摘要
本文在分析国、内外现有的汽车道路试验技术的基础之上，深入地研究了汽车道路试验设备的特性以及试验数据采集、数据处理和数据分析的方法。采用虚拟仪器软件LabVIEw8.6作为开发工具，结合GPS设备，独立开发和研制出基于GPS汽车道路试验系统软件。整个流程是：先进行GPS系统的硬件设置，使其达到较高的定位精度；然后利用笔记本电脑来接收、处理和分析数据，完成汽车道路试验相关项目。
本课题中所用GPS设备是GARMIN公司的GPS OEM产品，它采用OEM4-G2板卡作为数据来源，提供多种通信方式(USB和九针串口)，具有高速率数据采样、低速率延迟、快速信号重捕、功耗低、抵抗恶劣环境、抗射频干扰等优势。可以达到较高的定位精度，准确的输出车辆的行驶位置经纬度，为汽车产品试验提供可靠的试验参数。
本课题从动态测量的角度出发，根据最新的国家标准和国际标准，开发出新的道路试验系统配套的软件。软件实现了通过串口来实时发送和接收试验命令和数据，满足高速率、大流量数据采样要求，并在其中加入以往试验软件中没有实现的功能：自动生成数据存放目录、试验车辆的轨迹、各种运动参数关系曲线的实时显示等。配套本软件的新系统可以进行以下试验项目：汽车最高车速试验、最低稳定车速试验、加速试验、滑行试验和制动试验。从而使新系统大大提高了道路试验的实时性、可靠性和精度。

关键词：汽车道路试验；GPS；Labview；数据；串口

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 system's 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 company's 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 vehicle's 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

摘要 I
ABSTRACT II
第1章绪论 1
1.1 汽车道路试验概述 1
1.2 本设计研究的目的和意义 1
1.3 本设计国内外研究现状 2
1.4 本设计研究内容 2
第2章道路试验系统硬件选择 4
2.1 引言 4
2.2 硬件设计总体方案 4
2.3 GPS系统简介 4
2.3.1 GPS系统的组成 4
2.3.2 定位误差分析 6
2.4 GPS信号接收模块 7
2.5串口通讯技术 7
2.6 角速度传感器 8
2.7 数据采集卡 9
2.8 本章小结 10
第3章道路试验系统软件设计 11
3.1 LABVIEW软件介绍 11
3.2 软件流程设计 12
3.3 系统总体指标 13
3.3.1 技术要求 13
3.3.2 功能要求 13
3.4数据的处理 13
3.4.1 GPRMC语句读取 15
3.4.2加速度 15
3.4.3 位移 16
3.5数据的显示 16
3.5.1文本框显示 16
3.5.2波形图显示 16
3.5.3 试验模块程序的实现 16
3.6 本章小结 17
第4章系统试验 19
4.1 引言 19
4.2 最低稳定车速试验 19
4.2.1 试验方法 19
4.2.2 试验过程演示 19
4.3 最高稳定车速试验 20
4.4 加速性能试验 21
4.5 滑行试验 21
4.6 制动性能试验 22
4.7实车道路测试 23
4.8 本章小结 23
结论 24
参考文献 25
致　　谢 26
附录A 外文文献 27
附录B 外文文献的中文译文 31

题目名称汽车道路试验系统设计
一、设计（论文）目的、意义
目的：以现有的GPS设备为基础，根据汽车道路试验中需要测试的性能参数，编制出了基于GPS的汽车道路试验系统。该套测试系统能够实时、同步采集GPS的信号，经过处理后可以得到汽车的轨迹、速度、姿态角、角速率、加速度等物理量。
意义：尽管汽车性能分析有计算机仿真分析、室内实验等多种途径，但汽车道路试验仍然是评价汽车性能的重要手段，且在汽车的设计和开发过程中是不可缺少的。车辆的动力性、操纵稳定性、制动性的研究都是建立在实车场地试验的基础上的，其试验结果可以为汽车结构的改进、性能的优化提供重要的参考价值。因此，根据道路试验要求进行测试系统的开发也势在必行。
二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）
1.主要内容
利用GPS技术及Labview采集数据实现对汽车性能参数的动态测试，实现对汽车轨迹，速度和加速度的测试。
2.技术要求
GPS汽车道路试验系统的测试精度应满足汽车道路试验要求。
三、设计（论文）完成后应提交的成果

设计说明书，GPS试验装置，数据处理软件
四、设计（论文）进度安排
（1）熟悉任务书，了解相关信息，准备资料，填写开题报告：第1~2周
（2）选择满足设计条件的GPS硬件设备：第3~4周
（3）了解GPS定位原理及数据分析：第5~6周
（4）通过LabVIEW软件进行初步编程编写程序：第7~9周
（5）利用查找的资料和计算机模拟仿真测试设计程序并对其错误的地方进项修改：第10~13周
（6）整理资料，送交指导老师审批并修改老师所提出的不足：第14周
（7）毕业论文总结、评阅、审核及修改不足：第15~16周
（8）为毕业论文答辩做准备及答辩：第17周
五、主要参考资料
[1] 陆晶晶，张为公，周耀群。基于GPS和加速度计的车速测量系统的开发与研制。2007(08)。
[2] 罗德安，廖丽琼。一种车载GPS系统坐标转换公式及其应用。西南交通大学学报，2001(04)。
[3] 黎向荣，安长江.基于GPS的整车性能测试技术.公路与汽运，2009(02). .
[4] 张金柱，张洪田.基于GPS的汽车稳定性控制系统研究.测绘工程，2009(5).
[5] 李永生.基于GPS及IMU的汽车道路试验系统的研究.西华大学硕士学位论文，2009.
[6] 孙义杰，巢凯年.基于GPS汽车道路试验系统软件开发.西华大学硕士学位论文，2006.
[7] 党亚民，秘金钟，成英燕。全球导航卫星系统原理与应用。测绘出版社，2007。
[8] 刘大杰,施一民,过静琚.全球卫星定位系统(GPS)的原理及数据处理。同济大学出版社，2005。
[9] 杨乐平，李海涛，杨磊。Labview程序设计与应用，电子工业出版，2005。
[10] 余志生，汽车理论。机械工业出版设(第五版)，2009。
[11] 李天文，GPS原理及应用。科学出版社，2003。
[12] 臧杰，阎岩.汽车构造。机械工业出版设(上册)，2005。
[13] 臧杰，阎岩.汽车构造。机械工业出版设(下册)，2005。

内容简介：: 毕业设计（论文）题目审定表指导教师姓名张金柱职称教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称汽车道路试验系统设计课题适用专业车辆工程课题类型 W 课题简介：（主要内容、意义、现有条件、预期成果及表现形式。）主要内容：利用术实现对汽车性能参数的动态测试，如轨迹、速度、加速度等。意义：利用技术，根据实际情况对汽车道路试验系统进行研究以满足不同的目的和需求（经济实用、功能齐全、精度高等），对探讨和促进的汽车道路试验系统研究具有积极的意义。现有条件：收机，件。预期成果及表现形式：软件程序、实物模型指导教师签字：年月日教研室意见 1 选题与专业培养目标的符合度好较好一般较差 2 对学生能力培养及全面训练的程度好较好一般较差 3 选题与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度好较好一般较差 4 论文选题的理论意义或实际价值好较好一般较差 5 课题预计工作量较大适中较小 6 课题预计难易程度较难一般较易教研室主任签字：年月日系（部）教学指导委员会意见：负责人签字：年月日注：课题类型填写会）实际；。毕业设计（论文）任务书学生姓名王硕院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程 07 指导教师姓名张金柱职称教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称汽车道路试验系统设计一、设计（论文）目的、意义目的：以现有的备为基础，根据汽车道路试验中需要测试的性能参数，编制出了基于套测试系统能够实时、同步采集信号，经过处理后可以得到汽车的轨迹、速度、姿态角、角速率、加速度等物理量。意义：尽管汽车性能分析有计算机仿真分析、室内实验等多种途径，但汽车道路试验仍然是评价汽车性能的重要手段，且在汽车的设计和开发过程中是不可缺少的。车辆的动力性、操纵稳定性、制动性的研究都是建立在实车场地试验的基础上的，其试验结果可以为汽车结构的改进、性能的优化提供重要的参考价值。因此，根据道路试验要求进行测试系统的开发也势在必行。二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）利用术及集数据实现对汽车性能参数的动态测试，实现对汽车轨迹，速度和加速度的测试。车道路试验系统的测试精度应满足汽车道路试验要求。、设计（论文）完成后应提交的成果设计说明书，验装置，数据处理软件四、设计（论文）进度安排（ 1）熟悉任务书，了解相关信息，准备资料，填写开题报告：第 12 周（ 2）选择满足设计条件的件设备：第 34 周（ 3）了解位原理及数据分析：第 56 周（ 4）通过件进行初步编程编写程序：第 79 周（ 5）利用查找的资料和计算机模拟仿真测试设计程序并对其错误的地方进项修改：第 1013 周（ 6）整理资料，送交指导老师审批并修改老师所提出的不足：第 14 周（ 7）毕业论文总结、评阅、审核及修改不足：第 1516 周（ 8）为毕业论文答辩做准备及答辩：第 17 周五、主要参考资料 1 陆晶晶，张为公，周耀群。基于加速度计的车速测量系统的开发与研制。 2007(08)。 2 罗德安，廖丽琼。一种车载统坐标转换公式及其应用。西南交通大学学报， 2001(04)。 3 黎向荣，安长江整车性能测试技术 2009(02). . 4 张金柱，张洪田汽车稳定性控制系统研究 2009(5). 5 李永生汽车道路试验系统的研究 2009. 6 孙义杰，巢凯年车道路试验系统软件开发， 2006. 7 党亚民，秘金钟，成英燕。全球导航卫星系统原理与应用。测绘出版社， 2007。 8 刘大杰 ,施一民 ,过静琚原理及数据处理。同济大学出版社， 2005。 9 杨乐平，李海涛，杨磊。序设计与应用，电子工业出版， 2005。 10 余志生，汽车理论。机械工业出版设 (第五版 )， 2009。 11 李天文，理及应用。科学出版社， 2003。 12 臧杰，阎岩械工业出版设 (上册 )， 2005。 13 臧杰，阎岩械工业出版设 (下册 )， 2005。六、备注指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日毕业设计（论文）开题报告学生姓名王硕院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程 07 指导教师姓名张金柱职称教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称汽车道路试验系统设计一、课题研究现状、选题目的和意义（一）、研究现状国外汽车道路试验研究现状：汽车道路试验数据采集与分析系统作为汽车整车试验的重要组成部分，在发达国家已获得广泛研究和应用。目前，汽车道路试验技术以美国、日本、德国最为先进，已研制出各种先进的随车专用传感器以及数据采集与分析系统，如非接触式传感器、方向盘力角测量仪、踏板力计、燃油流量计、度传感器以及便携式多通道试验数据采集装置等，可进行汽车动力性能、经济性、制动性、平顺性、操作稳定性以及道路载荷谱采集等多种汽车道路试验。日本小野测器公司生产的列汽车道路试验数据采集装置能在测量现场简单、迅速、高精度地进行多通道测量记录。美国 B B 公司以司的平台，开发了车内测试系统（该系统的箱嵌入各种信号调理模块，模块的模式由信号种内决定，各种信号采集与处理的整合由序来完成。英国的司研制的试系统是一款以号作为数据分析来源的车辆性能测试系统，除常用的速度、距离、加减速度测量外还能记录车辆移动轨迹，并在软件的操作下，实时画出跑道或山道的场地图，搭配实际轨迹与车速、分析车辆性能与驾驶状况。目前，国际上车辆性能检测仪器正向着智能化、高精度、便携式、网络化、一体化方向发展。国外面向汽车道路试验主动安全性检测传感器和测试系统研发的公司主要有德国瑞士 G、美国国日本株式会社共和电业 (日本株式会社小野测器 (。国内汽车道路试验研究现状：我国从 20 世纪 60 年代开始研究汽车检测技术，国家“六五”期间重点推广了汽车检测和诊断技术，“七五”期间交通部把“汽车检测、设备诊断在汽车维修生产中的应用”课题列为重点新技术推广项目， 70 年代开始引进国外部分较先进的检测仪器设备， 80年代初一些厂家开始试制生产检测设备。在国家政策支持和指导下，我国的车辆性能检测方法和仪器设备研究开发方面都获得了长足的发展，许多高校、科研机构结合汽车道路试验的特点研制了先进传感器，或将其它领域的先进方法应用于该领域，或组建测试系统对车辆部分性能进行深入研究。西华大学交通与汽车工程学院是国内较早进行汽车整车性能测试与分析研究的高校之一，其车辆工程学科是四川省重点学科，并拥有四川省车辆工程重点实验室，研制了以笔记本电脑为控制中心，数据采集仪、和非接触式光电传感器、油耗仪、车操纵稳定性测试仪、向力角测量仪、电荷放大器、加速度传感器等传感器为硬件基础的汽车道路试验综合性能测试系统，能进行汽车的动力性能、制动性能、经济性能、排放性能、操纵稳定性能、平顺性能等试验，该系统测试软件采用虚拟仪器软件平台，具有分析、处理、存储数据，显示测试结果和绘制曲线的功能。西华大学的孙义杰在用诺瓦泰公司备替代光电传感器基础上，结合其学院已有的汽车道路试验系统，采用虚拟仪器软件平台研制了基于车道路试验系统软件，用于汽车动力性能和制动性能试验。该系统通过对号进行载波相位差分处理达到了较高的定位精度，满足了试验精度要求。但在我国特殊的环境下，为了使到较高的厘米级精度，其设备价格不菲。武汉理工大学的习恬甜对虚拟仪器软件的口通讯进行了研究，其系统采用了主从机结构，单片机构成的从机进行数据采集，主机通过行编程，为使主从机通过口进行通讯，对口的软、硬件进行了设计，在环境下开发了相应的动态链接库作为驱动程序，实现了备驱动的访问。以上这些研究各有特点，在不断采用新技术的过程当中，根据各自的实际情况对汽车道路试验测试系统进行了相应的研究以满足不同的目的和需求（经济实用、功能齐全、精度高等），对探讨和促进国内的汽车道路试验系统研究具有积极的意义。（二）、选题的目的和意义汽车技术的发展要求不断提高现有试验技术水平来表达或反映人们对汽车品质和个性的追求，汽车道路试验及其测试技术的研究与开发具有重要的理论意义和工程应用价值。由理论方法和技术手段的分析可见，汽车道路试验其核心是对运动物体的实时精确定位问题。这一问题恰是新兴的全球卫星定位技术适合应用的领域。卫星定位技术在车辆的自主导航和运行监控方面已有很多应用，但在汽车试验技术研究方面的开发和应用鲜见报道，应用卫星定位技术解决汽车道路试验的急需技术难题是本论文的研究目的，对完善汽车性能测试方法，推动汽车可靠性试验技术的进步具有重要意义和经济价值。本文以备为基础，根据汽车道路试验中需要测试的性能参数，编制出了基于汽车道路试验系统。该套试验系统利用得汽车的位移、轨迹、速度等性能参数，能够实时、同步采集信号，经过处理后可以得到汽车的轨迹、速度、加速度等物理量。其试验结果可以为汽车结构的改进、性能的优化提供重要的参考价值。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题（一）、设计的基本内容本文研究的内容是采用了收机为设备，实施对硬件调试，软件的设计和实现。开发一套汽车道路试验数据分析系统。该系统采用模块化编程，具有信号处理、信号显示、测量数据处理、计算、存储、结果输出等功能。其主要内容包括以下方面： 1 位基本原理、误差分析及坐标投影变换 2 硬件部分：收机、笔记本 3 软件部分：以开发平台设计虚拟仪器实现数据的运算、分析、处理，由 I/O 接口设备完成信号的采集、测量与处理 4 系统软件介绍及系统测试（二）、拟解决的主要问题标转换、误差分析号的采集、处理、分析计算集程序软件的编制三、技术路线（研究方法） 2 号接收模块 ( 坐标变换、坐标转换公式的简化和数据接收、处理、显示，虚拟仪器设计，集程序的编制四、进度安排（ 1）熟悉任务书，了解相关信息，准备资料，填写开题报告：第 12 周（ 2）选择满足设计条件的件设备：第 35 周（ 3）了解位原理及数据分析：第 68 周（ 4）通过件进行初步编程编写程序：第 910 周（ 5）利用查找的资料和计算机模拟仿真测试设计程序并对其错误的地方进项修改：第 1113 周（ 6）整理资料，送交指导老师审批并修改老师所提出的不足：第 14 周（ 7）毕业论文评阅、审核及修改不足：第 1516 周（ 8）为毕业论文答辩做准备及答辩：第 17 周 2 选择硬件设备 1 调查研究、收集资料 5 系统测试 6 试验并分析结果 7 整理实验数据，完成设计 3 标转换 4 软件编制五、参考文献 1何耀华汽车试验学 M北京：人民交通出版社， 2005： 2鲍晓峰汽车试验与检测 M北京：机械工业出版社， 1995： 1 3司徒德蓉汽车运动稳定性测试与分析系统 D四川：西华大学硕士论文， 2003： 4徐鑫基于 D四川：电子科技大学硕士论文， 2005：16 5 李永生 D位论文， 2009：23 6 孙义杰，巢凯年 D， 2006：12 7王惠南 M北京：科学出版社， 2003： 1122 8刘基余 M北京：科技出版社， 2003： 197 374 9汽车道路试验方法通则 S 1253410汽车最高车速试验方法 S 1254411汽车最低稳定车速试验方法 S 1254712汽车滑行试验方法 S 1253613汽车加速性能试验方法 S 1254314汽车制动系统结构、性能和试验方法 S 267615雷振山实用技术教程 M北京：中国铁道出版社 2004： 100 16刘君华基于 M北京：电子：工业出版社， 2003： 5 17巢凯年汽车动力学变量的测试研究 J四川工业学院学报， 2000： 223 18余志生汽车理论 (第五版 ) M北京：机械工业出版社， 2000： 10， 72 19郭孔辉汽车操纵动力学 M长春：吉林科学技术出版社 1991： 20 六、备注指导教师意见：签字：年月日毕业设计（论文）指导记录日期地点指导方式指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）学生（记录人）签名：指导教师签名：日期地点指导方式指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）学生（记录人）签名：指导教师签名：日期地点指导方式指导记录（指导内容、存在问题及解决思路）学生（记录人）签名：指导教师签名：毕业设计（论文）中期检查表填表日期 20010 年 4 月 20 日迄今已进行 8 周剩余 8 周学生姓名王硕院系车辆与交通工程专业、班级车辆工程 07 指导教师姓名张金柱职称教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称汽车道路试验系统设计学生填写毕业设计（论文）工作进度已完成主要内容待完成主要内容 1、对任务书的熟悉，了解相关信息，准备资料，填写开题报告。 2、对统理论基础、工作原理进行分析研究。 3、确定传感器的硬件型号 4、学习件及运用该软件将据进行接收。 5、论文第一、二章及第三章部分内容的初稿。 1、运用件进行角速度传感器数据处理。 2、在计算机上将数据处理结果体现体现出来。 3、整理文档完成论文剩余部分。存在问题及努力方向由于本论文的最终目的是要利用速度传感器的数据进行融合达到确定车辆各时各刻的行驶速度的各项参数，来满足汽车试验场对汽车行驶实验的要求。另外，对件的学习与运用尚有一定难度。学生签字：指导教师意见指导教师签字：年月日教研室意见教研室主任签字：年月日毕业设计指导教师评分表学生姓名王硕院系汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程 07 指导教师姓名张金柱职称教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称汽车道路试验系统设计序号评价项目满分得分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度 10 2 题目工作量；题目与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度 10 3 综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力 15 4 设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力 20 5 计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力） 10 6 插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性 20 7 设计规范化程度（设计栏目齐全合理、的使用等） 5 8 科学素养、学习态度、纪律表现；毕业论文进度 10 得分 X= 评语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）工作态度：好较好一般较差很差研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少说明书规范性：好较好一般较差很差图纸规范性：好较好一般较差很差成果质量（设计方案、设计方法、正确性）好较好一般较差很差其他：指导教师签字：年月日注：毕业设计（论文）评阅可以采用 2 名评阅教师评阅或集体评阅或预答辩等形式。毕业设计评阅人评分表学生姓名王硕专业班级车辆工程 07指导教师姓名张金柱职称教授题目汽车道路试验系统设计评阅组或预答辩组成员姓名第五答辩组出席人数 5 序号评价项目满分得分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度 10 2 题目工作量；题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度 10 3 综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力 15 4 设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力 25 5 计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力） 15 6 插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性 20 7 设计规范化程度（设计栏目齐全合理、的使用等） 5 得分 Y= 评语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点）回答问题：正确基本正确基本不正确不能回答所提问题研究能力或设计能力：强较强一般较弱很弱工作量：大较大适中较少很少说明书规范性：好较好一般较差很差图纸规范性：好较好一般较差很差成果质量（设计方案、设计方法、正确性）好较好一般较差很差其他：评阅人或预答辩组长签字：年月日毕业设计答辩评分表学生姓名王硕专业班级车辆工程 07指导教师张金柱职称教授题目汽车道路试验系统设计答辩时间 6 月 21 日答辩组成员姓名第五答辩组出席人数 5 序号评审指标满分得分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况，题目难易度、工作量、与实际的结合程度 10 2 设计（实验）能力、对实验结果的分析能力、计算能力、综合运用知识能力 10 3 应用文献资料、计算机、外文的能力 10 4 设计说明书撰写水平、图纸质量，设计的规范化程度（设计栏目齐全合理、、实用性、科学性和创新性 15 5 毕业设计答辩准备情况 5 6 毕业设计自述情况 20 7 毕业设计答辩回答问题情况 30 总分 Z= 答辩过程记录、评语：答辩组长签字：年月日毕业设计（论文）成绩评定表学生姓名王硕性别男院部汽车与交通工程学院专业车辆工程班级 07 设计（论文）题目汽车道路试验系统设计指导教师姓名职称指导教师评分（ X）评阅教师姓名职称评阅教师评分（ Y）答辩组组长职称答辩组评分（ Z）毕业设计（论文）成绩百分制五级分制答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）：系部公章：年月日注： 1、指导教师、评阅教师、答辩组评分按百分制填写，毕业设计（论文）成绩百分制 =、评语中应当包括学生毕业设计（论文）选题质量、能力水平、设计（论文）水平、设计（论文）撰写质量、学生在毕业设计（论文）实施或写作过程中的学习态度及学生答辩情况等内容的评价。优秀毕业设计（论文）推荐表题目汽车道路试验系统设计类别毕业设计学生姓名王硕院（系）、专业、班级汽车与交通工程学院车辆工程 07 指导教师张金柱职称教授设计成果明细：答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）：院、系公章：年月日备注：注：“类别”栏填写毕业论文、毕业设计、其它毕业设计（论文）过程管理材料题目汽车道路试验系统设计学生姓名王硕院系名称汽车与交通工程学院专业班级车辆工程指导教师张金柱职称教授教研室车辆工程起止时间务处制本科学生毕业设计汽车道路试验系统设计院系名称：汽车与交通工程学院专业班级：车辆工程 07 学生姓名：王硕指导教师：张金柱职称：教授黑龙江工程学院二一一年六月黑龙江工程学院本科生毕业设计 I 摘要本文在分析国、内外现有的汽车道路试验技术的基础之上，深入地研究了汽车道路试验设备的特性以及试验数据采集、数据处理和数据分析的方法。采用虚拟仪器软件合立开发和研制出基于个流程是：先进行其达到较高的定位精度；然后利用笔记本电脑来接收、处理和分析数据，完成汽车道路试验相关项目。本课题中所用采用供多种通信方式 (，具有高速率数据采样、低速率延迟、快速信号重捕、功耗低、抵抗恶劣环境、抗射频干扰等优势。可以达到较高的定位精度，准确的输出车辆的行驶位置经纬度，为汽车产品试验提供可靠的试验参数。本课题从动态测量的角度出发，根据最新的国家标准和国际标准，开发出新的道路试验系统配套的软件。软件实现了通过串口来实时发送和接收试验命令和数据，满足高速率、大流量数据采样要求，并在其中加入以往试验软件中没有实现的功能：自动生成数据存放目录、试验车辆的轨迹、各种运动参数关系曲线的实时显示等。配套本软件的新系统可以进行以下试验项目：汽车最高车速试验、最低稳定车速试验、加速试验、滑行试验和制动试验。从而使新系统大大提高了道路试验的实时性、可靠性和精度。关键词：汽车道路试验；数据；串口黑龙江工程学院本科生毕业设计 on of of as a PS of a PS s to to in PS is s EM it as a a of a to a of to of of to of in to to no in of of s of in of So 龙江工程学院本科生毕业设计目录摘要 I 1 章绪论 1 车道路试验概述 1 设计研究的目的和意义 1 设计国内外研究现状 2 设计研究内容 2 第 2 章道路试验系统硬件选择 4 言 4 件设计总体方案 4 统简介 4 统的组成 4 位误差分析 6 号接收模块 7 口通讯技术 7 速度传感器 8 据采集卡 9 本章小结 10 第 3 章道路试验系统软件设计 11 件介绍 11 件流程设计 12 统总体指标 13 术要求 13 能要求 13 据的处理 13 句读取 15 速度 15 移 16 黑龙江工程学院本科生毕业设计据的显示 16 本框显示 16 形图显示 16 验模块程序的实现 16 章小结 17 第 4 章系统试验 19 言 19 低稳定车速试验 19 验方法 19 验过程演示 19 高稳定车速试验 20 速性能试验 21 行试验 21 动性能试验 22 车道路测试 23 章小结 23 结论 24 参考文献 25 致谢 26 附录 A 外文文献 27 附录 B 外文文献的中文译文 31 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 第 1 章绪论车道路试验概述汽车道路试验是伴随着汽车工业的建立而逐渐成长起来的，而汽车工业的发展又离不开汽车试验的发展。在汽车产品的市场竞争中，要想立足和发展，产品的质量至关重要。因此，世界上汽车工业发达的国家和所有的汽车生产厂商，都不惜花费人力、物力和财力，建立汽车试验场和汽车试验研究中心，在把一种成熟的汽车产品投入市场之前，开展大量的试验研究工作，目的就是保证产品在实际使用环境下最大限度地不受损坏。汽车工业的特点是产量大、品种多、产品的使用条件复杂，对产品的性能、寿命、重量、成本各方面的要求都很高，影响产品质量的因素多，而产品的质量问题所造成的后果又极为严重。试验研究工作成为生产竞争的重要手段。所以，汽车工业特别重视试验工作，无论是新设计或是己投入生产的产品，不论在设计制造上考虑得如何周密，都必须经过试验来检验。通过试验来检验设计思想是否正确，设计意图是否实现，设计产品是否符合使用要求。另一方面，虽然在实验室中能够按照设计者意图对自然环境包括驾驶状况进行模拟并通过计算和试验获取大量产品信息，但是，就是用世界上最先进的计算机进行多次复杂的运算或逼真的模拟所得到的结果，也不如真正到自然环境中去进行试验获取的结果准确。因此，汽车厂商需要进行一系列道路试验才能满足各个地区、各种环境的特殊需求。汽车试验有如下两个作用 : (1)通过给样车作大量的试验获得其技术参数，为产品改进提供参考； (2)可以为新开发的车进行定型试验，为新车的批量生产提供依据。这也是汽车工业特别重视试验的原因。因此，汽车试验贯穿于汽车开发的整个过程，在汽车开发过程中占有十分重要的地位。设计研究的目的和意义汽车技术的发展要求不断提高现有试验技术水平来表达或反映人们对汽车品质和个性的追求，汽车道路试验及其测试技术的研究与开发具有重要的理论意义和工程应用价值。由理论方法和技术手段的分析可见，汽车道路试验其核心是对运动物体的实时精确定位问题。这一问题恰是新兴的全球卫星定位技术适合应用的领域。卫星定位技术在车辆的自主导航和运行监控方面已有很多应用，但在汽车试验技术研究方面的开发和应用鲜见报道，应用卫星定位技术解决汽车道路试验的急需技术难题是本论文的研究目的，对完善汽车性能测试方法，推动汽车可靠性试验技术的进步具有重要意黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 义和经济价值。本文以据汽车道路试验中需要测试的性能参数，编制出了基于套试验系统利用迹、速度等性能参数，能够实时、同步采集过处理后可以得到汽车的轨迹、速度、加速度等物理量。其试验结果可以为汽车结构的改进、性能的优化提供重要的参考价值。设计国内外研究现状汽车道路试验是伴随着汽车技术的发展而发展的。随着现代科学技术的进步，特别是计算机技术的进步，汽车道路试验也飞速发展。目前人们能依靠各种先进的仪器设备，能够对汽车各个工况进行各种性能的测试，而且安全、迅速、可靠。早在 50年代，在一些工业发达国家就形成以性能测试为主的单项测试技术和生产单项测试设备。进入 70年代以来，随着计算机技术的发展，出现了汽车性能测试、数据采集处理自动化、测试结果直接打印等功能的汽车性能测试仪器和设备。我国汽车性能测试经历了从无到有，从小到大；从引进技术、引进测试设备，到自主研究开发并推广应用；从单一性能测试到综合测试的巨大进步。尤其是测试设备的研制、生产得到了快速发展，就这样逐渐缩小了与先进国家的差距。国内汽车试验中，较早使用的试验仪器主要有：汽车性能综合测试仪、操纵稳定性测试仪等。而这些仪器的精度较低，且容易受到外界的干扰，因此，测试效果不太理想。 2007年，广西汽车拖拉机研究所研制的多功能汽车性能测试系统与 2008年山东理工大学 2008非接触便携式智能汽车性能检测仪都能够对汽车的多个性能进行测试，但实用性还需进一步的证实；并且价格昂贵，精度还有待提高。近年来，随着无线电技术、微电子技术和光电技术的发展，汽车的导航定位技术发展较快，特别是捷方便的特点，能够获得较好的试验结果。随着汽车工业的发展，汽车行业标准不断完善，对汽车性能测试系统的精确性、可靠性、高效率性的要求也越来越高。基于用方便、可靠性好等突出的优点，广泛应用于以后汽车领域。设计研究内容汽车道路试验系统中所用人的主要工作是硬件调试，软件的设计和实现。具体工作内容如下： l、学习和了解当前国内外汽车道路试验系统组成、测试方法和试验标准。学习使用最新版本的 2、根据具体试验要求掌握所购置令操作和软件使用的方法。设置新系统的硬件参数。黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 3、根据硬件设备的技术特点和道路试验系统功能的要求进行软件设计：选择笔记本和通讯方式，以便试验数据的实时采集；按照软件开发流程，进行可行性研究、需求分析、概要设计和详细设计，同时功能要满足最新的国家道路试验标准。 4、系统软件试验：在设计初期阶段进行算法验证；软件设计结束之后进行系统测试，检查系统漏洞，分析系统误差；在室内测试，根据实验员的要求进一步完善软件功能。黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 第 2 章道路试验系统硬件选择言硬件是进行道路试验的基础，根据试验要求正确地选择硬件直接关系到试验结果的准确性，汽车性能测试中要准确地获得汽车的行驶轨迹、速度、加速度、姿态角以及角速率等，要求仪器有较高的精度。通过坐标变换后可以得到物体的运动轨迹和速度。在卫星信号良好的情况下，单点定位精度能达到 2m，测量精度能达到 6角速度传感器可以测量运动物体角速度，，因此，这两个仪器的选择完全满足试验要求。本章对试验过程中用到的速度传感器的结构组成、通讯原理、技术指标和使用方法进行了介绍和分析，为下一章的软件编制奠定了基础。件设计总体方案图件设计总体方案统简介统的组成间面监控系统；用户（ 1）空间星星座由 21 颗工作卫星和 3 颗在轨备用卫星组成，记作 (21+3)座，如图2示。 24 颗卫星均匀分布在 6 个轨道平面内，轨道倾斜角为 55 度，各个轨道平面之间相距 60 度，即轨道的升交点赤经各相差 60 度。每个轨道平面内各颢卫星之间的升交角相差 90 度，任一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的卫星超前 30 度。笔记本电脑陀螺仪传感器数据采集卡收机线口龙江工程学院本科生毕业设计 5 图座分布图在两万公里高空的地球对恒星来说自转一周时，它们绕地球运行二周，即绕地球一周的时间为 12恒星时。这样，对于地面观测者来说，每天将提前 4分钟见到同一颗于地平线以上的卫星颗数随着时间和地点的不同而不同，最少可见到 4颗。最多可见到 11颗。在用了结算测站的三维坐标，必须观测 4颗为定位星座。这 4颗卫星在观测过程中的几何位置分布对定位精度有一定的影响。对于某地某时，甚至不能测得精确的点位坐标，这种时问段叫做“间隙段”。但这种时间间隙段是很短暂的，并不影响全球绝大多数地方的全天候、高精度、连续实时地观测。（ 2）地面监控系统对于导航定位来说，位置是依据卫星发射的星历中描述卫星运动及其轨道的参数计算得到的。每颗由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准就需要地面站监测各颗卫星的时间，求出钟差。然后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。个注入站和五个监测站。 (3)用户够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的大和处理，以便测量出译出时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。线黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 和电源组成。下图为用户图号接收模块图号天线位误差分析历、卫星发射时间等观测量来实现的，同时还必须知道用户钟差。因此，要获得地面点较精确的三维坐标，必须对 4颗卫星进行测量。在这一定位过程中，存在着三部分误差。一部分是对每一个用户接收机所公有的，例如，卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差等；第二部分为不能由用户测量或由校正模型来计算的传播延迟误差；第三部分为各用户接收机所固有的误差，例如内部噪声、通道延迟、多径效应等。在高精度的如地球动力学研究 )，还会注意到与地球整体运动有关的地球潮汐、负荷潮及相对论效应等的影响。表上述误差，按误差性质可分为系统误差与偶然误差两类。偶然误差主要包括信号的多路径效应，系统误差主要包括卫星的星历误差、卫星钟差、接收机钟差以及大气折射的误差等。其中系统误差无论从误差的大小还是从对定位结果的危害性讲都比偶黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 然误差大得多，它是差源。但系统误差有一定的规律可循，因此可以采取一定的措施加以消除。表量误差及对距离影响误差分类误差来源对测量距离的影响（ m）卫星部分星历误差；时钟误差；相对论效应 15 信号传播电离层；对流层；多路径效应 15 信号接收钟的误差；位置误差；天线相位中心变化 5 其他影响地球潮汐；负荷潮号接收模块动态定位数据处理中，一般用最小二乘法或卡尔曼滤波方法。利用最小二乘法处理须了解动态接收机的运动学特征，使用的是静态函数模型。在态接收机的天线是一个遵循一定规律不断变化的动态系统，不同时刻对该系统的状态所进行的观测存在一定的相互联系，最小二乘法难以充分利用这些规律和相互联系。卡尔曼滤波是在线性无偏最小方差估计原理下推得的一种递推滤波方法，它引入了状态空间的概念，借助系统的状态转移方程根据前一时刻的状态估值和当前时刻的观测值递推估计新的状态值。与最小二乘法相比，卡尔曼滤波方法更适合于导航型的数据格式有两种一种是十进制种是二进制码，市面上以使用 0813的最为普遍。 0813是美国国家海洋电子协会制定的通讯格式。其中规定了海用和陆用间、卫星状态、接收机状态等信息，目前被广泛采用的是 0813 813协议规定的种语句格式相同，所表达的定位信息各有侧重。目前市场上的很多种，由加拿大马可尼公司所研制开发的在苛刻的条件下给用户提供高可靠性的三维坐标、速度、时间、卫星星历以及其他状态信息，并能处理编译来自基站的差分改正。口通讯技术本次设计过程中，针串口通讯技术。串口通讯线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信，许多仪器和设备都采用它与外界黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 进行通讯，如图口采用定义了串口的电气特性 (如电压值 )、机械特性 (如接头形状 )及功能特性 (如脚位信号 )等。协议允许一个发送设备连接到一个接收设各以传送数据，最大传输速度为 115200b/s。图口的接口对串口通讯参数设置的相关接口程序在口程序的前面板包括通讯端口的设置、命令发送区、有效信息的数值显示等。在现串口通讯有三种方式：直接调用 I；用控件来控制访问串行口。即数据的长度是可变的，利用控件来控制访问串行口后发现所接收到的数据中经常发现数据丢失的现象，因此采用了速度传感器角速度传感器又叫陀螺仪 ,是一种转动装置，能在旋转时能保持转动轴的方向不变，具有定向作用。世界上最早的陀螺仪是在 1852 年由法国物理学家福科研制成功的，而直到 1908 年，第一台航海用陀螺仪才在德国问世。目前陀螺仪已被广泛用于航空、航天、航海和军事领域近年来，陀螺仪还被用于电子测量领域。陀螺仪的种类很多，有音叉式陀螺仪、激光陀螺仪、光纤陀螺仪、液浮陀螺仪等类型。 2002年，由美国司推出了新型单片偏航角速度陀螺仪采用微电子机械加工技术制作，能精确测量转动物体的偏航角速度，适用于各种惯性测量系统，可用来检测汽车底盘的角速度。本设计采用的就是此类型传感器。本传感器是基于“音叉陀螺仪”的原理，采用表面显微机械加工工艺和价格低廉的角速度传感器。其内部包含两个角速度传感器、共鸣环、信号调理器等元件及电路，真正实现了角速度陀螺仪的单片集成化。其输出电压与偏航角速度成正比，电压的极性则代表转动方向（顺时针转动或逆时针转动）。测量偏航角速度（以下简称为角速度）的范围是 300 ，灵敏度为，零位输出电压为非线性误差为 .%F ，稳定度为，带宽为固有频率为通过外部电阻和电容还可分黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 别设定测量角速度的范围、带宽及零位输出电压。抗振动、抗冲击能力强、超小型、超轻薄化。其外形尺寸仅为 77 ，质量小于很容易固定在转动物体上。角速度传感器内部的陀螺是经过显微机械加工工艺制成的，工作时利用的是音叉陀螺仪（共鸣器）的原理。两个角速度传感器是用多晶硅制成的，每个传感器都包含靠静电力来产生谐振的抖动架，形成转动部件。采用两套角速度传感器的设计方案，能消除外部重力和振动对测量的影响。信号调理器的作用是在噪声环境下保证测量精度不变。当物体在转动时，在科里奥利力的作用下，角速度传感器的转动方向不变，而旋转方向可以是顺时针，也可以是逆时针，由转动物体而定。角速度传感器通过电容对偏航角速度进行采样，再依次经过能产生 180相移的型解调器、低通滤波器和输出放大器对信号进行调理，最终获得与据采集卡数据采集 (是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或者电量信号 ,送到上位机中进行分析 ,处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。通常，必须在数据采集设备采集之前调制传感器信号 ,包括对其进行增益或衰减和隔离 ,放大 ,滤波等需要提供激励信号。数据采集卡，即实现数据采集 (能的计算机扩展卡，可以通过源线 (1394)、图据采集卡实物图及电路图在各种繁杂的数据采集过程中，数据的流量和精确度是相当大的一个问题。为了解决让数据传输更快更多的数据， 10 采集卡，就是数据采集卡采集数据后输入电脑设备的接口是其从数据卡采集的数据传输奠定了理论基础。用数据采集的原理，使用终实现了本章小结硬件是进行测速系统的基础，根据试验要求正确地选择硬件直接关系到系统结果的准确性，要求仪器有较高的精度。通过坐标变换后可以得到物体的运动轨迹、速度和加速度。在卫星信号良好的情况下，单点定位精度能达到 2m，测量精度能达到 6此，章对试验过程中用到的讯原理、技术指标和信息采集进行了介绍和分析，为下一章的软件编制奠定了基础。黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 第 3 章道路试验系统软件设计件介绍美国国家仪器公司 (称出的一种虚拟仪器开发平台。在该环境下，用者可以灵活自如地设计各种应用程序。同时数库和子程序库，用户可以很方便地组成自己需要的虚拟测试系统。用户能够在文设计持仪器的所有功能，运行后用户完全可以不用手动操作仪器就能完成波形的产生、存储、输出功能。与一个完成任何编程任务的庞大函数库。口控制、数据分析、数据显示及数据存储，等等。设置断点、以动画方式显示数据及其子程序（子结果、单步执行等等，便于程序的调试。程序前面板用于设置输入数值和观察输出量，用于模拟真实仪表的前面板。在程序前面板上，输入量被称为控制（输出量被称为显示（控制和显示是以各种图标形式出现在前面板上，如旋钮、开关、按钮、图表、图形等，这使这得前面板直观易懂。每一个程序前面板都对应着一段框图程序。框图程序用以把它理解成传统程序的源代码。框图程序由端口、节点、图框和连线构成。其中端口被用来同程序前面板的控制和显示传递数据，节点被用来实现函数和功能调用，图框被用来实现结构化程序控制命令，而连线代表程序执行过程中的数据流，定义了框图内的数据流动方向。图标 /连接器是子口。图标是子连接器则表示节点数据的输入 /输出口，就象函数的参数。用户必须指定连接器端口与前面板的控制和显示一一对应。下面图示为温度计程序 (I)的图标和连接器。连接器一般情况下隐含不显示，除非用户选择打开观察它。使用称为序前面板、框图程序和图标 /连接器。户可以把创建的创建更复杂的程序，而这种调用的层次是没有限制的。黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 虚拟仪器的主要特点有：（ 1）尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。（ 2）可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器。（ 3）用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是美国件流程设计图件流程图本套测试系统的软件设计流程图如图行程序，进入主界面；首先进行程序运行串口通讯参数设置开始试验读取据读取陀螺仪数据数据处理实时数据绘图、显示以及记录采样结束关闭端口保存数据是否停止试验数据处理终止黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 通讯参数设置，如：串口号、发送命令等，设置完毕后界面上会显示车辆的速度和航向角，说明硬件已经正常工作；此时即可开始进行试验，分别读取感器采集的数据并进行数据处理得到汽车的轨迹、速度、加速度、姿态角和角速度等物理量，并对结果实时显示和绘制曲线；当试验完成时，关闭通讯端口并提示试验人员是否保存数据，数据保存后可以用于回放和对试验过程中汽车的各种性能进行分析。统总体指标术要求本系统应用于小地域汽车道路试验，有如下技术要求： 1、测控范围小，精度高，要求满足 12534 1990汽车道路试验方法通则的要求； 2、要求实时性好，并以以数值显示等方式显示车辆的轨迹、行驶距离、速度、加速度等参数； 3、以文件形式保存 4、系统精度高，可靠性好，综合性能高。能要求汽车道路试验系统软件除了能够实时的处理动力性试验的数据外，还能处理其他性能试验的数据，而且操作简洁： 1、动力性试验：直接档加速能力、最高车速、最低稳定车速，滑行试验： 2、制动性试验：制动时的制动距离和制动减速度； 3、试验参数设置直观灵活，试验人员可以自行设置试验参数，能够很好地适应新标准的变化要求。 4、动态绘制试验数据曲线，试验过程直观性强，系统能与数据采集同步显示波形，能够实现试验数据的接收、计算、分析和

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