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制动系统试验台架载荷谱采集单元设计方案2019-05-27

1、概述

本单元完成制动刹车稳态载荷谱和制动动态载荷谱采集,实现传感器信号采集、处理,根据工况的选择存储(以代表作动的位移信号,作为存储触发),并通过总线实现与车辆、试验台及其专用显示屏的连接,满足台架试验和装车使用等目的。
本单元有数据采集器(DAU)以及采集数据处理计算机(ACC)共同组成。DAU负责数据的采集,ACC负责将数据放入数据库中存储并将数据处理成载荷谱的形式。DAU和ACC可以通过多种形式进行数据传输。ACC通过以太网与主控计算机连接。

2、采集单元要求 

2.1  DAU功能及指标要求

1.采集器直接安装在被测车辆上,控制管理各种调理设备及测试部件,为测试部件供电,发送控制命令,接收、汇总数据,或直接为传感器提供激励、调理,完成多种参数的同步采集、数据融合、存储、处理,独立完成测试任务。

2.应用国际通用的成熟产品进行系统集成。具备低功耗、抗震、耐高低温的特点。防护等级IP65。

3.工作环境温度:-43~120℃。整套系统应满足全车电磁兼容要求,满足GJB151A-97的有关规定。

4.采集器程序执行过程中,采集数据、数据存储为最高级别,可以中断其他的执行过程优先执行。命令接收为次高级,其他过程按顺序执行。

5.模拟量采集通道为24路,数字量通道16路,频率信号4路。其中各模拟量采集通过的速率≥1kHz。

6.车载数据采集器长期装车使用,数据除可实时回传ACC外,在内部保存一套完整的数据记录,数据在存储器内以追加的方式保存。存储器选择电子硬盘

7.具有三种数据导出方式。电子硬盘直接读取;USB接口;以太网接口;wifi接口。

2.2 ACC功能要求

1.读取DAU内的数据,并建立原始采样数据库,对收集到得实车道路试验数据进行管理。

2.按照算法对原始数据进行计算,得到载荷谱数据。

3.对载荷谱数据建立谱数据库。

4.通过以太网与主控计算机进行通信。

2.3 传感器说明

采集的信号类型如下表。

3-1.png

传感器即信号调理模块安装在动力舱内,其应满足多灰尘、油污、泥水的恶劣环境,防护等级IP65。

抗震能力:传感器与制动器的连接、安装应牢固,连线的布置应可靠,满足履带车辆各种复杂路况的使用要求。

3、系统概述

3.1 用户需求技术指标

1、 信号:24路模拟量

2、 采样率:1KHz,单通道

3、 数据输出接口:以太网接口

4、 信号放大,多路转换,AD转换

5、 提供绝对时间,可与地面时间进行校准,即数据带时标

6、 数据保存功能,板载存储器。

3.2系统结构框图及说明

    整个系统分为功能卡和信号调理卡两大部分。功能卡用于采样、存储、发送数据,信号调理卡用于将传感器的小信号隔离、放大,供采集模块采集,整个系统可以放入特定工装中增加保障措施加以特殊保护。
具体的硬件逻辑功能框图如下:

3-2.png

 基于用户需求结合以往的设计开发经验拟采取DSP+FPGA的体系结构。

功能板卡采取DSP+FPGA的体系结构(该方案的可行性、稳定性已经在多个军用项目中的到了验证)。DSP作为主处理器完成信息处理管理等功能,FPGA实现各个部件的时序控制。输入信号为信号,为2~50mV的电压信号,因此需要增加调理电路,实现信号的放大、滤波,采样保持;采样率1kHz,可以选择扫描A/D转换器的方式实现。

数据输出端口为串行通讯方式,可以在FPGA内部实现。

提供绝对时间功能,通过在板卡上放置时钟芯片来实现或者通过串口读取外部始终模块提供的参考时钟。

通过上述分析,本设计中功能板卡由DSP管理器模块、FPGA时序控制模块、信号调理模块、A/D转换模块、通讯模块和存储模块六部分组成。存储卡采用Nand Flash大容量存储芯片实现数据存储。