一种车速测量方法与流程

本发明涉及电机测速领域，特别涉及一种车速测量方法。

背景技术：

目前，在汽车试验上采用的速度测量系统主要有第五轮仪法、相对式光电编码器法和gps相对定位法；第五轮仪有两种：一种是常规的接触式第五轮仪，它的测距传感器由外周长设定的测量轮(第五轮)和电脉冲发生器两部分组成，测量轮每转动一个角度，脉冲发生器就产生一个电脉冲信号，这个角度大小与测量轮的滚动周长相对应，保证测量轮每行驶一定距离，脉冲发生器就输出一个脉冲信号。计算机对这些脉冲进行计算，得到距离值；一种是光电式非接触式第五轮仪，利用光学原理测量出车辆与地面的相对移动距离信号，车辆行驶时，非接触式第五轮仪光源发出的光垂直照射地面，空间滤光片传感器接受地面反射来的光信号，把其转换为电信号输送到主机，并进行数据转换与处理，得到速度。光电式编码器使用测周法或测频法，通过测量相连脉冲的间隔时间或单位时间内的脉冲数转换算出车速；gps相对定位法是用安装在实验车顶部的gps移动站，记录车辆行驶过程中卫星的原始星历文件，与基准站数据相参照解算出实验车的行驶轨迹，从而求解车速。

这几种测速方法分别存在如下问题，影响测速的精度。接触式第五轮仪价格较低，在低、中速范围尚能满足一般测试需要，其缺点是轮圈直径有误差；光电式非接触式第五轮仪价格比接触式第五轮仪高一些，精度也有明显提高，但在潮湿的低附着系数路面上测量时非常容易出现信号丢失现象；光电式编码器在路况和安装不当时会使编码器在行使过程中产生抖动，影响测量精度；gps车速测试系统，体积小，携带、安装方便，而且安装后即可进行工作，不需要进行繁杂的调试，测量不受路面情况限制，但价格昂贵；另外，由于是靠卫星来定位，当车辆穿行在城市高楼区、立交桥、林荫道和隧道等处时，常出现卫星信号遮挡问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种体积小，携带、安装方便，实时性好，不受路面状况的限制，也不受到所在位置的限制的车速测量方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种车速测量方法，包括如下步骤：

(1)搭建电动车试验装置，电动车试验装置包括：

一电动车；

一控制电动车工作的驱动装置，所述驱动装置由电机和舵机组成；

一声音传感器，声音传感器用于采集电动车运行时的噪声频率；

一光耦测速装置，光耦测速装置用于采集反应电动车运行时的车速脉冲信息；

一上位机，上位机自带matlab软件；

一单片机，单片机通过wifi与上位机通信，实时将电动车运行时的噪声频率和车速脉冲信息传送至上位机，并接收上位机发出的修改电机转速指令以更改电动车速度；

(2)通过上位机程序调整电动车的速度，电动车试验装置中的声音传感器和光耦测速装置采集不同速度下电动车运行时的噪声频率和车速脉冲信息；

(3)经过多次调整电动车的速度，得到大量电动车噪声频率和车速脉冲信息；

(4)通过误差分析手段分别处理上述所得噪声频率和车速脉冲信息的数据，首先去除粗大误差，即求得测量数据的平均值后，利用3σ准则，将超出范围的数据剔除；最终通过单片机将符合要求的噪声频率和车速脉冲信息传送至上位机；

(5)利用上位机自带的matlab软件对剩下噪声频率与车速进行拟合，得到拟合公式为：

f(x)＝(x-783.7)/7.54

其中，x为噪声频率，单位为hz，取值范围1300～2000；

f(x)为车速,单位为cm/s；

通过matlab软件计算出参数783.7的置信区间为603.9089～963.5439，7.54的置信区间为6.3022～8.7782，两个参数都在各自的置信区间内；如果计算测量的每组噪声频率数据和对应的速度数据的残差，也分布在各自的置信区间内，则该拟合公式是有效的；

(6)将建立好的电动车噪声频率和速度之间的拟合公式编写出对应的程序，下载到电动车试验装置中的单片机中；

(7)在使用时，去除光耦测速装置，仅通过声音传感器采集噪声频率，单片机经过拟合公式就可实时计算出当前车速。

在本发明的一个实施例中，所述声音传感器靠近电机安装。

在本发明的一个实施例中，所述光耦测速装置由码盘和红外对射传感器组成。

在本发明的一个实施例中，所述单片机为stm32f103rct6单片机。

在本发明的一个实施例中，步骤(2)中通过上位机程序调整电动车速度的具体做法为，上位机发出修改电机转速指令，单片机接收指令，并通过改变电机转速来实现电动车速度的改变。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明体积小，携带、安装方便，实时性好，不受路面状况的限制，也不受到所在位置的限制；且可用于多种领域电机测速，能够达到准确、便宜、易于使用、维修简便的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的硬件结构示意图；

图2为本发明数据采集流程图；

图3为本发明噪声频率和车速之间的拟合曲线图；

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

10、电机20、舵机30、声音传感器40、光耦测速装置41、码盘42、红外对射传感器50、上位机60、单片机70、滤波放大电路80、信号处理电路。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1至图3所示，本发明公开了一种车速测量方法，包括如下步骤：

(1)搭建电动车试验装置，电动车试验装置包括：

一电动车；

一控制电动车工作的驱动装置，驱动装置由电机10和舵机20组成；

一声音传感器30，声音传感器30配备滤波放大电路70用于采集电动车运行时的噪声频率和幅值信息，声音传感器30靠近电机安装，其能够使噪声频率的测量数据相对准确；

一光耦测速装置40，光耦测速装置40配备信号处理电路90用于采集反应电动车运行时的车速脉冲信息；光耦测速装置40由码盘41和红外对射传感器42组成；

一上位机50，上位机50自带matlab软件；

一单片机60，单片机60为stm32f103rct6单片机，单片机60通过wifi与上位机50通信，实时将电动车运行时的噪声频率和车速脉冲信息传送至上位机50，并接收上位机50发出的修改电机转速指令以更改电动车速度；

(2)通过上位机程序调整电动车的速度，上位机50发出修改电机转速指令，单片机接收指令，并通过改变电机10转速来实现电动车速度的改变；电动车试验装置中的声音传感器30采集不同速度下电动车运行时的噪声频率和幅值信息，光耦测速装置40采集不同速度下电动车运行时的车速脉冲信息；

(3)经过多次调整电动车的速度，得到大量电动车噪声频率、幅值信息以及车速脉冲信息；

(4)通过误差分析手段分别去除上述所得噪声频率和车速脉冲信息中的不合理数据，首先去除粗大误差，即求得测量数据的平均值后，利用3σ准则，将超出范围的数据剔除；最终单片机60通过wifi将符合要求(合理数据)的噪声频率和车速传送至上位机50；

(5)上位机50利用自带的matlab软件对符合要求(合理数据)的噪声频率与车速进行拟合，得到拟合公式为：

f(x)＝(x-783.7)/7.54

其中，x为噪声频率，单位为hz，取值范围1300～2000；

f(x)为车速,单位为cm/s；

通过matlab软件计算出参数783.7的置信区间为603.9089～963.5439，7.54的置信区间为6.3022～8.7782，两个参数都在各自的置信区间内；如果计算测量的每组噪声频率数据和对应的速度数据的残差，也分布在各自的置信区间内，则该拟合公式是有效的；

(6)将建立好的电动车噪声频率和速度之间的拟合公式编写出对应的程序，下载到电动车试验装置中的单片机中；

(7)在使用时，去除光耦测速装置，仅通过声音传感器30采集噪声频率，单片机经过拟合公式就可实时计算出当前车速。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。