CN101480946B - 一种基于轮载式智能传感车轮制动性能监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于轮载式智能传感车轮制动性能监测方法，通过在机动车各个车轮的轮毂赤道平面上安装智能传感模块和在车身安装智能传感单元，传感信号经信号调理、数字化、姿态算法、制动算法计算获得车轮的主要制动性能参数，该方法所监测的车轮的主要制动性能参数包括：车轮滑移率、车轮路面附着系数、车轮制动力、车轮制动减速度等；该方法通过对上述参数进行多传感数据融合及分析，能够监测及主动评价机动车运动安全状况，有利于避免和减少交通事故的发生。

Description

一种基于轮载式智能传感车轮制动性能监测方法

技术领域

本发明涉及机动车安全运行状态监测领域，尤其涉及监测机动车在形式过程中的车轮制动性能实时状况的监测方法。

背景技术

机动车运行安全状态监测技术是保证机动车安全行驶的主要手段，也是机动车运行安全检测技术发展的必然趋势。采用机动车运行安全状态监控技术对机动车运行安全状态和运行指标进行动态监测，及时发现和预防机动车故障，发展监测、控制、管理和决策于一体的安全监控网络体系，对机动车安全运行具有重要意义；它是关系到国家和人民生命财产安全的一项重大的社会公益技术工作，是保障机动车辆运行安全重要的技术支撑，是政府管理部门对机动车安全运行的非常重要的技术保障；它不仅能提高机动车安全运行的技术保障能力、减少交通事故，而且对促进机动车工业及交通运输事业的发展有重大意义。

机动车运行安全状态监测主要包括监测机动车(车身、车轮)运动姿态参数、动载荷参数、制动性能参数。制动性能是评价机动车最重要的技术指标，是汽车安全检测的基本项目之一。机动车在运行过程中，会产生制动、加速、转向、直线行驶等工况，反映机动车运行安全状况或趋势的车轮制动性能参数主要有：车轮滑移率、车轮路面附着系数、车轮制动力、车轮制动减速度。通过监测车轮的制动性能可以获得较直接、较真实、较丰富的机动车安全运行信息。通过监测车轮的制动性能可以全面评价机动车制动性能：车轮制动性能中的制动力和前后轴左右轮制动力差是能够衡量车轮制动器制动力和路面附着系数大小、车轮制动器制动力平衡状态的参数；车轮滑移率是能够衡量车轮防抱死制动***最佳制动状态的参数，车轮制动减速度是能够衡量车轮制动器制动力大小的参数，对预防机动车制动性能故障都有决定性的影响。

目前，对车轮制动性能的监测主要是通过对车轮制动减速度单一指标的监测，尚未能对车轮滑移率、车轮路面附着系数、车轮制动力等参数进行有效监测，从而无法全面评价和预测机动车制动性能(包含机动车防抱死ABS制动性能)；对机动车制动性能的检测评定主要依靠定期的安全检测，未能对机动车的制动性能进行实时监测；同时，对车轮制动减速度参数的监测只是直接采用轮速传感器来测量车轮转速，尚未对轮速传感器所测量参数进行评价。

发明内容

为解决上述中存在的问题与缺陷，本发明提供了一种基于轮载式智能传感车轮制动性能监测方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明所涉及的一种基于轮载式智能传感车轮制动性能监测方法，包括：

通过智能传感模块感知车轮与车身的三维加速度；

根据智能传感模块输出的三维加速度信号获得三维加速度值；

利用车轮三维加速度中至少一种加速度的参数经姿态算法获得车轮垂向加速度和前进速度，及利用车身三维加速度中至少一种加速度参数经姿态算法获得车身纵向速度；

根据车身纵向速度与车轮前进速度中至少一种参数经滑移率计算获得车轮滑移率；

将车轮垂向加速度参数经附着系数获得车轮路面附着系数；

通过车轮路面附着***和车轮动载荷参数中至少一种参数并经车轮制动力计算获得车轮制动力。

所述方法还包括：

将车轮三维加速度信号进行模/数转换，再经温度补偿处理、插值解耦处理得到车轮智能传感模块安装点的三维加速度值，并计算得出车轮转速；

根据车轮转速参数计算得到车轮制动减速度。

对车轮制动性能参数：车轮滑移率、车轮路面附着系数、车轮制动力及车轮制动减速度进行融合与分析，以判断智能传感模块的工作状态，并获得车轮制动性能的变化趋势。

所述车轮三维加速度包括切向加速度、侧向加速度和向心加速度；所述车身三维加速度包括纵向加速度、侧向加速度和垂向加速度。

所述智能传感模块设置在车轮轮毂赤道面的表面上。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

1、通过应用MEMS无陀螺捷联式微惯性测量技术测量车轮制动性能，实现了不同运行速度下对机动车车轮制动性能的实时监测；

2、车轮制动性能参数中的车轮的制动力和前后轴左右轮制动力差能够衡量车轮制动器制动力和路面附着系数大小、车轮制动器制动力平衡状态，车轮滑移率能够衡量车辆防抱死制动***最佳制动状态，车轮制动减速度衡量车轮制动器制动力大小，通过对车轮上述制动性能参数监测和分析实现对机动车制动性能的全面评价；

3、通过分析预测程序将车轮制动性能数据与其历史数据分析比较，获得车轮制动性能的趋势，增加对车轮制动性能的预测功能，形成一个完整的、相对独立的测量平台，并能够提供统一数据接口模式供有关政府管理部门加以应用。

附图说明

图1是本发明所述基于轮载式智能传感车轮制动性能监测方法的流程图；

图2是以车轮侧视图示意本发明所涉及轮载式智能传感车轮制动性能测量模块安装示意图；

图3是以车轮俯视图示意本发明所涉及轮载式智能传感车轮制动性能测量模块安装示意图；

图4是以车轮正视图示意本发明所涉及轮载式智能传感车轮制动性能测量模块安装示意图；

图5是本发明所涉及轮载式智能传感车轮制动性能监测***整体布置图；

图6是本发明基于轮载式智能传感车轮制动性能监测***硬件结构示意图；

图7分别示出利用图1的智能传感模块监测的一个轮胎其中一个规定点的向心、切向和侧向加速度的曲线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述：

本实施例提供了一种基于轮载式智能传感车轮制动性能监测方法。

参见图1，该方法包括以下步骤：

步骤101由智能传感单元感知感知车轮与车身的三维加速度。

车轮三维加速度包括：切向加速度、侧向加速度和向心加速度；车身三维加速度包括：纵向加速度、侧向加速度和垂直加速度。

步骤102将车轮与车身三维加速度信号进行滤波、数字化转换与温度补偿。

车轮智能传感单元输出的切向加速度、侧向加速度和向心加速度及轮胎内温度四路中的模拟信号进行调理、模/数转换成数字信号，再经温度补偿处理、插值解耦处理得到车轮轮毂表面车轮智能传感单元安装点更精确的三维加速度参数(步骤103)。

步骤104根据三维加速度参数经姿态算法或制动算法计算获得车轮与车身的相关加速度。

获得的相关加速度包括车轮垂向加速度、车轮前进速度、车身纵向速度、车轮滑移率、车轮路面附着系数、车轮制动力及车轮制动减速度，所述车轮垂向加速度与车轮前进速度根据切向加速度、侧向加速度和向心加速度中的至少一种参数经姿态算法获得；所述车身纵向速度根据纵向加速度、侧向加速度、和垂直加速度中的至少一种参数并经姿态算法获得；所述车轮滑移率根据车身纵向速度和车轮前进速度参数中的至少一种参数经滑移率计算获得；车轮路面附着系数根据所述车轮垂向加速参数并经附着系数计算获得；利用附着系数参数和车轮动载荷参数中的至少一种参数经车轮制动力计算获得车轮制动力。

步骤105制动性能参数。

步骤106将制动性能数据融合与分析获得车轮制动性能的变化趋势。

制动性能数据包括车轮滑移率、车轮路面附着系数、车轮制动力及车轮制动减速度等。

步骤107对获得车轮制动性能的变化趋势进行分析预测。

步骤108根据各个车轮和车身制动性能参数的融合对智能传感单元的工作状况进行判断。

参见图2、图3、图4：车轮制动性能智能传感模块安装于车轮轮毂赤道面的表面上，车轮智能传感模块的安装要求：加速度传感器的三个敏感轴X轴、Y轴、Z轴分别指向轮毂切线方向、轮毂的侧向、轮毂的轴心的方向；坐标系Oxyz是正交的右手坐标系。

参见图5：为本发明所述一种基于轮载式智能传感车轮制动性能监测方法所采用的***整体布局图，包括车轮1、车轮智能传感模块2、车内中央控制模块3，其中车轮智能传感模块安装于各个车轮的轮毂赤道表面上，车内中央控制模块3安装于车内；车轮智能传感模块2与车内中央控制模块3之间通过无线射频实现双向通信。

参见图6，本发明涉及的基于轮载式车轮制动性能监测方法的硬件***，包括安装于各个车轮内的车轮智能传感模块2和安装于车内的车内中央控制模块3；(1)车轮智能传感模块2包含第一无陀螺惯性测量单元2a、调理单元2b、无线单片机2c和第一电源2d；该第一无陀螺惯性测量单元2a包括一个三轴加速度传感器21a和温度传感器22a；三轴加速度传感器21a和温度传感器22a输出模拟信号，该第一无陀螺惯性测量单元2a与调理单元2b电气连接；调理单元2b用于对输入的加速度和温度信号进行滤波和调压，该调理单元2b与无线单片机2c相互连接，该信号为模拟信号；无线单片机2c的自检信号与三轴加速度传感器连接，用于检查三轴加速度传感器21a工作是否正常；无线单片机2c片上集成无线收发电路和单片机，用于进行传感采集、运算并实现与车内中央控制模块2的双向通信功能；第一电源2d是为第一无陀螺惯性测量单元2a、调理单元2b和无线单片机2c提供直流电源；其中，第一无陀螺惯性测量单元2a的三轴加速度传感器21a采用一个两轴加速度传感器ADXL323和一个单轴加速度传感器ADXL193组合而成，无线单片机2c采用CC2510F32；(2)车内中央控制模块3包含无线单片机3a、车身智能惯性测量单元3b、第二电源3c、ARM处理器3d及人机交互单元3e；该无线单片机3a实现与车轮智能传感模块通信功能，通过数字信号与ARM处理器3d相互连接；第二无陀螺惯性测量单元3b与ARM处理器3d相互连接，该信号为数字信号；第二电源3c为无线单片机3a、车身智能惯性测量单元3b、ARM处理器3d及人机交互单元3e提供直流电源；人机交互单元3e由液晶屏31e、触摸屏32e、蜂鸣器33e、CAN接口34e组成；液晶屏31e用于输出显示ARM处理器3d的输出显示信息，包括车轮动载荷参数、状态等参数；触摸屏32e用于设置参数、查询数据；蜂鸣器33e用于出现故障时由ARM处理器3d驱动发出警示；CAN接口34e用于提供其他CAN设备访问车内中央控制模块3d的接口；其中，无线单片机3a(2c)采用CC2510F32。

其工作过程为：无陀螺捷联式微惯性测量单元2a输出的切向加速度、侧向加速度、向心加速度、温度模拟信号经调理单元2b信号调理后，经无线单片机2c的ADC外设转换成数字信号，以中断触发方式提供给无线单片机2c的CPU访问；无线单片机2c在必要的时候可以通过驱动自检信号对加速度传感器进行自检；无线单片机7中的微处理器对信号进行数字滤波、补偿计算得出车轮运动姿态中的三维加速度；包括：切向加速度、侧向加速度、向心加速度，表征车轮任何瞬时三维加速度的状态，由智能传感模块监测的一个轮胎其中一个规定点的向心、切向和侧向加速度的曲线(参见图7)；通过无线单片机2c内部的无线收发电路将数据发射输出到车内中央处理模块2的无线单片机3a，同时通过该无线单片机2c内部的无线收发电路也可接收来车内中央处理模块2通过无线单片机9发送过来的命令；车内中央处理模块3的任务：①接收来自车身智能惯性测量单元3b的车身姿态信息；②通过无线单片机3a接收来自车轮智能传感模块2的数据，必要时候通过无线单片机9向车轮智能传感模块1发送命令；无线单片机3a中的微处理器对接收到的车轮运动姿态中的三维加速度，包括：切向加速度、侧向加速度、向心加速度进行信号速度计算得出车轮的前进速度、侧向速度，表征车轮任何瞬时速度的状态；③对接收到的来自无线单片机3a和车身智能惯性测量单元3b发送过来的加速度、速度数据，经姿态计算、制动计算得出车轮的制动性能参数，该参数包括：车轮滑移率、车轮路面附着系数、车轮制动力、车轮制动减速度；④对上述车轮制动性能数据进行主动安全评价及趋势预测；⑤对车轮制动性能数据与车身制动性能数据进行数据融合及分析以便对车轮智能传感模块2是否正常工作作出判断，并预测车轮制动性能的变化趋势；⑥通过控制液晶屏31e输出显示车轮制动性能信息、评价等级、趋势预测信息等；⑦处理触摸屏32e触发的中断并进行参数设置及历史查询等操作；⑧当出现异常时用数字信号驱动蜂鸣器33e作出蜂鸣警示；⑨建立用于存储相关制动性能数据及历史数据的电子数据表格以供其他CAN总线外部设备通过CAN接口34e访问。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于轮载式智能传感车轮制动性能监测方法，其特征在于，该方法包括：

通过智能传感模块感知车轮与车身的三维加速度；

根据智能传感模块输出的三维加速度信号获得三维加速度值；

利用车轮三维加速度经姿态算法获得车轮垂向加速度和前进速度，及利用车身三维加速度经姿态算法获得车身纵向速度；

根据车身纵向速度与车轮前进速度计算获得车轮滑移率；

通过车轮垂向加速度获得车轮路面附着系数；

通过车轮路面附着系数和车轮动载荷计算获得车轮制动力；

将车轮三维加速度信号进行模/数转换，再经温度补偿处理、插值解耦处理得到车轮智能传感模块安装点的三维加速度值，并计算得出车轮转速；

根据车轮转速参数计算得到车轮制动减速度；

对车轮制动性能参数：车轮滑移率、车轮路面附着系数、车轮制动力及车轮制动减速度进行融合与分析，以判断智能传感模块的工作状态，并获得车轮制动性能的变化趋势。

2.根据权利要求1所述的基于轮载式智能传感车轮制动性能监测方法，其特征在于，所述车轮三维加速度包括切向加速度、侧向加速度和向心加速度；所述车身三维加速度包括纵向加速度、侧向加速度和垂向加速度。

3.根据权利要求1所述的基于轮载式智能传感车轮制动性能监测方法，其特征在于，所述智能传感模块设置在车轮轮毂赤道面的表面上。

Images