專利名稱：一種基于輪載式智能傳感車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)動(dòng)車安全運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，尤其涉及一種利用輪載式智能傳感 器的車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量方法及裝置。
背景技術(shù)：
機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)是保證機(jī)動(dòng)車安全行駛的主要手段，也是機(jī) 動(dòng)車運(yùn)行安全檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。采用機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)對(duì) 機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全狀態(tài)和運(yùn)行指標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)防機(jī)動(dòng)車故障， 發(fā)展監(jiān)測(cè)、控制、管理和決策于一體的安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)體系，對(duì)機(jī)動(dòng)車安全運(yùn)行
具有重要意義；它是關(guān)系到國家和人民生命財(cái)產(chǎn)安全的一項(xiàng)重大的社會(huì)公益技 術(shù)工作，是保障機(jī)動(dòng)車輛運(yùn)行安全重要的技術(shù)支撐，是政府管理部門對(duì)機(jī)動(dòng)車 安全運(yùn)行的非常重要的技術(shù)保障；它不僅能提高機(jī)動(dòng)車安全運(yùn)行的技術(shù)保障能 力和減少交通事故，而且對(duì)促進(jìn)汽車工業(yè)及交通運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展有重大意義。
機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)主要包括監(jiān)測(cè)機(jī)動(dòng)車(車身、車輪)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)參 數(shù)、動(dòng)載荷參數(shù)、制動(dòng)性能參數(shù)。機(jī)動(dòng)車在運(yùn)行過程中，會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)、加速、 轉(zhuǎn)向、直線行駛等工況，車輪是機(jī)動(dòng)車行駛過程中唯一與地面接觸部件，包含 豐富的機(jī)動(dòng)車運(yùn)行信息(運(yùn)動(dòng)姿態(tài)、驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力、動(dòng)載荷、轉(zhuǎn)動(dòng)、沖擊)， 通過監(jiān)測(cè)車輪轉(zhuǎn)速可以獲得最直接、最真實(shí)、最豐富的機(jī)動(dòng)車安全運(yùn)行信息。 '車輪轉(zhuǎn)速是計(jì)算車輪制動(dòng)減速度和車輪滑移率的重要參數(shù)，車輪滑移率是衡量 車輛防抱死制動(dòng)系統(tǒng)最佳制動(dòng)狀態(tài)的參數(shù)，對(duì)預(yù)防機(jī)動(dòng)車制動(dòng)性能故障都有決 定性的影響。
目前，車輪轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)方法是采用通過車輪ABS輪速傳感器(非監(jiān)測(cè)系統(tǒng)) 采集車輪轉(zhuǎn)速的測(cè)量方法，存在難以對(duì)ABS輪速傳感器自身的輪速和減速度
4實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的問題，缺乏實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)ABS輪速傳感器的故障、準(zhǔn)確度的有效 手段。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述中存在的問題與缺陷，本發(fā)明提供了一種體積小、安裝簡(jiǎn)便、 實(shí)時(shí)性好、智能化的機(jī)動(dòng)車輪載式車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量方法與裝置。 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明所涉及的一種基于輪載式智能傳感車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量方法，該方法包括 以下步驟
測(cè)量車輪的向心比力加速度及輪胎內(nèi)溫度； 根據(jù)測(cè)量的車輪的向心比力加速度測(cè)量值進(jìn)行溫度補(bǔ)償； 輸送溫度補(bǔ)償后的車輪向心比力加速度；
將車輪向心比力加速度進(jìn)行信號(hào)濾波、重力加速度補(bǔ)償處理得出車輪的向 心加速度，并計(jì)算得出車輪轉(zhuǎn)速。 所述方法還包括
根據(jù)控制的需要，發(fā)送控制輪載車輪的轉(zhuǎn)速命令，并以無線通信方式修改 控制策略及算法；
分析車輪實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)與其歷史數(shù)據(jù)，并預(yù)測(cè)車輪的轉(zhuǎn)速趨勢(shì)； 對(duì)傳感信號(hào)進(jìn)行自校正，并監(jiān)測(cè)供電電源狀態(tài)。
本發(fā)明還涉及的一種基于輪載式智能傳感車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，該裝置包
括
輪轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊，安裝在輪胎內(nèi)輪轂的表面上，用于測(cè)量車輪向心比力加 速度數(shù)據(jù)及輪胎內(nèi)溫度；
中央控制模塊，用于接收來自輪載車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊發(fā)射的車輪向心比力 加速度信號(hào)及數(shù)據(jù)，并且對(duì)車輪向心比力加速度信號(hào)進(jìn)行濾波和重力加速度補(bǔ) 償計(jì)算得出車輪速度；所述輪轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊還包括慣性傳感測(cè)量單元、微控制器單元及無線收發(fā) 單元，其中慣性傳感測(cè)量單元，由嵌入式MEMS加速度傳感器和溫度傳感器組
成，其中，嵌入式MEMS加速度傳感器用以測(cè)量車輪的向心比力加速度；溫度
傳感器用于實(shí)時(shí)測(cè)量輪胎內(nèi)的溫度，并根據(jù)測(cè)量的車輪的向心比力加速度測(cè)量
值進(jìn)行溫度補(bǔ)償；微控制器，與慣性傳感測(cè)量單元和微控制器單元相互電連接; 無線收發(fā)單元，接收所述車輪向心比力加速度信號(hào)，并將數(shù)字信號(hào)處理器發(fā)送 過來的命令發(fā)射輸出。
所述中央控制模塊還包括無線收發(fā)單元、數(shù)字信號(hào)處理器及人機(jī)交互單 元，其中，無線收發(fā)單元和數(shù)字信號(hào)處理器，無線收發(fā)單元和數(shù)字信號(hào)處理器 相互連接，其中，數(shù)字信號(hào)處理器通過無線收發(fā)單元向車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊發(fā)送 命令及數(shù)據(jù)；人機(jī)交互單元，與數(shù)字信號(hào)處理器相互連接，并將數(shù)字信號(hào)處理 器發(fā)送的處理結(jié)果進(jìn)行顯示與輸出，且人機(jī)交互單元中設(shè)置的鍵盤以中斷方式 設(shè)置參數(shù)，并將該設(shè)置參數(shù)保存于數(shù)字信號(hào)處理器中。
所述中央控制模塊還設(shè)置有車輛CAN總線的擴(kuò)展接口，同時(shí)，中央控制模 塊的數(shù)字信號(hào)處理器的內(nèi)部設(shè)置有存儲(chǔ)器，且該存儲(chǔ)器設(shè)有用于保存測(cè)量數(shù)據(jù) 的電子表格，以便其他設(shè)備通過CAN總線訪問相關(guān)數(shù)據(jù)，且CAN接口使其他外 設(shè)實(shí)現(xiàn)即插即用。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是
1、 通過應(yīng)用MEMS慣性測(cè)量技術(shù)、無線傳感技術(shù)測(cè)量車輪轉(zhuǎn)速，現(xiàn)實(shí)了 對(duì)機(jī)動(dòng)車車輪轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；
2、 通過對(duì)車輪轉(zhuǎn)速參數(shù)監(jiān)測(cè)，可以計(jì)算、分析及預(yù)測(cè)機(jī)動(dòng)車車輪制動(dòng)性 能、滑移性能等，對(duì)預(yù)防機(jī)動(dòng)車制動(dòng)性能故障有決定性的影響。
3、 通過分析預(yù)測(cè)程序?qū)④囕嗈D(zhuǎn)速數(shù)據(jù)與其歷史數(shù)據(jù)分析比較，獲得車輪 轉(zhuǎn)速的趨勢(shì)，增加對(duì)車輪轉(zhuǎn)速的預(yù)測(cè)功能，形成一個(gè)完整的、相對(duì)獨(dú)立的測(cè)量 平臺(tái)，并能夠提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口模式供有關(guān)政府管理部門加以應(yīng)用。


圖1為輪載式車輪車內(nèi)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法流程圖； 圖2是輪載式車輪輪胎測(cè)量流程圖； 圖3為輪載式車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置的整體布置圖； 圖4為輪載式車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置的硬件結(jié)構(gòu)圖； 圖5為輪胎測(cè)量模塊安裝二維示意圖6為輪載式車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置測(cè)量得到的一個(gè)車輪其中一個(gè)規(guī)定點(diǎn)的向 心比力加速度的曲線圖。 '
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明
實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述
本實(shí)施例提供了一種基于輪載式智能傳感車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量的方法。
參見圖l，對(duì)輪載式車內(nèi)轉(zhuǎn)速測(cè)量的具體過程為
步驟IO讀取已設(shè)定的參數(shù)，并對(duì)該參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的處理。
步驟ll判斷測(cè)量數(shù)據(jù)是否為新測(cè)量的數(shù)據(jù)？是，執(zhí)行步驟12;否，執(zhí)行
步驟17。
步驟12對(duì)新測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波。
步驟13重力加速度補(bǔ)償處理得出車輪的向心加速度。
步驟14對(duì)車輪實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。 步驟15將轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)輸出并對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。 步驟16對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。
步驟17判斷鍵盤是否中斷？如果鍵盤中斷，執(zhí)行步驟18，否則，執(zhí)行步 驟19.
步驟18鍵盤設(shè)置中斷處理。步驟19判斷是否為要啟動(dòng)測(cè)量？如果是，執(zhí)行步驟20，否則，執(zhí)行步驟21.
步驟20發(fā)送啟動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)信號(hào)。
步驟21判斷是否為控制命令？如果是則執(zhí)行步驟22，否則，執(zhí)行步驟ll。 步驟22發(fā)送命令信號(hào)。
參見圖2，對(duì)輪載式輪胎轉(zhuǎn)速測(cè)量的具體過程為 步驟30接收無線信號(hào)。
由無線信號(hào)收發(fā)單元接收車內(nèi)中央控制模塊3發(fā)出的無線信號(hào)。 步驟31判斷接收的信號(hào)是否為收發(fā)單元的命令信號(hào)，如果是，執(zhí)行步驟 32，否則執(zhí)行步驟33。
步驟32對(duì)命令信號(hào)進(jìn)行處理。
步驟33判斷是否為測(cè)量模式？如果是，執(zhí)行步驟34，否則執(zhí)行步驟35。
步驟34進(jìn)入測(cè)量模式。
步驟35進(jìn)入等待模式。
步驟36對(duì)加速度信號(hào)、溫度信號(hào)數(shù)字化。
步驟37將加速度測(cè)量值進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
步驟38溫度補(bǔ)償后，將測(cè)量值存儲(chǔ)在FIFO單元。
步驟39發(fā)送測(cè)量結(jié)果并執(zhí)行步驟31。
參見圖3、圖5所示本發(fā)明所述一種基于輪載式智能傳感車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量裝 置的整體布局圖，包括車輪1 、車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊2 、車內(nèi)中央控制模塊3、 其中車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊2安裝與車輪l的輪胎la內(nèi)輪轂表面lb上，車內(nèi)中央控制 模塊3安裝于車內(nèi)；車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊2與車內(nèi)中央控制模塊7之間通過無線射 頻實(shí)現(xiàn)雙向通訊。輪載式車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置測(cè)量得到的一個(gè)車輪對(duì)應(yīng)其中一個(gè) 規(guī)定點(diǎn)的向心比力加速度的曲線(參見圖6)。
參見4，本發(fā)明所述輪載式智能傳感車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，包括輪載車輪轉(zhuǎn) 速測(cè)量模塊2和車內(nèi)中央控制模塊3。該輪載車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊2安裝在輪胎內(nèi)輪毅上。輪載車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊2包含慣性傳感測(cè)量單元2a、微控制器單元 2b和無線收發(fā)單元2c;該慣性傳感測(cè)量單元2a包括MEMS微加速度傳感器 21a和溫度傳感器22a;該慣性傳感測(cè)量單元2a與微控制器單元2b相互電氣連 接；微控制器單元2b與無線收發(fā)單元2c相互連接。其中，單軸加速度傳感器 21a采用ADXL190型，微控制器2b采用C8051F350型，無線收發(fā)單元2c 采用CC2400型。
慣性傳感測(cè)量單元2a，輸出車輪向心比力加速度及輪胎內(nèi)溫度模擬信號(hào)。 由單軸加速度傳感器21a、溫度傳感器22a組成；
微控制器2b內(nèi)部的模/數(shù)轉(zhuǎn)換外設(shè)將車輪向心比力加速度和溫度模擬信號(hào) 變成數(shù)字信號(hào)；
微控制器2b對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮并通過無線收發(fā)單元2c將測(cè)量結(jié)果發(fā)射至車 內(nèi)中央控制模塊；微控制器2b可接收無線收發(fā)單元2c傳送過來的命令對(duì)電路 進(jìn)行連續(xù)采樣及休眠等控制。
無線收發(fā)單元2c接收上述車輪向心比力加速度信號(hào)；無線收發(fā)單元2c將 數(shù)字信號(hào)處理器2d發(fā)送過來的命令發(fā)射輸出；
數(shù)字信號(hào)處理器2d對(duì)車輪向心比力加速度信號(hào)濾波、重力加速度補(bǔ)償計(jì) 算獲得得車輪的向心加速度，從而計(jì)算得到車輪轉(zhuǎn)速；數(shù)字信號(hào)處理器2d分 析預(yù)測(cè)程序?qū)⑸鲜鲕囕嗈D(zhuǎn)速數(shù)據(jù)與其歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，獲得車輪轉(zhuǎn)速的趨 勢(shì)；數(shù)字信號(hào)處理器2d對(duì)輪速進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并控制人機(jī)交互單元2e;
第一電源單元4為慣性傳感測(cè)量單元2a、微控制器2b、無線收發(fā)單元2c提供 直流電源；第二電源單元5為無線收發(fā)單元2c、數(shù)字信號(hào)處理器2d及人機(jī)交互 單元2e提供直流電源；
人機(jī)交互單元2e包括一個(gè)液晶顯示屏21e、 一個(gè)蜂鳴警報(bào)器22e、 一個(gè)鍵盤 23e及一個(gè)狀態(tài)指示單元24e，該液晶顯示屏21e用于顯示數(shù)字信號(hào)處理器輸出的 數(shù)字信號(hào)，液晶顯示屏21e顯示每一個(gè)車輪的轉(zhuǎn)速及相關(guān)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)信息；蜂鳴警報(bào)器22e接收來自信號(hào)處理器的數(shù)字信號(hào)，并在出現(xiàn)異常的時(shí)候蜂鳴警示； 狀態(tài)指示單元24e通過紅綠兩個(gè)LED信號(hào)燈指示系統(tǒng)現(xiàn)在的運(yùn)行狀態(tài)是否正常； 鍵盤23e用于設(shè)置相關(guān)參數(shù)、歷史査詢。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局 限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易 想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù) 范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種基于輪載式智能傳感車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量方法，其特征在于，該方法包括以下步驟測(cè)量車輪的向心比力加速度及輪胎內(nèi)溫度；根據(jù)測(cè)量的車輪的向心比力加速度測(cè)量值進(jìn)行溫度補(bǔ)償；輸送溫度補(bǔ)償后的車輪向心比力加速度；將車輪向心比力加速度進(jìn)行信號(hào)濾波、重力加速度補(bǔ)償處理得出車輪的向心加速度，并計(jì)算得出車輪轉(zhuǎn)速。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于輪載式智能傳感車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量方法，其特征 在于，所述方法還包括根據(jù)控制的需要，發(fā)送控制輪載車輪的轉(zhuǎn)速命令，并以無線通信方式修改控制策略及算法；分析車輪實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)與其歷史數(shù)據(jù)，并預(yù)測(cè)車輪的轉(zhuǎn)速趨勢(shì)； 對(duì)傳感信號(hào)進(jìn)行自校正，并監(jiān)測(cè)供電電源狀態(tài)。
3、 一種基于輪載式智能傳感車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，其特征在于，該裝置包括輪轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊，安裝在輪胎內(nèi)輪轂的表面上，用于測(cè)量車輪向心比力加 速度數(shù)據(jù)及輪胎內(nèi)溫度；中央控制模塊，用于接收來自輪載車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊發(fā)射的車輪向心比力 加速度信號(hào)及數(shù)據(jù)，并且對(duì)車輪向心比力加速度信號(hào)進(jìn)行濾波和重力加速度補(bǔ) 償計(jì)算得出車輪速度；
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于輪載式智能傳感車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，其特征 在于，所述輪轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊還包括慣性傳感測(cè)量單元、微控制器單元及無線收 發(fā)單元，其中慣性傳感測(cè)量單元，由嵌入式MEMS加速度傳感器和溫度傳感器組成，其中，嵌入式MEMS加速度傳感器用以測(cè)量車輪的向心比力加速度；溫度傳感器 用于實(shí)時(shí)測(cè)量輪胎內(nèi)的溫度，并根據(jù)測(cè)量的車輪的向心比力加速度測(cè)量值進(jìn)行 溫度補(bǔ)償；微控制器，與慣性傳感測(cè)量單元和微控制器單元相互電連接； 無線收發(fā)單元，接收所述車輪向心比力加速度信號(hào)，并將數(shù)字信號(hào)處理器 發(fā)送過來的命令發(fā)射輸出。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于輪載式智能傳感車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，其特征 在于，所述中央控制模塊還包括無線收發(fā)單元、數(shù)字信號(hào)處理器及人機(jī)交互單 元，其中，無線收發(fā)單元和數(shù)字信號(hào)處理器，無線收發(fā)單元和數(shù)字信號(hào)處理器相互連 接，其中，數(shù)字信號(hào)處理器通過無線收發(fā)單元向車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊發(fā)送命令及 數(shù)據(jù)；人機(jī)交互單元，與數(shù)字信號(hào)處理器相互連接，并將數(shù)字信號(hào)處理器發(fā)送的 處理結(jié)果進(jìn)行顯示與輸出，且人機(jī)交互單元中設(shè)置的鍵盤以中斷方式設(shè)置參 數(shù)，并將該設(shè)置參數(shù)保存于數(shù)字信號(hào)處理器中。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的基于輪載式智能傳感車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置，其 特征在于，所述中央控制模塊還設(shè)置有車輛CAN總線的擴(kuò)展接口，同時(shí)，中央 控制模塊的數(shù)字信號(hào)處理器的內(nèi)部設(shè)置有存儲(chǔ)器，且該存儲(chǔ)器設(shè)有用于保存測(cè) 量數(shù)據(jù)的電子表格，以便其他設(shè)備通過CAN總線訪問相關(guān)數(shù)據(jù)，且CAN接口使 其他外設(shè)實(shí)現(xiàn)即插即用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于輪載式智能傳感的車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量方法及裝置。通過MEMS加速度傳感器測(cè)量車輪的向心比力加速度，再經(jīng)信號(hào)濾波、重力加速度補(bǔ)償?shù)贸鲕囕嗊\(yùn)轉(zhuǎn)的向心加速度，進(jìn)而算出車輪轉(zhuǎn)速。該裝置包括輪載車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊和車內(nèi)中央控制模塊；所述輪載車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊安裝在車輪輪轂表面，該輪載車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊包含微慣性測(cè)量單元、微控制器、無線收發(fā)單元及電源模塊；車內(nèi)中央控制模塊包含無線收發(fā)單元、數(shù)字信號(hào)處理器、人機(jī)交互單元及電源模塊；輪載車輪轉(zhuǎn)速測(cè)量模塊與車內(nèi)中央控制模塊之間具有雙向通訊功能。
文檔編號(hào)G01P3/42GK101477136SQ20091007757
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2009年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月23日
發(fā)明者源 馮, 劉桂雄, 林創(chuàng)魯, 潘夢(mèng)鷂 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)