一种丘陵山地果园轮式运输机路谱测试系统的制作方法

本发明涉及一种路谱采集与处理系统，特别涉及一种丘陵山地果园轮式运输机路谱测试系统。

背景技术：

目前对于山地果园轮式运输机的研究主要集中在对机械结构方面的研究，如车架、自装卸结构和变速器等方面，而针对去领山地路面不平度对轮式车辆结构的影响鲜有研究。路面不平度是引起轮式运输机结构或零部件疲劳损伤的主要输入之一，是影响轮式车辆悬架、底盘和车身等结构疲劳的根本因素。

轮式车辆行驶时，路面不平度和车速形成了对汽车振动系统的“输入”；此“输入”经过轮胎、悬架、坐垫等弹性、阻尼元件和悬挂、非悬挂质量构成的振动系统传递，得到振动系统的“输出”是悬挂质量或进一步传至所运输果品的加速度，此加速度通过所运输果品或货物的完好度来评价。

目前国内外学者研究路谱多借助gis、ar和激光接触等技术，且研究对象多为地势平坦的水泥路面，然而丘陵山地果园轮式运输机的工作环境与一般的公路车辆相比更为复杂多变，所以目前并没有适用于丘陵山地果园轮式运输机等工作环境相对苛刻、路面复杂多变的路谱测试系统。因此，设计一套结构精简、结果准确的丘陵山地果园轮式运输机路谱测试系统，对于进一步系统化的研究如何提高丘陵山地果园轮式运输机行驶平顺性、零部件寿命和提高所运输果品的完好度具有重要意义。

技术实现要素：

为了解决现有技术所存在的问题，本发明提供一种结构简单、使用范围广、实验结果准确的丘陵山地果园轮式运输机路谱测试系统。

本发明采用下述技术方案实现：一种丘陵山地果园轮式运输机路谱测试系统，包括依次连接的五轮仪、单轴加速度传感器、ni数据采集卡和ni控制箱，单轴加速度传感器检测原始的路面加速度时域信号；

所述路面加速度时域信号经ni数据采集卡传输至ni控制箱，然后采用低通滤波和小波去噪过滤掉路面加速度时域信号中的噪音，再通过时域积分得到路面位移时域信号，最后将路面位移时域信号经过fft变换得到路面功率谱密度曲线，从而完成路谱的采集，得到各种不同路况的原始路面不平度激励信号。

优选地，在轮式运输机的车厢背面安装一块连接板，所述五轮仪通过螺栓固定连接至车厢背面。所述五轮仪的前端采用铰接的连接方式。

优选地，所述丘陵山地果园轮式运输机路谱测试系统设置在实验振动台上，实验振动台设置成垂直振动；所述单轴加速度传感器用于测量振动台的垂直振动，安装在五轮仪的车轴上且垂直贴在实验振动台的表面。

优选地，所述单轴加速度传感器采用压电加速度传感器。

优选地，所述丘陵山地果园轮式运输机路谱测试系统还包括相连接的霍尔速度传感器、速度显示器，霍尔速度传感器与五轮仪连接，速度显示器与ni控制箱连接。

优选地，所述丘陵山地果园轮式运输机路谱测试系统还包括与ni控制箱连接的上位机。

本发明相对现有技术具有如下的优点及有益效果：

1、本发明路谱测试系统具有频谱测量、波形输出显示、fft变换和数据保存等功能。频谱测量能通过转换，把复杂的信号分成简单信号的组合，从而更容易看出信号特征。波形输出显示将单轴加速度传感器采集到的信号实时显示出来。在本测试系统中，通过对数据的存储，可以随时反复查看路面不平度信号的采集；其中，数据的存取可以通过写入电子表格vi和读取电子表格vi实现。

2、本系统通过加速度传感器能够实现加速度原始信号的采集，但是采集到的原始加速度信号中不可避免的包含着多种噪声，本系统首先对原始加速度信号进行低通滤波和小波去噪处理，不仅将原始加速度信号波形中的毛刺过滤掉并且可以将图像特性保存好，更容易看出信号的特点。

3、本系统中硬件部分的五轮仪可以灵活的安装在多种轮式车辆上，并且可以通过优化安装方式和数据采集方式，更精确地采集车辆的速度信息。

4、本系统中采集的路面不平度激励信号主要是垂直方向的，通过将加速度传感器垂直贴在实验振动台的表面，并且振动台设置成垂直振动，可以显著提高数据采集的准确度。

附图说明

图1是本发明硬件系统的结构示意图；

图2是本发明采集系统工作流程图。

具体实施方式

下面结合实时例及附图对本发明做进一步的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1，本丘陵山地果园轮式运输机路谱测试系统包括五轮仪、单轴加速度传感器、ni数据采集卡、ni控制箱、速度显示器、霍尔速度传感器和上位机，ni控制箱分别与速度显示器、ni数据采集卡、上位机连接，五轮仪分别与单轴加速度传感器、霍尔速度传感器连接；单轴加速度传感器检测的加速度通过ni数据采集卡采集后输入到ni控制箱；霍尔速度传感器检测的速度输入到速度显示器进行显示，最后在ni控制箱进行处理。

在轮式运输机的车厢背面安装一块连接板，所述五轮仪通过四个螺栓固定连接至车厢背面，并且五轮仪前端采用铰接的连接方式使得五轮仪能跟随车辆一起转向。当车辆行驶在不同路况时霍尔传感器都可以实时检测车辆速度，并且在微处理器的控制下，完成速度数据采集，并且将数据传送至速度显示器进行显示并保存。五轮仪测速范围是0-120.0km/h，分辨率是0.1km/h，精度是1％。

所述单轴加速度传感器用于测量振动，位于系统的最前端，通过超能胶和胶布安装在五轮仪的车轴上；采用pcb352c33加速度传感器，属于压电加速度传感器，具有较高的灵敏度和分辨率。由于本系统主要采集路面的垂直方向激励，因此安装的时候要确保单轴加速度传感器的方向垂直朝上，具体可以为将加速度传感器垂直贴在实验振动台的表面，实验振动台设置成垂直振动，从而把垂直方向的振动量转化为与其对应成正比的电信号，并传输给与ni数据采集卡。由于单轴加速度传感器是在户外进行工作，因此布线的时候要贴紧五轮仪，避免作业的时候与周围的障碍物有牵扯，防止线的扯断，从而提高系统硬件部分工作可靠性。

实验振动台可采用吸合式电磁振动台，型号是longdate，可检测的频率范围是0.5-5000hz，电源电压是220v。振动台具有pid调节功能、抗干扰电路和工作时间设定器。振动台振动的工作频率分为35hz、40hz与45hz，振幅分为25mm、45mm与65mm，实际工作时可根据需要进行频率和振幅的选择。

ni控制箱采用daq-9174控制箱，为一款4槽控制箱，可通过安装的硬件定时数字nic系列模块来访问这些计数器，能在涉及脉冲序列生成、周期或频率测量等领域上使用。ni数据采集卡的输入电压范围在-10～10v之间；耦合方式灵活多变，包括dc、ac、iepe、teds；动态范围为120db；采样频率为204.8khz/102.4khz，每个通道同步并行采样，有16个同步输入通道和4个信号源输出，能实现数据采集与信号分析、数据记录、振动噪声综合测试等功能。

ni数据采集卡采集到的电信号为加速度时域信号，一般夹杂着噪声信号。所述噪声信号包括发动机的振动和其他干扰信号，这些噪声信号会使后面所得到的位移信号失真；因此，为了在后面的分析中得到精确(即不失真)的位移信号，有必要进行路面不平度激励信号的去噪处理。本系统对采集到的原始加速度时域信号首先进行低通滤波处理，以过滤掉来自ni数据采集卡和ni控制箱等硬件部分的噪声，然后进行小波变换进一步去掉噪声频率成分的同时将图像特性保存好，并且更容易看出加速度信号的特点。

为了将所采集到的加速度时域信号转换成位移时域信号，需要对低通滤波后的加速度时域信号进行两次时域积分变换。本系统采集到的加速度时域信号，对于路谱测量来说，路面不平度信号一般集中在低频范围内，而单轴加速度传感器的低频测试精度不够高，很小的测量误差都会引起最终结果较大的变动。因此在测量路面不平度激励信号时，本系统采用首先对加速度时域信号进行两次时域积分得到位移时域信号，再转换成位移频域信号。为了将路面不平度激励信号导入其他软件中来研究路谱对于车辆各项性能的影响，需要进一步将位移时域信号通过fft变换，转换成路面功率谱密度曲线，从而得到精确的路谱信息，来直观表明路面不平度激励信号在各个频率上的集中情况。

从以上可知，本路谱测试系统以labview为上位机平台，通过ni控制箱9174、ni数据采集卡9234与单轴加速度传感器pcb352c33设计出加速度采集平台，车辆速度以ctm-8w五轮速度传感器为基础，pcb352c33单轴加速度传感器采集到原始的路面加速度时域信号，经ni数据采集卡9234传输至ni控制箱，然后采用低通滤波和小波去噪过滤掉原始加速度时域信号中的噪音，再通过两次时域积分得到位移时域信号，最后将路面位移时域信号经过fft变换得到路面功率谱密度曲线，从而完成路谱的采集，得到各种不同路况的原始路面不平度激励信号。本测试系统可以应用于丘陵山地果园轮式运输机上，以安装在五轮仪上的速度传感器和加速度传感器进行速度与加速度的检测，通过对振动与速度信号进行采集、显示、分析和处理，从而得出不同路况的路面不平度激励信号，进而根据车辆的特殊工作环境对车辆悬架、车身、底盘等进行优化设计。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质和原理下所做的改变、修改、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。