電動自行車實時路況檢測試驗裝置研發(fā)和應(yīng)用

李明元 張彤

摘要：我國是世界最大的自行車、電動自行車產(chǎn)銷國，出口均占世界總量60%以上。近年來，世界范圍內(nèi)電動自行車事故率逐年上升，其主要原因有行駛速度過高、騎行狀況突發(fā)改變等，為此國家有關(guān)部門組織專家進行了新標準的制定。國家電動自行車新標準和3C強制認證制度，要求對電動自行車工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控，以免騎行中出現(xiàn)故障并造成人身傷害。此文按照國家標準GB17761—2018《電動自行車安全技術(shù)規(guī)范》中對電動自行車限速的要求，介紹了基于MSP4512作為主控架構(gòu)的電動自行車實施路況檢測裝置的設(shè)計，并對硬件原理框圖和軟件設(shè)計進行了相關(guān)介紹。

1? ? 研究目的和意義

隨著電動自行車新國標深入實施，質(zhì)量檢驗實驗室被要求盡快配置適合電動自行車新標準要求的檢測設(shè)備，以滿足國家標準GB17761—2018《電動自行車安全技術(shù)規(guī)范》中車速限值規(guī)定的要求[1]，實時監(jiān)測電動自行車電壓、電流、速度、剎車距離等參數(shù)，這不僅可以提高各地方質(zhì)檢機構(gòu)檢測能力，又可以為企業(yè)開發(fā)新型電動自行車提供技術(shù)支撐。企業(yè)使用這種設(shè)備進行整車零部件匹配后，可以有針對性地采購電動自行車零部件，使車輛在最佳狀態(tài)下工作，既符合國家新標準要求，又能夠有效降低企業(yè)成本，對現(xiàn)有電動自行車市場車型混亂的局面起到良好的抑制作用。

2? ? 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及動態(tài)分析

國內(nèi)方面，電動自行車產(chǎn)品國家標準GB17761—2018《電動自行車安全技術(shù)規(guī)范》已出臺，同時生產(chǎn)許可證管理已于2019年4月15日轉(zhuǎn)為強制性認證管理（即3C認證）。新標準對電動自行車整車實時路況進行了較為嚴格的要求，目前還沒有準確、有效、便捷的檢測手段，各個檢驗機構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)測試方法也難以做到統(tǒng)一和相互認同，所以研發(fā)符合我國標準并能適應(yīng)我國國情的測試設(shè)備已經(jīng)刻不容緩。因此，我們立項研究符合新標準的實時路況試驗裝置。

國外方面，由于國家標準GB17761—2018《電動自行車安全技術(shù)規(guī)范》實施時間不長，所以國外沒有符合我國標準的檢測設(shè)備。此外，國外從對電動自行車產(chǎn)品的要求到相關(guān)標準的制定，與我國有著非常多的差異[2]。從技術(shù)的角度看，我們立足自主創(chuàng)新，加大研發(fā)投入，開發(fā)符合實際國情且符合新國標要求的檢測設(shè)備，同時普及先進標準的測試手段，盡量兼容國外標準測試方法，能夠盡快形成國際競爭新優(yōu)勢。

3? ? 研究內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1? ? 研究內(nèi)容

3.1.1 根據(jù)GB17761—2018《電動自行車安全技術(shù)規(guī)范》標準中的應(yīng)用技術(shù)指標要求，我們針對各種形式的電動自行車，研發(fā)自動化高、操作簡易的檢測設(shè)備，滿足國家3C強制認證需要。

3.1.2 我們研制基于電動自行車實時路況信息的相關(guān)檢測設(shè)備，按照新標準要求提升指標數(shù)據(jù)標準，采用低功耗處理器和新式塑封材料，以新的設(shè)計方案和理念應(yīng)用嵌入式單片機處理技術(shù)，可以實時測量電動自行車電壓、電流、速度、騎行距離、剎車制動距離等參數(shù)[3]。設(shè)備可使用USB轉(zhuǎn)RS232串口與上位機連接，將數(shù)據(jù)上傳，通過查看數(shù)據(jù)，可以對整車性能有詳盡了解，極大提高被測產(chǎn)品的自動化測試水平。

3.1.3 整體架構(gòu)使用塑封材料，質(zhì)量小巧輕便，引線接口全部進行隔離防水防塵設(shè)計，裝夾部件使用快拆結(jié)構(gòu)，方便耐用，滿足各種電動自行車車型檢測的需要。

3.1.4 研制的設(shè)備采用電壓、電流傳感器和霍爾傳感器作為數(shù)據(jù)采集部件，低功耗顯示屏結(jié)合嵌入式單片機數(shù)據(jù)處理技術(shù)，滿足各種車型和標準的應(yīng)用。

3.1.5 嵌入式單片機系統(tǒng)使用單片機C語言作為編程語言，處理整個系統(tǒng)中電壓、電流、速度、騎行距離等多參數(shù)控制算法的研究，確保騎行過程中采集的測量精度，保障技術(shù)指標的準確性，滿足最新國家3C強制認證要求。

3.2? ? 擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問題

3.2.1? ? 技術(shù)關(guān)鍵

3.2.1.1 低功耗嵌入式單片機MSP4512被應(yīng)用為主控設(shè)備，通過電壓電流傳感器進行精確數(shù)據(jù)采集，將試驗控制過程中采集的電壓、電流、速度、騎行距離等參數(shù)，通過觸摸屏及時顯示出來，同時使用RM24CL512EEPROM作為存儲芯片，將采集信息實時進行儲存。

3.2.1.2 設(shè)備使用塑封材料加顯示屏作為主顯示框架，采用16位ADS1110連續(xù)自校準模數(shù)轉(zhuǎn)換器作為數(shù)據(jù)采集元件以保證數(shù)據(jù)采集精度，直流電磁閥作為執(zhí)行機構(gòu)進行剎車距離的標記，結(jié)合嵌入式單片機處理技術(shù)，集數(shù)據(jù)采集、測量、打印多功能于一體。

3.2.1.3 設(shè)備使用USB轉(zhuǎn)RS232串口與上位機相連，通過VB開發(fā)的上位機控制軟件獲取采集信息。信息格式以TXT格式文件保存，可以通過Excel軟件將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成表格形式，直觀且便于數(shù)據(jù)分析。設(shè)備原理見圖1。

3.2.2? ? 技術(shù)難點

3.2.2.1 由于電路板要做到小巧輕便， MSP4512、ADS1110等電子器件必然要使用貼片焊接工藝，所以首先要解決電路板元器件狹小布線帶來的相互干擾問題。

3.2.2.2 設(shè)備需要解決提高電壓、電流、速度傳感器采集信息后的數(shù)據(jù)精度問題。

3.2.2.3 設(shè)備需要解決嵌入式單片機與真彩顯示屏連接顯示問題，以及塑封后整體框架的防水防塵問題。

3.2.2.4 設(shè)備需要解決使用C語言和VB語言編寫底層代碼和上位機代碼過程中可能出現(xiàn)的調(diào)試問題，例如程序循環(huán)鎖死、系統(tǒng)代碼不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)采集不準確等一些軟件問題。

3.2.3? ? 創(chuàng)新點

此裝置首次將電動自行車的實時電壓、電流、車速、功率的測試集成到一個系統(tǒng)中，屏幕和電路板均為貼片式設(shè)計，具有體積小、精度高、便于戶外測試攜帶、真彩色顯示且防水防塵的特點。

4? 應(yīng)用及推廣

4.1 設(shè)備可以提升國內(nèi)各生產(chǎn)商和檢驗機構(gòu)的檢驗?zāi)芰蜋z驗數(shù)據(jù)質(zhì)量，為國內(nèi)產(chǎn)品標準的制修訂提供可靠的技術(shù)保證，為我國電動自行車3C認證管理制度的推進提供可靠的技術(shù)保障。

4.2 設(shè)備可以提升我國自行車生產(chǎn)企業(yè)的工廠檢驗?zāi)芰Γ瑸椴粩嗵嵘a(chǎn)品質(zhì)量，打造“中國質(zhì)造”的品牌形象提供技術(shù)支撐，并可滿足歐盟標準EN15194：2017《電動助力自行車安全要求和試驗方法》的相關(guān)測試要求。[4]

4.3 設(shè)備可以提升檢驗機構(gòu)的檢驗?zāi)芰λ剑垢鳈z驗機構(gòu)能夠在服務(wù)于電動自行車生產(chǎn)企業(yè)的同時，做好電動自行車產(chǎn)品的質(zhì)量控制，以更好地服務(wù)于廣大消費者。

參考文獻

[1] 國家市場監(jiān)督管理總局.電動自行車安全技術(shù)規(guī)范：GB17761—2018[S].北京：中國國家標準化管理委員會，2018：5.

[2] 國際標準化組織.自行車安全要求：ISO4210—2014[S].上海：全國自行車標準化中心，2014：7.

[3] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.自行車安全要求：GB3565—2005/ISO4210：1996[S].北京：中國國家標準化管理委員會，2005：5.