V B O汽车整车性能测试
系统
文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]
15. VBOX III汽车整车性能测试方案
系统方案介绍
基于GPS的VBOX III数据采集系统是一种功能强大的仪器。它是基于新一代的高性能卫星接收器，主机一套用于测量移动汽车的速度和距离并且提供横纵向加速度值，减速度，MFDD，时间和制动、滑行、加速等距离的准确测量；外接各种模块和传感器可以采集油耗，温度，加速度，角速度及角度，转向角速度及角度，转向力矩，制动踏板力，制动踏板位移，制动风管压力，车辆CAN接口信息等其它许多数据。由于它的体积较小及安装简便，其非常适合汽车综合测试时使用。由于VBOX本身带有标准的模拟，数字，CAN总线接口，整个系统的功能可以根据用户的需要进行扩充。
系统组成图如下：
以上第二——十九项为可选项
可测量的参数的量程及精度：
1.3特点：
?全套测量系统体积极小，安装简便迅速
?能完成国家标准要求的汽车动力性，经济性，操纵稳定性，制动性能等实验
?在线显示4个测量参数
?各种测量或采集到的参数可以实时显示
?可根据要求设定各种不同的试验条件进行试验
?制动触发形式多样，使试验更加方便
?WINDOWS操作界面的设定和分析软件，使用方便
?高精度、高可靠性，高耐振、抗冲击性能确保测试质量
?用GPS非接触式速度和距离测量
?现场即时打印功能，打印各个测量或采集到的参数，实现现场数据阅读?大容量紧凑式闪存卡（CF卡）即时存储数据，以便后处理
?可扩展连接其他各种传感器
?绘制轨迹图，圈数定时
可进行的试验：
?滑行试验
?油耗试验
?爬陡坡试验
?最高车速试验
?加速性能试验
?制动性能试验
?操纵稳定性试验
?最小稳定车速试验
?最小转弯直径测量实验
?制动踏板力测量实验
?制动踏板行程测量实验
?制动管路压力测量实验
?汽车防抱制动系统性能实验
?温度测量实验
?里程，速度表校验
等其它试验
可满足的国家标准：
GB/T 12545 - 1990 汽车燃料消耗量
GB/T 12547 - 1990 最低稳定车速
GB/T 12536 - 1990 汽车滑行试验
GB/T 12543 - 1990 汽车加速性能
GB/T 12539 - 1990 汽车爬坡性能
GB/T 12544 - 1990 汽车最高车速
GB/T12676 - 1999 汽车制动系统性能
GB/T 6323 - 94 汽车操纵稳定性试验方法
GB/T 12540 - 90 汽车最小转弯直径测定方法
GB/T 13594 - 92 汽车防抱制动系统性能要求和试验方法应用实例图片:
VBOX II在测试世界（芬兰）的应用：
2. 关于Racelogic 公司VBOX产品概述
GPS 技术在1995年就已经面世但是知道最
近才足够精确用于车辆测试（见GPS的概
述）。采用多普勒变换速率方法，在车辆测
试的应用中，GPS现在已变成最好的方法来
精确测量车辆速度和距离。
VBOX 在2001年1月面世，采用了目前有
的最精确的和最快的GPS引擎。高速微处
理器和专用的DSP可检测最多12颗卫星并
且每隔50ms计算一个独立的位置和速率。
复杂的算术运算减少多路误差，而且同时使
用来自至少4颗卫星的多普勒值来测量速
度。
目前市面上也有很便宜的引擎，但是我们发
现他们不能提供一个真正的20Hz更新率，
并且没有可用于精确的车辆测试所需的同样
的精度等级。
光电式传感器在许多年来一直是大多数车辆
测试的基准，并且可提供相当好的精度。他
们的缺点是烦人的和冗长的安装步骤，经常
的反复校核，并且在不是干燥的，平滑的沥
青路面下较差的性能表现。同样，由于一些
光电式传感器产生的信号的噪音特性，需要
一个滤波器来限制测量的带宽，它的带宽是
GPS的大约一半。
经过许多次的试验，和与我们的主要客户一
起通过与其它各种形式的非接触式速度测量
进行背靠背的比较，我们可以说VBOX可以
放心的使用在加速和制动试验中用于替代光
电式传感器，雷达系统和第五轮。
这就是为什么MIRA, Millbrook 和 Idiada
在为他们的客户进行测试时都选择使用
VBOX。因为你能得到很高的精度而安装却
用 Ferrari的试验
相当的容易。
毫无疑问，GPS成为确定车辆性能参数的一个新的参考，所有其他形式的速度测量方法都将被这种简易使用的方法代替！
VBOX 拥有这种新技术，并且探索把所有的特点放在一个容易使用的，强大的组件包中。
GPS 概述
在地球的表面上空共有24颗由美国政府制造的
Navstar通讯卫星在围绕地球作轨道运动，目的是
提供地球表面和上空的地理位置。
这些卫星从地球的任何角落可以观察到，而且服务
是完全免费的。
地面上的GPS接收器采集这些卫星上传来的信号，
然后利用这些信号的时间差别可以计算接收器离每
颗卫星之间的距离。通过这些计算结果，接受器通
过三角定位确定接收器在地面上的位置。
由于最开始美国军方限制这些卫星的
民用信号的精度，使得绝对定位误差
达到100米，在2000年5月，这种
对民用频道的限制取消了，前所未有
的提高了定位精度（使用标准的接收
器可以达到15－20米）。
GPS的精度受到几个因素的限制，主要的因素就是由于在电离层的天气状况造成的
信号延迟，和从附近建筑物和地面反射造成的延迟。
在手持式娱乐用GPS接收器中，速度每秒钟测量一次，通过现在的位置减去之前的
位置值来计算。这种计算速度的方法受到以上提到的误差的影响，使得结果不适合于需要高精度的数据分析
VBOX使用多普勒变换转换从每颗卫星来的载波信号，同样，一个雷达枪用来计算速度。
载波频率不会受到电离层和反射的影响，这意味着最终速度的精度能够达到每秒钟一厘米，这种技术使得GPS成为测量移动车辆速度精度最高的方法之一。
我们采用高度复杂的GPS多普勒变换仿真计算来校核VBOX，提供完全可追踪的校
核证书。这是唯一可以确保开发和校核基于GPS系统的方法。
VBOX速度仪
使用GPS技术的非接触式速度和
距离测试设备
VBOX是一个功能强大的用于移动车辆
速度和位置测量的仪器。它基于新一代
高性能的卫星接收器，可以测量车辆加
速度，制动距离，时间，转弯力甚至更
多。由于具有尺寸小，安装方便，
VOBX特别适合在汽车，摩托车，无公
路车辆和船上使用。
传统上，精确的速度和距离测量是一个很复杂的过程，非接触式系统
依靠光电，微波和雷达技术来进行速度测量。他们要求不断的校正，
需要较长的准备时间，在崎岖和湿的路面上效果很差。
VBOX只需几秒钟就可以安装在车辆上，可以在与路面上情况无关下
工作，它还具备比其他单一测试仪更宽的测试范围，准备时间短可以
有效的提高效率。
Racelogic成立在10年前，1995年以来一直致力于开发GPS系统，我
们投入了大量的时间和资源开发VBOX，作为直接的结果，VBOX问
世后迅速在性能，处理和制动测试的测试行业上取得一席之地。请参
考我们的客户名单。
今天VBOX是目前市场上同类产品中第一个也
是销售GPS速度测量设备中销量最高的。它已
经在超过20个国家，100多个不同的汽车生产
商中使用。
所有的设备均通过12通道的GPS多普勒仿真
器校核来确保无可比拟的精度。
目前VBOX的销量已经超过1000多套，我们将继续投入巨大
的精力到技术开发和基于客户的使用建议来为客户提供产品
的改进。
这种开发的两个例子就是多功能显示器可以实时显示多种参
数和100HZ的VBOX速度传感器。
测量
VBOX 可用于测量车辆性能的许多的不同参数，直线加
速/制动和转弯两者都可以。复杂的试验可以在几分钟内
设置完，通过采用全面的模板，并且在一个试验线路的
一定点进行触发，你可以定义一个用作为GPS参考的
“虚拟”门。
VBOX 能以标准的形式测量下列参数：
a)速度
b)距离
c)时间
d)位置
e)方向
f)高度
g)横向加速度
h)纵向加速度
i)垂直速度
j)与中心线的漂移
k)转弯半径
用其它的硬件可测量的参数包括：
l)外部数字触发
m)温度
n)模拟电压
o)CAN 总线信息
p)偏航率
q)滚动角
r)倾斜角
s)滑行角度
校准
我们目前可以为VBOX提供提供全面的可追踪校
准认证。
我们已经从Spirent通讯公司购买了一套非常复
杂的GPS多普勒变换仿真器，该机器可以使得我
们能在各种不同的环境下测试VBOX，对VBOX
的所有输出提供校准认证。是目前被认为权威的
检查校准GPS设备的测试方法。
该设备投资较大，显示了我们为客户提供最好的产品和服务的决心。
(该测试设备的其他用户包括NASA, 欧洲宇航局，美国军方，国家物理实验室)
测试方法
The Spirent 可以仿真来自12颗GPS卫星的信号，我们使用它提供不同的速度值，将VBOX的输出与实际速度值进行比较。
我们还仿真1g,,和的制动停车，将实际制动距离和VBOX报告的距离进行比较，对于加速度采用同样的方法。
我们在不同的速度下模拟以10m,50m,100m和250m为半径的环形赛道来测试横向加速度。
我们还进行实际的10m,100m和1000m的距离测试，每个VBOX的精度都必须确保满足我们的产品技术规格，然后我们会出一份完整的可追溯的校准证书。
(注意: 在我们目前所有测试过的VBOX里面，实际测试所得出的结果精度远远高于产品技术规格
的要求，我们经常在在1g的制动停车试验中，测得的距离误差小于5厘米。
独立测试结果
就是最近MIRA（汽车工业研究联合会）进行了一
项主要用于制动试验的各种速度测试设备的性能分
析，他们在车上装上了光学的，雷达，微波，第五
轮和VBOX GPS系统。整个报告见相关文件。
为什么要与第五轮进行比较，大家都知道第五轮有很多问题，例如轮子容易跳动和滑动。回答是但用于特定用途时，你可以获得非常精确的结果。实现这样的方法就是用它来测量两个设定速度之间的距离，第一个速度低于起动的制动触发点这样可以去除起动的轮子跳动，第二个速度点在大于0可以消除第五轮在制动的终点轮子振动的影响。
如果你将45－15kmh之间的结果进行比较，第五轮的结果简直与VBOX在距离和时间上一样。
一次又一次的VBOX已经证明了在严格的制动试验和加速测量时它具备足够的精度，这也是为什么例如像MIRA, Millbrook, 福特, 通用, 固特异，米其林, 博世, Visteon和许多其他公司现在将VBOX做为一个主要的速度和距离测量设备的原因。
结果表明，VBOX输出非常稳定和精确，在一个1000m的距离上，测试结果的精度达到%，制动距
离与第五轮的结果非常接近。
重复性
一个速度测试设备的数据有效性最相关的，最有效的表现是不同设备之间的重复性。
测量速度的绝对值或真实值是非常困难的，因为你会问什么才是参照物
最重要的依据就是数据的重复性，当你做背靠背试验比较时，哪些数据不同是由于设备产生的，哪些是测试结果之间真正的不同
如果你天天使用同样的设备来比较性能，那么你需要知道你可以相信在不同试验中结果相差很小的设备。
重复多次试验意味着你可以将结果取平均值然后就可以得到一个平均值，该值可以消除随机的误差。然而该值仅仅能消除随机误差，不会消除设备本身的信号漂移，或信号的丢失。实际上在车辆测试中数据甚至会出现缓慢的变化，但由于平均值的计算方法，导致该变化在数据中体现不到。
我们已经用不同型号的VBOX做了大量的背靠背试验来试验和确认数据的偏差是在客户的要求之内。测试结果非常明显，VBOX是一个非常稳定的，可重复性非常好的设备。
当然通过VBOX是很容易证明这一点的，你可以在同一部车上装上10台VBOX然后比较结果。（试试用第五轮或光电传感器这样做！）
下图是从同样一台车上两台不同的VOBX（不同的电池，不同的天线）中读出来的一个速度对时间的图表，一个VBOX轨迹是红色，另一个VBOX轨迹是蓝色。
下图是上图的一部分的放大版。
从这些图表中可以看到每个VBOX测量出来的速度如此接近以至于你几乎无法分辨出第二条曲线，由于他们都重叠在第一条曲线上。大部分的情况下它们的差别在之内。该试验是在干燥的路面上全油门加速到
120kmh 然后完全ABS停车。
该实验用超过10台的VBOX做过，结果几乎一模一样，实际上这是我们在出厂前检查的一个重要项目，就是用一个参照的VBOX做对比试验。
当速度如此接近，那么对距离意味着什么呢根据在图表中显示的加速/减速运行，每个VBOX测量的距离相差在%内。
测量从100kmh到0kmh的制动距离，每个的结果是相同的米。
在整个12km的测试路程里面，计算距离的重复性甚至高于%。
这些测试表明我们可以保证制动距离在每次制动试验中重复性在%内，可允许非常高的精度对比。现在不同的轮胎/制动系统的差异非常小，如果你的测试设备的重复性仅仅能达到%，那么它将非常困难发现轮胎/制动系统1％的性能改进。
不同的组织采用相同的测试设备是非常重要的，他们采用相同的标准进行工作。VBOX是很好的选择，这也是为什么固特异和米其林轮胎在全世界的范围内使用VBOX作为轮胎测试和比较的工具。你不需要进行一个校准过程来去除仪器的许多数据偏差，这是VBOX相对于光电传感器来说的一个主要的优点。
试试在车上与VBOX一起使用其它的距离测试系统（光电的，雷达，微波，第五轮），然后比较结果，我们相信VBOX在这个领域是很难被打败的。
速度测量精度示例
MIRA (汽车工业研究协会)是VBOX的主要用户，他们
利用许多VBOX进行制动性能试验，道路绘制，处理动力
学和许多东西。
MIRA 在汽车工业受到非常的尊重，它为大量的汽车公司
进行试验。
MIRA 对VBOX上已经作了许多校核和认证试验，并且现
在推荐VBOX作为制动和处理试验的一个速度/距离测量参
考。
( 的航拍照片)
最近，一个项目需要分析当一个宽的车辆转弯时，它的
整个宽度上速度的不同。
为了想知道是否VBOX有能检测这个差别的精度和分辨
率，两套VBOX被装在一个普通公路汽车上，两者越过
车顶的宽度80cm。这个车绕着MIRA操纵台以不同的
速度和半径跑来收集数据。
这个试验的想法是在一个大转弯半径和低速下，VBOX
是否能检测一个宽度较小的车的差别，如果是，那么对
于目标车，她就有足够的分辨率。
两套VBOX测出的的速度比较显示在转弯时车辆内部与
外部速度是不同的。
这个不平常的结果显示VBOX的分辨率能显示在非常低
的速度7km/h，绕着直径为65m的圈转弯时有一个稳
定的h的速度差别。
这一系列的图显示在不同的速度和转弯圈时两个不同速
度轨迹。
(右边的图显示当车改变转弯的方向时，两个轨迹互相交
换)
两套VBOX 被装在同一个车上，一个天线放在左手边，另一个放在右手边，以不同的速度绕着一个弯道圈驾驶车。
分析软件
与VBOX一起提供的软件设计使你能非常快速的进行大量的试验。
它特别设计用于汽车试验，而且能进行配置来显示速度，距离，时
间，制动距离，加速时间，触发速度，绕圈时间，分开时间，横向加
速度，纵向加速度，位置，方向，和高度。
左右的这些数据能以任意顺序和实时的监测。（或者用 Mph, Miles,
Feet or Kmh, Kms 和 Metres）。这意味着当前屏幕能为制动试
验，加速试验，或绕圈分析进行特殊的配置。
单独的结果屏幕能显示所有的加速距离和时间，对于任何的制动试验
也一样。这些试验的速度范围能容易的被配置，并且可以在试验进行
之前或之后改变。有特殊的屏幕专用于制动试验，和组合试验（制
动，加速，障碍滑雪，赛跑，绕圈）。
结果可以很容易地输入到Excel中，因为他们是以ASCII 码存储的。
本软件可以用于实时检测事件，显示即时制动距离，加速时间，绕圈时间等，或它也可以用于分析VBOX在独自工作模式下记录的数据，然后由软件下载。
屏幕照片 (大约每个 20k):
各种触发点可以被定义，制动触发器，事件标记，触发速度和虚门（使用车辆的GPS位置）。它允许在最少的设置下进行大量的复杂试验。在信息获取后进行所有的处理，允许在同一套数据上进行许多不同的分析。
一个混合试验的示例可以是VBOX首先工作在一个加速运行，接着一个制动试验，并且在一个试车圈道上绕一圈。数据然后下载到软件中（大约5-30秒），而且需要从0-115km/h的加速时间，这可以作为一个试验范围被配置，并且数字马上出现在一个结果框中。然后需要从100kmh到静止的制动距离，再次定义一个框来显示这个距离，和制动触发器触发速度，以及一些计算象MFDD （指完全施加的减速度）。然后使用同样的数据，一个绕圈时间可以被提取出来，通过给软件图形显示起点和终点的位置和绘制试车道的图形数据，以及显示横向加速度和纵向加速度，最大速度和旅行距离。只要花2分钟把VBOX装到车上，并且只需2分钟提取所有的数据。
一个普通试验的标准结果表 (1 of 3)
所有的软件都在Racelogic 公司内编写，所以我们能快速地提供定制解决方案以适应特殊的试验内容。新的功能不断地被添加到软件中，而且当你购买VBOX时，你可以得到一年的软件维护合同，它包括 Windows 分析软件和内部VBOX固件。
客户评价:
EVO Magazine EVO杂志
在测试完包括其他GPS系统和市场上不同设备后，VBOX是最稳定的和易于使用的产品。Autocar
我们需要结果快速和精确，VBOX可以满足这两个要求而且使用起来是一种快乐。
Car and Driver magazine
采用Racelogic的VBOX的应用经验。
? - 测试世界（芬兰）－冬天测试室
? - 动力技术－汽车杂志
? - 国防研究和发展组织
? - 汽车工业研究联合会
? - BBC 由Jeremy Clarkson 主导的BBC领先齿轮汽车项目。
?加速和制动—车内影像测试
?Car and Driver magazine汽车和司机杂志
Test World (Finland)测试世界（芬兰）
测试世界拥有芬兰最大的冬天测试设施，全世界的汽车和轮胎生
产商都在使用。测试世界每年要为不同的生产商做几千次的轮胎
和制动系统的试验，测试世界有三套VBOX系统用于日常的测
试。
冬天的气候特征为测试带来了很多独有的难题，光电技术和微波技术在如此恶劣的环境下性能不佳，第五轮技术在光滑的路面上容易打滑。
GPS传感器非常适合这种条件下的试验，因为唯一的外部安装要求就是天线可以安装在车顶上。
测试世界想利用VBOX的一个应用是进行大量的背靠背的制动试验（经常是每天500次！）。他们要求一个快速和方便的测试途径来测量制动距离，两个速度之间的制动时间。
一旦他们对VBOX所得出的精确数据感到满意，我们与他们一起工作来修改软件来适合他们的需要，测试世界在做制动试验的方法是在车内使用手提电脑来得到及时的制动距离和时间的输出。他们在仪表板装上LED速度表让司机可以获得试验的启动速度。
然后他们进行了大量的制动停车，通过VBOX软件自动记录制动距离，MFDD，和每次停车间两个速度之间的时间。这些都自动的用TXT文件保存，可以很快的导入到EXCEL文件中制成表格插入到报告中。
(website )
Power Techniques magazine
动力技术杂志
动力技术杂志是希腊汽车方面的畅销杂志代表高质量和精
确的测试结果。杂志的内容非常专业，许多文章深入探讨
了引擎和悬挂技术，以及不同车辆详细的道路/测功仪试
验。
传统上动力技术使用安装在车辆的外侧的旋转式车轮速度
传感器经过一定的运行距离后对传感器进行校核。
动力技术试验不同类型的车辆，从赛车到喷气式雪橇，要
求测试设备能够容易，快速安装。
杂志的所有者Costas Papatriantafliou先生说：多年来，我使用过很多精确测试设备，直到使用VBOX时，我才觉得是我所满意的。
“它不单测试结果精确，我们可以在几秒钟内就装好它”
动力技术使用VBOX来产生所有他们的加速度和制动值，还使用VBOX分析不同汽车的绕圈性能。
通过使用VBOX在每个赛道的外部和内部移动，他们已经将所有希腊赛车道制成图表。他们还通过在线路轮廓上覆盖驾驶路线来分析驾驶员和汽车的结合程度。
在最近的报道中，他们将VBOX放在快速动力船上来分析性能。该船具有令人惊讶的能力，最高速度达到h，在转弯的时候牵引拉力达到2g.
在另外一个例子，他们将VBOX转载一个喷气赛车上，他们在秒内记录道0－60，当牵引力为，最大速度为
km/h，当降落伞展开时，减速度达到6g！
这些有趣的特点让动力测试杂志成为在希腊最畅销的汽车杂志之一。
(website )
QinetiQ
QinetiQ是一家从DERA（英国政府的精锐国防研发组织）的主要部分组成的新科技公司。
QinetiQ使用VBOX来对军用车辆进行性能测试，发现它在恶劣的地形，微波和光学速度传感器不能工作的地形下特别有用。
(website )
MIRA
MIRA汽车工业研究联合会位于uneaton, Warwickshire，是一个领先的为全世界汽车工业提供工
程开发和研究服务的独立组织。
MIRA使用很多VBOX在他们自己的试验线路上为很多大
的汽车生产商进行制动试验，他们有不同的干的，湿的，
具有不同等级粘着的路面，他们发现VBOX是唯一在不同
状况下都能正常工作的产品。
以前MIRA使用第五轮，雷达传感器，微波传感器和光电
传感器，但现在几乎所有用VBOX取代了。(website )
Car and Driver magazine汽车和司机杂志
在购买我们的产品之前，汽车和司机杂志花了一年的时间来
仔细评估和精确校核他们的步骤。我们依次来开发软件来适
应他们的需求，吸收他们多年的测试经验。
任何购买VBOX的人就可以拥有这些软件，使得在做试验
和评估一辆新车变得高效和愉快。
3. VBOX III数据采集系统
概述
VBOX III代表Racelogic公司第三代
GPS数据采集系统。采用功能强大的新的
GPS引擎,VBOX IIs可以以100Hz的速度记
录GPS和其它数据,记录下来的数据直接存
储到 CF卡上，很容易传输到计算机内。
2个CAN总线接口可以在连接
Racelogic的输入模块的同时传输GPS数据
或者第二个CAN总线接收车载CAN里的数
据。
作为一个系列产品，VBOX III完全兼
容所有现存的外部功能扩展模块,包括多功
能显示器模块，模拟信号输入模块
ADC03，温度模块TC8，频率输入模块
FIM02 等
技术规格
●非接触式基于GPS技术的20Hz速度和距离测量
●延迟
● 4 x 24位差分模拟量输入，输入电压范围±50v，数据同步采集。
●制动/事件触发器输入，12S 分辨率
● 2 x CAN 总线接口用于数据输入/输出
●RS-232 串行接口
●数据采集到符合工业标准的CF闪存卡
● 2 x 16位用户定义的模拟量输出
● 2 位数字输出
●用户定义的触发器选项.
●数据登录速度可选：
20Hz, 10Hz, 5Hz, 1Hz
●宽操作电压范围到 30V
VBOX III 输入和输出