下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 摘 要 本文在分析國、內(nèi)外現(xiàn)有的汽車道路試驗(yàn)技術(shù)的基礎(chǔ)之上，深入地研究了汽車道路試驗(yàn)設(shè)備的特性以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析的方法。采用虛擬儀器軟件 LabVIEw8.6作為開發(fā)工具，結(jié)合 GPS設(shè)備，獨(dú)立開發(fā)和研制出基于 GPS汽車道路試驗(yàn)系統(tǒng)軟件。整個(gè)流程是：先進(jìn)行 GPS系統(tǒng)的硬件設(shè)置，使其達(dá)到較高的定位精度；然后利用筆記本電腦來接收、處理和分析數(shù)據(jù)，完成汽車道路試驗(yàn)相關(guān)項(xiàng)目。 本課題中所用 GPS設(shè)備是 GARMIN公司的 GPS OEM產(chǎn)品，它采用 OEM4-G2板卡作為數(shù)據(jù)來源，提供多種通信方式 (USB和九針串口 )，具有高速率數(shù)據(jù)采樣、低速率延遲、快速信號(hào)重捕、功耗低、抵抗惡劣環(huán)境、抗射頻干擾等優(yōu)勢?？梢赃_(dá)到較高的定位精度，準(zhǔn)確的輸出車輛的行駛位置經(jīng)緯度，為汽車產(chǎn)品試驗(yàn)提供可靠的試驗(yàn)參數(shù)。 本課題從動(dòng)態(tài)測量的角度出發(fā)，根據(jù)最新的國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)出新的道路試驗(yàn)系統(tǒng)配套的軟件。軟件實(shí)現(xiàn)了通過串口來實(shí)時(shí)發(fā)送和接收試驗(yàn)命令和數(shù)據(jù)，滿足高速率、大流量數(shù)據(jù)采樣要求，并在其中加入以往試驗(yàn)軟件中沒有實(shí)現(xiàn)的功能：自動(dòng)生成數(shù)據(jù)存放目錄、試驗(yàn)車輛的軌跡、各種運(yùn)動(dòng)參數(shù)關(guān)系曲線的實(shí)時(shí)顯示等。配套本軟件的新系統(tǒng)可以進(jìn)行以 下試驗(yàn)項(xiàng)目：汽車最高車速試驗(yàn)、最低穩(wěn)定車速試驗(yàn)、加速試驗(yàn)、滑行試驗(yàn)和制動(dòng)試驗(yàn)。從而使新系統(tǒng)大大提高了道路試驗(yàn)的實(shí)時(shí)性、可靠性和精度。 關(guān)鍵詞： 汽車道路試驗(yàn)； GPS； Labview；數(shù)據(jù)；串口 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 ABSTRACT This paper analyzes foreign and domestic the vehicle road test technology based on in-depth study of the characteristics of motor vehicle road test equipment and test data collection, data processing and data analysis. LabVIEw8.6 used as a virtual instrument software development tools, combined GPS device, independent research and development of a GPS-based vehicle road test system software. The whole process is: first, the GPS systems hardware settings to achieve high positioning accuracy； then use the notebook computers to receive, process and analyze data, complete vehicle road test related projects. Used in this project GARMIN GPS device is the companys GPS OEM product, it uses OEM4-G2 board as a data source, offers a variety of communications (USB and nine-pin serial port), with a high-speed data sampling, low-rate delay, fast signal reacquisition, low power consumption, resistance to harsh environments, anti-RF interference and other advantages. Can achieve a higher positioning accuracy, the exact latitude and longitude location of the vehicle output for the automotive product testing to provide reliable test parameters. Dynamic measurement of the subject from the point of view, according to the latest national and international standards, the development of new road test system supporting the software. Software in real time through the serial port to send and receive test command and data to meet the high-speed, high flow data sampling requirements, and add no previous experience in the implementation of the software functions: automatic generation of data storage directory, the test vehicles trajectory, the kinds of motion parameters in real time curve display. The software supporting the new system the following test items: the maximum speed of vehicles, the lowest steady speed test, speed test, taxi test and brake test. So that the new system has greatly enhanced the real-time road test, reliability and accuracy. Keywords: Automobile Test； Global Satellite Positioning System； Labview； Data； Serial 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 第 1 章 緒 論 5 1.1 汽車道路試驗(yàn)概述 6 1.2 本設(shè)計(jì)研究的目的和意義 6 1.3 本設(shè)計(jì)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 7 1.4 本設(shè)計(jì)研究內(nèi)容 7 第 2 章 道路試驗(yàn)系統(tǒng)硬件選擇 9 2.1 引言 9 2.2 硬件設(shè)計(jì)總體方案 9 2.3 GPS 系統(tǒng)簡介 9 2.3.1 GPS 系統(tǒng)的組成 9 2.3.2 定位誤差分析 11 2.4 GPS 信號(hào)接收模塊 12 2.5 串口通訊技術(shù) 12 2.6 角速度傳感器 13 2.7 數(shù)據(jù)采集卡 14 2.8 本章小結(jié) 15 第 3 章 道路試驗(yàn)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 16 3.1 LABVIEW 軟件介紹 16 3.2 軟件流程設(shè)計(jì) 17 3.3 系統(tǒng)總體指標(biāo) 18 3.3.1 技術(shù)要求 18 3.3.2 功能要求 18 3.4 數(shù)據(jù)的處理 18 3.4.1 GPRMC 語句讀取 20 3.4.2 加速度 20 3.4.3 位移 21 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 3.5 數(shù)據(jù)的顯示 21 3.5.1 文本框顯示 21 3.5.2 波形圖顯示 21 3.5.3 試驗(yàn)?zāi)?塊程序的實(shí)現(xiàn) 21 3.6 本章小結(jié) 22 第 4 章 系統(tǒng)試驗(yàn) 24 4.1 引言 24 4.2 最低穩(wěn)定車速試驗(yàn) 24 4.2.1 試驗(yàn)方法 24 4.2.2 試驗(yàn)過程演示 24 4.3 最高穩(wěn)定車速試驗(yàn) 25 4.4 加速性能試驗(yàn) 26 4.5 滑行試驗(yàn) 26 4.6 制動(dòng)性能試驗(yàn) 27 4.7 實(shí)車道路測試 28 4.8 本章小結(jié) 28 結(jié) 論 29 參考文獻(xiàn) 30 致 謝 31 附 錄 A 外文文獻(xiàn) 32 附 錄 B 外文文獻(xiàn)的 中文譯文 36 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 買文檔送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 第 1 章 緒 論 1.1 汽車道路試驗(yàn)概述 汽車道路試驗(yàn)是伴隨著汽車工業(yè)的建立而逐漸成長起來的，而汽車工業(yè)的發(fā)展又離不開汽車試驗(yàn)的發(fā)展。在汽車產(chǎn)品的市場競爭中，要想立足和發(fā)展，產(chǎn)品的質(zhì)量至關(guān)重要。因此，世界上汽車工業(yè)發(fā)達(dá)的國家和所有的汽車生產(chǎn)廠商，都不惜花費(fèi)人力、物力和財(cái)力，建立汽車試驗(yàn)場和汽車試驗(yàn)研究中心，在把一種成熟的汽車產(chǎn)品投入市場之前，開展大量的試驗(yàn)研究工作，目的 就是保證產(chǎn)品在實(shí)際使用環(huán)境下最大限度地不受損壞。汽車工業(yè)的特點(diǎn)是產(chǎn)量大、品種多、產(chǎn)品的使用條件復(fù)雜，對(duì)產(chǎn)品的性能、壽命、重量、成本各方面的要求都很高，影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素多，而產(chǎn)品的質(zhì)量問題所造成的后果又極為嚴(yán)重。試驗(yàn)研究工作成為生產(chǎn)競爭的重要手段。所以，汽車工業(yè)特別重視試驗(yàn)工作，無論是新設(shè)計(jì)或是己投入生產(chǎn)的產(chǎn)品，不論在設(shè)計(jì)制造上考慮得如何周密，都必須經(jīng)過試驗(yàn)來檢驗(yàn)。通過試驗(yàn)來檢驗(yàn)設(shè)計(jì)思想是否正確，設(shè)計(jì)意圖是否實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)產(chǎn)品是否符合使用要求。另一方面，雖然在實(shí)驗(yàn)室中能夠按照設(shè)計(jì)者意圖對(duì)自然環(huán)境包括駕駛狀況進(jìn)行 模擬并通過計(jì)算和試驗(yàn)獲取大量產(chǎn)品信息，但是，就是用世界上最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行多次復(fù)雜的運(yùn)算或逼真的模擬所得到的結(jié)果，也不如真正到自然環(huán)境中去進(jìn)行試驗(yàn)獲取的結(jié)果準(zhǔn)確。因此，汽車廠商需要進(jìn)行一系列道路試驗(yàn)才能滿足各個(gè)地區(qū)、各種環(huán)境的特殊需求。 汽車試驗(yàn)有如下兩個(gè)作用 : (1)通過給樣車作大量的試驗(yàn)獲得其技術(shù)參數(shù)，為產(chǎn)品改進(jìn)提供參考； (2)可以為新開發(fā)的車進(jìn)行定型試驗(yàn)，為新車的批量生產(chǎn)提供依據(jù)。 這也是汽車工業(yè)特別重視試驗(yàn)的原因。因此，汽車試驗(yàn)貫穿于汽車開發(fā)的整個(gè)過程，在汽車開發(fā)過程中占有十分重要的地位。 1.2 本設(shè)計(jì)研究的目的和意義 汽車技術(shù)的發(fā)展要求不斷提高現(xiàn)有試驗(yàn)技術(shù)水平來表達(dá)或反映人們對(duì)汽車品質(zhì)和個(gè)性的追求，汽車道路試驗(yàn)及其測試技術(shù)的研究與開發(fā)具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。由理論方法和技術(shù)手段的分析可見，汽車道路試驗(yàn)其核心是對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的實(shí)時(shí)精確定位問題。這一問題恰是新興的全球衛(wèi)星定位技術(shù)適合應(yīng)用的領(lǐng)域。衛(wèi)星定位技術(shù)在車輛的自主導(dǎo)航和運(yùn)行監(jiān)控方面已有很多應(yīng)用，但在汽車試驗(yàn)技術(shù)研究方面的開發(fā)和應(yīng)用鮮見報(bào)道，應(yīng)用衛(wèi)星定位技術(shù)解決汽車道路試驗(yàn)的急需技術(shù)難題是本論文的研究目的，對(duì)完善汽車性能測試方法，推動(dòng)汽車可 靠性試驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步具有重要意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本文以 GPS設(shè)備為基礎(chǔ)，根據(jù)汽車道路試驗(yàn)中需要測試的性能參數(shù)，編下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 制出了基于 GPS的汽車道路試驗(yàn)系統(tǒng)。該套試驗(yàn)系統(tǒng)利用 GPS獲得汽車的位移、軌跡、速度等性能參數(shù)，能夠?qū)崟r(shí)、同步采集 GPS的信號(hào)，經(jīng)過處理后可以得到汽車的軌跡、速度、加速度等物理量。其試驗(yàn)結(jié)果可以為汽車結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、性能的優(yōu)化提供重要的參考價(jià)值。 1.3 本設(shè)計(jì)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 汽車道路試驗(yàn)是伴隨著汽車技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，汽車道路試驗(yàn)也飛速發(fā)展。目前人們能依靠各 種先進(jìn)的儀器設(shè)備，能夠?qū)ζ嚫鱾€(gè)工況進(jìn)行各種性能的測試，而且安全、迅速、可靠。 早在 50年代，在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家就形成以性能測試為主的單項(xiàng)測試技術(shù)和生產(chǎn)單項(xiàng)測試設(shè)備。進(jìn)入 70年代以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了汽車性能測試、數(shù)據(jù)采集處理自動(dòng)化、測試結(jié)果直接打印等功能的汽車性能測試儀器和設(shè)備。我國汽車性能測試經(jīng)歷了從無到有，從小到大；從引進(jìn)技術(shù)、引進(jìn)測試設(shè)備，到自主研究開發(fā)并推廣應(yīng)用；從單一性能測試到綜合測試的巨大進(jìn)步。尤其是測試設(shè)備的研制、生產(chǎn)得到了快速發(fā)展，就這樣逐漸縮小了與先進(jìn)國家的差距。 國內(nèi)汽車試 驗(yàn)中，較早使用的試驗(yàn)儀器主要有：汽車性能綜合測試儀、操縱穩(wěn)定性測試儀等。而這些儀器的精度較低，且容易受到外界的干擾，因此，測試效果不太理想。 2007年，廣西汽車拖拉機(jī)研究所研制的多功能汽車性能測試系統(tǒng)與 2008年山東理工大學(xué) 2008非接觸便攜式智能汽車性能檢測儀都能夠?qū)ζ嚨亩鄠€(gè)性能進(jìn)行測試，但實(shí)用性還需進(jìn)一步的證實(shí)；并且價(jià)格昂貴，精度還有待提高。 近年來，隨著無線電技術(shù)、微電子技術(shù)和光電技術(shù)的發(fā)展，汽車的導(dǎo)航定位技術(shù)發(fā)展較快，特別是 GPS技術(shù)，由 GPS組成的測試系統(tǒng)具有精度高、簡捷方便的特點(diǎn)，能夠獲得較好 的試驗(yàn)結(jié)果。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不斷完善，對(duì)汽車性能測試系統(tǒng)的精確性、可靠性、高效率性的要求也越來越高?；?GPS的汽車道路試驗(yàn)系統(tǒng)必將以它效率高、使用方便、可靠性好等突出的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于以后汽車領(lǐng)域。 1.4 本設(shè)計(jì)研究內(nèi)容 汽車道路試驗(yàn)系統(tǒng)中所用 GPS衛(wèi)星定位設(shè)備是學(xué)院現(xiàn)有的，本人的主要工作是硬件調(diào)試，軟件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。具體工作內(nèi)容如下： l、學(xué)習(xí)和了解當(dāng)前國內(nèi)外汽車道路試驗(yàn)系統(tǒng)組成、測試方法和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)習(xí)使用最新版本的 LabVIEW8.6語言。 2、根據(jù)具體試驗(yàn)要求掌握所購置 GPS設(shè)備 連接、命令操作和軟件使用的方法。設(shè)置新系統(tǒng)的硬件參數(shù)。 3、根據(jù)硬件設(shè)備的技術(shù)特點(diǎn)和道路試驗(yàn)系統(tǒng)功能的要求進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)：選擇筆記下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 本和 RS232串口的通訊方式，以便試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集；按照軟件開發(fā)流程，進(jìn)行可行性研究、需求分析、概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)，同時(shí)功能要滿足最新的國家道路試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。 4、系統(tǒng)軟件試驗(yàn)：在設(shè)計(jì)初期階段進(jìn)行算法驗(yàn)證；軟件設(shè)計(jì)結(jié)束之后進(jìn)行系統(tǒng)測試，檢查系統(tǒng)漏洞，分析系統(tǒng)誤差；在室內(nèi)測試，根據(jù)實(shí)驗(yàn)員的要求進(jìn)一步完善軟件功能。 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 第 2 章 道路試驗(yàn)系統(tǒng)硬件選擇 2.1 引言 硬件是進(jìn)行道路試驗(yàn)的基礎(chǔ)，根 據(jù)試驗(yàn)要求正確地選擇硬件直接關(guān)系到試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，汽車性能測試中要準(zhǔn)確地獲得汽車的行駛軌跡、速度、加速度、姿態(tài)角以及角速率等，要求儀器有較高的精度。 GPS可以用于物體空間位置的測量，且通過坐標(biāo)變換后可以得到物體的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度。在衛(wèi)星信號(hào)良好的情況下，單點(diǎn)定位精度能達(dá)到 2m，測量精度能達(dá)到 6cm。角速度傳感器可以測量運(yùn)動(dòng)物體角速度，精度可達(dá)到0.8 /S，因此，這兩個(gè)儀器的選擇完全滿足試驗(yàn)要求。本章對(duì)試驗(yàn)過程中用到的 GPS及角速度傳感器的結(jié)構(gòu)組成、通訊原理、技術(shù)指標(biāo)和使用方法進(jìn)行了介紹和分析，為下一章的軟 件編制奠定了基礎(chǔ)。 2.2 硬件設(shè)計(jì)總體方案 圖 2.1 硬件設(shè)計(jì)總體方案 2.3 GPS 系統(tǒng)簡介 2.3.1 GPS 系統(tǒng)的組成 GPS系統(tǒng)包括三個(gè)獨(dú)立的部分：空間 GPS衛(wèi)星星座；地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶 GPS信號(hào)接收機(jī)。 （ 1）空間 GPS衛(wèi)星星座 GPS 衛(wèi)星星座由 21 顆工作衛(wèi)星和 3 顆在軌備用衛(wèi)星組成，記作 (21+3)GPS 星座，如圖2-2 所示。 24 顆衛(wèi)星均勻分布在 6 個(gè)軌道平面內(nèi)，軌道傾斜角為 55 度，各個(gè)軌道平面之間相距 60 度，即軌道的升交點(diǎn)赤經(jīng)各相差 60 度。每個(gè)軌道平面內(nèi)各顥衛(wèi)星之間的升交角相差 90 度，任一軌道平面上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道平面上的衛(wèi)星超前 30 度。筆記本電腦 陀螺儀傳感器 數(shù)據(jù)采集卡 GPS 接收機(jī) GPS 天線 RS232 串口 USB USB 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 圖 2.2 GPS 星座分布圖 在兩萬公里高空的 GPS衛(wèi)星，當(dāng)?shù)厍驅(qū)阈莵碚f自轉(zhuǎn)一周時(shí)，它們繞地球運(yùn)行二周，即繞地球一周的時(shí)間為 12恒星時(shí)。這樣，對(duì)于地面觀測者來說，每天將提前 4分鐘見到同一顆 GPS衛(wèi)星。位于地平線以上的衛(wèi)星顆數(shù)隨著時(shí)間和地點(diǎn)的不同而不同，最少可見到 4顆。最多可見到 11顆。在用 GPS信號(hào)導(dǎo)航定位時(shí)，為了結(jié)算測站的三維坐標(biāo)，必須觀測 4顆 GPS衛(wèi)星，稱為定位星座。這 4顆衛(wèi)星在觀測過 程中的幾何位置分布對(duì)定位精度有一定的影響。對(duì)于某地某時(shí)，甚至不能測得精確的點(diǎn)位坐標(biāo)，這種時(shí)問段叫做“間隙段”。但這種時(shí)間間隙段是很短暫的，并不影響全球絕大多數(shù)地方的全天候、高精度、連續(xù)實(shí)時(shí)地觀測。 （ 2）地面監(jiān)控系統(tǒng) 對(duì)于導(dǎo)航定位來說， GPS衛(wèi)星是一動(dòng)態(tài)己知點(diǎn)，其位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷中描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及其軌道的參數(shù)計(jì)算得到的。每顆 GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷，是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的。衛(wèi)星上的各種設(shè)備是否正常工作，以及衛(wèi)星是否一直沿著預(yù)定軌道運(yùn)行，都要由地面設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng)另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星 處于同一時(shí)間標(biāo)準(zhǔn) -GPS時(shí)間系統(tǒng)。這就需要地面站監(jiān)測各顆衛(wèi)星的時(shí)間，求出鐘差。然后由地面注入站發(fā)給衛(wèi)星，衛(wèi)星再由導(dǎo)航電文發(fā)給用戶設(shè)備。 GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測站。 (3)用戶 GPS信號(hào)接收機(jī) GPS信號(hào)接收機(jī)的任務(wù)是：能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號(hào)，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，對(duì)所接收到的 GPS信號(hào)進(jìn)行變換、放大和處理，以便測量出 GPS信號(hào)從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時(shí)間，解譯出 GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)地計(jì)算出測站的三維位置，甚至三維速度和時(shí)間。 GPS接收機(jī)硬件一般由主機(jī)、天線下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 和電源組成。下圖為用戶 GPS信號(hào)接收機(jī)實(shí)物。 圖 2.3 GPS 信號(hào)接收模塊 圖 2.4 GPS 信號(hào)天線 2.3.2 定位誤差分析 GPS定位是利用一組衛(wèi)星的偽距、星歷、衛(wèi)星發(fā)射時(shí)間等觀測量來實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)還必須知道用戶鐘差。因此，要獲得地面點(diǎn)較精確的三維坐標(biāo)，必須對(duì) 4顆衛(wèi)星進(jìn)行測量。在這一定位過程中，存在著三部分誤差。一部分是對(duì)每一個(gè)用戶接收機(jī)所公有的，例如，衛(wèi)星鐘誤差、星歷誤差、電離層誤差、對(duì)流層誤差等；第二部分為不能由用戶測量或由校正模型來計(jì)算的傳播延遲誤差；第三 部分為各用戶接收機(jī)所固有的誤差，例如內(nèi)部噪聲、通道延遲、多徑效應(yīng)等。在高精度的 GPS測量中 (如地球動(dòng)力學(xué)研究 )，還會(huì)注意到與地球整體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的地球潮汐、負(fù)荷潮及相對(duì)論效應(yīng)等的影響。表 2.1給出了 GPS測量的誤差分類及各項(xiàng)誤差對(duì)距離測量的影響。 上述誤差，按誤差性質(zhì)可分為系統(tǒng)誤差與偶然誤差兩類。偶然誤差主要包括信號(hào)的多路徑效應(yīng)，系統(tǒng)誤差主要包括衛(wèi)星的星歷誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差以及大氣折射的誤差等。其中系統(tǒng)誤差無論從誤差的大小還是從對(duì)定位結(jié)果的危害性講都比偶 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 然誤差大得多，它是 GPS測量的主要誤差源。但系統(tǒng) 誤差有一定的規(guī)律可循，因此可以采取一定的措施加以消除。 表 2.1 GPS 測量誤差及對(duì)距離影響 誤差分類 誤差來源 對(duì)測量距離的影響（ m） 衛(wèi)星部分 星歷誤差；時(shí)鐘誤差；相對(duì)論效應(yīng) 1.5 15 信號(hào)傳播 電離層；對(duì)流層；多路徑效應(yīng) 1.5 15 信號(hào)接收 鐘的誤差；位置誤差； 天線相位中心變化 1.5 5 其他影響 地球潮汐；負(fù)荷潮 1.0 2.4 GPS 信號(hào)接收模塊 GPS的數(shù)據(jù)處理方法：在動(dòng)態(tài)定位數(shù)據(jù)處理中，一般用最小二乘法或卡爾曼濾波方法。利用最小二乘法處理 GPS動(dòng)態(tài)定 位數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是模型簡單、無須了解動(dòng)態(tài)接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，使用的是靜態(tài)函數(shù)模型。在 GPS動(dòng)態(tài)定位中，動(dòng)態(tài)接收機(jī)的天線是一個(gè)遵循一定規(guī)律不斷變化的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，不同時(shí)刻對(duì)該系統(tǒng)的狀態(tài)所進(jìn)行的觀測存在一定的相互聯(lián)系，最小二乘法難以充分利用這些規(guī)律和相互聯(lián)系?？柭鼮V波是在線性無偏最小方差估計(jì)原理下推得的一種遞推濾波方法，它引入了狀態(tài)空間的概念，借助系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程根據(jù)前一時(shí)刻的狀態(tài)估值和當(dāng)前時(shí)刻的觀測值遞推估計(jì)新的狀態(tài)值。與最小二乘法相比，卡爾曼濾波方法更適合于 GPS動(dòng)態(tài)定位數(shù)據(jù)處理。 導(dǎo)航型 GPS輸出的數(shù)據(jù)格式有 兩種一種是十進(jìn)制 ASCII碼，一種是二進(jìn)制碼，市面上以使用 ASCII碼的 NAME 0813的最為普遍。 NAME 0813是美國國家海洋電子協(xié)會(huì)制定的通訊格式。其中規(guī)定了海用和陸用 GPS接收設(shè)備輸出的定位位置數(shù)據(jù)、時(shí)間、衛(wèi)星狀態(tài)、接收機(jī)狀態(tài)等信息，目前被廣泛采用的是 NAME 0813 2.0版。 NAME一 0813協(xié)議規(guī)定的 GPS信號(hào)語句有 GPGGA、 GPGSA、 GPGSV、 GPRMC等多種，每種語句格式相同，所表達(dá)的定位信息各有側(cè)重。 目前市場上的 GPS接收機(jī) (OEM)有很多種，由加拿大馬可尼公司所研制開發(fā) 的Superstar II以其低價(jià)和高可靠性的優(yōu)點(diǎn)在車輛導(dǎo)航定位方面得到廣泛應(yīng)用。Superstar II具有超強(qiáng)的接收能力，可在苛刻的條件下給用戶提供高可靠性的三維坐標(biāo)、速度、時(shí)間、衛(wèi)星星歷以及其他狀態(tài)信息，并能處理編譯來自基站的差分改正。 2.5 串口通訊技術(shù) 本次設(shè)計(jì)過程中， GPS與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳遞采用了 9針串口通訊技術(shù)。串口通訊線路簡單，只要一對(duì)傳輸線就可以實(shí)現(xiàn)雙向通信，許多儀器和設(shè)備都采用它與外界 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 進(jìn)行通訊，如圖 2.5所示。串口采用 RS232協(xié)議，它定義了串口的電氣特性 (如電壓值 )、機(jī)械特性 (如 接頭形狀 )及功能特性 (如腳位信號(hào) )等。協(xié)議允許一個(gè)發(fā)送設(shè)備連接到一個(gè)接收設(shè)各以傳送數(shù)據(jù)，最大傳輸速度為 115200b/s。 圖 2.5 串口的接口 對(duì)串口通訊參數(shù)設(shè)置的相關(guān)接口程序在 LabVlEW平臺(tái)上進(jìn)行開發(fā)，接口程序的前面板包括通訊端口的設(shè)置、命令發(fā)送區(qū)、有效信息的數(shù)值顯示等。在 LabVlEW中，實(shí)現(xiàn)串口通訊有三種方式：直接調(diào)用 NI公司提供的 Serial系列子 VI； VISA串行系列；采用Active X控件來控制訪問串行口。 GPS接收機(jī)通過串口通訊的數(shù)據(jù)幀的長度是不一致的，即數(shù)據(jù)的長度是 可變的，利用 Active X控件來控制訪問串行口后發(fā)現(xiàn)所接收到的數(shù)據(jù)中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，因此采用了 VISA串行系列進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。 2.6 角速度傳感器 角速度傳感器又叫陀螺儀 ,是一種轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，能在旋轉(zhuǎn)時(shí)能保持轉(zhuǎn)動(dòng)軸的方向不變，具有定向作用。世界上最早的陀螺儀是在 1852 年由法國物理學(xué)家?？蒲兄瞥晒Φ模钡?1908 年，第一臺(tái)航海用陀螺儀才在德國問世。目前陀螺儀已被廣泛用于航空、航天、航海和軍事領(lǐng)域近年來，陀螺儀還被用于電子測量領(lǐng)域。陀螺儀的種類很多，有音叉式陀螺儀、激光陀螺儀、光纖陀螺儀、液 浮陀螺儀等類型。 2002年， 由美國 ADI 公司推出了新型單片偏航角速度陀螺儀 ADXRS系列， 采用微電子機(jī)械加工技術(shù)制作，能精確測量轉(zhuǎn)動(dòng)物體的偏航角速度，適用于各種慣性測量系統(tǒng)，可用來檢測汽車底盤的角速度。本設(shè)計(jì)采用的就是此類型傳感器。 本傳感器是基于“音叉陀螺儀”的原理，采用表面顯微機(jī)械加工工藝和 Bi-COMS半導(dǎo)體工藝而制成的功能完善、 價(jià)格低廉的角速度傳感器。其內(nèi)部包含兩個(gè)角速度傳感器、共鳴環(huán)、信號(hào)調(diào)理器等元件及電路，真正實(shí)現(xiàn)了角速度陀螺儀的單片集成化。其輸出電壓與偏航角速度成正比，電壓的極性則 代表轉(zhuǎn)動(dòng)方向（順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)）。 測量偏航角速度（以下簡稱為角速度）的范圍是 srad /300 ，靈敏度為 sradmV /5 ，零位輸出電壓為 V50.2 ，非線性誤差為 .%1.0 SF ，穩(wěn)定度為srad /03.0 ， dB3 帶寬為 Hz40 ，固有頻率為 kHz14 。通過外部電阻和電容還可分下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 別設(shè)定測量角速度的范圍、帶寬及零位輸出電壓。 抗振動(dòng)、抗沖擊能力強(qiáng)、超小型、超輕薄化。其外形尺寸僅為 mmmmmm 777 ，質(zhì)量小于 g1 ，很容易固定在轉(zhuǎn)動(dòng)物體上。 角速度傳感器內(nèi)部的陀螺是經(jīng)過顯微機(jī)械加工工藝制成的， 工作時(shí)利用的是音叉陀螺儀（共鳴器）的原理。兩個(gè)角速度傳感器是用多晶硅制成的，每個(gè)傳感器都包含靠靜電力來產(chǎn)生諧振的抖動(dòng)架，形成轉(zhuǎn)動(dòng)部件。采用兩套角速度傳感器的設(shè)計(jì)方案，能消除外部重力 和振動(dòng)對(duì)測量的影響。信號(hào)調(diào)理器的作用是在噪聲環(huán)境下保證測量精度不變。 當(dāng)物體在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在科里奧利力的作用下，角速度傳感器的轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變，而旋轉(zhuǎn)方向可以是順時(shí)針，也可以是逆時(shí)針，由轉(zhuǎn)動(dòng)物體而定。角速度傳感器通過電容對(duì)偏航角速度進(jìn)行采樣，再依次經(jīng)過能產(chǎn)生 180相移的型解調(diào)器、低通濾波器和輸出放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，最終獲得與 Z軸方向的角速度成正比的電壓信號(hào)。 2.7 數(shù)據(jù)采集卡 數(shù)據(jù)采集 (DAQ： Data Acquisition)，是指從傳感器和其它待測設(shè)備等模擬和數(shù)字被測單元中自動(dòng)采非電量或者電量信號(hào) ,送 到上位機(jī)中進(jìn)行分析 ,處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)或者其他專用測試平臺(tái)的測量軟硬件產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測量系統(tǒng)。通常，必須在數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集之前調(diào)制傳感器信號(hào) ,包括對(duì)其進(jìn)行增益或衰減和隔離 ,放大 ,濾波等 .對(duì)待某些傳感器，還需要提供激勵(lì)信號(hào)。數(shù)據(jù)采集卡，即實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集 (DAQ)功能的計(jì)算機(jī)擴(kuò)展卡，可以通過 USB、 PXI、 PCI、 PCI Express、電源線 (1394)、 PCMCIA、 ISA、 Compact Flash等總線接入個(gè)人計(jì)算機(jī)。 圖 2.6 數(shù)據(jù)采集卡實(shí)物圖及電路圖 在各種繁雜的 數(shù)據(jù)采集過程中，數(shù)據(jù)的流量和精確度是相當(dāng)大的一個(gè)問題。為了解決讓數(shù)據(jù)傳輸更快更多的數(shù)據(jù)， USB高速數(shù)據(jù)采集卡帶來了解決方案。 USB高速數(shù)據(jù)下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 采集卡，就是數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)后輸入電腦設(shè)備的接口是 USB接口。尤其從 1.0到 2.0的發(fā)展其傳輸速率大大提高。為數(shù)據(jù)卡采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)於死碚摶A(chǔ)。用數(shù)據(jù)采集的原理，使用 USB高速傳輸?shù)姆绞絹韺?shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集卡，最終實(shí)現(xiàn)了 USB高速數(shù)據(jù)采集。 2.8 本章小結(jié) 硬件是進(jìn)行測速系統(tǒng)的基礎(chǔ)，根據(jù)試驗(yàn)要求正確地選擇硬件直接關(guān)系到系統(tǒng)結(jié)果的準(zhǔn)確性，要求儀器有較高的精度。 GPS可以 用于物體空間位置的測量，且通過坐標(biāo)變換后可以得到物體的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度和加速度。在衛(wèi)星信號(hào)良好的情況下，單點(diǎn)定位精度能達(dá)到 2m，測量精度能達(dá)到 6cm。因此， GPS系統(tǒng)完全滿足試驗(yàn)要求，本章對(duì)試驗(yàn)過程中用到的 GPS的結(jié)構(gòu)組成、通訊原理、技術(shù)指標(biāo)和信息采集進(jìn)行了介紹和分析，為下一章的軟件編制奠定了基礎(chǔ)。 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 第 3 章 道路試驗(yàn)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 3.1 LabVIEW 軟件介紹 LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是美國國家儀器公司 (National Instruments Corporation，簡稱 NI)推出的一種虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)。在該環(huán)境下， LabVIEW用圖標(biāo)連線方式的圖形語言代替了傳統(tǒng)程序語言的文字編程方式，使用者可以靈活自如地設(shè)計(jì)各種應(yīng)用程序。同時(shí) LabVIEW提供了豐富的元件庫、函數(shù)庫和子程序庫，用戶可以很方便地組成自己需要的虛擬測試系統(tǒng)。 LabVIEW還提供了 DLL接口和 CIN節(jié)點(diǎn)，使用戶能夠在 LabVIEW平臺(tái)上使用其它軟件平臺(tái)編譯的模塊。本文設(shè)計(jì) GPS與加速計(jì)測量車速系統(tǒng) 用 LabVIEW8.0為軟件開發(fā)平臺(tái)，支持儀器的所有功能 ，運(yùn)行后用戶完全可以不用手動(dòng)操作儀器就能完成波形的產(chǎn)生、存儲(chǔ)、輸出功能。 與 C語言 和 BASIC一樣， LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫。 LabVIEW的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、 GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，等等。 LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序（子 VI）的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。 程序前面板用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量，用于模擬真實(shí)儀表的前面板。在程序前面板上，輸入量被稱為控制（ Controls），輸出 量被稱為顯示（ Indicators）。控制和顯示是以各種圖標(biāo)形式出現(xiàn)在前面板上，如旋鈕、開關(guān)、按鈕、圖表、圖形等，這使這得前面板直觀易懂。每一個(gè)程序前面板都對(duì)應(yīng)著一段框圖程序?？驁D程序用 LabVIEW圖形編程語言編寫，可以把它理解成傳統(tǒng)程序的源代碼?？驁D程序由端口、節(jié)點(diǎn)、圖框和連線構(gòu)成。其中端口被用來同程序前面板的控制和顯示傳遞數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)被用來實(shí)現(xiàn)函數(shù)和功能調(diào)用，圖框被用來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化程序控制命令，而連線代表程序執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)流，定義了框圖內(nèi)的數(shù)據(jù)流動(dòng)方向。圖標(biāo) /連接器是子 VI被其它 VI調(diào)用的接口。圖標(biāo)是子 VI在其他程序框圖中被調(diào)用的節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)形式；而連接器則表示節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的輸入 /輸出口，就象函數(shù)的參數(shù)。用戶必須指定連接器端口與前面板的控制和顯示一一對(duì)應(yīng)。下面圖示為溫度計(jì)程序 (Thermometer VI)的圖標(biāo)和連接器。連接器一般情況下隱含不顯示，除非用戶選擇打開觀察它。 使用 LabVIEW開發(fā)平臺(tái)編制的程序稱為虛擬儀器程序，簡稱為 VI。 VI包括三個(gè)部分：程序前面板、框圖程序和圖標(biāo) /連接器。 LabVIEW的強(qiáng)大功能歸因于它的層次化結(jié)構(gòu)，用戶可以把創(chuàng)建的 VI程序當(dāng)作子程序調(diào)用，以創(chuàng)建更復(fù)雜的程序，而這種調(diào)用的層 次是沒有限制的。 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 虛擬儀器的主要特點(diǎn)有： （ 1） 盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。 （ 2） 可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器。 （ 3） 用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。 虛擬儀器實(shí)際上是一個(gè)按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。虛擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號(hào)處理。目前在這一領(lǐng)域內(nèi)，使用較為廣泛的計(jì)算機(jī)語言是美國 NI公司的 LabVIEW。 3.2 軟件流程設(shè)計(jì) 圖 3.1 軟件流程圖 本套測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖 3.1所示。運(yùn)行程序，進(jìn)入主界面；首先進(jìn)行程序運(yùn)行 串口通訊參數(shù)設(shè)置 開始試驗(yàn) 讀取 GPS 數(shù)據(jù) 讀取陀螺儀數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)處理 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)繪圖、顯示以及記錄 采樣結(jié)束關(guān)閉端口 保存數(shù)據(jù) 是否停 止試驗(yàn) 數(shù)據(jù)處理 終止 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 通訊參數(shù)設(shè)置，如：串口號(hào)、發(fā)送命令等，設(shè)置完畢后界面上會(huì)顯示車輛的速度和航向角，說明硬件已經(jīng)正常工作；此時(shí)即可開始進(jìn)行試驗(yàn)，分別讀取 GPS和傳感器采集的數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到汽車的軌跡、速度、加速度、姿態(tài)角和角速度等物理量，并對(duì)結(jié)果實(shí)時(shí)顯示和繪制曲線；當(dāng)試驗(yàn)完成時(shí)，關(guān)閉通訊端口并提示試驗(yàn)人員是否保存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)保存后可以用于回放和對(duì)試驗(yàn)過程中汽車的各種性能進(jìn)行分析。 3.3 系統(tǒng)總體指標(biāo) 3.3.1 技術(shù)要求 本系統(tǒng) 應(yīng)用于小地域汽車道路試驗(yàn)，有如下技術(shù)要求： 1、測控范圍小，精度高，要求滿足 GB/T 12534 1990汽車道路試驗(yàn)方法通則的要求； 2、要求實(shí)時(shí)性好，并以以數(shù)值顯示等方式顯示車輛的軌跡、行駛距離、速度、加速度等參數(shù)； 3、以文件形式保存 GPS接收機(jī)原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)結(jié)果； 4、系統(tǒng)精度高，可靠性好，綜合性能高。 3.3.2 功能要求 汽車道路試驗(yàn)系統(tǒng)軟件除了能夠?qū)崟r(shí)的處理動(dòng)力性試驗(yàn)的數(shù)據(jù)外，還能處理其他性能試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，而且操作簡潔： 1、動(dòng)力性試驗(yàn)：直接檔加速能力、最高車速、最低穩(wěn)定車速，滑行試驗(yàn)： 2、制動(dòng)性試驗(yàn)：制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)距離和制動(dòng)減速度； 3、試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置直觀靈活，試驗(yàn)人員可以自行設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)，能夠很好地適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)的變化要求。 4、動(dòng)態(tài)繪制試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線，試驗(yàn)過程直觀性強(qiáng)，系統(tǒng)能與數(shù)據(jù)采集同步顯示波形，能夠?qū)崿F(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的接收、計(jì)算、分析和繪圖。觀察到汽車真實(shí)的運(yùn)行軌跡及試驗(yàn)數(shù)據(jù)變化的趨勢和特征。 5、數(shù)據(jù)保存和回放，系統(tǒng)軟件能夠?qū)⑺械脑荚囼?yàn)數(shù)據(jù) (每一次采樣的車速、時(shí)間和距離 )以及試驗(yàn)結(jié)果保存在磁盤上。 3.4 數(shù)據(jù)的處理 在串口程序中接收的數(shù)據(jù)是以字符串的形式傳輸個(gè)下一個(gè)環(huán)節(jié)的，首先在數(shù)據(jù)處理中要 先將所有接收的信息進(jìn)行處理，這里我們利用了 get Nth line 的屬性，使得每行信息成為一個(gè)單元，而這個(gè)環(huán)節(jié)在 while循環(huán)下運(yùn)行，使得每一條語句都可以被讀取并利用。 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 圖 3.2 串口通信程序流程圖 準(zhǔn)備 打開串口 正確打開串口 發(fā)送串口參數(shù)設(shè)置命令 讀取串口信息 數(shù)據(jù)處理 實(shí)驗(yàn)結(jié)束 關(guān)閉串口 N Y 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 圖 3.3 串口配置程序圖 在獲取每個(gè)字符串之后，進(jìn)行字符串的處理。由于不同的語句的長度是不同的，所以貫穿整個(gè)過程的思想是基于字符串長度的條件結(jié)構(gòu)。 3.4.1 GPRMC 語句讀取 圖 3.4 GPRMC 程序框圖 在字符串長度小于 40大于 35的字 符串和大于等于 80的字符串中找到字符串長度大于等于 69的字符串，然后在字符串中搜索 $GPRM