Гироскопический измеритель динамических характеристик автомобиля

Система измерения динамических характеристик автомобиля на трехосном акселерометре/гироскопе.

Пассивная система, не требующая подключения к бортовому компьютеру автомобиля, достаточно жестко установить ее внутри салона.

После включения система начинает получать данные об ускорениях и поворотах в реальном времени, на основе которых формирует относительные данные о движении, повороте, скорости и ускорении. Данные передаются на ПК через USB-соединение (эмуляция COM-порта) и обрабатываются управляющим приложением. Далее данные отображаются в графическом виде с возможностью сохранения журнала, открытия ранее проведенных измерений и расчета динамических характеристик

После включения системы автомобиль выполняет маневры (разгон, торможение и т.п.), во время которых происходит запись данных.

Период времени, интересующий тестера, можно выбрать (как для текущего измерения, так и после открытия ранее сохраненных журналов более ранних измерений). После этого на основе данных о перемещениях рассчитываются данные о динамике автомобиля (пройденное расстояние, скорость, ускорение, обороты двигателя, мощность и т.д.)

Функции:

• Обнаружение по 3 осям (-X, -Y, -Z) в реальном времени:

  • поворот
  • ускорение

• Расчет динамических характеристик за определенный период времени (разгон/торможение автомобиля)

  • пройденное расстояние
  • реальная скорость
  • ускорение
  • обороты двигателя (на основе заданного передаточного числа)
  • мощность (в зависимости от заданного веса автомобиля)

• Графическое отображение всех измеренных и рассчитанных значений
• Сохранение журналов и открытие ранее сохраненных данных
• Сравнение нескольких тестов (одна и та же машина или разные машины)

Основные параметры системы:

• Диапазон датчиков угловой скорости (оси X, Y и Z) ±250, ±500, ±1000, ±2000°/сек.
• Диапазон трехосного акселерометра (оси X, Y и Z) ±2g, ±4g, ±8g, ±16g
• Ударопрочность 10 000 г.
• Подключение датчика к шине I2C контроллера
• Подключение контроллера к ПК через USB (эмуляция COM-порта)

Функции приложения управления:

Настольное приложение для получения данных от трехосного акселерометра/гироскопа. Может работать на любом ПК с операционной системой, поддерживающей .NET Framework (Windows 7,10,11). Главное окно содержит центральную панель, все значения могут отображаться в графическом виде.

Кнопки в верхнем ряду используются для масштабирования (можно также использовать колесо прокрутки), сброса масштаба (двойной щелчок средней кнопкой мыши), перемещения поля зрения на графике (можно использовать среднюю кнопку мыши) кнопка), показать ползунок с текущими значениями. Независимую настройку стиля отображения линий для каждого параметра можно применить с помощью панели в правой части окна. Кнопки в верхней части панели графика переключают основные режимы работы и

• Графическое отображение входящих данных (углы, скорости, ускорения)
• Графическое отображение динамических данных, рассчитанных за определенный период времени (ускорение/замедление)
• Диаграмма оборотов рассчитана за определенный период времени (ускорение/замедление)

Главное меню включает кнопки сохранения и открытия ранее сохраненных журналов, параметров системы, а также консоль с текущими командами, отправленными на контроллер, и полученными ответами. Отдельная панель предназначена для выбора порта, к которому будет подключен контроллер.

 

Основные функции управляющего приложения:

1. Режим входящих данных («График») Основной режим по умолчанию. Укажите текущие значения датчика (при подключенном контроллере) или полный график (из ранее открытых журналов). Отображение любого из параметров можно отключить или настроить самостоятельно (изменить цвет и толщину линии, вертикальный масштаб)

Графическое отображение следующих входящих данных:

• Время (с начала теста)
• Угол (-X, -Y)
• Угловое ускорение (-X, -Y)
• Линейное ускорение (-X, -Y, -Z)
• Элементы контроля скорости:
• Кнопка возврата к исходным значениям (сбрасывает параметры перед началом забега)
• Изменить приблиз. вес автомобиля (используется для расчета мощности)
• Обороты при скорости 30 км/ч (используются для расчета об/мин)
• Сброс к «началу» гонки - Рассчитывается момент времени, с которого скорость начинает увеличиваться (расчетное начало гонки). Повторное нажатие выбирает следующую точку увеличения скорости. Начальную точку также можно выбрать вручную, перемещая соответствующий ползунок на графике.
• Кнопка «Рассчитать», запускающая расчет динамических характеристик на основе ранее выбранной «начальной» точки.

2. Режим динамических данных («Динамический»): активируется после выбора периода тестирования (определенного периода времени, в течение которого выполнялось ускорение/торможение)

Графическое отображение следующих данных:

• Угол (-X, -Y)
• Линейное ускорение (-X, -Y, -Z)
• Ускорение
• Скорость
• Расстояние
• Мощность (на основе примерной массы автомобиля, выбранной в предыдущем режиме)
• Об/мин (на основе эталонного числа оборотов в минуту соответствует 30 км/ч, выбранному в предыдущем режиме) Элементы управления:
• Выбор различных методов расчета ускорения

  • «УскорениеX» - направление движения точно совпадает с основной осью датчика -X
  • «Ускорение X/cosY» - Ускорение по оси X с уточнением угла наклона датчика к горизонтальной поверхности Y
  • «AccelerationX + AccelerationY» — ускорение рассчитывается как сумма ускорений по обеим горизонтальным осям.
  • «AccelerationX/cosY + AccelerationY/sinX» — ускорение рассчитывается как сумма ускорений по обеим горизонтальным осям с поправкой на угол к горизонтальной плоскости.
  • Добавить XXX г с коэффициентом XXX – Дополнительная регулировка силы тяжести (для уменьшения эффекта неточного размещения датчика в горизонтальной плоскости) – абсолютная и относительная коррекция.
  • Сглаживание (ползунок) – изменяет степень сглаживания линий на графиках, что достигается за счет усреднения нескольких последних значений. Позволяет снизить «шум» от колебаний значений, что не влияет на общую точность измерений. Пример разных уровней при сглаживании для одних и тех же исходных данных:

3. Режим оборотов: отображение диаграммы оборотов двигателя для выбранного тестового запуска на основе данных о скорости и эталонных оборотах (соответствует 30 км/ч), выбранных в основном режиме.

График можно сохранить отдельно от основных данных. Ранее сохраненные журналы гонок можно открыть, нажав кнопку «Добавить для сравнения».

Компоненты

• Контроллер Arduino UNO
• Трехосевой акселерометр/гироскоп MPU-6050

Возможные дальнейшие улучшения

• Удаленное подключение (через Bluetooth, ИК-порт или радиоканал)
• Дополнительные расчеты на основе необработанных данных.
• Дальнейшие улучшения обработки сигналов от датчика и более точный расчет скорости и ускорения.
• Добавление экрана и отдельных элементов управления, подключаемых непосредственно к контроллеру для работы без подключения к ПК.
• Сохранение и открытие журналов с SD-карты
• Улучшение удобства использования программы управления.