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专利名称：汽车阻尼调校数据采集系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种车辆运动过程中悬架运动行程、车身侧倾角及侧向加速度的采集系统，确切地说，本实用新型涉及一种汽车阻尼调校数据采集系统。
背景技术：
现有技术公开了用于调校减震器阻尼特性的方法。例如在Claude Rouelle的减震器阻尼特性柱状图分析法(见《Analysis Techniques for Racecar DataAcquisition (赛车数据采集分析技术)》)中涉及到的用于记录减震器行程的数据采集装置，这种减震器行程记录装置已广泛被国外赛车团队采用(如密歇根大学FSAE车队)。为了达到记录减震器行程的目的，将所述位移传感器与减震器并联。所述位移传感器与数据采集装置连接，该数据采集装置能够将减震器的位移信号以一定的频率采集并记录。这里的缺点是，该数据采 集装置缺少有关车身加速度、倾角和方向盘转角的传感器；同时数据采集多依赖于发动机ECU，存储空间有限，对于多种信号的采集及扩展造成了限制。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是克服了现有技术存在缺少有关车身加速度、倾角和方向盘转角的传感器及对于多种信号的采集及扩展造成了限制的问题，提供了一种汽车阻尼调校数据采集系统。为解决上述技术问题，本实用新型是采用如下技术方案实现的所述的汽车阻尼调校数据采集系统包括左前轮减震器行程信号采集部分、右前轮减震器行程信号采集部分、右后轮减震器行程信号采集部分、左后轮减震器行程信号采集部分、角位移传感器、惯性传感装置、采集卡、车载电脑与电源。车载电脑的USB接口与采集卡的USB接口线连接，电源的负极与采集卡的GNDl接口电线连接，左前轮减震器行程信号采集部分中的左前轮线位移传感器的输出端与采集卡的输入接口 ADl电线连接，右前轮减震器行程信号采集部分中的右前轮线位移传感器的输出端与采集卡的输入接口 AD2电线连接，左后轮减震器行程信号采集部分中的左后轮线位移传感器的输出端与采集卡的输入接口 AD3电线连接，右后轮减震器行程信号采集部分中的右后轮线位移传感器的输出端与采集卡的输入接口 AD4电线连接。角位移传感器的输出端与采集卡的输入接口 AD5电线连接。惯性传感装置的输出端I与采集卡的输入接口 AD6电线连接，惯性传感装置的输出端2与采集卡的输入接口 AD7电线连接，惯性传感装置的输出端3与采集卡的输入接口 AD8电线连接。技术方案中所述的左前轮减震器行程信号采集部分包括有左前轮减震器弹簧、左前轮减震器、左前轮钢板支架与左前轮L型钢板支架。右前轮减震器行程信号采集部分包括有右前轮减震器弹簧、右前轮减震器、右前轮钢板支架与右前轮L型钢板支架。右后轮减震器行程信号采集部分包括有右后轮减震器弹簧、右后轮减震器、右后轮钢板支架与右后轮L型钢板支架。左后轮减震器行程信号采集部分包括有左后轮减震器弹簧、左后轮减震器、左后轮钢板支架与左后轮L型钢板支架。左前轮减震器行程信号采集部分、右前轮减震器行程信号采集部分、右后轮减震器行程信号采集部分与左后轮减震器行程信号采集部分结构相同，即左前轮减震器弹簧、右前轮减震器弹簧、右后轮减震器弹簧与左后轮减震器弹簧结构相同。左前轮减震器、右前轮减震器、右后轮减震器与左后轮减震器结构相同。左前轮线位移传感器、右前轮线位移传感器、右后轮线位移传感器与左后轮线位移传感器结构相同。左前轮钢板支架、右前轮钢板支架、右后轮钢板支架与左后轮钢板支架结构相同。左前轮L型钢板支架、右前轮L型钢板支架、右后轮L型钢板支架与左后轮L型钢板支架结构相同。左前轮钢板支架安装在左前轮减震器中的活塞杆的伸出端，左前轮L型钢板支架安装在左前轮减震器的筒体上，被压缩的左前轮减震器弹簧套装在左前轮钢板支架与左前轮L型钢板支架之间的左前轮减震器的筒体上，左前轮线位移传感器的右端采用螺栓固定在左前轮L型钢板支架上，左前轮线位移传感器的拉杆伸出端固定在左前轮钢板支架上。 技术方案中所述的角位移传感器是采用型号为WDD3OT-4的角位移传感器，角位移传感器的输入轴插入I号同步轮的中心孔中螺钉固定，角位移传感器的外壳通过螺钉固定在车架上，2号同步轮套在转向器转向柱管上螺钉固定，I号同步轮与2号同步轮通过齿形同步带连接，I号同步轮与2号同步轮的回转轴线平行。技术方案中所述的惯性传感装置是采用型号为ADXL335的三轴加速度传感器，惯性传感装置固定在汽车质心位置。技术方案中所述的采集卡是采用型号为MPS-010602的多功能USB信号采集卡。与现有技术相比本实用新型的有益效果是I.本实用新型所述的汽车阻尼调校数据采集系统技术方案的提出，借助于位移传感器记录减震器运动行程。通过使用车载电脑对位移信号进行微分运算可直接得出减震器的运动速度，由此可以为后续减震器阻尼调校提供数据支持。2.本实用新型所述的汽车阻尼调校数据采集系统技术方案中所采用的惯性传感装置能够确定空间两个方向加速度ay、az和一个方向转速ωχ。在此ay表示沿汽车横轴方向的加速度，az表示沿汽车竖轴方向的加速度。相应地，ωχ表示围绕汽车纵轴的转速。通过对《!￡进行积分计算即可以得到车身围绕汽车纵轴的转角θχ。由此便可以做到调校减震器阻尼特性时同时记录汽车的侧向加速度ay和侧倾角θ χ，以此作为调校阻尼特性的参考和依据。同时上述参数，如车身倾角等还可应用于与汽车运动姿态有关的其他测试研究中。3.本实用新型所述的汽车阻尼调校数据采集系统技术方案中所采用的转角传感器记录在转向运动中方向盘的转角。尤其可以应用于赛车比赛特定项目中，如FSAE大学生方程式大赛中的8字绕环项目，可作为定方向盘转角、定车速调节减震器阻尼特性以获得最佳入弯车速、方向盘转角和阻尼特性的依据。同时车辆运动过程中对方向盘转角的记录还可以应用于有关建立驾驶员模型有关领域的研究。4.本实用新型所述的汽车阻尼调校数据采集系统技术方案中所采用的采集卡及车载电脑对多路传感器进行统一数据采集和记录。此种方法可以利用车载电脑对数据进行大量采集存储，并可同时进行相应计算。同时可利用采集卡的可扩展性增加本专利中未提到的其他有关传感器，为测试研究的扩展提供便利。以下结合附图
对本实用新型作进一步的说明图I为本实用新型所述的汽车阻尼调校数据采集系统结构组成示意框图；图2为本实用新型所述的汽车阻尼调校数据采集系统中所采用的左前轮减震器行程信号采集部分、右前轮减震器行程信号采集部分、右后轮减震器行程信号采集部分与左后轮减震器行程信号采集部分中线位移传感器与减震器装配关系的轴测投影图；图3为本实用新型所述的汽车阻尼调校数据采集系统中所采用的角位移传感器
与转向器转向柱管装配关系的分解式轴测投影图；图4为本实用新型所述的汽车阻尼调校数据采集系统中所采用的各种传感器、电源、车载电脑和采集卡连接关系的示意框图。图中1.左前轮减震器弹簧，2.左前轮减震器，3.左前轮线位移传感器，4.角位移传感器，5.转向器转向柱管，6.转向器，7.惯性传感装置，8.电源线路，9.信号线路，10.采集卡，11.车载电脑，12.电源，13.左前轮钢板支架，14.左前轮L型钢板支架，15. I号同步轮，16. 2号同步轮，17.齿形同步带，18.左前轮减震器行程信号采集部分，19.右前轮减震器行程信号采集部分，20.右后轮减震器行程信号采集部分，21.左后轮减震器行程信号采集部分。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作详细的描述本实用新型所述的汽车阻尼调校数据采集系统为实现对减震器行程、方向盘转角、车身侧倾角及侧向加速度的信号采集与存储，汽车阻尼调校数据采集系统按功能分为减震器行程信号采集部分、方向盘转角信号采集部分、车身侧倾角及侧向加速度采集部分与信号数据记录共四部分。I.参阅图I与图2，减震器行程信号采集部分包括左前轮减震器行程信号采集部分18、右前轮减震器行程信号采集部分19、右后轮减震器行程信号采集部分20与左后轮减震器行程信号采集部分21。左前轮减震器行程信号采集部分18包括有左前轮减震器弹簧I、左前轮减震器2、左前轮线位移传感器3、左前轮钢板支架13与左前轮L型钢板支架
14;右前轮减震器行程信号采集部分19包括有右前轮减震器弹簧、右前轮减震器、右前轮线位移传感器、右前轮钢板支架与右前轮L型钢板支架；右后轮减震器行程信号采集部分20包括有右后轮减震器弹簧、右后轮减震器、右后轮线位移传感器、右后轮钢板支架与右后轮L型钢板支架；左后轮减震器行程信号采集部分21包括有左后轮减震器弹簧、左后轮减震器、左后轮线位移传感器、左后轮钢板支架与左后轮L型钢板支架。左前轮减震器行程信号采集部分18、右前轮减震器行程信号采集部分19、右后轮减震器行程信号采集部分20与左后轮减震器行程信号采集部分21结构相同，即左前轮减震器弹簧I、右前轮减震器弹簧、右后轮减震器弹簧与左后轮减震器弹簧结构相同；左前轮减震器2、右前轮减震器、右后轮减震器与左后轮减震器结构相同；左前轮线位移传感器3、右前轮线位移传感器、右后轮线位移传感器与左后轮线位移传感器结构相同；左前轮钢板支架13、右前轮钢板支架、右后轮钢板支架与左后轮钢板支架结构相同；左前轮L型钢板支架14、右前轮L型钢板支架、右后轮L型钢板支架与左后轮L型钢板支架结构相同。实施例中使用型号为CANE CREEK-C7820的阻尼可调减震器、米朗75mm行程直线位移传感器。左前轮减震器行程信号采集部分18中的左前轮钢板支架13安装在左前轮减震器2中的活塞杆的伸出端，左前轮L型钢板支架14安装在左前轮减震器2的安装有活塞的筒(缸)体上，左前轮钢板支架13与左前轮L型钢板支架14由被压缩的左前轮减震器弹簧I撑紧固定，确切地说，被压缩的左前轮减震器弹簧I套装在左前轮钢板支架13与左前轮L型钢板支架14之间的左前轮减震器2的筒体上，被压缩的 左前轮减震器弹簧I的左端面和左前轮钢板支架13的右端面接触连接，被压缩的左前轮减震器弹簧I的右端面和左前轮L型钢板支架14的左端面接触连接。左前轮线位移传感器3的安装活塞的壳体右端采用螺栓固定在左前轮L型钢板支架14上，左前轮线位移传感器3的拉杆伸出端由螺母固定在左前轮钢板支架13上。因此，左前轮线位移传感器3的拉杆伸出端可随同左前轮减震器2的压缩和回弹而缩回和伸出，以此左前轮线位移传感器3输出左前轮减震器2的位移信号。右前轮减震器行程信号采集部分19、右后轮减震器行程信号采集部分20与左后轮减震器行程信号采集部分21中的各零部件的安装关系与左前轮减震器行程信号采集部分18中的各零部件的安装关系完全相同；右前轮减震器行程信号采集部分19、右后轮减震器行程信号采集部分20与左后轮减震器行程信号采集部分21的功能与左前轮减震器行程信号采集部分18的功能也完全相同，不再赘述。2.参阅图3，方向盘转角信号采集部分主要包含转向器、角位移传感器、同步带轮机构。实施例中的角位移传感器4是采用型号为WDD3OT-4的角位移传感器。角位移传感器4的输入轴插入I号同步轮15的中心孔中，两者通过螺钉拧紧固定，角位移传感器4的外壳通过螺钉固定在图中未画出的车架上。2号同步轮16套在转向器转向柱管5上，两者通过螺钉拧紧固定。I号同步轮15与2号同步轮16通过与其配套的齿形同步带17连接，同时要保证I号同步轮15与2号同步轮16轴线的平行关系。因此，通过转向器转向柱管5及2号同步轮16的转动带动同I号步轮15及角位移传感器4的转轴转动，从而，角位移传感器4输出转向器转向柱管5的转角信号。3.车身侧倾角及侧向加速度采集部分主要包含惯性传感装置7。该惯性传感装置7固定在汽车质心位置。借助此惯性传感装置7能够确定车身的横轴及纵轴的加速度以及车身绕纵轴的转速。4.参阅图4，信号数据记录部分主要包含采集卡10、车载电脑11、电源12。由于实施例中所使用的各个线位移传感器、角位移传感器4、惯性传感装置7都为电压输出式传感器，且输入电压为5V，故可统一使用同一采集卡10进行信号采集，并统一使用5V电源进行供电。如图中所示，实施例中采用型号为MPS-010602的多功能USB信号采集卡。左前轮线位移传感器3、右前轮线位移传感器、左后轮线位移传感器与右后轮线位移传感器的正极接电源12的正极，左前轮线位移传感器3、右前轮线位移传感器、左后轮线位移传感器与右后轮线位移传感器的负极接电源12的负极；左前轮线位移传感器3、右前轮线位移传感器、左后轮线位移传感器与右后轮线位移传感器的输出端依次和采集卡10的输入接口 AD1、输入接口 AD2、输入接口 AD3与输入接口 AD4电线连接。方向盘角位移传感器4的正极与电源12的正极电线连接，方向盘角位移传感器4的负极与电源12的负极电线连接，方向盘角位移传感器4的输出端与采集卡10的输入接口 AD5电线连接。本例所使用惯性传感装置7是型号为ADXL335的三轴加速度传感器，惯性传感装置7的正极与电源12的正极电线连接，惯性传感装置7负极与电源12的负极电线连接，惯性传感装置7的输出I输出垂向加速度信号，惯性传感装置7的输出2输出侧向加速度信号，惯性传感装置7的输出3输出绕纵轴的角速度信号，惯性传感装置7的输出I、输出2与输出3依次和采集卡10的输入接口AD6、输入接口 AD7与输入接口 AD8电线连接。电源12的负极与采集卡10的GNDl接口电线连接；采集卡10的USB接口与车载电脑11的USB接口通过USB数据线连接。实施例中使用装有固态硬盘并使用WINDOWS XP系统的笔记本电脑。对于数据采集的控制需由安装在车载电脑11上的与采集卡10配套的控制软件来实现。由此可以实现对数据的采集、存储。通过对采集到的各个减震器2位移信号进行微分计算可得出各个减震器2的运动 速度，对惯性传感装置7采集到的绕纵轴的角速度信号数据进行积分计算可得到车身纵轴相对于车轮接触的地面的倾角。
权利要求1.一种汽车阻尼调校数据采集系统，其特征在于，所述的汽车阻尼调校数据采集系统包括左前轮减震器行程信号采集部分(18)、右前轮减震器行程信号采集部分(19)、右后轮减震器行程信号采集部分(20)、左后轮减震器行程信号采集部分(21)、角位移传感器(4)、惯性传感装置(7)、采集卡(10)、车载电脑(11)与电源(12)； 车载电脑(11)的USB接口与采集卡(10)的USB接口线连接，电源(12)的负极与采集卡(10)的GNDl接口电线连接，左前轮减震器行程信号采集部分(18)中的左前轮线位移传感器(3)的输出端与采集卡(10)的输入接口 ADl电线连接，右前轮减震器行程信号采集部分(19)中的右前轮线位移传感器的输出端与采集卡(10)的输入接口 AD2电线连接，左后轮减震器行程信号采集部分(21)中的左后轮线位移传感器的输出端与采集卡(10)的输入接口 AD3电线连接，右后轮减震器行程信号采集部分(20)中的右后轮线位移传感器的输出 端与采集卡(10)的输入接口 AD4电线连接，角位移传感器(4)的输出端与采集卡(10)的输入接口 AD5电线连接；惯性传感装置(7)的输出端I与采集卡(10)的输入接口 AD6电线连接，惯性传感装置(7)的输出端2与采集卡(10)的输入接口 AD7电线连接，惯性传感装置(7)的输出端3与采集卡(10)的输入接口 AD8电线连接。
2.按照权利要求I所述的汽车阻尼调校数据采集系统，其特征在于，所述的左前轮减震器行程信号采集部分(18)包括有左前轮减震器弹簧(I)、左前轮减震器(2)、左前轮钢板支架(13)与左前轮L型钢板支架(14);右前轮减震器行程信号采集部分(19)包括有右前轮减震器弹簧、右前轮减震器、右前轮钢板支架与右前轮L型钢板支架；右后轮减震器行程信号采集部分(20)包括有右后轮减震器弹簧、右后轮减震器、右后轮钢板支架与右后轮L型钢板支架；左后轮减震器行程信号采集部分(21)包括有左后轮减震器弹簧、左后轮减震器、左后轮钢板支架与左后轮L型钢板支架； 左前轮减震器行程信号采集部分(18)、右前轮减震器行程信号采集部分(19)、右后轮减震器行程信号采集部分(20 )与左后轮减震器行程信号采集部分(21)结构相同，即左前轮减震器弹簧(I)、右前轮减震器弹簧、右后轮减震器弹簧与左后轮减震器弹簧结构相同；左前轮减震器(2)、右前轮减震器、右后轮减震器与左后轮减震器结构相同；左前轮线位移传感器(3)、右前轮线位移传感器、右后轮线位移传感器与左后轮线位移传感器结构相同；左前轮钢板支架(13)、右前轮钢板支架、右后轮钢板支架与左后轮钢板支架结构相同；左前轮L型钢板支架(14)、右前轮L型钢板支架、右后轮L型钢板支架与左后轮L型钢板支架结构相同； 左前轮减震器行程信号采集部分(18)中的左前轮钢板支架(13)安装在左前轮减震器(2)中的活塞杆的伸出端，左前轮L型钢板支架(14)安装在左前轮减震器(2)的筒体上，被压缩的左前轮减震器弹簧(I)套装在左前轮钢板支架(13)与左前轮L型钢板支架(14)之间的左前轮减震器(2)的筒体上，左前轮线位移传感器(3)的右端采用螺栓固定在左前轮L型钢板支架(14)上，左前轮线位移传感器(3)的拉杆伸出端固定在左前轮钢板支架(13)上。
3.按照权利要求I所述的汽车阻尼调校数据采集系统，其特征在于，所述的角位移传感器(4)是米用型号为WDD3OT-4的角位移传感器,角位移传感器(4)的输入轴插入I号同步轮(15)的中心孔中螺钉固定，角位移传感器(4)的外壳通过螺钉固定在车架上，2号同步轮(16)套在转向器转向柱管(5)上螺钉固定，I号同步轮(15)与2号同步轮(16)通过齿形同步带(17)连接，I号同步轮(15)与2号同步轮(16)的回转轴线平行。
4.按照权利要求I所述的汽车阻尼调校数据采集系统，其特征在于，所述的惯性传感装置(7)是采用型号为ADXL335的三轴加速度传感器，惯性传感装置(7)固定在汽车质心位置。
5.按照权利要求I所述的汽车阻尼调校数据采集系统，其特征在于，所述的采集卡(10)是采用型号为MPS-010602的多功能USB信号采集卡。·
专利摘要本实用新型公开了汽车阻尼调校数据采集系统，其包括角位移传感器、惯性传感装置、采集卡、车载电脑、电源和左前轮、右前轮、右后轮与左后轮减震器行程信号采集部分。车载电脑与采集卡USB接口连接，电源的负极与采集卡的GND1电连接，左前轮线位移传感器的输出端与采集卡的输入接口AD1电连接，右前轮线位移传感器的输出端与采集卡的输入接口AD2电连接，左后轮线位移传感器的输出端与采集卡的输入接口AD3电连接，右后轮线位移传感器的输出端与采集卡的输入接口AD4电连接，角位移传感器的输出端与采集卡的输入接口AD5电连接；惯性传感装置的输出端1、输出端2与输出端3依次和采集卡的输入接口AD6、AD7与AD8电连接。
文档编号G01D21/02GK202793807SQ20122048727
公开日2013年3月13日 申请日期2012年9月21日 优先权日2012年9月21日
发明者李静, 韩佳君, 范达, 郭晗, 祁祥, 董虎臣 申请人:吉林大学