基于Vbox3i数据采集系统在汽车性能测试的研究

邢耀文¹，侯宇豪¹，刘诗琼 ¹
(1.湖北汽车工业学院  汽车工程学院，湖北 十堰 442002)

1 引言

随着汽车行业的不断发展，人与汽车的关系愈加密切，同时汽车的质量与性能也越来越重要。汽车试验作为保证汽车质量，提高产品性能的重要研究手段，受到了生产厂家以及用户的重视。汽车试验通过道路试验，利用专业的试验设备与仪器采集数据并记录试验过程，通过数据处理分析精确掌握车辆各类指标。早期的车辆试验都是通过现有道路进行，但是随着汽车工业的发展，道路试验已经被汽车试验场所取代。过去常用的车辆测试检测设备受到软件与硬件的局限，导致不能在测试过程中精确的反映车辆真实数据，主要表现在只能显示最终结果，而不能实时精确的记录整个试验过程，对于采集数据不能现场处理，设备携带不便，安装复杂，调试时间长等问题。通过全球定位系统(GPS ) Global Position System)利用卫星精准定位，可以实时的获得运动物体的空间位置坐标，信号阀盖全球，不受用户数量的限制，实质性测量单元(IMU) C Inertial easurement Unit)可以实现对运动物体的加速度、航向角、动力性、制动性等姿态信息的测量，且工作过程不受外界环境干扰。

2 汽车性能测试基本内容

汽车性能测试通常以加速度、制动距离、航向、偏离角、侧偏力等多个参数作为评价标准。汽车动力性能测试，测量的参数指标有最高车速、加速时间、纵向加速度、测向加速度。通过使用vbox3i（Racelogic公司第三代GPS数据采集器）来精确记录采集实时数据进行分析，通过IMU集成，USB和蓝牙连接，紧凑型闪存卡记录以及用于语音标记的音频功能，利用来自RACELOGIC IMU的数据，并使用卡尔曼滤波器来改善实时测量的所有参数。IMU集成可确保在通常由树木，建筑物和桥梁造成的不可靠卫星接收区域中获得准确的测试结果。

3 汽车测试采用的设备及软件

VBOX 3i代表了Racelogic公司的第三代GPS数据采集器。使用了强大的GPS引擎，以100Hz的频率记录GPS和其他数据信息，被记录的数据直接存储在闪存卡中以便于传输给PC机。

VBOX3i数据采集系统对卫星信号的准确接收，能实现对车辆位移、时间、速度、加速度值、减速度、时间和制动、滑行、急速距离等参数的实时精确记录，后期还能实现上述数据的回放。通过外接测试模块与传感器可扩充其测试功能如:采集油耗、温度、加速度、角速度及角度、转向角速度及角度、转向力矩、制动踏板力、制动踏板位移、制动风管压力、车辆CAN接口信息等其它许多数据。

设备在汽车试验场环境条件下可以实现的试验有:滑行试验、油耗试验、爬坡性能测试试验;最高车速试验、加速性能试验、制动性能试验、操纵稳定性试验、最小稳定车速试验、最小转弯直径测量试验、制动踏板力测量试验、制动踏板行程测量试验、制动管路压力测量试验、汽车防抱死制动系统性能试验、温度测量试验、里程、速度表校验试验。

图1汽车检测系统硬件组成

4  系统硬件配置

该检测系统的组成：测试引擎、信号提取装置、计算机测量、控制和显示系统。这个系统通过传感器，数据采集卡和设备软件的自由组合来实现相应功能。数据采集卡由传感器采集来自车辆的信号，然后由电脑上的vboxtools软件进行处理。如下图4-1所示为系统硬件组成：

图2汽车检测系统硬件组成

5 信号采集处理

采集的信号经虚拟通道传到电脑，通过分析、处理并显示。把不需要的干扰信号通过计算机过滤掉，然后输入到计算机。

6 车辆检测配适

通过vbox3i设备进行汽车性能测试需要满足如下几个条件:

（1）信号

由于VBOX3i设备的数据采集与记录都是基于接收来自GPS卫星的信号，从而达到一个较高精度的实验数据记录结果。故而，首先要确保设备能采集到卫星信号，其次，由于GPS卫星定位需要多颗卫信号的叠加才能实现准确定位，因此对于采集到的卫星数量也是有要求的。VBOX3i最优的测试条件是能采集到7-12颗卫星，但当最优测试条件不能满足时，在最少接收到5颗卫星信号时VBOX3i也能正常运行。设备周边的物体，如:高的建筑物或者树木可能会导致接收到信号的卫星数的减少从而导致降低设备采集到数据的精确性，在开阔的测试环境如汽车试验场能够保证设备的型号接收。但是云彩或者是其他气象原因是不会对VBOX3i接收卫星信号产生影响的。

（2）电源

VBOX3i能接受的供电电压为直流7-30V。较低的电量消耗同时也延长了电池的使用寿命。VBOX3i采用的是点烟器电源插头，所以可以有两种供电方式: a.通过点烟器插口让车辆给VBOX3i进行供电。b.将电源插头转接到移动电源盒取电，电压不能超过VBOX3i的最高电压值，直流30V否则将会由于接入电压过高而造成设备受损。主机在长时间的采集运行后会有发热，将主机安放在副驾驶平台上较优，可以使设备通风良好，减少机器发热。

7 汽车测试操作步骤

VBOX测试套件基于‘Report Generator’数据处理引擎的，可以通过从计算机上的程序列表中选择VBOX测试套件来启动它，也可以通过启动配置（.vbts）文件来启动它。通过主程序列表启动时，将向用户显示一个预加载的“工作区”，并且该软件将“脱机”准备接受已保存的数据文件（.vbo或.dbn文件）。如果用户通过.vbts文件启动软件，它将以与.vbts文件中保存的相同设置启动。

7.2 汽车航向角、侧向加速度性能测试应用

1.将GPS天线放置车顶远离车顶护栏的车顶中心，以避免遮蔽GPS信号。

2. 把天线的金色SMA接头接入到VBOX 3i中

3.连接电源线待指示灯点亮时即可开始测试

3.1 测试前按下F11或单击Source设置实时模式；

3.2 设置航向角以及侧向加速度试验任务，创建测试文档；

3.3 创建实时窗口显示实时数据；

3.4 单击Start或按下F2开始检查Vbox数据进行测试测试。

图3航偏角数据图

4. 启动车辆在vbox3i默认模式下会记录车辆速度为0.5Km/h以上的数据，当速度低于0.5Km/h时会停止记录。VBOX 3i面板上的CF指示灯呈蓝色时表明数据正在记录到CF卡中。用VBOX 3i完成一次测试停下来后，在移动CF卡前请确保蓝色CF指示灯已停止闪烁。在任何时候按下“LOG”键来关闭当前文件都会使记录停止录入。

图4测向加速度数据图

8 结论

本文针对汽车性能测试问题通过使用vbox3i以及vboxtools软件完成了对汽车性能测试数据采集、数据处理工作。VBOX测试系统工作稳定，数据现场处理与后期处理能力强，且较好地适应各类车型试验。本文构建了由VBOX测试系统与陀螺仪、单精度GPS组成的车辆数据采集系统，对提高数据采集精度与优化试验流程进行了分析。最终通过详细步骤获取车辆速度、航向角、侧向加速度、纵向加速度等数据，为车辆的动力性、操纵稳定性等测试提供了详实的数据保障。

参考文献

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刘礼解,马骏.VBOX3i数据采集系统在汽车性能测试的应用研究[J].汽车实用技术,2017(04):135-136.
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张凯轩,徐霖.汽车操纵稳定性试验与评价标准研究[J].北京汽车,2021(01):1-5.
张杰.汽车制动性概述与制动性检测方法研究[J].内燃机与配件,2019(22):101-102.