專(zhuān)利名稱(chēng)：一種車(chē)輛底盤(pán)測(cè)功機(jī)系統(tǒng)中測(cè)量相位差的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車(chē)輛測(cè)量技術(shù)，尤其是車(chē)輛底盤(pán)測(cè)功機(jī)系統(tǒng)中測(cè)量相位差的方法。
背景技術(shù)：
通常，車(chē)輛底盤(pán)測(cè)功機(jī)系統(tǒng)中測(cè)量相位差的方法大體上可分為2類(lèi)。
一類(lèi)是采用部分模擬器件，結(jié)合數(shù)字化編程的方法。數(shù)字鑒相器是這類(lèi)模數(shù)結(jié)合的典型。所謂數(shù)字鑒相器，是指先將兩路正弦信號(hào)經(jīng)過(guò)整形電路變換為方波，再經(jīng)過(guò)測(cè)相邏輯電路(異或)，然后在輸出信號(hào)的正脈沖內(nèi)填入高速脈沖，通過(guò)記錄填入的脈沖數(shù)測(cè)得相位差。由于單片機(jī)自身會(huì)產(chǎn)生高速的數(shù)字時(shí)鐘脈沖，所以很多情況下可以直接利用單片機(jī)的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行相位測(cè)量。
另一類(lèi)是采用純軟件編程，重要的是選擇合適的數(shù)據(jù)處理算法。但很多算法都有自身的局限性。譬如最具代表性的相關(guān)運(yùn)算方法，是將兩路信號(hào)相乘，取平均得到直流分量，進(jìn)行反余弦變換后得相位差。其缺點(diǎn)是存在死區(qū)，當(dāng)相位差的范圍涵蓋第二、三象限，即相位差值在(90°，270°)之間時(shí)，同一直流分量的反余弦變換可能對(duì)應(yīng)兩個(gè)角度值，此時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不能分辨出哪一個(gè)角度才是正確的相位差。所以說(shuō)二、三象限存在死區(qū)。又如傳統(tǒng)的快速傅立葉變換求相位差法，因?yàn)檫\(yùn)算量大，運(yùn)算時(shí)間長(zhǎng)，所以對(duì)處理器的要求很高。一般適用于采用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)作為核心器件的系統(tǒng)中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種既能直接計(jì)算出相位差，又能滿(mǎn)足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性控制要求的方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的解決方案是一種車(chē)輛底盤(pán)測(cè)功機(jī)系統(tǒng)中測(cè)量相位差的方法，采用如下步驟將采集卡的采樣率和采樣點(diǎn)數(shù)設(shè)到足夠高；將每次采集的ak個(gè)樣本點(diǎn)分為n組，采用模塊對(duì)每一組的ak/n個(gè)樣本點(diǎn)進(jìn)行處理，得到1個(gè)相位值；判斷該相位值是否位于(0°，-270°)之間，是則加上360°；
將2路信號(hào)的相位值相減，得ak/n組樣本點(diǎn)的ak/n個(gè)相位差；判斷以上ak/n個(gè)相位差是否都大于零，否則加上360°；對(duì)以上ak/n個(gè)相位差求平均。
進(jìn)一步，采樣率設(shè)為200k，使用2個(gè)通道，每通道每次采樣點(diǎn)數(shù)設(shè)為15k，即前述a的數(shù)值為15；在所用于的底盤(pán)測(cè)功機(jī)測(cè)試系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)軸輸出的載荷從空載到輕載、重載直至滿(mǎn)載變化時(shí)，兩輸出電動(dòng)勢(shì)的相位差的變化范圍在(90°，270°)，該相位差與轉(zhuǎn)矩值成正比關(guān)系；所使用的采集卡具有12位精度，200k的采樣速率，16路模擬輸入通道，2路模擬輸出通道，8路數(shù)字輸出通道；所使用的采集卡是National Instrument的6025采集卡；所述的采集卡直接采集原始的模擬信號(hào)，中間不經(jīng)過(guò)任何調(diào)理電路，然后采用Labview編程語(yǔ)言中的“Extract Single Tone Information.vi”子模塊，直接得到兩路模擬信號(hào)的相位后相減，即得相位差；所述的模塊能接受輸入一組時(shí)域信號(hào)，輸出這組信號(hào)峰值對(duì)應(yīng)的幅值、頻率和相位。
在實(shí)際應(yīng)用中，只需根據(jù)具體情況，對(duì)a、n賦予不同數(shù)值即可。
由于采用了上述方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)首先，系統(tǒng)的處理速度快，能滿(mǎn)足瞬態(tài)加載、實(shí)時(shí)控制的要求；其次，節(jié)省了一部分硬件成本，提高了底盤(pán)測(cè)功機(jī)系統(tǒng)的綜合競(jìng)爭(zhēng)力；再次，恰好能避開(kāi)本系統(tǒng)的相位差初值等于180°的死區(qū)；最后，不采用任何模擬器件，避免了周?chē)h(huán)境對(duì)相位差計(jì)算精度的影響。


圖1是本發(fā)明應(yīng)用的一種底盤(pán)測(cè)功機(jī)測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明測(cè)量方法流程框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的應(yīng)用對(duì)象——底盤(pán)測(cè)功機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的一種實(shí)施例如圖1所示，在底盤(pán)測(cè)功機(jī)測(cè)試系統(tǒng)中，采用了磁電型相差式轉(zhuǎn)矩傳感器來(lái)求力矩。這類(lèi)力矩傳感器的特征是在外加轉(zhuǎn)矩為零時(shí)，即不輸給動(dòng)力時(shí)，兩個(gè)線(xiàn)圈中的電動(dòng)勢(shì)有一個(gè)恒定的初始相位差，它只與兩個(gè)齒輪在軸上的安裝的相對(duì)幾何位置和兩磁芯的固定位置有關(guān)，一般規(guī)定為180°；而當(dāng)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)矩加到額定值時(shí)，此時(shí)的相位差為90°。轉(zhuǎn)軸輸出的載荷從空載到輕載、重載直至滿(mǎn)載變化時(shí)，兩輸出電動(dòng)勢(shì)的相位差的變化范圍在(90°，270°)，該相位差與轉(zhuǎn)矩值成正比關(guān)系。
采集卡直接采集原始的模擬信號(hào)，中間不經(jīng)過(guò)任何調(diào)理電路，然后采用Labview編程語(yǔ)言中的“Extract Single Tone Information.vi”子模塊，直接得到兩路模擬信號(hào)的相位后相減，即得相位差。
虛線(xiàn)框內(nèi)是與本發(fā)明相關(guān)的硬件系統(tǒng)。具體的信號(hào)流程如下由扭矩傳感器1檢測(cè)并輸出2路模擬電信號(hào)，信號(hào)調(diào)理模塊2將這2路模擬電信號(hào)調(diào)理為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)后，被PCI接口數(shù)據(jù)采集卡3采集并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，最后由計(jì)算機(jī)4處理，得出2路信號(hào)的相位差(即力矩值)。其中，數(shù)據(jù)采集卡3采用的是具有12位精度，200k的采樣速率，16路模擬輸入通道，2路模擬輸出通道和8路數(shù)字輸入/輸出通道的采集卡，例如National Instrument的6025采集卡。計(jì)算機(jī)4的編程語(yǔ)言是National Instrument開(kāi)發(fā)的Labview。
在計(jì)算機(jī)4中，詳細(xì)的數(shù)據(jù)處理方法的一種實(shí)施例流程圖如圖2所示。首先將采集卡的采樣率和采樣點(diǎn)數(shù)設(shè)到足夠高，在本實(shí)施例中，采樣率設(shè)為200k，只使用2個(gè)AD轉(zhuǎn)換通道，每通道每次采樣點(diǎn)數(shù)設(shè)為15k，這樣才能保證有足夠多的樣本點(diǎn)參與計(jì)算。當(dāng)然，只要能滿(mǎn)足要求，采用其他數(shù)值的采樣率、通道、每通道每次采樣點(diǎn)數(shù)也是可以的。數(shù)據(jù)處理過(guò)程如下第一步，將每次采集的15k個(gè)樣本點(diǎn)分為n組；第二步，采用典型模塊“Extract Single ToneInformation.vi”，對(duì)每一組的15k/n個(gè)樣本點(diǎn)進(jìn)行處理，得到1個(gè)相位值。一般而言，該模塊有2個(gè)功能，其一是輸入一組時(shí)域信號(hào)，可獲得相應(yīng)的頻譜信號(hào)；其二是輸入一組時(shí)域信號(hào)，可獲得這組信號(hào)峰值對(duì)應(yīng)的幅值、頻率和相位。本發(fā)明應(yīng)用的是后一種功能。該模塊不可被一般模塊代替，因?yàn)橐话隳K通常只能輸出峰值對(duì)應(yīng)的幅值，不能輸出頻率和相位；第三步，判斷該相位值是否位于(0°，-270°)之間，是則加上360°；第四步，2路信號(hào)的相位值相減，得15k/n組樣本點(diǎn)的15k/n個(gè)相位差；第五步，判斷以上15k/n個(gè)相位差是否都大于零，否則加上360°；第六步，對(duì)以上15k/n個(gè)相位差求平均。這樣，每采樣15k個(gè)點(diǎn)能得到1個(gè)相位差，1s時(shí)間內(nèi)大約可得8個(gè)相位差(200k/(2*15k))，完全能滿(mǎn)足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性測(cè)試要求。
權(quán)利要求
1.一種車(chē)輛底盤(pán)測(cè)功機(jī)系統(tǒng)中測(cè)量相位差的方法，其特征在于采用如下步驟將采集卡的采樣率和采樣點(diǎn)數(shù)設(shè)到足夠高；將每次采集的ak個(gè)樣本點(diǎn)分為n組，采用模塊對(duì)每一組的ak/n個(gè)樣本點(diǎn)進(jìn)行處理，得到1個(gè)相位值；判斷該相位值是否位于(0°，-270°)之間，是則加上360°；將2路信號(hào)的相位值相減，得ak/n組樣本點(diǎn)的ak/n個(gè)相位差；判斷以上ak/n個(gè)相位差是否都大于零，否則加上360°；對(duì)以上ak/n個(gè)相位差求平均。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)輛底盤(pán)測(cè)功機(jī)系統(tǒng)中測(cè)量相位差的方法，其特征在于采樣率設(shè)為200k，使用2個(gè)通道，每通道每次采樣點(diǎn)數(shù)設(shè)為15k，即所述a的數(shù)值為15。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)輛底盤(pán)測(cè)功機(jī)系統(tǒng)中測(cè)量相位差的方法，其特征在于在所用于的底盤(pán)測(cè)功機(jī)測(cè)試系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)軸輸出的載荷從空載到輕載、重載直至滿(mǎn)載變化時(shí)，兩輸出電動(dòng)勢(shì)的相位差的變化范圍在(90°，270°)，該相位差與轉(zhuǎn)矩值成正比關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)輛底盤(pán)測(cè)功機(jī)系統(tǒng)中測(cè)量相位差的方法，其特征在于所使用的采集卡具有12位精度，200k的采樣速率，16路模擬輸入通道，2路模擬輸出通道，8路數(shù)字輸出通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的車(chē)輛底盤(pán)測(cè)功機(jī)系統(tǒng)中測(cè)量相位差的方法，其特征在于所使用的采集卡是National Instrument的6025采集卡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)輛底盤(pán)測(cè)功機(jī)系統(tǒng)中測(cè)量相位差的方法，其特征在于所述的采集卡直接采集原始的模擬信號(hào)，中間不經(jīng)過(guò)任何調(diào)理電路，然后采用Labview編程語(yǔ)言中的“Extract Single Tone Information.vi”子模塊，直接得到兩路模擬信號(hào)的相位后相減，即得相位差。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車(chē)輛底盤(pán)測(cè)功機(jī)系統(tǒng)中測(cè)量相位差的方法，其特征在于所述的模塊能接受輸入一組時(shí)域信號(hào)，輸出這組信號(hào)峰值對(duì)應(yīng)的幅值、頻率和相位。
全文摘要
一種車(chē)輛底盤(pán)測(cè)功機(jī)系統(tǒng)中測(cè)量相位差的方法將采集卡的采樣率和采樣點(diǎn)數(shù)設(shè)到足夠高；將每次采集的ak個(gè)樣本點(diǎn)分為n組，采用模塊對(duì)每一組的ak/n個(gè)樣本點(diǎn)進(jìn)行處理，得到1個(gè)相位值；判斷該相位值是否位于(0°，－270°)之間，是則加上360°；將2路信號(hào)的相位值相減，得ak/n組樣本點(diǎn)的ak/n個(gè)相位差；判斷以上ak/n個(gè)相位差是否都大于零，否則加上360°；對(duì)以上ak/n個(gè)相位差求平均；在所用于的底盤(pán)測(cè)功機(jī)測(cè)試系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)軸輸出的載荷從空載到輕載、重載直至滿(mǎn)載變化時(shí)，兩輸出電動(dòng)勢(shì)的相位差的變化范圍在(90°，270°)，該相位差與轉(zhuǎn)矩值成正比關(guān)系；既能直接計(jì)算出相位差，又能滿(mǎn)足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性控制要求。
文檔編號(hào)G01M17/007GK1800806SQ200410081870
公開(kāi)日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2004年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月31日
發(fā)明者羅如忠, 龍光展, 李海娟 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司