mainly has, signal impulse processing and the display module. The software part uses the Verilog HDL language to realize various functional module design, in QuartusII Develops in the platform to carry on the simulation.
Key words: Automobile Dynamometer,Optoelectronic Encoder, FPGA,Velocity Measurement
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第一章 绪论
1.1 汽车测功机介绍
随着汽车拥有量的日益增长，“底盘测功机”这一计量器具的应用将更加广泛，在环保领域(如用工况法测量汽车的尾气排放) 它已经承担了重要的角色，在汽车综合性能检测A级站它是必备的检测设备，在修理厂和相关研究机构它也为提供关键性能指标发挥着重要作用。更重要的是国家2001年1月31日发布，并于2004年7月1日实施的国标GB14761 - 2001《汽车排放污染物限值及
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测试方法》中的四项(共五项)试验都必须使用汽车底盘测功机配套试验。因此，
如何提高“汽车测功机”的精度成为一个直接与检测效果相关的问题。
汽车底盘测功机一般由加载装置、测量装置、转鼓组件以及其他辅助装置组成，是一种测量汽车驱动轮输出功率的台架试验装置，是汽车动力性能测试的重要设备。它还可用于汽车的加载调试，诊断汽车在负载条件下出现的故障；还可与五气分析仪、透射式烟度计、发动机转速计、及计算机自控系统一起组成一个综合测量系统，以测量不同工况下的汽车尾气排放。图1-1所示，为单转鼓式测功机原理图。
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图1-1 单转鼓式测功机
国家标准GB／T19233—2008《轻型汽车燃料消耗量试验方法》中规定，测量车辆的综合油耗，需要在实验室内的底盘测功机上进行。通常采用滑行法和查表法来设定车辆的道路行驶阻力和底盘测功机上的加载力。但是查表法只根据车辆的基准质量来确定车辆的行驶阻力，并没有考虑到空气阻力系数、迎风面积和车辆传动系、驱动轮的摩擦损失等因素，所以对道路行驶阻力的模拟精度较差。为了改进传统查表法设定车辆的道路行驶阻力的加载力精度不准的缺陷，可以基于底盘测功机运用道路滑行试验法对被测车辆进行模拟受力分析，使建立的车辆道路行驶阻力的加载力计算方法具有较高的精度。
道路滑行试验是测定汽车额定满载以初速度50 km/h或更高，在良好、平直的铺装路面上空挡滑行至停车的滑行距离和滑行时间，为了方便检测，在汽车底盘测功机上模拟道路试验工况进行滑行试验的方法在不少检测站被采用。
本课题考虑的是在采用滑行法的情况下，实时测量速度并计算出在预设速度段内的滑行时间。技术指标为：测速范围8～90 km/h，滑行时间测量误差小于3 ms。[3]
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1.2 转速测量的现状和发展
测速可以分为数字电路测速和模拟电路测速两类，模拟电路测速的应用相比数字电路要早些。随着计算机和电子技术的发展，数字电路测速技术的进步以及测速性能的提高，使得数字测速法越来越受到工程师们的重视。计算机技术的广泛应用，使得数字测速技术使用起来更加方便，并且具有更好的测速适用范围。同时计算机硬件的提升和精密机械加工的发展，数字测速的精度也在不断的刷新纪录。与此同时，模拟测速发展较为缓慢，且存在着一些天生的缺陷，逐渐被边缘化，将慢慢从人们的视野中消失。以计算机为核心的数字测速装置工作方式灵活多变，适应面广，具有普通数字测速装置不可比拟的优越性。
在目前的数字测速系统中，测速装置分为两类:一类是测速模块输出模拟量，在后端电路中，对输出的模拟量进行A/D转换，转换后得到的数字量再被传送到计算机中，速度值的计算由计算机的CPU处理完成，此种测速方案应用较早，技术也较为成熟，具有响应速度快、时延小的优点；但该方案必须安装测速机，而测速机灵敏度低、寿命较短且工作容易受到环境改变的因素影响。特别是，与力矩电机配合使用的高灵敏度测速机更有该方面的限制。由于测速机输出的是模拟信号，必须要用到A/D转换芯片，于是测速结果的精度势必会受到A/D转换芯片性能的影响；而测速结果在整个电路传输中出现的误差是不可逆的，也就是中间经过的流程越多误差值的来源数量越多，从某种意义上来讲这种装置还是没有完全从模拟测速装置“进化”过来，本身还具有部分的模拟测速属性，我们可以认为它是非完全数字测速装置。
与以上测速装置相对应的数字测速装置，我们可以称为纯粹的数字测速装置；其显著特征是从电机测速模块输出的信息本身就是数字量，不需要经过A/D转换电路。此种数字测速实现的方法也比较多，有脉冲测速机、光栅盘等。目前使用最广泛的是增量式码盘。举例来说，在电机的转轴上同步固定一个旋转光电编码器，电机转动时，由于编码器转轴与电机的转轴是固定的，二者的旋
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转运动状态保持一致，我们只要能够获得光电编码器的转速值也就相当于得到了电机当前的旋转速度。编码器会在电机转动过程中不断输出脉冲，电机转速越快，单位时间内输出的脉冲密度越大，经过内部电路整形后输出的脉冲对应着电机的角位移。我们通过对一定时间内编码器输出的脉冲进行计数，就知道了电机的当前转速。现在的增量式编码器一般有两路脉冲输出，可以通过两路脉冲的相位关系判断电机的转向(正转或反转)。由于编码器跟电机本身不是一个完整的整体，如果固定的不好，会影响编码器测速的精度，甚至可能引起测量结果的跳变，在安装编码器时这一点是值得重视的一个环节。由于编码器输出的数字量需要经过处理才能得出速度值，本课题选用了可编程逻辑器件来实现数字电路。其设计流程简单、功能强大并且性能方面也比单片机优秀，很好的满足了课题中测速系统的需求。[4][5][6][7][8][9]
1.3 课题研究目的、意义和内容
汽车测功机是一种转台伺服系统，用于测量汽车动力性、速度、尾气排放及油耗的专用计量设备，是一种不解体检验汽车性能的检测设备。一般用于汽车制造、科研、维修及汽车检测站。作为检测设备，它的检测精度直接关系到被测汽车的性能和行驶安全。因此，研究测量汽车速度并提高测量精度是有现实意义的。
随着现代转台伺服系统的发展，对系统动态特性如调速精度、调速范围以及低速时系统的稳定性的要求也越来越高。伺服系统速度闭环中最关键的部分就是测速装置，对测速装置以及方法的选择提出了更高的要求。目前，常用的两类测速模式是模拟测速和数字测速。随着电子技术的不断发展，数字测速的优越性越来越大
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。可以预见，全数字化的伺服系统将是今后发展的趋势。光
电编码器的出现使得数字测速法在伺服系统得到了更好的应用。本文重点论述了基于光电编码器的数字测速方法，及基于道路滑行试验法的速度点时间测量，
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