一种汽车行驶记录仪检定装置的研究

赵 军，隋良红，江 东

（中国测试技术研究院，四川 成都 610021）

一种汽车行驶记录仪检定装置的研究

赵 军，隋良红，江 东

（中国测试技术研究院，四川 成都 610021）

针对目前市面上汽车行驶记录仪类型多的特点，介绍一种将模拟检定和路试检定装置集成在一起的汽车行驶记录仪检定装置。阐述检定装置的组成结构并对标准信号源产生原理进行分析，通过实验数据对该检定装置进行验证，证明其完全能够满足计量检定的使用要求。

汽车行驶记录仪；检定装置；GPS技术；模拟检定；路试检定

0 引 言

汽车行驶记录仪俗称汽车“黑匣子”，是对车辆行驶速度、时间、里程以及有关车辆行驶的其他状态信息进行记录、存储并实现数据传输的数字式电子记录装置，对汽车的行车安全和事后处理事故查明原因至关重要[1]。但其自身作为一种计量器具，其量值是否准确、功能是否正常，需要有相应的检定装置对其进行检定或校准。本文主要针对汽车行驶记录仪的计量参数是否准确，从计量的角度研制汽车行驶记录仪检定装置，实现对汽车行驶记录仪的速度、里程、时间定位计量参数进行检定或校准。

1 国内外目前汽车行驶记录仪使用情况以及检定现状

早在20世纪20年代，行驶记录仪便伴随着汽车里程表诞生，当时是和汽车速度、里程表结合在一起的。目前，欧盟已制定颁布了分别规范驾驶员驾驶时间、纸盘式记录仪技术性能、数字式记录仪技术性能、监督企业和实施路面执法的5个主要法规，15个成员国500多万辆商用车安装了纸盘式行驶记录仪；美国规定商用车若没安装行驶记录仪则不能上路。同时欧美等国对汽车行驶记录仪的功能要求、技术指标、测试方法等也有很严格的技术规范要求[2]。国内目前市面上的汽车行驶记录仪，按照其速度、里程等信息的来源方式大致分为两类：1）通过对速度传感器信号的处理来显示速度里程等信息；2）通过对卫星导航信号的处理来获得速度里程定位等信息。国内由于汽车行驶记录仪种类多，而且目前没有国家计量检定规程，各地区根据当地实际情况，制定有当地的地方检定规程，如四川和广东等地。而目前大多汽车行驶记录仪检定装置仅为路试检定装置，本文介绍的检定装置设计了模拟信号输出模块和现场路试GPS信号模块，可以实现对各类汽车行驶记录仪的模拟检定或路试检定。

2 检定装置的工作原理及特点

2.1 检定装置工作原理

本检定装置可根据被检汽车行驶记录仪的原理，选择设置模拟检定或者路试检定模式。模拟检定是通过模拟检定模块按照系统设置的与被检行驶记录仪一致的特征系数和特征转数，来模拟生成相应的标准模拟信号，送中央处理单元C8051F360运算处理后实时显示，实现对被检汽车记录仪的速度和里程参数的检定[3]。路试检定则通过路试信号处理模块，对来自GPS接收处理模块的信号进行处理后，得到标准路试信号，送中央处理单元C8051F360运算处理后实时显示，实现对被检汽车记录仪的速度、里程、时间以及定位参数的检定[4]。其中时间和定位信息，通过RS232串口实时读取并显示。

2.2 检定装置设计特点

1）本检定装置将模拟检定和路试检定模块集成到一起，可以根据具体情况选择检定模式，实现对各类汽车行驶记录仪的模拟检定或路试检定。

2）本检定装置模拟检定模块的标准信号源选用DDS（直接数字式频率合成器）芯片AD9983，该芯片作为一款全数字化、便于集成的可编程波形生成器，具有功耗低、输出频率高、设置灵活以及输出相位噪声低等特点。

3）检定装置路试信号输出模块，选用GPS高精度接收模块，具有数据更新率高、实时性好等特点。

3 系统构成及原理分析

本检定装置由中央数据处理单元、模拟信号生成/处理模块、路试信号接收/处理模块、设置存储模块以及输入输出模块构成。其系统整体结构组成图如图1所示[5]。

图1 系统整体结构组成图

3.1 模拟信号生成模块

模拟信号生成模块主要用来产生标准速度/里程模拟信号，选用DDS芯片AD9983作为标准信号源。

速度标准信号根据被检行驶记录仪的特征系数和特征转数的值，通过系统进行设置，产生与标准速度值相对应的方波频率信号，经图2中VOUT管脚输出；里程标准信号是通过系统设置产生某一特定频率方波信号，经图2中VOUT管脚输出，然后从里程测试起始点开始对方波信号计数，通过特征系数和特征转数进行转换得到某个时间段的标准里程值。

图2 模拟信号生成模块

3.2 模拟信号处理模块

本检定装置通过特征系数和特征转数进行转换，产生与所设置的标准速度对应的频率方波信号或某一设定频率的标准里程信号，由DDS芯片AD9833的VOUT管脚输出，但该频率信号的输出能力较低，故需经过两级电压跟随器输出。图3中VOUT管脚后接的两级电压跟随器由2个高输出驱动微功耗运算放大器TLE2062组成，起缓冲、隔离、提高带载能力的作用。

3.3 GPS接收处理模块

GPS接收处理模块属于GPS系统中的用户设备部分，由GPS接收天线和GPS处理模块组成，特点是定位速度快、定位精度高。为了能解算出运动载体的速度，需要保证最少要观测到4颗卫星[6]。

图3 模拟信号处理模块原理图

本系统选用的是英国RACELOGIC公司的VBOX卫星定位模块，模块内采用高精度GPSTran无线速度传感器模块（由GPS接收天线和GPS处理模块组成）。GPSTran模块是用来为其它装置提供机动车速度信号的传感器，该模块可直接输出与速度成比例的数字脉冲频率信号[7]。当GPS接收模块接收到4颗卫星时，按照多普勒频移算法解算得到的速度值的准确度可达到0.2km/h。同时也可以通过RS232串口实时读取时间与定位信息。

3.4 路试信号处理模块

由于从GPS接收处理模块输出的信号是微弱的毫伏级脉冲信号，同时还存在一定的干扰信号，在送到单片机前，需经过信号处理模块进行处理[8]。其路试信号处理模块原理图如图4所示。

GPS接收处理模块输出的微弱mA级数字脉冲信号，经插座2脚接入信号处理模块，两个滤波电容滤去输出信号中的干扰信号，经TLC2252运算放大器放大后接入LM339比较器的同相端，输出5 V的方波信号，接着经74HC14施密特触发器整形处理后得到边沿陡峭稳定的5V的方波，送至中央处理单元C8051F360运算处理后，得到相应速度和里程值。

3.5 输入输出模块及设置存储模块

图4 路试信号处理模块原理图

输入模块主要是通过按键输入进行模式选择以及对系统相关的参数值进行设置，设置完成后有存储模块保存，带程序调用。输出显示模块选用型号为FM240128带中文字库的图形点阵液晶显示模块，主要是将当前模式下的标准信号值实时显示在液晶屏上，与被检记录仪的数据实时比对，实现对被检设备相关参数的标定。

4 数据验证实验

GPS技术对车身速度进行高精度的实时动态测试，但GPS系统本身的技术性能也需要验证和检验。速度的验证，通过研制的光电测试系统，来验证GPS速度的测试结果[9]。里程的验证，通过预先测量好的一段已知长度的路段，多次测量验证GPS里程的测试结果。

4.1 车身速度测量基本原理

如图5所示，汽车顶部安装好刻有等间距光缝的遮光屏，光发射器和光接收器分别安装在汽车前进方向的垂直线上，并根据光缝的位置调节好高度。当汽车通过测量点时，光接收器收到在光缝作用下产生的脉冲信号，该脉冲信号的频率正比于汽车通过的速度[10]。光接收器将脉冲信号送计时装置处理后即得到脉冲频率的准确值，随后速度测试系统根据已知的光缝间距离计算出汽车的运行速度。

图5 车身速度测试原理示意图

4.2 GPS测速的比对验证实验

由图5所示的GPS测速验证实验原理，在野外场地进行了实车测速结果对比实验。当标准车以某一速度穿过光束通道时，光探测器的脉冲信号接入速度测试装置，立即测得汽车穿过光束通道时的瞬时速度，并通过外接显示屏显示，此时用照相机将两套装置的显示屏显示数据同时拍下，即可进行两套装置的数据比对。实验数据如表1所示。

实验数据表明，光电测试装置测得的速度与GPS速度标准装置测得的速度吻合较好，示值误差仅±0.25%。

4.3 GPS里程数据的验证试验

在平直的道路，预先测量好长度为1000m路程，标示出起点终点，然后将本检定装置设置到路试检定的里程检测模式下，在此路段的起点和终点之间连续测试10次，本检定装置测量数据如下：

表1 GPS测速验证实验数据

示值误差不大于±0.2%，完全满足计量要求。

5 结束语

本文介绍的汽车行驶记录仪检定装置可实现对目前市面上各种类型的行驶记录仪的模拟检定或路试检定，并通过实验数据验证了GPS路试检定的测量误差完全满足计量检定部门的要求，可作为计量部门对汽车行驶记录仪开展检定校准工作的装置。

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[2]周建郑.GPS测量定位技术[M].北京：化工工业出版社，2004：203-230.

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Study on calibration device of vehicle traveling data recorder

ZHAO Jun，SUI Liang-hong，JIANG Dong
（National Institute of Measurement and Testing Technology，Chengdu 610021，China）

According to the more typical features of the vehicle traveling data recorder on current market，this paper introduced a calibration device of vehicle traveling data recorder with the function of simulation test and road test.The author described the structure and composition of verification device and analyzed the standard signal source generating principle.Finally，it is verified to be fully able to meet the requirements for use in metrology verification through the experimental data of the test.

vehicle traveling data recorder；calibration device；GPS；simulation test；road test

U467.4+91；TP274+2；TP368.1；TM930.113

：A

：1674-5124（2014）05-0080-04

10.11857/j.issn.1674-5124.2014.05.021

2013-11-08；

：2014-01-26

赵 军（1973-），男，四川德阳市人，硕士，主要从事交通测试及其产品的开发与科研工作。