專利名稱：汽車阻尼調校數據采集系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種車輛運動過程中懸架運動行程、車身側傾角及側向加速度的采集系統，確切地說，本發明涉及一種汽車阻尼調校數據采集系統。
背景技術：
現有技術公開了用于調校減震器阻尼特性的方法。例如在Claude Rouelle的減震器阻尼特性柱狀圖分析法(見《Analysis Techniques for Racecar Data Acquisition(賽車數據采集分析技術)》)中涉及到的用于記錄減震器行程的數據采集裝置，這種減震器行程記錄裝置已廣泛被國外賽車團隊采用(如密歇根大學FSAE車隊)。為了達到記錄減震器行程的目的，將所述位移傳感器與減震器并聯。所述位移傳感器與數據采集裝置連接，該數據采集裝置能夠將減震器的位移信號以一定的頻率采集并記錄。這里的缺點是，該數據采集裝置缺少有關車身加速度、傾角和方向盤轉角的傳感器；同時數據采集多依賴于發動·機ECU，存儲空間有限，對于多種信號的采集及擴展造成了限制。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服了現有技術存在缺少有關車身加速度、傾角和方向盤轉角的傳感器及對于多種信號的采集及擴展造成了限制的問題，提供了一種汽車阻尼調校數據采集系統。為解決上述技術問題，本發明是采用如下技術方案實現的所述的汽車阻尼調校數據采集系統包括左前輪減震器行程信號采集部分、右前輪減震器行程信號采集部分、右后輪減震器行程信號采集部分、左后輪減震器行程信號采集部分、角位移傳感器、慣性傳感裝置、采集卡、車載電腦與電源。車載電腦的USB接口與采集卡的USB接口線連接，電源的負極與采集卡的GNDl接口電線連接，左前輪減震器行程信號采集部分中的左前輪線位移傳感器的輸出端與采集卡的輸入接口 ADl電線連接，右前輪減震器行程信號采集部分中的右前輪線位移傳感器的輸出端與采集卡的輸入接口 AD2電線連接，左后輪減震器行程信號采集部分中的左后輪線位移傳感器的輸出端與采集卡的輸入接口 AD3電線連接，右后輪減震器行程信號采集部分中的右后輪線位移傳感器的輸出端與采集卡的輸入接口 AD4電線連接。角位移傳感器的輸出端與采集卡的輸入接口 AD5電線連接。慣性傳感裝置的輸出端I與采集卡的輸入接口 AD6電線連接，慣性傳感裝置的輸出端2與采集卡的輸入接口 AD7電線連接，慣性傳感裝置的輸出端3與采集卡的輸入接口 AD8電線連接。技術方案中所述的左前輪減震器行程信號采集部分包括有左前輪減震器彈簧、左前輪減震器、左前輪鋼板支架與左前輪L型鋼板支架。右前輪減震器行程信號采集部分包括有右前輪減震器彈簧、右前輪減震器、右前輪鋼板支架與右前輪L型鋼板支架。右后輪減震器行程信號采集部分包括有右后輪減震器彈簧、右后輪減震器、右后輪鋼板支架與右后輪L型鋼板支架。左后輪減震器行程信號采集部分包括有左后輪減震器彈簧、左后輪減震器、左后輪鋼板支架與左后輪L型鋼板支架。左前輪減震器行程信號采集部分、右前輪減震器行程信號采集部分、右后輪減震器行程信號采集部分與左后輪減震器行程信號采集部分結構相同，即左前輪減震器彈簧、右前輪減震器彈簧、右后輪減震器彈簧與左后輪減震器彈簧結構相同。左前輪減震器、右前輪減震器、右后輪減震器與左后輪減震器結構相同。左前輪線位移傳感器、右前輪線位移傳感器、右后輪線位移傳感器與左后輪線位移傳感器結構相同。左前輪鋼板支架、右前輪鋼板支架、右后輪鋼板支架與左后輪鋼板支架結構相同。左前輪L型鋼板支架、右前輪L型鋼板支架、右后輪L型鋼板支架與左后輪L型鋼板支架結構相同。左前輪鋼板支架安裝在左前輪減震器中的活塞桿的伸出端，左前輪L型鋼板支架安裝在左前輪減震器的筒體上，被壓縮的左前輪減震器彈簧套裝在左前輪鋼板支架與左前輪L型鋼板支架之間的左前輪減震器的筒體上，左前輪線位移傳感器的右端采用螺栓固定在左前輪L型鋼板支架上，左前輪線位移傳感器的拉桿伸出端固定在左前輪鋼板支架上。技術方案中所述的角位移傳感器是采用型號為WDD3OT-4的角位移傳感器，角位·移傳感器的輸入軸插入I號同步輪的中心孔中螺釘固定，角位移傳感器的外殼通過螺釘固定在車架上，2號同步輪套在轉向器轉向柱管上螺釘固定，I號同步輪與2號同步輪通過齒形同步帶連接，I號同步輪與2號同步輪的回轉軸線平行。技術方案中所述的慣性傳感裝置是采用型號為ADXL335的三軸加速度傳感器，慣性傳感裝置固定在汽車質心位置。技術方案中所述的采集卡是采用型號為MPS-010602的多功能USB信號采集卡。與現有技術相比本發明的有益效果是I.本發明所述的汽車阻尼調校數據采集系統技術方案的提出，借助于位移傳感器記錄減震器運動行程。通過使用車載電腦對位移信號進行微分運算可直接得出減震器的運動速度，由此可以為后續減震器阻尼調校提供數據支持。2.本發明所述的汽車阻尼調校數據采集系統技術方案中所采用的慣性傳感裝置能夠確定空間兩個方向加速度ay、az和一個方向轉速ωχ。在此ay表不沿汽車橫軸方向的加速度，az表示沿汽車豎軸方向的加速度。相應地，ωχ表示圍繞汽車縱軸的轉速。通過對 ,進行積分計算即可以得到車身圍繞汽車縱軸的轉角θχ。由此便可以做到調校減震器阻尼特性時同時記錄汽車的側向加速度ay和側傾角θ χ，以此作為調校阻尼特性的參考和依據。同時上述參數，如車身傾角等還可應用于與汽車運動姿態有關的其他測試研究中。3.本發明所述的汽車阻尼調校數據采集系統技術方案中所采用的轉角傳感器記錄在轉向運動中方向盤的轉角。尤其可以應用于賽車比賽特定項目中，如FSAE大學生方程式大賽中的8字繞環項目，可作為定方向盤轉角、定車速調節減震器阻尼特性以獲得最佳入彎車速、方向盤轉角和阻尼特性的依據。同時車輛運動過程中對方向盤轉角的記錄還可以應用于有關建立駕駛員模型有關領域的研究。4.本發明所述的汽車阻尼調校數據采集系統技術方案中所采用的采集卡及車載電腦對多路傳感器進行統一數據采集和記錄。此種方法可以利用車載電腦對數據進行大量采集存儲，并可同時進行相應計算。同時可利用采集卡的可擴展性增加本專利中未提到的其他有關傳感器，為測試研究的擴展提供便利。


下面結合附圖對本發明作進一步的說明圖I為本發明所述的汽車阻尼調校數據采集系統結構組成示意框圖；圖2為本發明所述的汽車阻尼調校數據采集系統中所采用的左前輪減震器行程信號采集部分、右前輪減震器行程信號采集部分、右后輪減震器行程信號采集部分與左后輪減震器行程信號采集部分中線位移傳感器與減震器裝配關系的軸測投影圖；圖3為本發明所述的汽車阻尼調校數據采集系統中所采用的角位移傳感器與轉向器轉向柱管裝配關系的分解式軸測投影圖；圖4為本發明所述的汽車阻尼調校數據采集系統中所采用的各種傳感器、電源、車載電腦和采集卡連接關系的示意框圖。
圖中1.左前輪減震器彈簧，2.左前輪減震器，3.左前輪線位移傳感器，4.角位移傳感器，5.轉向器轉向柱管，6.轉向器，7.慣性傳感裝置，8.電源線路，9.信號線路，10.采集卡，11.車載電腦，12.電源，13.左前輪鋼板支架，14.左前輪L型鋼板支架，15. I號同步輪，16. 2號同步輪，17.齒形同步帶，18.左前輪減震器行程信號采集部分，19.右前輪減震器行程信號采集部分，20.右后輪減震器行程信號采集部分，21.左后輪減震器行程信號采集部分。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作詳細的描述本發明所述的汽車阻尼調校數據采集系統為實現對減震器行程、方向盤轉角、車身側傾角及側向加速度的信號采集與存儲，汽車阻尼調校數據采集系統按功能分為減震器行程信號采集部分、方向盤轉角信號采集部分、車身側傾角及側向加速度采集部分與信號數據記錄共四部分。I.參閱圖I與圖2，減震器行程信號采集部分包括左前輪減震器行程信號采集部分18、右前輪減震器行程信號采集部分19、右后輪減震器行程信號采集部分20與左后輪減震器行程信號采集部分21。左前輪減震器行程信號采集部分18包括有左前輪減震器彈簧I、左前輪減震器2、左前輪線位移傳感器3、左前輪鋼板支架13與左前輪L型鋼板支架14 ;右前輪減震器行程信號采集部分19包括有右前輪減震器彈簧、右前輪減震器、右前輪線位移傳感器、右前輪鋼板支架與右前輪L型鋼板支架；右后輪減震器行程信號采集部分20包括有右后輪減震器彈簧、右后輪減震器、右后輪線位移傳感器、右后輪鋼板支架與右后輪L型鋼板支架；左后輪減震器行程信號采集部分21包括有左后輪減震器彈簧、左后輪減震器、左后輪線位移傳感器、左后輪鋼板支架與左后輪L型鋼板支架。左前輪減震器行程信號采集部分18、右前輪減震器行程信號采集部分19、右后輪減震器行程信號采集部分20與左后輪減震器行程信號采集部分21結構相同，即左前輪減震器彈簧I、右前輪減震器彈簧、右后輪減震器彈簧與左后輪減震器彈簧結構相同；左前輪減震器2、右前輪減震器、右后輪減震器與左后輪減震器結構相同；左前輪線位移傳感器3、右前輪線位移傳感器、右后輪線位移傳感器與左后輪線位移傳感器結構相同；左前輪鋼板支架13、右前輪鋼板支架、右后輪鋼板支架與左后輪鋼板支架結構相同；左前輪L型鋼板支架14、右前輪L型鋼板支架、右后輪L型鋼板支架與左后輪L型鋼板支架結構相同。
實施例中使用型號為CANE CREEK-C7820的阻尼可調減震器、米朗75mm行程直線位移傳感器。左前輪減震器行程信號采集部分18中的左前輪鋼板支架13安裝在左前輪減震器2中的活塞桿的伸出端，左前輪L型鋼板支架14安裝在左前輪減震器2的安裝有活塞的筒(缸)體上，左前輪鋼板支架13與左前輪L型鋼板支架14由被壓縮的左前輪減震器彈簧I撐緊固定，確切地說，被壓縮的左前輪減震器彈簧I套裝在左前輪鋼板支架13與左前輪L型鋼板支架14之間的左前輪減震器2的筒體上，被壓縮的左前輪減震器彈簧I的左端面和左前輪鋼板支架13的右端面接觸連接，被壓縮的左前輪減震器彈簧I的右端面和左前輪L型鋼板支架14的左端面接觸連接。左前輪線位移傳感器3的安裝活塞的殼體右端采用螺栓固定在左前輪L型鋼板支架14上，左前輪線位移傳感器3的拉桿伸出端由螺母固定在左前輪鋼板支架13上。因此，左前輪線位移傳感器3的拉桿伸出端可隨同左前輪減震器2的壓縮和回彈而縮回和伸出，以此左前輪線位移傳感器3輸出左前輪減震器2的位移信 號。右前輪減震器行程信號采集部分19、右后輪減震器行程信號采集部分20與左后輪減震器行程信號采集部分21中的各零部件的安裝關系與左前輪減震器行程信號采集部分18中的各零部件的安裝關系完全相同；右前輪減震器行程信號采集部分19、右后輪減震器行程信號采集部分20與左后輪減震器行程信號采集部分21的功能與左前輪減震器行程信號采集部分18的功能也完全相同，不再贅述。2.參閱圖3，方向盤轉角信號采集部分主要包含轉向器、角位移傳感器、同步帶輪機構。實施例中的角位移傳感器4是采用型號為WDD3OT-4的角位移傳感器。角位移傳感器4的輸入軸插入I號同步輪15的中心孔中，兩者通過螺釘擰緊固定，角位移傳感器4的外殼通過螺釘固定在圖中未畫出的車架上。2號同步輪16套在轉向器轉向柱管5上，兩者通過螺釘擰緊固定。I號同步輪15與2號同步輪16通過與其配套的齒形同步帶17連接，同時要保證I號同步輪15與2號同步輪16軸線的平行關系。因此，通過轉向器轉向柱管5及2號同步輪16的轉動帶動同I號步輪15及角位移傳感器4的轉軸轉動，從而，角位移傳感器4輸出轉向器轉向柱管5的轉角信號。3.車身側傾角及側向加速度采集部分主要包含慣性傳感裝置7。該慣性傳感裝置7固定在汽車質心位置。借助此慣性傳感裝置7能夠確定車身的橫軸及縱軸的加速度以及車身繞縱軸的轉速。4.參閱圖4，信號數據記錄部分主要包含采集卡10、車載電腦11、電源12。由于實施例中所使用的各個線位移傳感器、角位移傳感器4、慣性傳感裝置7都為電壓輸出式傳感器，且輸入電壓為5V，故可統一使用同一采集卡10進行信號采集，并統一使用5V電源進行供電。如圖中所示，實施例中采用型號為MPS-010602的多功能USB信號采集卡。左前輪線位移傳感器3、右前輪線位移傳感器、左后輪線位移傳感器與右后輪線位移傳感器的正極接電源12的正極，左前輪線位移傳感器3、右前輪線位移傳感器、左后輪線位移傳感器與右后輪線位移傳感器的負極接電源12的負極；左前輪線位移傳感器3、右前輪線位移傳感器、左后輪線位移傳感器與右后輪線位移傳感器的輸出端依次和采集卡10的輸入接口 AD1、輸入接口 AD2、輸入接口 AD3與輸入接口 AD4電線連接。方向盤角位移傳感器4的正極與電源12的正極電線連接，方向盤角位移傳感器4的負極與電源12的負極電線連接，方向盤角位移傳感器4的輸出端與采集卡10的輸入接口 AD5電線連接。本例所使用慣性傳感裝置7是型號為ADXL335的三軸加速度傳感器，慣性傳感裝置7的正極與電源12的正極電線連接，慣性傳感裝置7負極與電源12的負極電線連接，慣性傳感裝置7的輸出I輸出垂向加速度信號，慣性傳感裝置7的輸出2輸出側向加速度信號，慣性傳感裝置7的輸出3輸出繞縱軸的角速度信號，慣性傳感裝置7的輸出I、輸出2與輸出3依次和采集卡10的輸入接口AD6、輸入接口 AD7與輸入接口 AD8電線連接。電源12的負極與采集卡10的GNDl接口電線連接；采集卡10的USB接口與車載電腦11的USB接口通過USB數據線連接。實施例中使用裝有固態硬盤并使用WINDOWS XP系統的筆記本電腦。對于 數據采集的控 制需由安裝在車載電腦11上的與采集卡10配套的控制軟件來實現。由此可以實現對數據的采集、存儲。通過對采集到的各個減震器2位移信號進行微分計算可得出各個減震器2的運動速度，對慣性傳感裝置7采集到的繞縱軸的角速度信號數據進行積分計算可得到車身縱軸相對于車輪接觸的地面的傾角。
權利要求
1.一種汽車阻尼調校數據采集系統，其特征在于，所述的汽車阻尼調校數據采集系統包括左前輪減震器行程信號采集部分(18)、右前輪減震器行程信號采集部分(19)、右后輪減震器行程信號采集部分(20)、左后輪減震器行程信號采集部分(21)、角位移傳感器(4)、慣性傳感裝置(7)、采集卡(10)、車載電腦(11)與電源(12)； 車載電腦(11)的USB接口與采集卡(10)的USB接口線連接，電源(12)的負極與采集卡(10)的GNDl接口電線連接，左前輪減震器行程信號采集部分(18)中的左前輪線位移傳感器(3)的輸出端與采集卡(10)的輸入接口 ADl電線連接，右前輪減震器行程信號采集部分(19)中的右前輪線位移傳感器的輸出端與采集卡(10)的輸入接口 AD2電線連接，左后輪減震器行程信號采集部分(21)中的左后輪線位移傳感器的輸出端與采集卡(10)的輸入接口 AD 3電線連接，右后輪減震器行程信號采集部分(20)中的右后輪線位移傳感器的輸出端與采集卡(10)的輸入接口 AD4電線連接，角位移傳感器(4)的輸出端與采集卡(10)的輸入接口 AD5電線連接；慣性傳感裝置(7)的輸出端I與采集卡(10)的輸入接口 AD6電線連接，慣性傳感裝置(7)的輸出端2與采集卡(10)的輸入接口 AD7電線連接，慣性傳感裝置(7)的輸出端3與采集卡(10)的輸入接口 AD8電線連接。
2.按照權利要求I所述的汽車阻尼調校數據采集系統，其特征在于，所述的左前輪減震器行程信號采集部分(18)包括有左前輪減震器彈簧(I )、左前輪減震器(2)、左前輪鋼板支架(13)與左前輪L型鋼板支架(14);右前輪減震器行程信號采集部分(19)包括有右前輪減震器彈簧、右前輪減震器、右前輪鋼板支架與右前輪L型鋼板支架；右后輪減震器行程信號采集部分(20)包括有右后輪減震器彈簧、右后輪減震器、右后輪鋼板支架與右后輪L型鋼板支架；左后輪減震器行程信號采集部分(21)包括有左后輪減震器彈簧、左后輪減震器、左后輪鋼板支架與左后輪L型鋼板支架； 左前輪減震器行程信號采集部分(18)、右前輪減震器行程信號采集部分(19)、右后輪減震器行程信號采集部分(20 )與左后輪減震器行程信號采集部分(21)結構相同，即左前輪減震器彈簧(I)、右前輪減震器彈簧、右后輪減震器彈簧與左后輪減震器彈簧結構相同；左前輪減震器(2)、右前輪減震器、右后輪減震器與左后輪減震器結構相同；左前輪線位移傳感器(3)、右前輪線位移傳感器、右后輪線位移傳感器與左后輪線位移傳感器結構相同；左前輪鋼板支架(13)、右前輪鋼板支架、右后輪鋼板支架與左后輪鋼板支架結構相同；左前輪L型鋼板支架(14)、右前輪L型鋼板支架、右后輪L型鋼板支架與左后輪L型鋼板支架結構相同； 左前輪減震器行程信號采集部分(18)中的左前輪鋼板支架(13)安裝在左前輪減震器(2)中的活塞桿的伸出端，左前輪L型鋼板支架(14)安裝在左前輪減震器(2)的筒體上，被壓縮的左前輪減震器彈簧(I)套裝在左前輪鋼板支架(13)與左前輪L型鋼板支架(14)之間的左前輪減震器(2)的筒體上，左前輪線位移傳感器(3)的右端采用螺栓固定在左前輪L型鋼板支架(14)上，左前輪線位移傳感器(3)的拉桿伸出端固定在左前輪鋼板支架(13)上。
3.按照權利要求I所述的汽車阻尼調校數據采集系統，其特征在于，所述的角位移傳感器(4)是米用型號為WDD3OT-4的角位移傳感器,角位移傳感器(4)的輸入軸插入I號同步輪(15)的中心孔中螺釘固定，角位移傳感器(4)的外殼通過螺釘固定在車架上，2號同步輪(16)套在轉向器轉向柱管(5)上螺釘固定，I號同步輪(15)與2號同步輪(16)通過齒形同步帶(17)連接，I號同步輪(15)與2號同步輪(16)的回轉軸線平行。
4.按照權利要求I所述的汽車阻尼調校數據采集系統，其特征在于，所述的慣性傳感裝置(7)是采用型號為ADXL335的三軸加速度傳感器，慣性傳感裝置(7)固定在汽車質心位置。
5.按照權利要求I所述的汽車阻尼調校數據采集系統，其特征在于，所述的采集卡(10)是采用型號為MPS-010602的多功能USB信號采集卡。
全文摘要
本發明公開了一種汽車阻尼調校數據采集系統，其包括角位移傳感器、慣性傳感裝置、采集卡、車載電腦、電源和左前輪、右前輪、右后輪與左后輪減震器行程信號采集部分。車載電腦與采集卡USB接口連接，電源的負極與采集卡的GND1電連接，左前輪線位移傳感器的輸出端與采集卡的輸入接口AD1電連接，右前輪線位移傳感器的輸出端與采集卡的輸入接口AD2電連接，左后輪線位移傳感器的輸出端與采集卡的輸入接口AD3電連接，右后輪線位移傳感器的輸出端與采集卡的輸入接口AD4電連接，角位移傳感器的輸出端與采集卡的輸入接口AD5電連接；慣性傳感裝置的輸出端1、輸出端2與輸出端3依次和采集卡的輸入接口AD6、AD7與AD8電連接。
文檔編號G01D21/02GK102901638SQ20121036144
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月21日 優先權日2012年9月21日
發明者李靜, 韓佳君, 范達, 郭晗, 祁祥, 董虎臣 申請人:吉林大學