构及功能如下测量装置31为多个连接挖掘机各测试对象的测试传感器，每个测量装置31都与挖掘机上对应的测试对象(挖掘机中需要进行性能测试的组成部件)相连接，用于对其所连接的测试对象进行相关数据的测量，得到测试数据。
数据采集装置32为一个能够移动、具有较强抗震能力的机箱型装置，其机箱外壳上装置有多个用于连接测量装置31和挖掘机CAN总线的接线端子和航空插头接口。如图4 所示，该机箱型装置内部包括嵌入式平台321、无线路由器322和电源转换器323。其中，嵌入式平台321为美国NI公司的Compact RIO嵌入式开发平台，具体包括RT控制器 321_A、FPGA 芯片 321_8和 IO 接口 321_C。其中，IO 接口 321_C 为各种 Compact RIO 嵌入式开发平台配置的信号采集板卡，包括CAN高速总线数据采集卡、电流采集卡、电压采集卡、数字IO卡等，IO接口 321_C与FPGA芯片321_B、机箱外壳上连接测量装置31和挖掘机CAN总线的多个接线端子和航空插头接口相连接，从而以间接方式将FPGA芯片321_B和测量装置31、挖掘机CAN总线连接起来；FPGA芯片321_B与IO接口 321_C、RT控制器321_ A相连接，用于根据RT控制器321_A转发来的采集参数，通过IO接口 321_C对测量装置31 测量所得的测试数据和挖掘机CAN总线中传输的CAN总线数据进行采集，并将得到的采集数据发送给RT控制器321_A ；RT控制器321_A与无线路由器322和FPGA芯片321_B相连接，用于将无线路由器322转发来的采集参数转发给FPGA芯片321_B，并将FPGA芯片321_ B得到的采集数据发送给无线路由器322 ；无线路由器322与RT控制器321_A有线连接，并与数据分析装置33中的无线网卡333无线连接，用于将无线网卡333发送来的采集参数转发给RT控制器321_A，以及将 RT控制器321_A发送来的采集数据发送给无线网卡333 ；电源转换器323外接挖掘机24V蓄电池电源或独立24V电源，并与嵌入式平台321 和测量装置31相连接，采用24V转5V、24V转12V模式为嵌入式平台321和测量装置31供 H1^ ο数据分析装置33为支持802. lla/b/g/n协议的带输入、显示、分析、存储功能的设备，此设备可以是笔记本电脑、pc或者具备数据分析、存储功能工业显示屏等。如图5所示， 数据分析装置33包括参数设置模块331、数据处理模块332和无线网卡333。其中，参数设置模块331分别连接数据处理模块332和无线网卡333，用于针对需要进行性能测试的挖掘机机型，确定至少一个测试对象及其测试内容，所述测试内容包括对应所述测试对象的测试数据和/或CAN总线数据，并针对每个测试对象的每一项测试内容确定一套采集参数，然后将所述采集参数分别发送给数据处理模块332和无线网卡333 ；无线网卡333与参数设置模块331和数据处理模块332有线连接，并与数据采集装置32中的无线路由器322无线连接，用于在接收参数设置模块331发送来的采集参数后将其发送给无线路由器322，并在接收所述无线路由器322发送来的采集数据后将其转发给数据处理模块332 ；数据处理模块332与参数设置模块331和无线网卡333连接，用于在接收参数设置模块331发送来的采集参数后，针对所述采集参数确定对应的分析模式，并在接收无线网卡333发送来的采集数据后，采用对应的分析模式对所述采集数据进行分析，并将分析结果显示给用户。油耗测量仪器34用于测量发动机的耗油量，通过USB接口或RS-232串行数据通信接口连接数据分析装置33。噪音测量仪器35用于测量整车的噪音大小，通过USB接口或RS-232串行数据通信接口连接数据分析装置33。
表1为本系统针对液压挖掘机和混合动力挖掘机的不同需要所提供的测试内容表，使用本系统时可根据测试对象，直接应用该表确定具体的测试内容。
表1测试对象及其测试内容
挖掘机机型测试对象测量方式测试内容发动机CAN总线发动机扭矩、发动机转速电机及电机控制CAN总线相电流、电压、输入扭矩、转速混合动力挖掘机器超级电容CAN总线SOC、温度、充放电次数、充放电时间、充放电电压、充放电电流电池管理系统 (BMS)CAN总线电池总电压，电池放电流、前泵/后泵/ 先导泵测量装置前泵出口流量、后泵出口流量、前泵出口压力、 后泵出口压力、前泵负流量压力、后泵负流量压力、主泵控制口压力、吸油压力、先导泵出口压力动臂/斗杆/ 挖斗测量装置油缸有杆腔压力、油缸无杆腔压力、油缸伸出先导压力、油缸收缩先导压力、油缸行程液压挖掘机/ 混合动力挖掘机行走机构测量装置左马达正转流量、左马达反转流量、右马达正转流量、右马达反转流量、马达A 口压力、马达B 口压力、马达A 口压力、马达B 口压力、马达正转先导压力、马达反转先导压力、马达正转先导压力、马达反转先导压力、马达泄油压力冷却系统测量装置冷却器进油流量、回油压力、冷却器进油油温、 冷却器出油油温比例阀测量装置比例阀电淨U耗油测试油耗测量4义器发动机油耗噪音测试噪音测量仪器整车噪音液压挖掘机回转机构测量装置马达正转流量、马达反转流量、回转马达A 口压力、回转马达B 口压力、马达正转先导压力、马达反转先导压力、回转马达M 口压力、回转马达转速发动机CAN总线发动机转速发动；丨凡油测量装置油门电位计门位置测量装置电机反馈电位计本实施例挖掘机综合性能测试系统的使用方法如下1)测试工人根据当前需要进行测试的挖掘机机型和上述表1，确定至少一个测试对象及其测试内容。其中，测试对象为挖掘机中需要测试的组成部件，测试内容为测试数据的类型或 CAN总线数据的类型。
由于不同类型的测试内容对应不同的测量方式，如获得测试数据的测量方式为测量装置31，获得CAN数据的测量方式为CAN总线。具体的，可根据具体的测试对象确定使用的测量方式为测量装置31还是CAN总线。例如，根据上述表1，针对混合动力挖掘机，测试对象为电池管理系统时，可确定测量方式为CAN总线，针对液压挖掘机，测试对象为回转机构时，可确定测量方式为测量装置31。特殊的，针对混合动力挖掘机和液压挖掘机，当测试对象为噪音测试时，其测量方式为噪音测量仪器35，当测试对象为油耗测试时，其测量方式为油耗测量仪器34。2)测试工人若确定测试对象位于挖掘机的上车(挖掘机回转平台以上的部分)， 则将数据采集装置32放置在上车回转平台上，若确定测试对象位于挖掘机的下车(挖掘机回转平台以下的部分)，则将数据采集装置32放置于下车车桥上。3)测试工人根据测试对象和测试内容，将需要使用到的测量装置31和CAN总线， 连接到数据采集装置32机箱外壳上相应的接线端子或航空插头接口上。4)测试工人在数据分析装置33中设置对应于所述至少一个测试对象及其测试内容的采集参数和分析模式。5)测试工人启动电源，并通过数据分析装置33观测挖掘机性能测试结果。特殊的，若测试对象为油耗测试，在挖掘机性能测试过程中，到达预设的时间，测试工人启用油耗测量仪器36对挖掘机进行发动机油耗测量，并通过数据分析装置33观测油耗测试结果。若测试对象为噪音测试，在挖掘机性能测试过程中，到达预设的时间，测试工人启用噪音测量仪器35对挖掘机进行整机噪音测量，并通过数据分析装置33观测油耗噪音结^ ο对应于上述使用方法，本实施例挖掘机综合性能测试系统内部各部分的工作过程如下步骤Si，数据分析装置33确定至少一个测试对象及其测试内容，并针对每个测试对象的每一项测试内容，确定对应的采集参数和分析模式。具体过程如下参数设置模块331确定至少一个测试对象，并针对每个测试对象确定至少一项测试内容，进一步，针对所述每个对象的每一项测试内容确定一套采集参数。该采集参数包括以下参数信息采集数据类型、采集通道、采集频率、采集时间和采集精度。由于不同测试内容对应的测试数据类型或CAN总线数据类型不同，例如电流数据、电压数据、速度数据等，因此，参数设置模块331需要针对不同的测试内容设置相应的采集参数，即每个测试对象的每一项测试内容都具有唯一的一套采集参数。数据处理模块332针对每一套采集参数确定对应的分析模式，由于不同的测试数据类型或CAN总线数据对应不同的采集参数，因此，对按照特定采集参数获得的采集数据进行分析时，也应采用不同的分析模式，即每个测试对象的每一项测试内容都具有唯一的分析模式。步骤S2，数据分析装置33将其确定的采集参数传递给数据采集装置32。具体过程为参数设置模块331将已确定的对应每个测试对象的每一项测试内容的采集参数发送给无线网卡333，由无线网卡333无线传输给数据采集装置32的无线路由器322。
步骤S3，测量装置31和数据采集装置32启动，测量装置31开始对测试对象进行测量，数据采集装置32开始采集数据。具体过程如下电源转换器323为嵌入式平台321和测量装置31供电；测量装置31对其连接的测试对象进行某一测试内容(该测试内容与测量装置31 的功能相对应)的测量，得到相应的测试数据；数据采集装置32首先进行采集准备无线路由器322接收到无线网卡333发送来的采集参数后，将其转发给RT控制器321_A ；RT控制器321_A存储该采集参数，并将其转发给FPGA芯片321_B ；FPGA芯片321_B采用设置线程和采集线程同时工作的多线程工作方式，如图6(a)所示，采集线程负责解析所述采集参数，得到需要执行采集工作的采集通道， 以及在所述采集通道上采集测试数据或CAN总线数据时所依据的采集频率、采集时间和采集精度；数据采集装置32开始采集工作通过IO接口 321_C，FPGA芯片321_B的采集线程在具体的采集通道上，按照相应的采集频率、采集时间和采集精度对测试数据或CAN总线数据进行采集。其中，对应每个测试对象的每一内容(测试数据或CAN总线数据)，FPGA 芯片321_B都按照唯一对应的采集参数对其进行采集；在数据采集装置32执行采集工作的过程中，数据分析装置33中的参数设置模块 331可以根据挖掘机的工作状态或其他需要重新确定采集参数，并将其传输给数据采集装置32，此时，数据采集装置32执行以下操作如图6(b)所示，在采集线程执行采集工作的过程中，设置线程负责接收新的采集参数，并在接收新的采集参数后对原有的采集参数进行更新，同时中断采集线程正在进行的采集，使采集线程转而解析新的采集参数，并按照新的采集参数进行采集。步骤S4，数据采集装置32将得到的采集数据无线传输给数据分析装置33。具体过程如下RT控制器321_A对FPGA芯片321_B按照不同采集参数所得到的采集数据进行预处理后，发送给无线路由器322，并由无线路由器322无线传输给无线网卡333。具体的，所述预处理为对FPGA芯片321_B按照不同采集参数所得到的采集数据添加不同的标识。步骤S5，数据分析装置33接收所述预处理后的采集数据，并进行相应的分析处理，得到分析结果。具体过程为无线网卡333接收所述预处理后的采集数据，并将其转发给数据处理模块332 ；数据处理模块332根据所接收的采集数据中的标识，确定对应的分析模式，然后采用该分析模式对所述预处理后的采集数据进行分析，得到分析结果，显示给用户。特殊的，油耗测量仪器36启动时，对挖掘机进行发动机油耗测量，并将结果直接传输给数据分析装置33进行相应分析和处理。同样，噪音测量仪器35启动时，对挖掘机进行整机噪音测量，并将结果直接传输给数据分析装置33进行相应分析和处理。除以上描述外，本发明实施例提供的挖掘机综合性能测试系统还具有以下特点所述数据采集装置32的机箱外壳上预留了多个接口，用于根据实际需要在添加除所述表1所记录内容以外的测试内容时，将所需要的测量装置或仪器通过所述预留接口与嵌入式平台321连接。
所述RT控制器321_A除具有以上过程中描述的能够对FPGA芯片321_B得到的采集数据添加标识这种预处理功能以外，RT控制器321_A还具有支持对FPGA芯片321_B获得的采集数据进行各种运算处理的功能，如支持浮点运算、复杂公式运算等。所述参数设置模块331和数据处理模块332可以为不同的硬件模块，也可以集成在同一硬件模块中，具体可根据实际的数据分析装置33设置。所述数据处理模块332接收到采集数据后，按照对应的分析模式对所述采集数据进行以下分析处理信号滤波、信号基本参数统计、液压系统冲击分析、液压系统稳定分析、 发动机状态分析、电控系统安全分析、电控系统参数匹配分析、电驱动系统电源质量分析、 电驱动系统参数匹配分析等。综上所述，本发明实施例提供的挖掘机综合性能测试系统，首先对挖掘机的测试对象进行数据测量，然后对测量所得的测试数据和CAN总线数据进行采集，得到采集数据， 最后对所述采集数据进行分析处理，得到测试结果，显示给用户。整个过程涉及三大部分 测量装置31、数据采集装置32以及数据分析装置33，其中测量装置31完成对其连接的测试对象的数据测试工作，得到测试数据，数据采集装置32完成对测试数据和CAN总线数据的采集工作，得到采集数据，数据分析装置33完成对所述采集数据的分析处理工作，得到测试结果，并显示给用户。实施例二本发明实施例还提供另一种挖掘机综合性能测试系统，与上一实施例相比，本发明中的数据采集装置和数据分析装置具有更加丰富的功能。如图7所示，相比上一实施例的数据采集装置32，本实施例中的数据采集装置32 还包括以下部分数据存储模块324，用于保存所述RT控制器321_A发送给数据分析装置33的采集数据。调试模块325，用于监控数据采集装置32整个机箱内部各功能模块在运行过程中的状态，并将其发送给数据分析装置33。如图8所示，相比上一实施例的数据分析装置33，本实施例中的数据分析装置33 还包括以下部分用户管理模块334，用于完成不同用户的权限、设置系统参数的管理功能。系统监控模块335，用于监控测量装置31、数据采集装置32、数据分析装置33内部各功能模块、以及油耗测量仪器34和噪音测量仪器35在运行过程中的状态。其中，通过接收所述调试模块325发送来的状态信息来监控数据采集装置32的运行状态。性能评估模块336，用于根据用户设定的测试内容，综合所述数据处理模块332的各种分析结果，对挖掘机进行性能参数评估，获得评估结果。输出装置337，用于以打印报表或屏幕显示的方式，输出所述数据处理模块332的分析结果和性能评估模块336的评估结果。此时，数据处理模块332可不再具有显示分析结果的功能。此外，与上一实施例相比，本实施例的挖掘机综合性能测试系统还支持有线数据传输方式，即所述数据采集装置32和数据分析装置33之间采用互联网网线和无线相结合的方式进行数据传输。
本发明在综合多种常见挖掘机测试内容的基础上，提供了一套既适用于液压挖掘机又适用于混合动力挖掘机的综合性能测试系统，解决了目前挖掘机技术领域缺乏整机多机构同步测试系统、以及缺少同时适用于混合动力挖掘机和传统液压挖掘机的综合性能测试系统的问题。另外，本发明采用嵌入式平台采集数据，其FPGA芯片采用多线程同步工作方式， 能够多通道同步采集数据，采集数据的速度和精度都优于现有挖掘机性能测试系统中常采用的单片机，使本发明具备测试功能强、采样率稿、测试精度高等优点；将数据采集装置封装成体积小、抗震动性能好、防护等级高的机箱形式，克服了传统的液压挖掘机测试系统无法适应挖掘机工作时强震动的恶劣环境、下雨无法测试、因挖掘机空间狭小无法安装测试设备等问题；采用无线传输数据的方式，避免了挖掘机测试过程中布线困难的问题，即使在挖掘机左右回转并且车身剧烈震动的情况下，也能较好地完成数据采集工作，同时采用无线传输使得测试人员可以在远离挖掘现场的地方开展工作，以避免受到挖掘机的工作噪音、施工现场环境恶劣等因素的影响。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种挖掘机综合性能测试系统，其特征在于，包括至少一个测量装置、数据采集装置和数据分析装置；其中，每个测量装置连接对应的测试对象，并对连接的测试对象进行测量，得到测试数据，所述测试对象为液压挖掘机或混合动力挖掘机中需要进行性能测试的组成部件；所述数据采集装置连接所有的测量装置，包括嵌入式平台和无线路由器，所述嵌入式平台对每个测量装置得到的测试数据进行采集，得到采集数据，并通过所述无线路由器将所述采集数据无线传输给数据分析装置；所述数据分析装置在接收到所述采集数据后，对所述采集数据进行分析，并将分析结果显示给用户。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据采集装置还连接控制器局域网络 CAN总线，所述CAN总线为液压挖掘机或混合动力挖掘机中，连接对应的测试对象的CAN总线.一入 ，则所述嵌入式平台还对所述CAN总线中传输的CAN总线数据进行采集，得到采集数据， 并通过所述无线路由器将所述采集数据无线传输给数据分析装置。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述数据分析装置包括无线网卡、参数设置模块、数据处理模块；其中，所述参数设置模块确定至少一个测试对象及其测试内容，并针对每个测试对象的每一项测试内容确定对应的采集参数，所述测试内容为所述测试对象对应的测试数据和/或 CAN总线数据；所述无线网卡将确定的采集参数经无线路由器发送给所述嵌入式平台，以及接收所述无线路由器发送的采集数据，并将其转发给数据处理模块；所述嵌入式平台具体根据所述采集参数对所述测试数据、CAN总线数据进行采集，得到采集数据；所述数据处理模块针对所述采集参数确定对应的分析模式，并对所述嵌入式平台按照所述采集参数得到的采集数据，采用对应的分析模式进行分析处理，并将分析结果显示给用户。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述嵌入式平台具体包括实时RT控制器、 现场可编程门阵列FPGA芯片；其中，所述RT控制器通过所述无线路由器接收采集参数后，将其转发给所述FPGA芯片；所述FPGA芯片接收所述采集参数，并按照所述采集参数对所述测试数据、CAN总线数据进行采集，得到采集数据。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述RT控制器还用于将所述FPGA芯片按照采集参数得到的采集数据进行预处理，然后将所述预处理后的采集数据通过所述无线路由器发送给所述数据处理模块；则所述数据处理模块具体用于对所述预处理后的采集数据，采用与所述预定采集参数对应的分析模式进行分析处理。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述RT控制器对所述FPGA芯片得到的采集数据进行预处理，具体为对所述FPGA芯片按照不同采集参数得到的采集数据添加不同标识；则所述数据处理模块接收所述预处理后的采集数据后，根据所述采集数据对应的标识，确定对应所述采集参数的分析模式。
7.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述嵌入式平台还包括IO接口，用于将所述 FPGA芯片分别与所述测量装置和CAN总线连接在一起。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据采集装置还包括电源转换器，所述电源转换器与外接电源连接，并分别给所述嵌入式平台、测量装置供电。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括与所述数据分析装置相连接的噪音测量仪器，用于测量液压挖掘机或混合动力挖掘机的整车噪音。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括与所述数据分析装置相连接的油耗测量仪器，用于测量液压挖掘机或混合动力挖掘机的发动机油耗。
11.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述FPGA芯片在采集所述测试数据、CAN 总线数据的过程中，再次接收所述RT控制器转发来的采集参数时，停止正在进行的采集过程，并按照所述再次接收到的采集参数重新开始采集。
12.如权利要求1 11任一所述的系统，其特征在于，所述数据采集装置为一个可移动的机箱型装置。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，针对混合动力挖掘机，所述测试对象包括发动机、电机及电机控制器、超级电容、电池管理系统、前泵/后泵/先导泵、动臂/斗杆/挖斗、行走机构、冷却系统、比例阀；针对液压挖掘机，所述测试对象包括回转机构、发动机、油门、前泵/后泵/先导泵、动臂/斗杆/挖斗、行走机构、冷却系统、比例阀。
全文摘要
本发明公开了一种挖掘机综合性能测试系统，该系统包括至少一个测量装置、数据采集装置、和数据分析装置；其中，每个测量装置连接对应的测试对象，并对连接的测试对象进行测量，得到测试数据；所述数据采集装置连接所有的测量装置，包括嵌入式平台和无线路由器，所述嵌入式平台对每个测量装置得到的测试数据进行采集，得到采集数据，所述无线路由器将所述采集数据无线传输给数据分析装置；所述数据分析装置在接收到所述采集数据后，对所述采集数据进行分析，并将分析结果显示给用户。本发明提供的挖掘机综合性能测试系统，采用嵌入式平台采集数据和无线传输数据方式，兼备了针对液压挖掘机和混合动力挖掘机的综合性能测试功能。
文档编号G01M99/00GK102564789SQ201110451789
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者习可, 张迁, 赵健, 陈凯, 陈华 申请人:中联重科股份有限公司