RU2719238C1 - Ground vehicle linear speed wheel sensor - Google Patents
Ground vehicle linear speed wheel sensor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2719238C1 RU2719238C1 RU2019118251A RU2019118251A RU2719238C1 RU 2719238 C1 RU2719238 C1 RU 2719238C1 RU 2019118251 A RU2019118251 A RU 2019118251A RU 2019118251 A RU2019118251 A RU 2019118251A RU 2719238 C1 RU2719238 C1 RU 2719238C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- accelerometers
- wheel
- microcontroller
- vehicle
- linear speed
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
- G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
- G01P3/50—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring linear speed
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерителям линейной скорости, работающим на основе измерений акселерометров, и может быть использовано для измерения линейной скорости движения наземных транспортных средств.The invention relates to measuring equipment, in particular to linear velocity meters operating on the basis of measurements of accelerometers, and can be used to measure the linear speed of ground vehicles.
Известен датчик линейной скорости (Плохоцкий, М.А. Машины и механизмы для путевого хозяйства. М.: Изд-во «Транспорт», – 1970 г. с. 260-261), который построен на измерении угловой скорости вращения колесной пары и который состоит тахогенератора, кинематически через редуктор соединенного с осью колесной пары. A known linear speed sensor (Plohotsky, MA Machines and mechanisms for track facilities. M: Publishing house "Transport", - 1970, S. 260-261), which is based on measuring the angular velocity of rotation of a pair of wheels and which consists of a tachogenerator kinematically through a gearbox connected to the axis of the wheelset.
Недостатком этого устройства является излишняя громоздкость, наличие редуктора и пониженная точность измерения скорости.The disadvantage of this device is excessive bulkiness, the presence of a gearbox and reduced accuracy of speed measurement.
Известно устройство измерения линейной скорости подвижного объекта на основании измерения ускорений с последующим интегрированием, (Матвеев В.В., Распопов В.Я. Основы построения бесплатформенных инерциальных навигационных систем. СПб.: ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ Электроприбор», 2009, стр. 20), взятое в качестве прототипа. Устройство состоит из двух акселерометров с взаимно перпендикулярными осями чувствительности и закрепленными жестко на подвижном объекте, которые подключены к блоку пересчета (микроконтроллеру), выход которого соединен с двумя последовательно соединенными интеграторами. Данная бесплатформенная инерциальная навигационная система относится к классу сложных навигационных систем и формирует много параметров движения кроме скоростей. A device is known for measuring the linear velocity of a moving object based on measuring accelerations with subsequent integration, (Matveev V.V., Raspopov V.Ya. Basics of the construction of strapdown inertial navigation systems. St. Petersburg: State Research Center of the Russian Federation OJSC Concern TsNII Elektribribor, 2009, p. . 20), taken as a prototype. The device consists of two accelerometers with mutually perpendicular axes of sensitivity and fixed rigidly on a moving object, which are connected to a conversion unit (microcontroller), the output of which is connected to two integrators connected in series. This strapdown inertial navigation system belongs to the class of complex navigation systems and generates many motion parameters except for speeds.
Однако в силу наличия операции интегрирования данная система будет иметь нарастающую со временем погрешность и для ее нормальной работы требуется периодическая коррекция.However, due to the presence of the integration operation, this system will have an error increasing with time and for its normal operation a periodic correction is required.
Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в повышении точности измерения линейной скорости наземного транспортного средства за счет осреднения сигналов акселерометров посредством соответствующего их включения и исключения операции интегрирования в алгоритме определения скорости. The technical result to which the claimed invention is directed is to increase the accuracy of measuring the linear speed of a land vehicle by averaging the signals of accelerometers by turning them on accordingly and eliminating the integration operation in the speed determination algorithm.
Технический результат достигается тем, что в колесном датчике линейной скорости наземного транспортного средства, содержащем акселерометры, жестко закрепленные на транспортном средстве, и микроконтроллер, новым является то, что акселерометры жестко закреплены на колесе транспортного средства и равномерно расположены по окружности с радиусом, определяемым используемыми акселерометрами, с осями чувствительности, ориентированными перпендикулярно к оси вращения колеса, при этом диаметрально расположенные акселерометры подключены к соответствующим входам сумматоров, выходы которых соединены с соответствующими входами преобразователей аналог-код, выходы которых подключены к соответствующим портам микроконтроллера, в котором линейная скорость определяется согласно формулеThe technical result is achieved by the fact that in the wheel linear speed sensor of a ground vehicle containing accelerometers rigidly mounted on the vehicle and a microcontroller, the novelty is that the accelerometers are rigidly mounted on the vehicle wheel and are evenly spaced around a circle with a radius determined by the accelerometers used , with sensitivity axes oriented perpendicular to the axis of rotation of the wheel, while diametrically located accelerometers are connected to the corresponding inputs of the adders, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the analog-code converters, the outputs of which are connected to the corresponding ports of the microcontroller, in which the linear speed is determined according to the formula
где
при этом выходной порт микроконтроллера соединен с входом устройства беспроводной передачи информации, являющимся выходом колесного датчика линейной скорости транспортного средства.wherein the output port of the microcontroller is connected to the input of the wireless information transmission device, which is the output of the vehicle’s wheel linear speed sensor.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1 и фиг.2, где фиг.1 – схема расположения акселерометров на колесе в текущий момент времени, фиг.2 – структурная схема колесного датчика линейной скорости. Здесь:The invention is illustrated in figure 1 and figure 2, where figure 1 is a diagram of the location of the accelerometers on the wheel at the current time, figure 2 is a structural diagram of a wheel linear speed sensor. Here:
1 – 8 – акселерометры (для примера показано 8 акселерометров);1 - 8 - accelerometers (for example, 8 accelerometers are shown);
9 – колесо транспортного средства;9 - a wheel of a vehicle;
10 – 13 – сумматоры;10 - 13 - adders;
14 – 17 – преобразователи аналог-код (АЦП);14 - 17 - analog-to-code converters (ADC);
18 – 21 – входные порты микроконтроллера;18 - 21 - input ports of the microcontroller;
22 – микроконтроллер;22 - microcontroller;
23– выходной порт микроконтроллера;23– microcontroller output port;
24 – устройство беспроводной передачи информации (Bluetooth);24 - device wireless data transmission (Bluetooth);
Колесный датчик линейной скорости включает в себя
При движении транспортного средства с линейной скоростью V, колесо 9 вращается с угловой скоростью
Для исключения влияния ускорения силы тяжести оси чувствительности акселерометров ориентированы перпендикулярно оси вращения колеса и сигналы диаметрально расположенных акселерометров суммируются. Рассмотрим для примера формирование сигнала с акселерометров 1 и 5 на сумматоре 10To exclude the influence of gravity acceleration, the sensitivity axes of the accelerometers are oriented perpendicular to the axis of rotation of the wheel and the signals of diametrically located accelerometers are added up. Consider, for example, the formation of a signal from
Аналогично будет формироваться сумма для двух любых диаметрально расположенных акселерометровSimilarly, the sum will be formed for any two diametrically located accelerometers
Полученные суммы сигналов с сумматоров 10-13 поступают на входы преобразователей аналог-код 14-17 и далее через входные порты 18-21 в микроконтроллер 22, в котором из уравнения The resulting sums of signals from the adders 10-13 go to the inputs of the analog-code converters 14-17 and then through the input ports 18-21 to the
определяется линейная скорость
Вычисленная в микроконтроллере 22 линейная скорость транспортного средства через выходной порт 23 с помощью беспроводного устройства передачи информации (например, Bluetooth) 24 передается потребителям. The linear velocity of the vehicle, calculated in the
Работа колесного датчика линейной скорости была апробирована на примере движения железнодорожного путеизмерителя с помощью компьютерной модели, выполненной в Simulink прикладного пакета MatLab. Для модели использовались следующие характеристики:The work of the wheel linear speed sensor was tested on the example of the movement of the railway track gauge using a computer model made in the Simulink application package MatLab. The following characteristics were used for the model:
Скорость путеизмерителя: V=60км/час=16,7 м/с.Track speed: V = 60km / h = 16.7 m / s.
Радиус колеса: R=0,475 м.Wheel radius: R = 0.475 m.
Радиус установки акселерометров: r=0,3м.The installation radius of the accelerometers: r = 0.3m.
Центростремительное ускорение:
Шаг опроса по времени:
Результаты моделирования приведены на фиг.3, где горизонтальной осью является время t, с; а вертикальной осью – линейная скорость путеизмерителя V, м/с.The simulation results are shown in figure 3, where the horizontal axis is the time t, s; and the vertical axis is the linear velocity of the track gauge V, m / s.
По приведенному графику видно, что смоделированная скорость имеет такое же значение, как заданная скорость путеизмерителя (V= 60км/час =16,7 м/с), но с колебаниями этого значения в пределах от -0,0278 до +0,0317 м/с. Эти колебания вызваны неточностью установки акселерометров на колесе и погрешностью работы самих акселерометров, которые были заданы в виде случайных процессов в определенном диапазоне: для первого, второго, пятого и седьмого акселерометров погрешность составляет ±0,1%, для третьего и четвертого – ±0,05%, для шестого и восьмого – ±0,08%. Таким образом, точность колесного датчика линейной скорости будет равна 0,2% или ±0,032 м/с. Погрешность же можно осреднить с помощью апериодических фильтров, включенных, например, на выходах сумматоров.According to the graph, it can be seen that the simulated speed has the same value as the set speed of the track meter (V = 60km / h = 16.7 m / s), but with fluctuations of this value in the range from -0.0278 to +0.0317 m /from. These fluctuations are caused by the inaccuracy of the installation of accelerometers on the wheel and the error in the operation of the accelerometers themselves, which were set in the form of random processes in a certain range: for the first, second, fifth and seventh accelerometers, the error is ± 0.1%, for the third and fourth - ± 0, 05%, for the sixth and eighth - ± 0.08%. Thus, the accuracy of the wheel linear velocity sensor will be 0.2% or ± 0.032 m / s. The error can be averaged using aperiodic filters included, for example, at the outputs of the adders.
В рамках апробации разработан эскиз конструкции для железнодорожного колеса, полностью герметичный. Питание от аккумулятора емкостью 6 Ачас (при работе в течение 4-х часов), напряжением ± 15В. Акселерометр АТ1104-50. Разъем для зарядки аккумулятора герметичный. Включение-выключение системы дистанционное, беспроводное. As part of the testing, a design sketch for the railway wheel was developed, completely tight. Powered by a 6 Ah battery (when operating for 4 hours), voltage ± 15V. Accelerometer AT1104-50. The connector for charging the battery is sealed. Turn on / off the system remote, wireless.
Таким образом, предложенное изобретение – колесный датчик линейной скорости – технически реализуем и работоспособен, а прошедшая апробацию моделированием работоспособность показывает, что в используемом схемном решении нет накапливаемой со временем погрешности в результате осреднения сигналов акселерометров за счет соответствующего их включения и исключения операции интегрирования в алгоритме определения скорости. Thus, the proposed invention — a wheel linear velocity sensor — is technically feasible and operational, and the performance tested by simulation shows that in the used circuit solution there is no error accumulated over time as a result of averaging of accelerometer signals due to their inclusion and exclusion of the integration operation in the determination algorithm speed.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019118251A RU2719238C1 (en) | 2019-06-13 | 2019-06-13 | Ground vehicle linear speed wheel sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019118251A RU2719238C1 (en) | 2019-06-13 | 2019-06-13 | Ground vehicle linear speed wheel sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2719238C1 true RU2719238C1 (en) | 2020-04-17 |
Family
ID=70277767
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019118251A RU2719238C1 (en) | 2019-06-13 | 2019-06-13 | Ground vehicle linear speed wheel sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2719238C1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11304830A (en) * | 1998-04-16 | 1999-11-05 | Nissan Motor Co Ltd | Vehicle speed detector |
RU2307356C1 (en) * | 2006-02-14 | 2007-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Резонанс" | Device for measurement of objective speed |
JP2009262626A (en) * | 2008-04-22 | 2009-11-12 | Advics Co Ltd | Body speed computing device of vehicle and vehicle body speed computing method of vehicle |
RU95850U1 (en) * | 2010-03-25 | 2010-07-10 | Открытое акционерное общество "Российские железные дороги" (ОАО "РЖД") | SYSTEM FOR DETERMINING ACCELERATION AND SPEED OF MOVEMENT, LOCATION AND PASSED BY ROLLING STOCK |
RU108630U1 (en) * | 2011-03-28 | 2011-09-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Авп Технология" | SYSTEM FOR DETERMINING MOBILE MOTION PARAMETERS |
JP2012042271A (en) * | 2010-08-17 | 2012-03-01 | Railway Technical Research Institute | Travel speed detection apparatus |
CN103429992A (en) * | 2010-10-15 | 2013-12-04 | 阿尔创新股份公司 | Sensor apparatus and method for determining pedalling cadence and travelling speed of bicycle |
-
2019
- 2019-06-13 RU RU2019118251A patent/RU2719238C1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11304830A (en) * | 1998-04-16 | 1999-11-05 | Nissan Motor Co Ltd | Vehicle speed detector |
RU2307356C1 (en) * | 2006-02-14 | 2007-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Резонанс" | Device for measurement of objective speed |
JP2009262626A (en) * | 2008-04-22 | 2009-11-12 | Advics Co Ltd | Body speed computing device of vehicle and vehicle body speed computing method of vehicle |
RU95850U1 (en) * | 2010-03-25 | 2010-07-10 | Открытое акционерное общество "Российские железные дороги" (ОАО "РЖД") | SYSTEM FOR DETERMINING ACCELERATION AND SPEED OF MOVEMENT, LOCATION AND PASSED BY ROLLING STOCK |
JP2012042271A (en) * | 2010-08-17 | 2012-03-01 | Railway Technical Research Institute | Travel speed detection apparatus |
CN103429992A (en) * | 2010-10-15 | 2013-12-04 | 阿尔创新股份公司 | Sensor apparatus and method for determining pedalling cadence and travelling speed of bicycle |
RU108630U1 (en) * | 2011-03-28 | 2011-09-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Авп Технология" | SYSTEM FOR DETERMINING MOBILE MOTION PARAMETERS |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103675844B (en) | A kind of GNSS/INS integrated navigation synchronously simulating system | |
Chang et al. | Indirect Kalman filtering based attitude estimation for low-cost attitude and heading reference systems | |
US10969401B2 (en) | Velocity estimation | |
CN102261033A (en) | Inertial measurement unit (IMU) based motion compensation algorithm of vehicular pavement detection system | |
JP2018527641A (en) | Estimated mileage and speed | |
CN102878989A (en) | Triaxial angular vibration measuring method through adopting satellite-borne linear accelerometers | |
CN102636184B (en) | Specific force-sensitive term calibration method for flexible gyroscope based on centrifuge in environment without angular movement | |
RU2719238C1 (en) | Ground vehicle linear speed wheel sensor | |
RU2256881C2 (en) | Method of estimation of orientation and navigation parameters and strap-down inertial navigation system for fast rotating objects | |
CN103412136A (en) | Vehicle yaw velocity measurement system and method | |
CN104833529A (en) | Vehicle performance test system based on inertial navigation and test method thereof | |
CN204630738U (en) | Based on inertial navigation motor racing Performance Test System | |
WO2020021867A1 (en) | Geoid measurement method, geoid measurement apparatus, geoid estimation device, and geoid calculation data collection device | |
Venkatesh et al. | CAN network based longitudinal velocity measurement using accelerometer and GPS receiver for automobiles | |
RU129625U1 (en) | INERTIAL MEASURING MODULE | |
CN110987018B (en) | Specific force differential position method DVL error calibration method and system | |
Huang et al. | Accelerometer based wireless wheel rotating sensor for navigation usage | |
Chen et al. | A dynamic angle metrology system based on fibre-optic gyroscope and rotary table | |
CN106289308A (en) | The measuring method of vehicle tyre revolution, system and taxi pricing device | |
Wang et al. | Acceleration test of amusement facilities based on sensing equipment | |
Djuriatno et al. | Velocity measurement based on inertial measuring unit | |
Telawi et al. | Safe detection of wheels spinning and sliding in vehicles | |
RU154196U1 (en) | ANGULAR SPEED SENSOR ON THE BASIS OF MICROMECHANICAL GYROSCOPES | |
RU2337316C1 (en) | Platform-free inertial system | |
SU651285A1 (en) | Vertical gradientometer |