CN102529850B - 一种基于轮载式智能传感机动车安全状态监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于轮载式智能传感机动车安全状态监测方法该方法通过圆形三角活动轮毂抓盘将车轮智能传感模块快速安装在机动车轮毂、在车身安装车身智能传感单元和在悬挂安装悬挂智能传感单元，对与机动车运行安全直接相关的机动车运动姿态、动载荷、制动参数进行实时在线监测。各传感信号经信号调理、数字化、机动车运动姿态、动载荷、制动监测算法计算获得机动车运动姿态、动载荷、制动参数。上述机动车安全状态参数经多传感数据融合及分析，能够真实、动态、全面、科学监测及主动评价机动车行驶安全状况。该方法可以提高机动车安全运行的技术保障能力、减少交通事故发生。

Description

一种基于轮载式智能传感机动车安全状态监测方法

技术领域

本发明涉及机动车安全运行状态监测领域，尤其涉及用于监测机动车在行驶过程中机动车安全状态的实时监测方法。

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。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，车轮作为行驶过程中机动车与地面接触部件，通过全面监测车轮运动姿态参数可获得最直接、真实、丰富的机动车安全运行信息。车轮在运动过程中处于高速旋转高温、振动、灰尘、雨水等复杂、恶劣工作环境，存在信号屏蔽、噪声干扰、离心力影响、动平衡问题，传感器的安装、尺寸、供电、功耗、抗高温、抗湿度成为车轮运动姿态监测的难题。

目前，对车身运动姿态监测多局限于车身前向速度、加速度两项参数，对车身运动姿态参数的全面、快速、可靠测量还处在起步阶段，主要集中于在一些特种车辆中探索应用；对车轮运动姿态监测的传统车轮ABS防抱死制动***轮速传感方法，多局限于测量车轮角速度、角加速度两项参数，未能进一步获得车轮姿态角、速度、转动参量信息；对车轮动载荷监测的轮胎压力监测TPMS方法多局限于测量轮胎实时压力、温度两项参数，无法直接测量车轮动载荷参数；对车轮制动监测的车轮ABS防抱死制动***轮速传感方法，多局限于测量车轮滑移率参数，无法全面测量车轮制动参数，未能真实反应车轮制动参数。现有的机动车安全性能检测方法没有对机动车行驶过程中的安全状态参数进行全面实时监测，未能准确分析车辆在不同路面条件下、车身和轮胎处于不同姿态下的机动车安全状态参数，从而无法有效监测机动车运行安全状态，不利于对运行过程中机动车安全状态的预测与评估。

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机动车安全状态监测方法，该方法通过机动车运动姿态、动载荷、制动监测模型，利用安装在车身、车轮和悬挂的智能传感单元对与机动车运行安全直接相关的机动车运动姿态、动载荷、制动参数进行监测。上述机动车安全状态参数经多传感数据融合及分析，能够真实、动态、全面、科学监测及主动评价机动车行驶安全状况。该方法可以提高机动车安全运行的技术保障能力、减少交通事故发生。

一种基于轮载式智能传感机动车安全状态监测方法，包括：

A、通过机动车运动姿态、动载荷、制动监测模型，利用安装在车身、车轮和悬挂的智能传感单元监测机动车运动姿态、动载荷、制动等机动车安全性能参数。

B、对车身、车轮、悬挂三维加速度信号进行滤波、数字化转换与温度补偿，得出更精确的车身、车轮、悬挂的三维加速度值。

C、机动车制动监测模型是利用机动车运动姿态信息、车轮动载荷信息计算获得制动性能参数，包括车轮滑移率、制动器制动力及平衡以及整车制动力；将机动车安全运行数据进行融合并分析获得机动车安全运行参数的变化趋势。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

1、基于轮载式智能传感机动车安全状态监测方法可以代替现有的机动车安全性能检测线，在机动车行驶过程中实现对机动车安全性能参数的快速、动态、准确、真实检测，不需要到特定的安检机构及在专门台架上进行安全性能检测，既可以节约场地，又可现场检测，检测能力大大提高；

2、通过应用MEMS无陀螺捷联式微惯性测量技术测量机动车安全状态，实现了不同运行速度下对机动车安全状态的实时监测；

3、基于轮载式智能传感机动车安全状态监测方法通过建立机动车运动姿态、动载荷、制动参数信息之间的关联性可获得现有的机动车安全性能检测无法测量的参数，机动车运动姿态、动载荷、制动参数信息可以真实、动态地反映机动车安全运行状态，比以往更加全面、科学；

4、通过分析预测程序将机动车安全状态数据与其历史数据分析比较，获得机动车安全状态的趋势，增加对机动车安全状态的预测功能，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是基于轮载式智能传感机动车安全状态监测方法的流程图；

图2是以车辆侧视图示意本发明所涉及轮载式智能传感车轮动载荷监测***整体布置图；

图3是基于轮载式智能传感车轮动载荷监测方法的主要原理示意图；

图4是基于轮载式智能传感机动车安全状态监测***硬件结构示意图。

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：

参见图1，提供了一种基于轮载式智能传感机动车安全状态监测方法该方法，该方法包括所述方法包括：通过机动车运动姿态、动载荷和制动监测模型，利用智能传感单元监测机动车运动姿态、动载荷和制动性能参数；具体步骤包括：

步骤101通过车身智能传感单元感知车身三维加速度，通过车轮智能传感模块感知车轮三维加速度和轮胎压力温度；通过悬挂智能传感模块感知悬挂的三维加速度参数；

步骤102对车身、车轮和悬挂三维加速度信号进行滤波、数字化转换与温度补偿，得到车身、车轮和悬挂的三维加速度参数。

步骤103车轮智能传感模块输出轮胎内气压信号经过温度补偿得到实时的轮胎温度压力值。

步骤104车身、车轮和悬挂智能传感模块处理后得到三维加速度值。

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，所述加速度值以无限通讯的方式发送到安装于车内的中央控制模块。

车身、悬挂三维加速度包括前向加速度、侧向加速度和垂向加速度，所述加速度值以CAN总线通讯的方式发送到安装于车内的中央控制模块。

步骤105根据车身三维加速度参数计算获得车身相关姿态参数；根据车轮三维加速度参数计算获得车轮相关姿态参数。

步骤106车身相关姿态参数和车轮相关姿态参数分别为车身运动姿态参数和车轮运动姿态参数。

步骤107将车身运动姿态参数和车轮运动姿态参数进行数据融合并分析判断智能传感单元的工作状况。

步骤108根据悬挂三维加速度参数、车身与车轮运动姿态参数进行动载荷计算。

步骤109获得机动车动载荷参数。

步骤110根据机动车运动姿态信息和机动车动载荷参数进行制动计算。

步骤111获得机动车制动性能参数。

步骤112根据计算得出的机动车运动姿态、动载荷参数和制动性能参数对机动车做出主动安全评价及趋势预测。

上述车身运动姿态参数包括车身姿态角的参数、车身速度参数和车身加速度参数；

车轮运动姿态参数包括车轮姿态角参数、车轮速度参数、车轮加速度参数和车轮转动参量；

机动车动载荷参数包括车轮动载荷参数、车轮实时压力参数和轮胎压力温度参数；

制动性能参数包括车轮滑移率参数和机动车制动力及平衡参数。

上述车身姿态角包括：侧倾角、俯仰角和横摆角；

车轮转动参量包括：角速度和角加速度；

悬挂三维加速度包括：纵向加速度、侧向加速度和所述的垂向加速度。

参见图2和图3，为本发明所述一种基于轮载式智能传感车轮动载荷监测方法所采用的***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、悬挂智能传感模块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，车内中央控制模块3安装于车内，悬挂智能传感模块4安装于车轮上方位悬架上；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，悬挂智能传感模块4与车内中央控制模块3之间通过CAN总线双向通信。

参见图4，为基于轮载式机动车安全状态监测方法的硬件***，包括安装于各个车轮的车轮智能传感模块2、安装于车身悬挂的悬挂智能传感模块4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包含第车轮惯性测量单元2a、调理单元2b、无线单片机2c和第一电源2d；该车轮惯性测量单元2a包括一个三轴加速度传感器21a、温度传感器22a和压力传感器23a；三轴加速度传感器21a、温度传感器22a和压力传感器23a输出模拟信号，该车轮惯性测量单元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可向三轴加速度传感器21a、温度传感器22a和压力传感器23a发出自检信号，用于检查三轴加速度传感器21a、温度传感器22a和压力传感器23a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是为车轮惯性测量单元2a、调理单元2b和无线单片机2c提供直流电源；其中，车轮惯性测量单元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)悬挂智能传感模块4包含第三惯性测量单元4a、调理电路4b、处理器4c、第三电源4d和CAN接口4e，第三惯性测量单元4a由单轴加速度传感器41a、温度传感器42a组成，与调理单元4b相互连接，该信号为模拟信号；调理单元4b与处理器4c相互电气连接，该信号为模拟信号；单轴加速度传感器4a采用ADXL103型；第三电源4d为第三惯性测量单元4a、调理单元4b、处理器4c提供直流电源；其中，处理器4c选用C8051F041型；(3)车内中央控制模块3包含无线单片机3a、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；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、第二无陀螺惯性测量单元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，包括机动车安全状态参数等参数；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。

本实施例涉及的基于轮载式机动车安全状态监测方法的硬件***，采用C语言编制各相应处理程序，其工作流程包括：(1)车轮惯性测量单元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；(2)无线单片机2c中的微处理器对信号进行数字滤波、补偿及插值运算得出车轮运动姿态中的三维加速度值，包括：切向加速度、侧向加速度和向心加速度，表征车轮任何瞬时三维加速的状态；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3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3通过无线单片机3a发送过来的命令；(3)车内中央处理模块3的任务：①接收来自第二无陀螺惯性测量单元3b的车身姿态信息；②接收来自悬挂智能传感模块4悬挂垂向加速度信息；③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3a向车轮智能传感模块2发送命令；④对接收到的来自车轮智能传感模块2发送过来的加速度数据，经运动姿态、动载荷、制动计算得出机动车运动姿态、动载荷、制动参数；⑤对上述机动车安全状态数据进行主动安全评价及趋势预测；⑥对车轮运动姿态数据与整车运动姿态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，并预测机动车安全状态的变化趋势；⑦通过控制液晶屏31e输出显示机动车安全状态信息、评价等级、趋势预测信息等；⑧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；⑨当出现异常时用数字信号驱动蜂鸣器33e作出蜂鸣警示；⑩建立用于存储相关机动车安全状态数据及历史数据的电子数据表格以供其他外部设备通过CAN接口34e访问。

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 (3)

1.一种基于轮载式智能传感机动车安全状态监测方法，其特征在于，所述方法包括：通过机动车运动姿态、动载荷和制动监测模型，利用智能传感单元监测机动车运动姿态、动载荷和制动性能参数；具体步骤包括：

A通过车身智能传感单元感知车身三维加速度，根据车身三维加速度参数计算获得车身运动姿态参数；通过车轮智能传感模块感知车轮三维加速度和轮胎压力温度，根据车轮三维加速度参数计算获得车轮运动姿态参数；并将所述车身运动姿态参数和车轮运动姿态参数进行融合判断智能传感单元的工作状况；

B根据机动车运动姿态信息、悬挂垂向加速度和轮胎压力温度参数计算获得机动车动载荷参数；

C利用机动车运动姿态信息和机动车动载荷参数计算获得制动性能参数；

D将机动车安全运行数据进行融合并分析获得机动车安全运行参数的变化趋势；

所述机动车安全运行数据包括机动车运动姿态信息、机动车动载荷参数和制动性能参数；

机动车运动姿态信息包括车身运动姿态参数与车轮运动姿态参数；

车身运动姿态参数包括车身姿态角参数、车身三维速度参数和车身三维加速度参数；

车轮运动姿态参数包括车轮姿态角参数、车轮三维速度参数、车轮三维加速度参数和车轮转动参量；

机动车动载荷参数包括车轮动载荷参数、车轮实时压力参数和轮胎压力温度参数；

制动性能参数包括车轮滑移率参数和机动车制动力及平衡参数；

所述车身三维加速度参数包括：车轮纵向加速度、车轮侧向加速度和车轮垂向加速度；

车轮三维加速度参数包括：车轮切向加速度、车轮侧向加速度和车轮向心加速度；

车身三维速度参数包括：车身纵向速度、车身侧向速度和车身垂向速度；

车轮三维速度参数包括：车轮切向速度、车轮侧向速度和车轮向心速度；

车身姿态角参数包括：车身侧倾角、车身俯仰角和车身横摆角；

车轮转动参量包括：车轮角速度和车轮角加速度；

悬挂三维加速度参数包括：纵向加速度、侧向加速度和所述的垂向加速度。

2.根据权利要求1所述的基于轮载式智能传感机动车安全状态监测方法，其特征在于，在执行步骤A之前还包括：通过悬挂智能传感单元感知悬挂三维加速度。

3.根据权利要求1所述的基于轮载式智能传感机动车安全状态监测方法，其特征在于，所述车轮智能传感模块固定在圆形三角活动轮毂抓盘上，然后将固定有车轮智能传感模块的轮毂抓盘通过抓爪与螺栓固定在车轮轮毂上。

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