CN102353543B

CN102353543B - 基于轮载式智能传感自适应变频采样监测汽车abs性能测试方法

Info

Publication number: CN102353543B
Application number: CN201110153242.0A
Authority: CN
Inventors: 刘桂雄; 许建龙; 潘梦鹞; 谭世勇
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2031-06-09
Also published as: CN102353543A

Abstract

本发明公开了一种基于轮载式智能传感自适应变频采样监测汽车ABS性能测试方法，该方法应用MEMS无陀螺捷联式微惯性测量技术，在汽车各个车轮的轮毂赤道平面上安装车轮智能传感模块和在车身安装智能惯性测量单元，根据计算得到的车身纵向速度自适应变频采样获取车轮智能传感模块的传感数据，结合车身安装智能惯性测量单元数据，经信号调理、数字化、姿态算法、制动算法获得制动性能参数(车轮滑移率)，对汽车ABS所测的车轮滑移率进行监测(ABS制动性能)，通过对参数进行数据融合与分析可预测制动性能参数的趋势并主动评价机动车运动安全状况。

Description

基于轮载式智能传感自适应变频采样监测汽车ABS性能测试方法

技术领域

本发明涉及激动车安全运行状态监测领域，尤其涉及一种基于轮载式智能传感自适应变频采样监测汽车在行驶过程中ABS性能的实时情况。

背景技术

机动车运行安装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，对机动车安全运行、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。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，对预防机动车制动性能故障有重要影响。

目前，汽车ABS制动性能测试是通过在车轮的非旋转部分安装传感器对车轮旋转部件的齿圈或轴承进行传感测量，利用固定的齿圈齿数等角度间隔进行采样，未能根据实际情况自适应改变频率获取车轮传感数据，对汽车ABS制动性能进行测试的自动化、智能化水平低。

与本发明相关的专利有《一种基于轮载式智能传感车轮制动性能监测方法》(授权号：ZL200910077744.2)，该专利提到的方法能够监测的车轮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，但是没有采用自适应变频采样的方法，而是以固定频率进行采样，其不足之处在于：若采样频率过低则造成参数测量精度不够，若采用频率很高则造成采样过程中无线通信能耗的浪费并加重处理器的计算负担。

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自适应变频采样监测汽车ABS性能测试方法。该方法应用MEMS无陀螺捷联式微惯性测量技术，通过在机动车各个车轮内的轮毂赤道平面上安装智能传感模块，中央控制模块自适应获取传感模块采集车轮加速度传感器数据与车身速度信息，经过姿态算法、制动算法计算获得车轮的主要制动性能参数，该车轮的主要制动性能参数为车轮滑移率。参数经数据融合及分析，能够监测及主动评价机动车运动安全状况。所述技术方案如下：

基于轮载式智能传感自适应变频采样监测汽车ABS性能测试方法，包括：

通过车身智能惯性测量单元的加速度计采集车身加速度传感器数据，并对采集的车身加速度传感器数据进行滤波、补偿，发送到中央控制模块；

中央控制模块对车身加速度传感器数据进行姿态算法获得车身纵向速度；

中央控制模块发送命令给智能传感模块使其执行获取车轮加速度的任务，同时，中央控制模块根据车身纵向速度推算汽车ABS轮速传感器测量单位时间内轮速脉冲信号的个数，其频率为f1；并自适应采取大于f1的采样频率f2，获取来自车轮智能传感模块的切向加速度信号；

车轮智能传感模块接收中央控制模块的命令，根据接收到的命令信号得出切向加速度数据，并将得到的切向加速度数据发送到中央控制模块；

中央控制模块接收到车轮智能传感模块的切向加速度后，经姿态算法、积分计算得出车轮的前进速度；

中央控制模块通过姿态算法和制动算法对车身速度和车轮的前进速度进行运算，得到汽车ABS的性能参数：车轮滑移率；

对车轮制动性能参数和车身制动性能参数进行数据融合并分析测出车轮制动性能的变化趋势；以对车轮的制动性能进行安全评价。

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自适应变频采样测试汽车ABS制动性能；

(2)以自适应变频采样的方式进行测试，获得的车轮转速精度高于ABS轮速传感器获得的车轮转速，能够得到高精度的汽车车轮滑移率；

(3)通过分析预测程序将车轮制动性能能够形成一个完整的、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是以车轮侧视图示意轮载式智能传感车轮ABS制动性能测试模块安装示意图；

图2是车轮俯视图示意轮载式智能传感车轮ABS制动性能测试模块安装示意图；

图3是车轮正视图示意轮载式智能传感车轮ABS制动性能测试模块安装示意图；

图4a是车轮智能感知节点安装俯视图；

图4b是车身智能感知节点安装主视图；

图4c是车身智能感知节点安装俯视图；

图5是基于轮载式智能传感自适应变频采样监测汽车ABS制动性能测试***硬件结构示意图；

图6是基于轮载式智能传感自适应变频采样监测汽车ABS制动性能测试方法的原理流程图；

图7是基于轮载式智能传感自适应变频采样监测汽车ABS制动性能测试方法的自适应变频采样原理流程图；

图8是利用图1的轮载式智能传感模块监测的一个轮胎其中一个规定点的切向加速度曲线；

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：

参阅图1、图2和图3分别以车轮侧视图、车轮俯视图和车轮正视图示意轮载式智能传感车轮ABS(Anti-Lock Braking System防抱死制动***)制动性能测试模块安装示意，车轮智能传感模块2安装于车轮1轮毂赤道面的表面上，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；左边系Oxyz是正交的右手坐标系。

图4a、4b和4c分别是车轮智能感知节点安装俯视图、车身智能感知节点安装主视图和车身智能感知节点安装俯视图。包括车轮1、车轮智能传感模块2、中央控制模块3、车身智能传感模块4，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，车身智能传感模块安装于车内部，中央控制模块安装于车内；车轮智能传感模块与车内中央控制模块之间通过无线射频实现双向通信，车身智能传感模块包括四个车身智能感知节点，分别为4a、4b、4c和4d，它们采用惯性捷联的方式进行安装，每个节点与中央控制模块之间通过CAN总线实现通信。

参阅图5，是基于轮载式智能传感自适应变频采样监测汽车ABS制动性能测试方法的***，包括安装于各个车轮内的车轮智能传感模块2和安装于车内的中央控制模块3；其中车轮智能传感模块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；第一无陀螺惯性测量单元与调理单元电气连接，且第一无陀螺惯性测量单元包括一个加速度传感器21a和温度传感器22a；加速度传感器和温度传感器输出模拟信号。上述调理单元与无线单片机相互连接，且调理单元用于对输入的加速度和温度信号进行滤波和调压，其信号为模拟信号；无线单片机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的双向通信功能。第一电源是为第一无陀螺惯性测量单元、调理单元和无线单片机提供直流电源；其中，第一无陀螺惯性测量单元的加速度传感器采用加速度传感器ADX193，无线单片机采用JN5139。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(第二无陀螺惯性测量单元)3b、第二电源3c、ARM处理器3d及人机交互单元3e；无线单片机实现与车轮智能传感模块通信功能，通过数字信号与ARM处理器相互连接，其中，无线单片机采用JN5139；车身智能惯性测量单元与ARM处理器相互链接，该信号为数字信号；第二电源为无线单片机、车身智能惯性测量单元、ARM处理器及人机交互单元提供直流电源；人机交互单元由液晶屏31e、触摸屏32e、蜂鸣器33e组成；液晶屏用于输出显示ARM处理器的输出显示信息，主要是车轮ABS制动性能测试参数，触摸屏用于设置参数、查询数据；蜂鸣器用于***出现故障时由ARM处理器驱动发出警示。

参见图6、图7：本实施例涉及的基于轮载式智能传感自适应变频采样监测汽车ABS制动性能测试方法的***实现，软件上采用C语言编制各相应处理程序，其工作流程包括：

步骤101中央控制模块中的车身智能惯性测量单元的加速度计采集车身加速度传感器数据，经过滤波、补偿等数据处理后将数据发到车内中央控制模块。

步骤102中央控制模块对车身加速度传感器数据进行姿态算法进行计算。

步骤103由步骤102的姿态算法得出车身速度。

步骤104中央控制模块自动发送命令给车轮智能传感模块使其执行获取车轮加速度的任务，车轮智能传感模块的无线单片机接收中央控制模块的无线单片机发送过来的命令，自适应进行数据采集，表现在：利用无陀螺捷联式微惯性测量单元输出的切向加速度(图3中X方向的加速度)、温度模拟信号经调理单元信号调理后，经无线单片机的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的CPU访问。

步骤105无线单片机对信号进行数字滤波、补偿计算得出车轮的切向加速度，表征车轮任何瞬时切向加速度的状态，并按照将数据发射输出到车内中央控制模块的无线单片机。

步骤106中央控制模块根据步骤103得到的车身纵向速度推算汽车自带的ABS***在单位时间内轮速脉冲信号的个数，中央控制模块自适应采取采样频率f2(f2＞f1)获取来自车轮智能传感模块的切向加速度信号采样车轮智能传感模块数据。f1的推算方法是：由轮速公式：

得到

其中ω(t)为车轮角速度，v_B为车轮切向线速度，在车轮滑移率等于0的情况下约等于车身纵向速度，T₁为的采样周期(即获取传感器信息的采样周期，为固定值)，R是车轮半径。由于f1随着v_B的变化而改变，即汽车本身ABS***控制采样周期内的脉冲采样数量随着v_B的变化而改变，在v_B增大时采样周期内的脉冲采样数量减少，影响ABS性能的监测精度，所以中央控制模块自适应采取大于f1的采样频率f2，有利于提高ABS性能的监测精度。

步骤107车内中央控制模块的无线单片机接收车轮智能传感模块的切向加速度，并经过姿态算法、积分计算得出车轮的前进速度，表征车轮任何瞬时速度的状态。

步骤108车内中央控制模块使用姿态算法和制动算法对由步骤103的车身速度、步骤107的车轮前进速度进行运算。

步骤109由步骤108得到汽车ABS制动性能参数：车轮滑移率。

步骤110对汽车ABS所测的车轮滑移率进行监测(ABS制动性能)，并对车轮制动性能参数与车身制动性能参数进行数据融合及分析。

步骤111由步骤110可预测出车轮制动性能的变化趋势。

步骤112对车轮制动性能进行主动安全评价。

参见图8，是本实施例得到的智能传感模块监测一个轮胎其中一个规定点的切向加速度曲线。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.基于轮载式智能传感自适应变频采样监测汽车ABS性能测试方法，其特征在于，所述方法包括：

中央控制模块发送命令给智能传感模块使其执行获取车轮加速度的任务，同时，中央控制模块根据车身纵向速度推算汽车ABS轮速传感器测量单位时间内轮速脉冲信号的个数，其频率为f1；并自适应采取大于f1的采样频率f2，获取来自车轮智能传感模块的切向加速度信号；所述f1是由轮速公式

得到其中，ω(t)为车轮角速度，v_B为车轮切向线速度，T₁为的采样周期，R是车轮半径；

中央控制模块通过姿态算法和制动算法对车身速度和车轮的前进速度进行运算，得到汽车ABS的制动性能参数：车轮滑移率；

2.根据权利要求1所述的基于轮载式智能传感自适应变频采样监测汽车ABS性能测试方法，其特征在于，所述车轮智能传感模块采样车轮的切向加速度方法包括：将车轮切向加速度信号进行模/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切向加速度值，并通过无线通信方式进行数据收发。