电动童车自由轮斜坡测试法评定研究

毛晓靖，李方铭

（平湖市产品质量监督检验所，浙江 嘉兴 314200）

国家标准GB 6675.2—2014第5.16相关规定指出，电动童车自由轮测试方法分为拉力法和斜坡测试法。拉力法是将电动童车水平放置，并按照要求加载适当的负载，在铺有P60氧化铝纸的平面上以（2±0.2）m/s的速度匀速拖拉玩具，测试最大的拉力，具体如图1所示。如果测得的最大拉力F≥（m＋25）×1.7（36个月及以下儿童适用的电动童车）或F≥（m＋50）×1.7（37个月以上儿童适用的电动童车），则认为该电动童车不具备自由轮装置。斜坡测试法是将电动童车在加载50 kg的砝码后置于铺有P60氧化铝的10°斜面上，如果童车加速下滑，则被视作为自由轮。

图1 在铺有P60氧化铝纸的平面上测试最大拉力

1 斜坡测试法

斜坡测试法能够在短时间内检测童车的自由轮检测项目，同时，需要的检测设备只有检测斜坡平台和砝码，测试简便、好操作，但难点在于怎么更加科学、有效地判定被测样品是否合格。

如图1所示，经过测算，F1＝cos80×mg＝1.7 m。当F1＝F2时，小车匀速下滑，如果速度v＜2.0 m/s，判定样品合格，不存在自由轮；如果速度v＞2.0 m/s，判定样品不合格，存在自由轮。当F1＜F2时，小车速度v＜0 m/s，判定样品合格，不存在自由轮。当F1＞F2时，小车加速下滑，判定样品不合格，存在自由轮。

电动童车在斜坡中的运动速度是自由轮检测项目是否合格的决定性因素之一。目前，运用斜坡法测试速度的一般方法是，在斜坡上安装红外开关，分段测试童车速度。但是，这种方法只能测出童车每段中的平均速度，无法准确判定童车的实时运行速度。

2 嵌入式速度测试

2.1 数据采集端硬件

如图2所示，将固定尺寸的磁钢吸附在电动童车车轮侧边缘，同时将固定于车身的双向霍尔开关对准相应的磁钢，使传感器保持在固定响应距离内。该系统采用多极磁钢测速方案，即根据不同车速放置多块测试磁钢，以提高测速精度。

图2 数据采集端硬件设置情况

采用HIGK M10双向霍尔传感开关、信号接入以TI CC2530为核心的单片机系统。系统时钟设置为32 M，信号输入端P0_6，下降沿出发系统中断。以定时器T1作为计时定时器，8分频自动重装模式运行。

2.2 数据采集端软件

该系统依据TI官网CC2530 BasicRF源代码实例，再根据自身系统硬件配置进行相关修改，并移植入测试系统中。Basic RF由TI公司提供，它包含了IEEE 802.15.4标准的数据包的收发功能，可实现2个结点间的简单通信。在只涉及2个节点，点对点通讯，且传输数据结构不复杂的情况下，应用此结构可以快捷开发出相应的功能，且系统占用资源少。

该系统主要应用到Hardware Abstraction layer、TIMER、GPIO、UART接口函数进行传感器数据转换、与PC机通讯等功能；在Application layer实现相关数据转换、数据传输功能；同时，通过设置Basic RF layer中点的PAN ID、节点的地址、通道等关键网络参数实现点对点通讯链路的初始化。具体参数是：

另外，通过调用basicRfSendPacket()函数发送数据，并查看其返回值；接收方通过basicRfPacketIsReady()函数来检查是否收到一个新数据包，同时，调用basicRfReceive()函数将收到的数据复制到buffer中，再通过串口通讯方式将数据传输到PC机中。本方案由下位机串口转USB方式实现与PC机的通讯。

3 LabVIEW的数据处理

当数据传送到PC端后，该系统应用LabVIEW开发相应数据处理、报告软件。采用平铺式顺序结构进行LabVIEW程序的总体设计。

调用VISA配置串口VI，对串口波特率、数据位、奇偶验证等参数进行设置，同时，采用属性节点方式配置VISA读取函数读取全部串口缓存数据，避免系统进入数据接收等待死循环。根据固有协议（本系统自身设计的简单数据验证协议），应用匹配模式函数对字符串头尾相关验证字符串进行匹配分离，将提取出的有效字符串通过字符串至字节数组转换函数将有效字符串转换成字节数组，调用数组最大、最小值函数分离出系统实时测得的最大转速。结合实际操作中测得的电动童车车轮直径、车轮磁钢数量等常数，将无线传感端的转速数据转换为实时速度数据，将实时数据接入到波形图表中显示电动童车速度实时变化曲线，整个检测软件系统如图3所示。为了保证检验检测数据的可追溯性，该系统应用LabVIEW自身的文件读写函数将实验产生数据存入固定编号的文件中，同时，根据文件中的数据设计出报表系统，以方便获取检测数据。

图3 检测软件系统

4 数据验证分析

数据采集端CC2530时钟主频为32 M，设定定时器T1中断溢出时间为0.016 384 s，设定100个中断溢出时间为霍尔传感器脉冲计数时间T.

在计数周期T时间段，电动童车行驶路程为S总，具体计算公式是：

式（1）中：N为脉冲总数；n为磁钢数量；L为车轮周长。由此可得电动童车速度v，具体计算公式是：

结合式（2）的基本数学理论，应用电子计数等各种计数手段开发出较为稳定的实时电动童车测试系统。

为了充分验证该系统数据测试的准确性，应用3种测速方法：①该系统测速方法A1；②传统秒表测速方法A2；③转速表测速方法A3。以A2为真值，比较A1和A2方法的准确性。速度测试在长15 m、宽1.5 m、铺有P60硬质氧化铝纸的测试轨道上进行。在测试前，按照标准规定对所有待测样品进行预处理，将电池充满，实样品处于相同环境状态下，尽可能减少其他因素对童车速度的影响。在设定同一测试环境下，应用3种测速方法得出不同型号童车的最高运行速度。方法A1的相对误差r1要明显小于方法 A2的相对误差r2，其准确率能提高5%左右，对实际测试效果有明显的影响。根据实际测试现象分析出现偏差的原因，主要包括以下2点：①人为计时存在反映偏差；②童车实际运行（一般为遥控操作）时运行轨迹偏离，传统方法无法消除这种偏离因素。由此可知，传统测试方法在实际应用中存在较大的偏差。该系统的测试方法A1通过测试轮子单位时间内的实际转速，通过转换测试速度，可以消除传统测试中2个不稳定因素的影响，能有效提高测试的准确率。

5 总结

本文针对电动童车速度检测中存在的问题，提出了以Basic RF通讯协议为基础的无线传感测速系统。测试系统数据采集端可以方便地嵌入到被测车辆当中，测试数据以无线传输方式输入到PC，运用LabVIEW虚拟仪器开发软件开发出数据处理显示报告软件，使得电动童车测速方法更加科学、高效、可靠。在同等测试条件下，与传统测试方法相比，本文提出的系统能有效提高速度测试的准确率，更加真实地反映电动童车的实际运行最高速度，提高测试可行度。在进行下一步工作时，需要根据电动童车自身速度提高系统的准确性和稳定性。

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