System rejestracji przemieszcze pojazdu wzgldem osi X,Y,Z.

Transkrypt

1 System rejestracji przemieszcze pojazdu wzgldem osi X,Y,Z. System umoliwia: - rejestracj statycznego przechyłu pojazdu - pomiar kta nachylenia drogi / podłoa - rejestracj przechyłów bocznych i wzdłunych pojazdu - rejestracj przypieszenia bocznego i wzdłunego - rejestracj zmian kierunku jazdy pojazdu - odrónienie przypieszenia grawitacyjnego od odrodkowego Zalety: - bardzo małe rozmiary - zasilanie z portu USB laptopa - sensory mikromechaniczne - niezaleno od warunków zewntrznych ( błoto, nieg) - dua wiarygodno uzyskiwanych wyników

2 Wprowadzenie. Zagadnienie rejestracji przemieszcze ktowych pojazdu i towarzyszcych temu przypiesze mona podzieli na dwa rodzaje: - pomiary statyczne i w ruchu quasi liniowym - pomiary w ruchu po okrgu Zarówno w w przypadku pomiarów statycznych jak i ruchu po okrgu, mierzone s nastpujce sygnały z czujników: moment gyro_x_val gyro_y_val gyro_z_val acc_x; acc_y przechyl_x przechyl_y - moment zapisu, w milisekundach od momentu rozpoczcia rejestracji - sygnał z yroskopu osi X, w stopniach na sekund - sygnał z yroskopu osi Y, w stopniach na sekund - sygnał z yroskopu osi Z, w stopniach na sekund - przypieszenie wzdłune w jednostkach przypieszenia ziemskiego (g) - przypieszenie poprzeczne w jednostkach przypieszenia ziemskiego (g) - przechył wzdłuny w stopniach - przechył poprzeczny w stopniach W zalenoci od rodzaju przeprowadzanego testu, dane te podlegaj dalszej obróbce. Metoda pomiarowa. W przypadku pomiarów statycznych zarejestrowane dane z czujników odpowiadaj stanowi faktycznemu i mog podlega analizie bez dodatkowych czynnoci korygujcych. W przypadku badania ruchu po torze krzywoliniowym, naley pamita o tym, e yroskopy wykazuj szereg właciwoci niekorzystnych z punktu widzenia dokładnoci pomiaru. Główne ródła błdów yroskopów to: - płynicie w czasie nawet nieruchomy yroskop generuje szumy, które powoduj, e pozycja ktowa zliczana jako całka zz prdkoci ktowej po pewnym czasie ma warto niezerow - zmienny w czasie poziom zerowy - wraliwo na zmiany temperatury - podleganie wpływom przypiesze liniowych Podczas ruchu krzywoliniowego, po łuku dodatkowo pojawia si siła odrodkowa, znacznie zniekształcajca wskazania zarówno yroskopów jak i inklinometrów. Przykładowo, podczas jazdy po okrgu inklinometr przechyłu bocznego pokazuje warto rzdu 20 stopni, natomiast rzeczywisty przechył wynosi 5 stopni, a dodatkowe 15 stopni to błd spowodowany przez sił odrodkow. Uzyskane wyniki były porównywane ze wskazaniami sprztu 14 krotnie droszego i w praktyce okazało si, e niniejszy system daje wyniki o wiele bardziej wiarygodne!

3 Oprogramowanie. Oprogramowanie dostarczone wraz z systemem rejestracji składa si z dwóch programów: - mrx1master słucym do zbierania danych - Filtr Gyro postprocesor danych - słuy do wstpnego przetwarzania zarejestrowanych danych - minimalizuje błdy pomiarowe - pokazuje wykresy Metodyka przeprowadzania pomiarów. Podczas przeprowadzania pomiarów dynamicznych naley zawsze rozpoczyna i koczy pomiar w tym samym połoeniu pojazdu. Test łosia : Podczas przeprowadzania testu naley zwróci uwag na to, e po zakoczeniu testu pojazd był skierowany w t sam stron co w czasie rozpoczynania pomiaru. tek

4 Jazda po okrgu: tek Test naley rozpoczyna i koczy z przodem pojazdu skierowanym w tym samym kierunku. Na rysunku obok jest to pokazane w duym przerysowaniu, w praktyce pojazd rusza, wykonuje jazd i zatrzymuje si w punkcie startu. Nie naley wykonywa wielu okre w jednym cyklu pomiarowym! Jazda po dowolnej krzywej zamknitej. tek Podobnie jak w przypadku jazdy po okrgu, punkt kocowy pomiaru musi by taki sam jak punkt startowy. Łczny kt zmian kierunku powinien by 360 stopni. Nie mona wykonywa wielokrotnych ptli.

5 Kolejno czynnoci podczas dokonywania pomiarów. 1) Umieci czujnik pomiarowy w odpowiednim miejscu, jak najbliej osi obrotu badanego pojazdu. 2) Podłczy czujnik do kabla 3) Podłczy wtyczk USB do laptopa 4) O ile jest konieczna synchronizacja danych z innym systemem pomiarowym, podłczy przewód synchronizacji danych do innego systemu 5) Włczy zasilanie laptopa 6) Uruchomi program Mrx1master Po uruchomieniu programu odczeka kilkadziesit sekund na ustabilizowanie si warunków pracy sensorów. 7) Wykona kalibracj yroskopów, klikajc przycisk wskazany poniej Podczas kalibracji yroskopów jest dokonywana ich kompensacja temperaturowa i okrelany jest poziom zerowy. Wane jest aby w czasie kalibracji pojazd pozostawał nieruchomy!!!

6 8) Ustawi odpowiedni filtracj sygnałów z inklinometrów i yroskopów. A filtracja sygnału z inklinometrów ( czujników przechyłu) B okres próbkowania czujników przechyłu Zasada działania filtracji inklinometrów. Procesor inklinometru odczytuje stan czujników z interwałem próbkowania. Nastpnie urednia wyniki z iloci pomiarów okrelonych jako filtracja. C filtracja szumów D Filtracja yroskopów Zasada działania filtracji sygnałów yroskopowych. Filtracja szumów jest to poziom odcicia sygnału szumu w stopniach na sekund. Sygnały poniej tego progu nie podlegaj całkowaniu do celów obliczenia zmiany kta. Filtracja yroskopu oblicza redni z zadanej iloci próbek. 9) W razie potrzeby wykona zerowanie inklinometrów. Podczas zerowania inklinometrów aktualne połoenie miernika zostaje przyjte jako połoenie zerowe i wszystkie przechyły s podawane jako wzgldne, w stosunku do tego połoenia. 10) W razie potrzeby włczy pomiar bezwzgldny dla inklinometrów. Włczenie pomiaru bezwzgldnego powoduje, e inklinometry pokazuj rzeczywiste nachylenie miernika wzgldem pionu grawitacyjnego

7 Uwaga: Jeeli wykonywano pkt. 9 lub 10 to naley ponownie ustawi filtracj i okres próbkowania inklinometrów, gdy wczeniej wybrane wartoci uległy skasowaniu! 11) Wpisa nazw pliku do jakiego maj zosta zapisane dane i wybra ilo zapisów na sekund. 12) Przed samym rozpoczciem testu ponownie klikn przycisk kalibracji yroskopów. 13) Po skalibrowaniu yroskopów klikn przycisk Przypisz. W tym momencie do yroskopów zostaje zapisane aktualny przechył odczytany z inklinometrów. 14) Poczeka chwil obserwujc wskazania przechyłu podawanego przez yroskopy i inklinometry. Wskazania powinny pozostawa zgodne. Jeeli zaobserwowane zostanie odchylanie si wskaza przechyłu yroskopowego w stosunku do inklinometrów, to naley: - wykona kalibracj yroskopów - zwikszy filtracj szumów yroskopu Ponownie sprawdzi stabilno wskaza. 15) Jeeli sprawdzenie yroskopów wypadło pomylnie to naley klikn przycisk rozpocznij rejestracj.

8 Po rozpoczciu rejestracji naley wykona jazd testow, zgodnie z podanymi wczeniej zasadami, dotyczcymi pocztku i koca trasy. 16) Po zakoczeniu jazdy klikn przycisk Zakocz rejestracj. Zgromadzone dane zostały zapisane do pliku w katalogu C:\Zapisy_XYZ, do pliku o podanej wczeniej nazwie. Zapisane dane maj charakter surowych danych z czujników i wymagaj dalszej obróbki. Po wykonaniu testu naley od razu sprawdzi jako uzyskanych danych i w razie koniecznoci powtórzy jazd testow, przynajmniej do momentu uzyskania dwóch podobnych wyników. Przetwarzanie danych. 1) Uruchomi program Filtr_Gyro. Klikn przycisk Plik i wybra plik do przetwarzania.

9 Po wybraniu pliku pojawia si wykres : Powyszy wykres przedstawia przeprowadzon rejestracj jazdy po ósemce, mona z niego od razu wywnioskowa e: - rejestracja została przeprowadzona prawidłowo - maksymalny przechył boczny wyniósł około 3 stopni - przypieszenie boczne osignło warto 5 m/s2 Jednoczenie z rysowaniem wykresu, program utworzył plik o nazwie wynik.txt, który zawiera przetworzone dane pomiarowe, które to mona podda dalszej obróbce na przykład w programie Excel przechył Y przypieszenie Y Wielom. (przypieszenie Y) Wielom. (przechył Y)

10 Na powyszym wykresie wida charakterystyczne zjawisko, jakim jest przesunicie w fazie pomidzy przypieszeniem bocznym a przechyłem. Zjawisko takie mona zaobserwowa, jeeli współczynniki filtracji s róne dla yroskopów i inklinometrów. Zasadniczo nie zmniejsza to wartoci zarejestrowanych danych poniewa i tak wiadomo z charakteru samego zjawiska, e maksymalnemu przypieszeniu bocznemu towarzyszy maksymalny przechył boczny. W przypadku nieudanej rejestracji przejazdu od razu wida w programie Filtr Gyro, e co poszło nie tak: Na powyszym przykładzie wida, e przechył jest w przeciwnym kierunku do przypieszenia bocznego, co jest w przypadku pojazdu kołowego niemoliwe! W takim przypadku naley pomiar powtórzy jeszcze raz, uprzednio wykonujc czynnoci kalibracyjne.

11 Przykładowy wykres towarzyszcy testowi łosia, uzyskany podczas prób porównawczych systemu: przechył Y przypieszenie Y 2 okr. r. ruch. (przechył Y) 2 okr. r. ruch. (przypieszenie Y) Uwagi kocowe: Podczas wykonywania testów naley pamita, e fizyka yroskopów powoduje, e błdy przez nie wprowadzane do pomiaru rosn liniowo z upływem czasu. Jedynym sposobem na ich minimalizacj jest postpowanie zgodnie z podanymi wczeniej zasadami oraz skrócenie czasu trwania pomiaru do minimum. W przypadku badania zachowania si pojazdu na dłuszej trasie, naley po prostu podzieli j na odcinki