無線傳輸技術(shù)在場（廠）內(nèi)專用機(jī)動車輛制動性能檢測中的應(yīng)用

吳安定 吳加福 李黎蘋 陳向俊 胡梁 吳強(qiáng)銀

引言

近年來，伴隨我國工業(yè)的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)購物的興起，物流和倉儲業(yè)得到了迅猛發(fā)展，帶動場車的保有量不斷創(chuàng)歷史新高。根據(jù)國家市場監(jiān)督管理總局統(tǒng)計，近三年（2015-2017）登記在用場車分別為63.02萬輛、71.38萬輛、81.01萬輛，保持每年13%以上的年增長率。場車作為特種設(shè)備，在我國現(xiàn)代化進(jìn)程中正在發(fā)揮越來越重要的作用，但同時，場車數(shù)量的急劇增加，對場車檢驗(yàn)特別是制動性能檢測的高效性、準(zhǔn)確性、安全性提出了更高的要求。

1.檢測系統(tǒng)

本文研究一種場車制動性能無線檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由采集模塊、調(diào)理模塊、無線傳輸模塊、分析處理模塊、人機(jī)交互模塊五大部分組成，針對場車制動性能的現(xiàn)場檢驗(yàn)，將制動距離測量、機(jī)構(gòu)疲勞分析、風(fēng)險預(yù)測以及信號處理集成于檢測系統(tǒng)中，通過人機(jī)交互界面將設(shè)備運(yùn)行過程中產(chǎn)生的關(guān)鍵參數(shù)與預(yù)警部位反饋給工作人員，并為檢測結(jié)果定制標(biāo)準(zhǔn)，判斷安全等級，供檢測單位作為設(shè)備維修判斷依據(jù)。

系統(tǒng)主要針對以下5項(xiàng)數(shù)據(jù)的采集：（1）加速度檢測：通過高精密三軸加速度傳感器實(shí)時采集場車制動檢測全過程的加速度數(shù)據(jù)，同時根據(jù)實(shí)時加速度處理結(jié)果與國家規(guī)定平均減速度（MFDD）標(biāo)準(zhǔn)對比判定場車制動性能；（2）地面坡度檢測：通過傾角傳感器檢測行駛路面和場車車身傾斜角度，作為檢測報告參考依據(jù)之一；（3）踏板自由行程檢測：行車制動時，實(shí)時監(jiān)測行車制動踏板踩下的自由行程，是否滿足國家規(guī)定的要求；（4）行車制動踏板應(yīng)力檢測：監(jiān)控行車制動時，場車在標(biāo)準(zhǔn)荷載下，行車制動踏板的受力是否在700N以內(nèi)；（5）駐車應(yīng)力檢測：檢測駐車手柄拉力是否能夠滿足駐車制動的要求，手柄的拉力必須要控制在300N以內(nèi)。

另外，根據(jù)場車加速度與時間關(guān)系和行車制動踏板力與時間關(guān)系，經(jīng)積分運(yùn)算和數(shù)據(jù)優(yōu)化，可輸出場車制動檢測全過程的實(shí)時速度和制動距離。

2.無線傳輸技術(shù)

無線傳輸模塊主要由采集儀、檢測平板和電源組成，主要是對調(diào)理器傳輸而來的信號進(jìn)行ADC 采樣、量化、編碼后經(jīng)過路由器傳輸?shù)絽f(xié)約設(shè)備上。ZigBee是一種高可靠的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，類似于CDMA和GSM網(wǎng)絡(luò)。采用Zigbee無線協(xié)議，基于IEEE.802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，使一點(diǎn)對多點(diǎn)的快速組網(wǎng)得以實(shí)現(xiàn)。End Device （網(wǎng)絡(luò)終端）將現(xiàn)場采集到的信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換器ADC采樣、量化、編碼后，變成數(shù)字信號傳給微處理器，通過無線傳輸傳給 Coordinator（協(xié)調(diào)器）， Coordinator 利用 RS-232 通信接口與上位機(jī)通信。每個無線路由器可負(fù)責(zé)1-16個無線數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，最終將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到上位機(jī)進(jìn)行存儲和分析。

使用時，將每個分布式設(shè)備安放在需要監(jiān)測的設(shè)備上，將一臺設(shè)備設(shè)置成AP（無線接入點(diǎn)），其它設(shè)備設(shè)置成Client（客戶端，僅接收），所有設(shè)備振動數(shù)據(jù)全部同時傳送并通過AP無線傳入上位機(jī)，如圖 1為Ap-Client使用示意圖。

3.無線傳輸可靠性證明

為了證明自主研發(fā)的無線傳感設(shè)備對快變量如加速度等信號，進(jìn)行傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性，本文同時進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)證明。對同一信號發(fā)生器，仿真同一信號，分別使用傳統(tǒng)有線USB高速數(shù)據(jù)采集卡與本項(xiàng)目的無線采集儀采集數(shù)據(jù)，采樣頻率設(shè)置為25.6K。

啟用信號發(fā)生器，輸入線性掃頻信號，掃頻開始頻率：200HZ；掃頻結(jié)束頻率：10HZ，掃頻時間周期5s，輸出幅值：500mV。

測試共采集10秒，分別將兩種方法采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比：

①數(shù)據(jù)量對比：

以25.6K的采樣頻率、采集10s，兩種途徑測得的數(shù)據(jù)總量均為256000，與理論值25.6k*10一致，證明無線傳輸途徑穩(wěn)定，不存在丟包現(xiàn)象。

②數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度對比：

因仿真數(shù)據(jù)量太大，篇幅所限完全展開難以清晰判別數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度，故隨機(jī)從中抽取連續(xù)的50000個數(shù)據(jù)點(diǎn)，并分別畫出它們的時域圖進(jìn)行對比，如圖 2所示：

從圖 2中可以看出，兩種途徑采集到的仿真信號完全一致，證明了無線采集儀的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高，不存在多通道的混雜、偏移問題。

4.結(jié)論

綜上，無線傳輸技術(shù)在場車制動性能檢測中的應(yīng)用，相比于傳統(tǒng)的檢驗(yàn)檢測更加便捷、靈活，有效減少檢驗(yàn)檢測人為因素誤差的發(fā)生，并且具有以下優(yōu)勢：（1）多通道采集各組數(shù)據(jù)，能夠同時進(jìn)行多項(xiàng)檢測項(xiàng)目，故其能夠提高檢驗(yàn)效率；（2）可廣泛應(yīng)用于大、中、小型場車；（3）區(qū)別傳統(tǒng)的傳動碼盤測速方式，采集的數(shù)據(jù)更具參考性；（4）采用分布式無線采集，避免布線困難、傳輸距離限制、強(qiáng)弱電干擾等問題。因此，采用無線傳輸技術(shù)運(yùn)用于場（廠）內(nèi)專用機(jī)動車輛檢驗(yàn)檢測系統(tǒng)，不僅可以大幅降低攜帶設(shè)備的負(fù)擔(dān)，而且檢驗(yàn)過程更加透明，檢驗(yàn)結(jié)果更加可靠。