基于多传感器的赛车状态信息采集系统的制作方法
基于多传感器的赛车状态信息采集系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种汽车电子技术领域的信息采集装置，更确切地说，本发明涉及一种基于多传感器的赛车状态信息采集系统。
【背景技术】
[0002]随着电子技术和通信技术的飞速发展，汽车上会增设越来越多的电子辅助设备，用于测试监控汽车的各项性能。在车辆制造行业中，对车辆的调校分析在产品研发中占有非常重要的地位，一辆原型车设计生产后，需要对动力系统、底盘悬挂系统等进行数据采集，并进行调校，传统上，此过程根据试车员主观感觉进行调试，但此方法主观因素较大，无法形成确切数据。
[0003]在大学生方程式汽车大赛(以下简称FSAE)领域，赛车加工完成后，在试跑过程中获取赛车状态信息，经过数据分析之后及时对赛车进行调校则是取得好成绩的关键，同时也可为赛车的设计积累宝贵的数据。目前，大多数FSAE赛车上采用的是dSPACE公司的MicroAutoBox以及Motec公司的赛车专用仪表等，功能齐全，但其通常作为独立的动态性能测试的数据采集系统，价格昂贵，仅用于车辆的校调。具体的说，它采用星形布线方式，以数据采集系统为中心节点，众多的传感器均采用单独的线束与数据采集系统相连接，而在FSAE赛车中，传感器众多且分布较散，从而导致数据采集器的接口、信道众多，线束杂乱，不利于整车布置。
[0004]CAN是Controller Area Network的缩写(以下称为CAN)，是ISO国际标准化的串行通信协议。在汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个局域网”、“进行大量数据的高速通信”的需要，1986年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN通信协议。此后，CAN通过IS011898及IS011519进行了标准化，在欧洲已是汽车网络的标准协议。CAN总线的特点为:
[0005]1.对通信数据的成帧处理。CAN总线通信接口中集成了 CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作；
[0006]2.可在各节点之间实现自由通信。CAN总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信；
[0007]3.结构简单。只有2根线与外部相连，并且内部集成了错误探测和管理模块；
[0008]4.数据通信没有主从之分，任意一个节点可以向任何其他(一个或多个)节点发起数据通信，靠各个节点信息优先级先后顺序来决定通信次序，高优先级节点信息在134 μ s通信。
[0009]中国自2009年开始引进FSAE赛事以来，国内高校车队发展迅猛，但在整车关键性数据的采集方面还存在很大缺陷，自行设计开发数据采集系统的车队更是寥寥无几。现有的数据采集方式存在以下缺点:
[0010]1.国内FSAE赛车上使用的数据采集系统功能较为简单，制作较为粗糙；
[0011 ] 2.国内大多数FSAE赛车并未装备CAN总线，赛车上设备的开关量信号及脉冲量信号数量多、种类杂，内容不统一，采集困难；
[0012]3.系统中使用的数据采集器所能采集的数据较少，诊断范围有限，有时车载终端无法采集赛车上的信息，稳定性无法保证；
[0013]4.不能破解成品数据采集器的数据格式，数据共享性差，开发受限制；
[0014]5.采集的数据不方便管理，容易丢失。
【发明内容】
[0015]本发明所要解决的技术问题是克服了目前FSAE赛车数据采集系统功能简单、制作粗糙、数据采集困难以及共享性差的问题，提供一种基于多传感器的赛车状态信息采集系统。
[0016]为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的:所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统包括飞思卡尔单片机、传感器组件、GPS定位系统、发动机ECU、数据采集器、电池与稳压芯片。
[0017]所述的传感器组件包括轮速传感器组件、加速度传感器、转角传感器与悬架位移传感器，轮速传感器组件包括轮速传感器与编码盘。
[0018]电池的12V输出端与稳压芯片的12V电压输入端电线连接，电池的地端GND与稳压芯片的地端电线连接，轮速传感器、加速度传感器、转角传感器、悬架位移传感器、GPS定位系统与飞思卡尔单片机的5V电压输入端和稳压芯片的5V电压输出端电线连接，发动机ECU、数据采集器的12V电压输入端和电池的12V输出端电线连接；轮速传感器、加速度传感器、转角传感器、悬架位移传感器、GPS定位系统与飞思卡尔单片机的地端GND和稳压芯片的地端电线连接；发动机ECU、数据采集器的地端GND和电池的地端GND电线连接。
[0019]轮速传感器信号线与飞思卡尔单片机的脉冲计数端口线连接，转角传感器信号线与飞思卡尔单片机的AD端口连接，悬架位移传感器的信号线与飞思卡尔单片机的AD端口连接，GPS定位系统的UART_TXD线与飞思卡尔单片机的UART_TXD串口连接，GPS定位系统的UART_RXD线与飞思卡尔单片机的UART_RXD串口连接。
[0020]技术方案中所述的飞思卡尔单片机、加速度传感器、发动机ECU与数据采集器上的CAN_H端口与CAN_L端口分别和整车CAN总线上的CAN_H与CAN_L线连接。
[0021]技术方案中所述的轮速传感器采用型号为1GT101DC的霍尔式轮速传感器；转角传感器采用型号为FCP22E的电位器；加速度传感器采用型号为MPU6050的三轴加速度传感器；悬架位移传感器采用型号为KPM的直线位移传感器；GPS定位系统采用型号为S-93的GPS模块，GPS定位系统通过粘接固定在赛车头枕后部；发动机ECU采用型号为Motec_M84的发动机E⑶；数据采集器采用型号为AM EV04的数据采集器；稳压芯片采用型号为LM2940CSX-5.0的芯片；飞思卡尔单片机采用型号为MC9S12XS128的单片机。
[0022]技术方案中所述的轮速传感器沿着径向安装在立柱的外侧并位于立柱固定螺栓上方的回转壁上为螺纹连接，编码盘采用过盈配合套装在轮毂上，轮速传感器的回转中心与编码盘的回转中心垂直相交，轮速传感器的检测端与编码盘周边窄齿的齿顶对正。
[0023]技术方案中所述的编码盘为齿轮式圆环体件，编码盘的周边沿径向均匀分布有窄齿，并在圆环体的内孔壁处沿轴向均匀分布有4个柱面形宽齿；窄齿齿厚a = 3.0?3.3mm,齿高b = 4.0?4.3mm，齿间距c = 4.1?4.3mm，齿宽d = 4.0?4.2mm，齿数Zl = 35?37 ;宽齿齿宽 e = 13.0 ?13.2mm,齿厚 f = 10.0 ?10.3mm，齿高 g = 2.3 ?2.5mm，齿数Z2 = 4?6，宽齿的内曲率半径与编码盘内孔的曲率半径相等并同心。
[0024]与现有技术相比本发明的有益效果是:
[0025]1.本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统利用CAN总线接收、发送数据，与国内主流FSAE车队采用的星形布线方式相比，CAN总线布线方式能有效减少线束，数据采集更方便、高效；
[0026]2.本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统采集的数据既可储存于SD卡中，也可将数据存储于发动机ECU中，与国内主流FSAE车队采用将数据存储于发动机ECU中的方式相比，将数据存储于SD卡中能显著增大数据存储量，减少发动机ECU数据存储量，提高发动机ECU运行速度；
[0027]3.本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统采集的状态信息能够实时发送到仪表板上，国内主流FSAE车队只能将小部分数据发送到仪表板上，且数据稳定性不够，相比之下，本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统能够采集且发送更多数据，车手能更全面地了解赛车工况，显著提高成绩；
[0028]4.本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统规范地提出了轮速传感器、加速度传感器、转角传感器、悬架位移传感器、GPS定位系统的安装位置及固定方法，国内主流FSAE车队各传感器安装位置及固定方法较为随意，未形成完整体系，相比之下，本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统规范地提出了各传感器安装位置及固定方法，能够精确采集数据，且易于维修；
[0029]5.本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统可以方便地添加其它传感器进行数据采集，国内主流FSAE车队不能破解成品数据采集器的数据格式，开发受限，相比之下，本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统利用型号为STM32的单片机作为主控芯片自行设计数据采集器，扩展性更强。
【附图说明】
[0030]下面结合附图对本发明作进一步的说明:
[0031]图1是本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统的结构原理框图。
[0032]图2是本发明 所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统中所采用的轮速传感器系统结构组成的主视图。
[0033]图3是本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统中所采用的立柱的主视图。
[0034]图4是本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统中所采用的编码盘安装在轮毂上的主视图。
[0035]图5是本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统中所采用的编码盘安装在轮毂上的左视图上的全剖视图。
[0036]图6是本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统中所采用的编码盘的主视图。
[0037]图7是本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统中所采用的编码盘的左视图。
[0038]图8是本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统中所采用的转角传感器安装位置的轴测投影图。
[0039]图9是本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统中所采用的悬架位移传感器装置结构组成的主视图。
[0040]图10是本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统中所采用的悬架位移传感器中桥接螺母结构组成的主视图。
[0041]图11是本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统中所采用的悬架位移传感器中桥接螺母结构组成的主视图上的局部剖视图。
[0042]图中:1.轮速传感器，2.编码盘，3.立柱固定螺栓，4.立柱，5.轮毂，6.轴承，7.转向柱，8.转向器壳，9.转角传感器，10.转角传感器固定片，11.避震器，12.防松螺母，13.悬架位移传感器，14.桥接螺母，15.塞打螺丝，16.螺纹孔，17.螺杆，18.外螺纹，19.放松孔。
【具体实施方式】
[0043]下面结合附图对本发明作详细的描述:
[0044]参阅图1，本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统包括飞思卡尔单片机、传感器组件、GPS定位系统、发动机ECU、数据采集器、电池与稳压芯片共七个部分组成。
[0045]1.所述的飞思卡尔单片机采用型号为MC9S12XS128的单片机，它集成了脉冲计数端口、AD 端口、5V 电压线端口、地线端口、UART_TXD 端口、UART_RXD 端口、CAN_H 端口、CAN_L端口。飞思卡尔单片机能够将轮速传感器1、转角传感器9、悬架位移传感器13以及GPS定位系统采集的模拟信号转换变为数字信号，并通过飞思卡尔单片机的CAN功能将数据打包发送到整车CAN总线上实现共享。
[0046]2.所述的传感器组件包括轮速传感器组件、加速度传感器、转角传感器9与悬架位移传感器13。
[0047]I)参阅图2，所述的轮速传感器组件包括轮速传感器I与编码盘2。
[0048]轮速传感器I采用霍尼韦尔公司的型号为1GT101DC的霍尔式轮速传感器。轮速传感器I通过螺纹连接安装于立柱4的外侧并位于立柱固定螺栓3上方的回转壁上，轮速传感器I的回转中心与编码盘2的回转中心垂直相交，轮速传感器I的检测端与编码盘2周边窄齿的齿顶对正，立柱4通过立柱固定螺栓3固定在车架上。
[0049]参阅图4与图5，所述的编码盘2采用过盈配合套接于轮毂5上，编码盘2宽齿(的左)端面与轴承6内圈(右)端面接触连接，对轴承6起到轴向定位作用，轴承6内圈采用过盈配合套接于轮毂5上，外圈采用过盈配合与立柱4的中心孔壁接触连接。当车轮转动时，编码盘2随轮毂5 —起转动，轮速传感器I能够检测到单位时间内转过的编码盘齿数，从而推算出轮速。
[0050]参阅图6与图7，所述的编码盘2为齿轮式圆环体件，编码盘2的周边沿径向均匀分布有窄齿，并在圆环体的内孔壁处沿轴向均匀分布有4个柱面形宽齿；窄齿齿厚a =3.0 ?3.3mm，齿高 b = 4.0 ?4.3mm，齿间距 c = 4.1 ?4.3mm，齿宽 d = 4.0 ?4.2mm，齿数Zl = 35?37 ;宽齿齿宽e = 13.0?13.2mm,齿厚f = 10.0?10.3mm，齿高g = 2.3?2.5_，齿数Z2 = 4?6，宽齿的内曲率半径与编码盘内孔的曲率半径相等并同心。编码盘2采用合理的齿厚、齿高、齿间距、齿数等参数能够提高轮速传感器I采集数据的精度。
[0051]参阅图1，轮速传感器I共有三根接线，分别是电源线、地线和信号线，电源线接到稳压芯片输出的5V电压上，地线接到稳压芯片的地线上，信号线接到型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机的脉冲计数端口即PTO端口、PTl端口、PT2端口、PT3端口，采集的数据经信号线传递给型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机进行模数转换，型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机的CAN_H端口与整车CAN总线上的CAN_H线连接，型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机的CAN_L端口与整车CAN总线上的CAN_L线连接，型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机直接将采集的数据传输到整车CAN总线。此数据共享到整车CAN总线上后可以在方向盘仪表上实时显示，让车手及时了解赛车车速，从而更好地操控赛车，并为ABS(防抱死系统)控制器的底层算法提供滑移率和车轮角加速度数据。
[0052]2)参阅图1，本发明所述的加速度传感器采用型号为MPU6050的三轴加速度传感器，它通过支架安装在赛车质心处，用来测量整车在横向、纵向和垂向三个方向的加速度。加速度传感器共有四根接线，一根电源线、一根地线、一根CAN_H线和一根CAN_L线，电源线接到稳压芯片输出的5V电压上，地线接到稳压芯片的地线上，CAN_H线接到整车CAN总线上的CAN_H端，CAN_L线接到整车CAN总线上的CAN_L端，采集的数据直接发送到整车CAN总线上。通过加速度传感器可以直观地评价赛车的加速性能、制动效能以及侧向极限。
[0053]3)参阅图8，转角传感器9采用型号为FCP22E的电位器。由于安装型号为FCP22E的电位器需要在面板上预留直径为10.3mm的安装孔，因此需要在转向柱7底端固定一块转角传感器固定片10，其上预留有直径为10.3mm的安装孔，转角传感器9固定端穿过安装孔，其塑料外壳与转角传感器固定面板10接触，通过胶接固定在转角传感器固定片10上，保证转角传感器9具有足够的粘接面积。当转向柱7转动时，转角传感器9随转向柱7转动。
[0054]参阅图1，转角传感器9共有三根接线，分别是电源线、地线和信号线，电源线接到稳压芯片输出的5V电压上，地线接到稳压芯片的地线上，信号线接到飞思卡尔单片机的AD端口即PADOO端口、PADOl端口、PAD02端口、PAD03端口，采集到的数据经信号线传递给型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机进行模数转换后，通过型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机的CAN_H端口与整车CAN总线上的CAN_H端连接，型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机的CAN_L端口与整车CAN总线上的CAN_L端连接，直接将数据传输到整车CAN总线上。它能够清晰记录方向盘每次转动的角度，评价转向系统的灵敏性，了解车手的驾驶习惯。
[0055]4)参阅图9与图10，悬架位移传感器装置由避震器11、防松螺母12、悬架位移传感器13、桥接螺母14、塞打螺丝15组成；悬架位移传感器13采用型号为KPM的直线位移传感器。
[0056]避震器11通过塞打螺丝15与赛车摇臂连接，避震器11的一(左)端通过塞打螺丝15与桥接螺母14 一端的螺纹孔16采用螺纹连接，悬架位移传感器13的伸缩杆左端套装于桥接螺母14的螺杆17上，防松螺母12与桥接螺母14的外螺纹18通过螺纹连接，对悬架位移传感器13进行固定限位。同理，避震器11的另一(右)端采用同样的方式与悬架位移传感器13进行连接及固定限位。当赛车运动时，避震器11产生来回直线运动，悬架位移传感器13随避震器11 一起平行运动。
[0057]参阅图10与图11，桥接螺母14为五段式阶梯轴式结构件，直径从左至右由小到大，左段轴即第一段轴上设置有外螺纹18，第二段轴为螺杆17，中段轴即第三段轴上设置有径向通孔即防松孔19，由桥接螺母14的右端面向左即在桥接螺母14的第五段至第三段轴的回转轴线上设置有用于与塞打螺丝15连接的螺纹孔16，悬架位移传感器13的伸缩杆套装于螺杆17上，外螺纹18用于与防松螺母12连接，通过上述连接，能够将避震器11的运动传递到悬架位移传感器13上。防松孔19用于对两端桥接螺母14进行串联钢丝防松，能够有效防止桥接螺母14松动。
[0058]参阅图1，悬架位移传感器13共有三根接线，分别是电源线、地线和信号线，电源线接到稳压芯片输出的5V电压上，地线接到稳压芯片的地线上，信号线接到飞思卡尔单片机的AD端口 PAD04上，采集到的数据经信号线传递给型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机进行模数转换后，通过型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机的CAN_H端口与整车CAN总线上的CAN_H端连接，型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机的CAN_L端口与整车CAN总线上的CAN_L端连接，直接将数据传输到整车CAN总线上。它能够记录下悬架跳动时的行程变化，对数据进行微分处理后可以得到避震器11振动的偏频和回弹速度，并且可以得出赛车在受侧向加速度 的情况下整车左右质量的平移特性。
[0059]3.参阅图1，所述的GPS定位系统采用型号为S-93的GPS模块，GPS定位系统通过粘接固定在赛车头枕后部，GPS定位系统共有四根接线，电源线、地线和UART_TXD线和UART_RXD线，电源线接到稳压芯片输出的5V电压上，地线接到稳压芯片的地线上，GPS定位系统的UART_TXD线接到型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机的UART_TXD串口，GPS定位系统的UART_RXD线接到型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机的UART_RXD串口，采集到的数据经信号线传递给型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机进行模数转换后，通过型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机的CAN_H端口与整车CAN总线上的CAN_H端连接，型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机的CAN_L端口与整车CAN总线上的CAN_L端连接，直接将数据传输到整车CAN总线上。它能够更准确地监测赛车运动轨迹，便于数据分析。
[0060]4.参阅图1，本发明所述的发动机E⑶采用型号为Motec_M84的发动机E⑶，发动机ECU通过卡箍固定在驾驶舱后部车架上，发动机ECU能够采集发动机的水温、油温、油压、转速等数据，发动机E⑶中的CAN总线将数据发送到整车CAN总线上。发动机E⑶共有四根接线，一根电源线、一根地线、一根CAN_H线和一根CAN_L线，电源线接到电池输出的12V电压上，地线接到车架上，发动机ECU的CAN_H线接到整车CAN_H总线上的CAN_H端，发动机ECU的CAN_L线接到整车CAN总线上的CAN_L端，采集的数据通过发动机ECU的CAN功能直接发送到整车CAN总线上。数据共享到整车CAN总线上后可以在方向盘仪表上实时显示，能够让车手实时了解赛车发动机的运行状况，以便更好地操控赛车。
[0061]5.参阅图1，本发明采用型号为AM EV04的数据采集器，型号为AM EV04的数据采集器利用型号为STM32F207VG的单片机作为主控芯片，型号为STM32F207VG的单片机通过自身CAN总线与整车CAN总线实现通信。数据采集器共有四根接线，一根电源线、一根地线、一根CAN_H线和一根CAN_L线，电源线接到电池输出的12V电压上，地线接到车架上，型号为STM32F207VG的单片机的CAN_H线接到整车CAN总线上的CAN_H端，型号为STM32F207VG的单片机的CAN_L线接到整车CAN总线上的CAN_L端，通过型号为STM32F207VG的单片机的CAN功能，数据采集器能够实时读取整车CAN总线上的各项数据并存储到SD卡中。
[0062]6.参阅图1，本发明所述的电池采用额定电压为12V的磷酸铁锂电池，电池共有两根线，一根12V火线，一根地线，12V火线接到稳压芯片的12V电压输入端，地线接到稳压芯片的地线输入端。它能够为所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统提供稳定电压。
[0063]7.参阅图1，本发明所述的稳压芯片采用型号为LM2940CSX-5.0的芯片，稳压芯片共有两根线，一根5V火线，一根地线，5V火线接到型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机的5V电压输入端，地线接到型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机的地线输入端，它能够将电池提供的12V电压转换为5V电压，输出的5V电压能够为型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机、轮速传感器1、转角传感器9、悬架位移传感器13、加速度传感器以及GPS定位系统提供稳定电压。
[0064]基于多传感器的赛车状态信息采集系统的工作原理:
[0065]本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统利用轮速传感器1、GPS定位系统、转角传感器9、悬架位移传感器13采集赛车运行过程中轮速、运行轨迹、方向盘转角、悬架跳动行程变化等模拟信号，通过型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机将模拟信号转换为数字信号，并通过型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机的CAN功能将数据打包发送到整车CAN总线上实现共享，加速度传感器与发动机ECU采集的信号直接发送到整车CAN总线上实现共享。数据采集器利用型号为STM32F207VG的单片机的CAN模块与整车CAN总线实现通讯，实时采集整车CAN总线上的数据，并将其存储到SD卡中。
[0066]本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统通过型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机、传感器组件、GPS定位系统、发动机ECU、数据采集器、电池与稳压芯片共七个部分之间的相互通信与协作，构成一个较为完善的数据采集系统，能够实现其基本功能，且易于扩展和开发。
【主权项】
1.一种基于多传感器的赛车状态信息采集系统，其特征在于，所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统包括飞思卡尔单片机、传感器组件、GPS定位系统、发动机ECU、数据采集器、电池与稳压芯片； 所述的传感器组件包括轮速传感器组件、加速度传感器、转角传感器(9)与悬架位移传感器(13)，轮速传感器组件包括轮速传感器(I)与编码盘(2); 电池的12V输出端与稳压芯片的12V电压输入端电线连接，电池的地端GND与稳压芯片的地端电线连接，轮速传感器(I)、加速度传感器、转角传感器(9)、悬架位移传感器(13)、GPS定位系统与飞思卡尔单片机的5V电压输入端和稳压芯片的5V电压输出端电线连接，发动机ECU、数据采集器的12V电压输入端和电池的12V输出端电线连接；轮速传感器(I)、加速度传感器、转角传感器(9)、悬架位移传感器(13)、GPS定位系统与飞思卡尔单片机的地端GND和稳压芯片的地端电线连接；发动机ECU、数据采集器的地端GND和电池的地端GND电线连接； 轮速传感器(I)信号线与飞思卡尔单片机的脉冲计数端口线连接，转角传感器(9)信号线与飞思卡尔单片机的AD端口连接，悬架位移传感器(13)的信号线与飞思卡尔单片机的AD端口连接，GPS定位系统的UART_TXD线与飞思卡尔单片机的UART_TXD串口连接，GPS定位系统的UART_RXD线与飞思卡尔单片机的UART_RXD串口连接。2.按照权利要求1所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统，其特征在于，所述的飞思卡尔单片机、加速度传感器、发动机ECU与数据采集器上的CAN_H端口与CAN_L端口分别和整车CAN总线上的CAN_H与CAN_L线连接。3.按照权利要求1所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统，其特征在于，所述的轮速传感器(I)采用型号为1GT101DC的霍尔式轮速传感器；转角传感器(9)采用型号为FCP22E的电位器；加速度传感器采用型号为MPU6050的三轴加速度传感器；悬架位移传感器(13)采用型号为KPM的直线位移传感器；GPS定位系统采用型号为S-93的GPS模块，GPS定位系统通过粘接固定在赛车头枕后部；发动机ECU采用型号为Motec_M84的发动机E⑶；数据采集器采用型号为AM EV04的数据采集器；稳压芯片采用型号为LM2940CSX-5.0的芯片；飞思卡尔单片机采用型号为MC9S12XS128的单片机。4.按照权利要求1所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统，其特征在于，所述的轮速传感器⑴沿着径向安装在立柱⑷的外侧并位于立柱固定螺栓(3)上方的回转壁上为螺纹连接，编码盘(2)采用过盈配合套装在轮毂(5)上，轮速传感器(I)的回转中心与编码盘(2)的回转中心垂直相交，轮速传感器(I)的检测端与编码盘(2)周边窄齿的齿顶对正。5.按照权利要求1所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统，其特征在于，所述的编码盘(2)为齿轮式圆环体件，编码盘(2)的周边沿径向均匀分布有窄齿，并在圆环体的内孔壁处沿轴向均匀分布有4个柱面形宽齿；窄齿齿厚a = 3.0?3.3mm,齿高b = 4.0?4.3mm，齿间距c = 4.1?4.3mm，齿宽d = 4.0?4.2mm，齿数Zl = 35?37 ;宽齿齿宽e =13.0 ?13.2mm,齿厚 f = 10.0 ?10.3mm，齿高 g = 2.3 ?2.5mm，齿数 Z2 = 4 ?6，宽齿的内曲率半径与编码盘内孔的曲率半径相等并同心。
【专利摘要】本发明公开了一种基于多传感器的赛车状态信息采集系统,为克服赛车数据采集系统功能简单、数据采集困难及共享性差的问题；其包括飞思卡尔单片机、轮速传感器、GPS定位系统、发动机ECU、数据采集器、电池与稳压芯片。电池、稳压芯片与飞思卡尔单片机依次连接，轮速传感器、加速度传感器、转角传感器、悬架位移传感器、GPS定位系统与飞思卡尔单片机和稳压芯片5V端连接，发动机ECU、数据采集器和电池的12V端连接；轮速传感器信号线与飞思卡尔单片机的脉冲计数端口连接，转角传感器信号线与悬架位移传感器信号线和飞思卡尔单片机的AD端口连接，GPS定位系统和飞思卡尔单片机的UART_TXD串口与UART_RXD串口连接。
【IPC分类】G05B19/042
【公开号】CN104898503
【申请号】CN201510207773
【发明人】朱冰, 代凯, 李建平, 蔺煜新, 阙高蓉, 袁晶鑫
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月27日
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种汽车电子技术领域的信息采集装置，更确切地说，本发明涉及一种基于多传感器的赛车状态信息采集系统。
【背景技术】
[0002]随着电子技术和通信技术的飞速发展，汽车上会增设越来越多的电子辅助设备，用于测试监控汽车的各项性能。在车辆制造行业中，对车辆的调校分析在产品研发中占有非常重要的地位，一辆原型车设计生产后，需要对动力系统、底盘悬挂系统等进行数据采集，并进行调校，传统上，此过程根据试车员主观感觉进行调试，但此方法主观因素较大，无法形成确切数据。
[0003]在大学生方程式汽车大赛(以下简称FSAE)领域，赛车加工完成后，在试跑过程中获取赛车状态信息，经过数据分析之后及时对赛车进行调校则是取得好成绩的关键，同时也可为赛车的设计积累宝贵的数据。目前，大多数FSAE赛车上采用的是dSPACE公司的MicroAutoBox以及Motec公司的赛车专用仪表等，功能齐全，但其通常作为独立的动态性能测试的数据采集系统，价格昂贵，仅用于车辆的校调。具体的说，它采用星形布线方式，以数据采集系统为中心节点，众多的传感器均采用单独的线束与数据采集系统相连接，而在FSAE赛车中，传感器众多且分布较散，从而导致数据采集器的接口、信道众多，线束杂乱，不利于整车布置。
[0004]CAN是Controller Area Network的缩写(以下称为CAN)，是ISO国际标准化的串行通信协议。在汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个局域网”、“进行大量数据的高速通信”的需要，1986年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN通信协议。此后，CAN通过IS011898及IS011519进行了标准化，在欧洲已是汽车网络的标准协议。CAN总线的特点为:
[0005]1.对通信数据的成帧处理。CAN总线通信接口中集成了 CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作；
[0006]2.可在各节点之间实现自由通信。CAN总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其它节点发送信息而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信；
[0007]3.结构简单。只有2根线与外部相连，并且内部集成了错误探测和管理模块；
[0008]4.数据通信没有主从之分，任意一个节点可以向任何其他(一个或多个)节点发起数据通信，靠各个节点信息优先级先后顺序来决定通信次序，高优先级节点信息在134 μ s通信。
[0009]中国自2009年开始引进FSAE赛事以来，国内高校车队发展迅猛，但在整车关键性数据的采集方面还存在很大缺陷，自行设计开发数据采集系统的车队更是寥寥无几。现有的数据采集方式存在以下缺点:
[0010]1.国内FSAE赛车上使用的数据采集系统功能较为简单，制作较为粗糙；
[0011 ] 2.国内大多数FSAE赛车并未装备CAN总线，赛车上设备的开关量信号及脉冲量信号数量多、种类杂，内容不统一，采集困难；
[0012]3.系统中使用的数据采集器所能采集的数据较少，诊断范围有限，有时车载终端无法采集赛车上的信息，稳定性无法保证；
[0013]4.不能破解成品数据采集器的数据格式，数据共享性差，开发受限制；
[0014]5.采集的数据不方便管理，容易丢失。
【发明内容】
[0015]本发明所要解决的技术问题是克服了目前FSAE赛车数据采集系统功能简单、制作粗糙、数据采集困难以及共享性差的问题，提供一种基于多传感器的赛车状态信息采集系统。
[0016]为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的:所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统包括飞思卡尔单片机、传感器组件、GPS定位系统、发动机ECU、数据采集器、电池与稳压芯片。
[0017]所述的传感器组件包括轮速传感器组件、加速度传感器、转角传感器与悬架位移传感器，轮速传感器组件包括轮速传感器与编码盘。
[0018]电池的12V输出端与稳压芯片的12V电压输入端电线连接，电池的地端GND与稳压芯片的地端电线连接，轮速传感器、加速度传感器、转角传感器、悬架位移传感器、GPS定位系统与飞思卡尔单片机的5V电压输入端和稳压芯片的5V电压输出端电线连接，发动机ECU、数据采集器的12V电压输入端和电池的12V输出端电线连接；轮速传感器、加速度传感器、转角传感器、悬架位移传感器、GPS定位系统与飞思卡尔单片机的地端GND和稳压芯片的地端电线连接；发动机ECU、数据采集器的地端GND和电池的地端GND电线连接。
[0019]轮速传感器信号线与飞思卡尔单片机的脉冲计数端口线连接，转角传感器信号线与飞思卡尔单片机的AD端口连接，悬架位移传感器的信号线与飞思卡尔单片机的AD端口连接，GPS定位系统的UART_TXD线与飞思卡尔单片机的UART_TXD串口连接，GPS定位系统的UART_RXD线与飞思卡尔单片机的UART_RXD串口连接。
[0020]技术方案中所述的飞思卡尔单片机、加速度传感器、发动机ECU与数据采集器上的CAN_H端口与CAN_L端口分别和整车CAN总线上的CAN_H与CAN_L线连接。
[0021]技术方案中所述的轮速传感器采用型号为1GT101DC的霍尔式轮速传感器；转角传感器采用型号为FCP22E的电位器；加速度传感器采用型号为MPU6050的三轴加速度传感器；悬架位移传感器采用型号为KPM的直线位移传感器；GPS定位系统采用型号为S-93的GPS模块，GPS定位系统通过粘接固定在赛车头枕后部；发动机ECU采用型号为Motec_M84的发动机E⑶；数据采集器采用型号为AM EV04的数据采集器；稳压芯片采用型号为LM2940CSX-5.0的芯片；飞思卡尔单片机采用型号为MC9S12XS128的单片机。
[0022]技术方案中所述的轮速传感器沿着径向安装在立柱的外侧并位于立柱固定螺栓上方的回转壁上为螺纹连接，编码盘采用过盈配合套装在轮毂上，轮速传感器的回转中心与编码盘的回转中心垂直相交，轮速传感器的检测端与编码盘周边窄齿的齿顶对正。
[0023]技术方案中所述的编码盘为齿轮式圆环体件，编码盘的周边沿径向均匀分布有窄齿，并在圆环体的内孔壁处沿轴向均匀分布有4个柱面形宽齿；窄齿齿厚a = 3.0?3.3mm,齿高b = 4.0?4.3mm，齿间距c = 4.1?4.3mm，齿宽d = 4.0?4.2mm，齿数Zl = 35?37 ;宽齿齿宽 e = 13.0 ?13.2mm,齿厚 f = 10.0 ?10.3mm，齿高 g = 2.3 ?2.5mm，齿数Z2 = 4?6，宽齿的内曲率半径与编码盘内孔的曲率半径相等并同心。
[0024]与现有技术相比本发明的有益效果是:
[0025]1.本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统利用CAN总线接收、发送数据，与国内主流FSAE车队采用的星形布线方式相比，CAN总线布线方式能有效减少线束，数据采集更方便、高效；
[0026]2.本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统采集的数据既可储存于SD卡中，也可将数据存储于发动机ECU中，与国内主流FSAE车队采用将数据存储于发动机ECU中的方式相比，将数据存储于SD卡中能显著增大数据存储量，减少发动机ECU数据存储量，提高发动机ECU运行速度；
[0027]3.本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统采集的状态信息能够实时发送到仪表板上，国内主流FSAE车队只能将小部分数据发送到仪表板上，且数据稳定性不够，相比之下，本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统能够采集且发送更多数据，车手能更全面地了解赛车工况，显著提高成绩；
[0028]4.本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统规范地提出了轮速传感器、加速度传感器、转角传感器、悬架位移传感器、GPS定位系统的安装位置及固定方法，国内主流FSAE车队各传感器安装位置及固定方法较为随意，未形成完整体系，相比之下，本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统规范地提出了各传感器安装位置及固定方法，能够精确采集数据，且易于维修；
[0029]5.本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统可以方便地添加其它传感器进行数据采集，国内主流FSAE车队不能破解成品数据采集器的数据格式，开发受限，相比之下，本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统利用型号为STM32的单片机作为主控芯片自行设计数据采集器，扩展性更强。
【附图说明】
[0030]下面结合附图对本发明作进一步的说明:
[0031]图1是本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统的结构原理框图。
[0032]图2是本发明 所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统中所采用的轮速传感器系统结构组成的主视图。
[0033]图3是本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统中所采用的立柱的主视图。
[0034]图4是本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统中所采用的编码盘安装在轮毂上的主视图。
[0035]图5是本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统中所采用的编码盘安装在轮毂上的左视图上的全剖视图。
[0036]图6是本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统中所采用的编码盘的主视图。
[0037]图7是本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统中所采用的编码盘的左视图。
[0038]图8是本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统中所采用的转角传感器安装位置的轴测投影图。
[0039]图9是本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统中所采用的悬架位移传感器装置结构组成的主视图。
[0040]图10是本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统中所采用的悬架位移传感器中桥接螺母结构组成的主视图。
[0041]图11是本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统中所采用的悬架位移传感器中桥接螺母结构组成的主视图上的局部剖视图。
[0042]图中:1.轮速传感器，2.编码盘，3.立柱固定螺栓，4.立柱，5.轮毂，6.轴承，7.转向柱，8.转向器壳，9.转角传感器，10.转角传感器固定片，11.避震器，12.防松螺母，13.悬架位移传感器，14.桥接螺母，15.塞打螺丝，16.螺纹孔，17.螺杆，18.外螺纹，19.放松孔。
【具体实施方式】
[0043]下面结合附图对本发明作详细的描述:
[0044]参阅图1，本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统包括飞思卡尔单片机、传感器组件、GPS定位系统、发动机ECU、数据采集器、电池与稳压芯片共七个部分组成。
[0045]1.所述的飞思卡尔单片机采用型号为MC9S12XS128的单片机，它集成了脉冲计数端口、AD 端口、5V 电压线端口、地线端口、UART_TXD 端口、UART_RXD 端口、CAN_H 端口、CAN_L端口。飞思卡尔单片机能够将轮速传感器1、转角传感器9、悬架位移传感器13以及GPS定位系统采集的模拟信号转换变为数字信号，并通过飞思卡尔单片机的CAN功能将数据打包发送到整车CAN总线上实现共享。
[0046]2.所述的传感器组件包括轮速传感器组件、加速度传感器、转角传感器9与悬架位移传感器13。
[0047]I)参阅图2，所述的轮速传感器组件包括轮速传感器I与编码盘2。
[0048]轮速传感器I采用霍尼韦尔公司的型号为1GT101DC的霍尔式轮速传感器。轮速传感器I通过螺纹连接安装于立柱4的外侧并位于立柱固定螺栓3上方的回转壁上，轮速传感器I的回转中心与编码盘2的回转中心垂直相交，轮速传感器I的检测端与编码盘2周边窄齿的齿顶对正，立柱4通过立柱固定螺栓3固定在车架上。
[0049]参阅图4与图5，所述的编码盘2采用过盈配合套接于轮毂5上，编码盘2宽齿(的左)端面与轴承6内圈(右)端面接触连接，对轴承6起到轴向定位作用，轴承6内圈采用过盈配合套接于轮毂5上，外圈采用过盈配合与立柱4的中心孔壁接触连接。当车轮转动时，编码盘2随轮毂5 —起转动，轮速传感器I能够检测到单位时间内转过的编码盘齿数，从而推算出轮速。
[0050]参阅图6与图7，所述的编码盘2为齿轮式圆环体件，编码盘2的周边沿径向均匀分布有窄齿，并在圆环体的内孔壁处沿轴向均匀分布有4个柱面形宽齿；窄齿齿厚a =3.0 ?3.3mm，齿高 b = 4.0 ?4.3mm，齿间距 c = 4.1 ?4.3mm，齿宽 d = 4.0 ?4.2mm，齿数Zl = 35?37 ;宽齿齿宽e = 13.0?13.2mm,齿厚f = 10.0?10.3mm，齿高g = 2.3?2.5_，齿数Z2 = 4?6，宽齿的内曲率半径与编码盘内孔的曲率半径相等并同心。编码盘2采用合理的齿厚、齿高、齿间距、齿数等参数能够提高轮速传感器I采集数据的精度。
[0051]参阅图1，轮速传感器I共有三根接线，分别是电源线、地线和信号线，电源线接到稳压芯片输出的5V电压上，地线接到稳压芯片的地线上，信号线接到型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机的脉冲计数端口即PTO端口、PTl端口、PT2端口、PT3端口，采集的数据经信号线传递给型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机进行模数转换，型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机的CAN_H端口与整车CAN总线上的CAN_H线连接，型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机的CAN_L端口与整车CAN总线上的CAN_L线连接，型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机直接将采集的数据传输到整车CAN总线。此数据共享到整车CAN总线上后可以在方向盘仪表上实时显示，让车手及时了解赛车车速，从而更好地操控赛车，并为ABS(防抱死系统)控制器的底层算法提供滑移率和车轮角加速度数据。
[0052]2)参阅图1，本发明所述的加速度传感器采用型号为MPU6050的三轴加速度传感器，它通过支架安装在赛车质心处，用来测量整车在横向、纵向和垂向三个方向的加速度。加速度传感器共有四根接线，一根电源线、一根地线、一根CAN_H线和一根CAN_L线，电源线接到稳压芯片输出的5V电压上，地线接到稳压芯片的地线上，CAN_H线接到整车CAN总线上的CAN_H端，CAN_L线接到整车CAN总线上的CAN_L端，采集的数据直接发送到整车CAN总线上。通过加速度传感器可以直观地评价赛车的加速性能、制动效能以及侧向极限。
[0053]3)参阅图8，转角传感器9采用型号为FCP22E的电位器。由于安装型号为FCP22E的电位器需要在面板上预留直径为10.3mm的安装孔，因此需要在转向柱7底端固定一块转角传感器固定片10，其上预留有直径为10.3mm的安装孔，转角传感器9固定端穿过安装孔，其塑料外壳与转角传感器固定面板10接触，通过胶接固定在转角传感器固定片10上，保证转角传感器9具有足够的粘接面积。当转向柱7转动时，转角传感器9随转向柱7转动。
[0054]参阅图1，转角传感器9共有三根接线，分别是电源线、地线和信号线，电源线接到稳压芯片输出的5V电压上，地线接到稳压芯片的地线上，信号线接到飞思卡尔单片机的AD端口即PADOO端口、PADOl端口、PAD02端口、PAD03端口，采集到的数据经信号线传递给型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机进行模数转换后，通过型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机的CAN_H端口与整车CAN总线上的CAN_H端连接，型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机的CAN_L端口与整车CAN总线上的CAN_L端连接，直接将数据传输到整车CAN总线上。它能够清晰记录方向盘每次转动的角度，评价转向系统的灵敏性，了解车手的驾驶习惯。
[0055]4)参阅图9与图10，悬架位移传感器装置由避震器11、防松螺母12、悬架位移传感器13、桥接螺母14、塞打螺丝15组成；悬架位移传感器13采用型号为KPM的直线位移传感器。
[0056]避震器11通过塞打螺丝15与赛车摇臂连接，避震器11的一(左)端通过塞打螺丝15与桥接螺母14 一端的螺纹孔16采用螺纹连接，悬架位移传感器13的伸缩杆左端套装于桥接螺母14的螺杆17上，防松螺母12与桥接螺母14的外螺纹18通过螺纹连接，对悬架位移传感器13进行固定限位。同理，避震器11的另一(右)端采用同样的方式与悬架位移传感器13进行连接及固定限位。当赛车运动时，避震器11产生来回直线运动，悬架位移传感器13随避震器11 一起平行运动。
[0057]参阅图10与图11，桥接螺母14为五段式阶梯轴式结构件，直径从左至右由小到大，左段轴即第一段轴上设置有外螺纹18，第二段轴为螺杆17，中段轴即第三段轴上设置有径向通孔即防松孔19，由桥接螺母14的右端面向左即在桥接螺母14的第五段至第三段轴的回转轴线上设置有用于与塞打螺丝15连接的螺纹孔16，悬架位移传感器13的伸缩杆套装于螺杆17上，外螺纹18用于与防松螺母12连接，通过上述连接，能够将避震器11的运动传递到悬架位移传感器13上。防松孔19用于对两端桥接螺母14进行串联钢丝防松，能够有效防止桥接螺母14松动。
[0058]参阅图1，悬架位移传感器13共有三根接线，分别是电源线、地线和信号线，电源线接到稳压芯片输出的5V电压上，地线接到稳压芯片的地线上，信号线接到飞思卡尔单片机的AD端口 PAD04上，采集到的数据经信号线传递给型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机进行模数转换后，通过型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机的CAN_H端口与整车CAN总线上的CAN_H端连接，型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机的CAN_L端口与整车CAN总线上的CAN_L端连接，直接将数据传输到整车CAN总线上。它能够记录下悬架跳动时的行程变化，对数据进行微分处理后可以得到避震器11振动的偏频和回弹速度，并且可以得出赛车在受侧向加速度 的情况下整车左右质量的平移特性。
[0059]3.参阅图1，所述的GPS定位系统采用型号为S-93的GPS模块，GPS定位系统通过粘接固定在赛车头枕后部，GPS定位系统共有四根接线，电源线、地线和UART_TXD线和UART_RXD线，电源线接到稳压芯片输出的5V电压上，地线接到稳压芯片的地线上，GPS定位系统的UART_TXD线接到型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机的UART_TXD串口，GPS定位系统的UART_RXD线接到型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机的UART_RXD串口，采集到的数据经信号线传递给型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机进行模数转换后，通过型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机的CAN_H端口与整车CAN总线上的CAN_H端连接，型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机的CAN_L端口与整车CAN总线上的CAN_L端连接，直接将数据传输到整车CAN总线上。它能够更准确地监测赛车运动轨迹，便于数据分析。
[0060]4.参阅图1，本发明所述的发动机E⑶采用型号为Motec_M84的发动机E⑶，发动机ECU通过卡箍固定在驾驶舱后部车架上，发动机ECU能够采集发动机的水温、油温、油压、转速等数据，发动机E⑶中的CAN总线将数据发送到整车CAN总线上。发动机E⑶共有四根接线，一根电源线、一根地线、一根CAN_H线和一根CAN_L线，电源线接到电池输出的12V电压上，地线接到车架上，发动机ECU的CAN_H线接到整车CAN_H总线上的CAN_H端，发动机ECU的CAN_L线接到整车CAN总线上的CAN_L端，采集的数据通过发动机ECU的CAN功能直接发送到整车CAN总线上。数据共享到整车CAN总线上后可以在方向盘仪表上实时显示，能够让车手实时了解赛车发动机的运行状况，以便更好地操控赛车。
[0061]5.参阅图1，本发明采用型号为AM EV04的数据采集器，型号为AM EV04的数据采集器利用型号为STM32F207VG的单片机作为主控芯片，型号为STM32F207VG的单片机通过自身CAN总线与整车CAN总线实现通信。数据采集器共有四根接线，一根电源线、一根地线、一根CAN_H线和一根CAN_L线，电源线接到电池输出的12V电压上，地线接到车架上，型号为STM32F207VG的单片机的CAN_H线接到整车CAN总线上的CAN_H端，型号为STM32F207VG的单片机的CAN_L线接到整车CAN总线上的CAN_L端，通过型号为STM32F207VG的单片机的CAN功能，数据采集器能够实时读取整车CAN总线上的各项数据并存储到SD卡中。
[0062]6.参阅图1，本发明所述的电池采用额定电压为12V的磷酸铁锂电池，电池共有两根线，一根12V火线，一根地线，12V火线接到稳压芯片的12V电压输入端，地线接到稳压芯片的地线输入端。它能够为所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统提供稳定电压。
[0063]7.参阅图1，本发明所述的稳压芯片采用型号为LM2940CSX-5.0的芯片，稳压芯片共有两根线，一根5V火线，一根地线，5V火线接到型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机的5V电压输入端，地线接到型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机的地线输入端，它能够将电池提供的12V电压转换为5V电压，输出的5V电压能够为型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机、轮速传感器1、转角传感器9、悬架位移传感器13、加速度传感器以及GPS定位系统提供稳定电压。
[0064]基于多传感器的赛车状态信息采集系统的工作原理:
[0065]本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统利用轮速传感器1、GPS定位系统、转角传感器9、悬架位移传感器13采集赛车运行过程中轮速、运行轨迹、方向盘转角、悬架跳动行程变化等模拟信号，通过型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机将模拟信号转换为数字信号，并通过型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机的CAN功能将数据打包发送到整车CAN总线上实现共享，加速度传感器与发动机ECU采集的信号直接发送到整车CAN总线上实现共享。数据采集器利用型号为STM32F207VG的单片机的CAN模块与整车CAN总线实现通讯，实时采集整车CAN总线上的数据，并将其存储到SD卡中。
[0066]本发明所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统通过型号为MC9S12XS128的飞思卡尔单片机、传感器组件、GPS定位系统、发动机ECU、数据采集器、电池与稳压芯片共七个部分之间的相互通信与协作，构成一个较为完善的数据采集系统，能够实现其基本功能，且易于扩展和开发。
【主权项】
1.一种基于多传感器的赛车状态信息采集系统，其特征在于，所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统包括飞思卡尔单片机、传感器组件、GPS定位系统、发动机ECU、数据采集器、电池与稳压芯片； 所述的传感器组件包括轮速传感器组件、加速度传感器、转角传感器(9)与悬架位移传感器(13)，轮速传感器组件包括轮速传感器(I)与编码盘(2); 电池的12V输出端与稳压芯片的12V电压输入端电线连接，电池的地端GND与稳压芯片的地端电线连接，轮速传感器(I)、加速度传感器、转角传感器(9)、悬架位移传感器(13)、GPS定位系统与飞思卡尔单片机的5V电压输入端和稳压芯片的5V电压输出端电线连接，发动机ECU、数据采集器的12V电压输入端和电池的12V输出端电线连接；轮速传感器(I)、加速度传感器、转角传感器(9)、悬架位移传感器(13)、GPS定位系统与飞思卡尔单片机的地端GND和稳压芯片的地端电线连接；发动机ECU、数据采集器的地端GND和电池的地端GND电线连接； 轮速传感器(I)信号线与飞思卡尔单片机的脉冲计数端口线连接，转角传感器(9)信号线与飞思卡尔单片机的AD端口连接，悬架位移传感器(13)的信号线与飞思卡尔单片机的AD端口连接，GPS定位系统的UART_TXD线与飞思卡尔单片机的UART_TXD串口连接，GPS定位系统的UART_RXD线与飞思卡尔单片机的UART_RXD串口连接。2.按照权利要求1所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统，其特征在于，所述的飞思卡尔单片机、加速度传感器、发动机ECU与数据采集器上的CAN_H端口与CAN_L端口分别和整车CAN总线上的CAN_H与CAN_L线连接。3.按照权利要求1所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统，其特征在于，所述的轮速传感器(I)采用型号为1GT101DC的霍尔式轮速传感器；转角传感器(9)采用型号为FCP22E的电位器；加速度传感器采用型号为MPU6050的三轴加速度传感器；悬架位移传感器(13)采用型号为KPM的直线位移传感器；GPS定位系统采用型号为S-93的GPS模块，GPS定位系统通过粘接固定在赛车头枕后部；发动机ECU采用型号为Motec_M84的发动机E⑶；数据采集器采用型号为AM EV04的数据采集器；稳压芯片采用型号为LM2940CSX-5.0的芯片；飞思卡尔单片机采用型号为MC9S12XS128的单片机。4.按照权利要求1所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统，其特征在于，所述的轮速传感器⑴沿着径向安装在立柱⑷的外侧并位于立柱固定螺栓(3)上方的回转壁上为螺纹连接，编码盘(2)采用过盈配合套装在轮毂(5)上，轮速传感器(I)的回转中心与编码盘(2)的回转中心垂直相交，轮速传感器(I)的检测端与编码盘(2)周边窄齿的齿顶对正。5.按照权利要求1所述的基于多传感器的赛车状态信息采集系统，其特征在于，所述的编码盘(2)为齿轮式圆环体件，编码盘(2)的周边沿径向均匀分布有窄齿，并在圆环体的内孔壁处沿轴向均匀分布有4个柱面形宽齿；窄齿齿厚a = 3.0?3.3mm,齿高b = 4.0?4.3mm，齿间距c = 4.1?4.3mm，齿宽d = 4.0?4.2mm，齿数Zl = 35?37 ;宽齿齿宽e =13.0 ?13.2mm,齿厚 f = 10.0 ?10.3mm，齿高 g = 2.3 ?2.5mm，齿数 Z2 = 4 ?6，宽齿的内曲率半径与编码盘内孔的曲率半径相等并同心。
【专利摘要】本发明公开了一种基于多传感器的赛车状态信息采集系统,为克服赛车数据采集系统功能简单、数据采集困难及共享性差的问题；其包括飞思卡尔单片机、轮速传感器、GPS定位系统、发动机ECU、数据采集器、电池与稳压芯片。电池、稳压芯片与飞思卡尔单片机依次连接，轮速传感器、加速度传感器、转角传感器、悬架位移传感器、GPS定位系统与飞思卡尔单片机和稳压芯片5V端连接，发动机ECU、数据采集器和电池的12V端连接；轮速传感器信号线与飞思卡尔单片机的脉冲计数端口连接，转角传感器信号线与悬架位移传感器信号线和飞思卡尔单片机的AD端口连接，GPS定位系统和飞思卡尔单片机的UART_TXD串口与UART_RXD串口连接。
【IPC分类】G05B19/042
【公开号】CN104898503
【申请号】CN201510207773
【发明人】朱冰, 代凯, 李建平, 蔺煜新, 阙高蓉, 袁晶鑫
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月27日
最新回复(0)