專利名稱：一種基于輪載式智能傳感車輪制動性能監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)動車安全運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及監(jiān)測機(jī)動車在形式過 程中的車輪制動性能實時狀況的監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
機(jī)動車運(yùn)行安全狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)是保證機(jī)動車安全行駛的主要手段，也是機(jī) 動車運(yùn)行安全檢測技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。采用機(jī)動車運(yùn)行安全狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)對 機(jī)動車運(yùn)行安全狀態(tài)和運(yùn)行指標(biāo)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)和預(yù)防機(jī)動車故障， 發(fā)展監(jiān)測、控制、管理和決策于一體的安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)體系，對機(jī)動車安全運(yùn)行
具有重要意義；它是關(guān)系到國家和人民生命財產(chǎn)安全的一項重大的社會公益技 術(shù)工作，是保障機(jī)動車輛運(yùn)行安全重要的技術(shù)支撐，是政府管理部門對機(jī)動車 安全運(yùn)行的非常重要的技術(shù)保障；它不僅能提高機(jī)動車安全運(yùn)行的技術(shù)保障能 力、減少交通事故，而且對促進(jìn)機(jī)動車工業(yè)及交通運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展有重大意義。 機(jī)動車運(yùn)行安全狀態(tài)監(jiān)測主要包括監(jiān)測機(jī)動車(車身、車輪)運(yùn)動姿態(tài)參 數(shù)、動載荷參數(shù)、制動性能參數(shù)。制動性能是評價機(jī)動車最重要的技術(shù)指標(biāo)， 是汽車安全檢測的基本項目之一。機(jī)動車在運(yùn)行過程中，會產(chǎn)生制動、加速、 轉(zhuǎn)向、直線行駛等工況，反映機(jī)動車運(yùn)行安全狀況或趨勢的車輪制動性能參數(shù) 主要有車輪滑移率、車輪路面附著系數(shù)、車輪制動力、車輪制動減速度。通 過監(jiān)測車輪的制動性能可以獲得較直接、較真實、較豐富的機(jī)動車安全運(yùn)行信 息。通過監(jiān)測車輪的制動性能可以全面評價機(jī)動車制動性能車輪制動性能中
的制動力和前后軸左右輪制動力差是能夠衡量車輪制動器制動力和路面附著
系數(shù)大小、車輪制動器制動力平衡狀態(tài)的參數(shù)；車輪滑移率是能夠衡量車輪防 抱死制動系統(tǒng)最佳制動狀態(tài)的參數(shù)，車輪制動減速度是能夠衡量車輪制動器制動力大小的參數(shù)，對預(yù)防機(jī)動車制動性能故障都有決定性的影響。
目前，對車輪制動性能的監(jiān)測主要是通過對車輪制動減速度單一指標(biāo)的監(jiān) 測，尚未能對車輪滑移率、車輪路面附著系數(shù)、車輪制動力等參數(shù)進(jìn)行有效監(jiān) 測，從而無法全面評價和預(yù)測機(jī)動車制動性能(包含機(jī)動車防抱死ABS制動性 能)；對機(jī)動車制動性能的檢測評定主要依靠定期的安全檢測，未能對機(jī)動車
的制動性能進(jìn)行實時監(jiān)測；同時，對車輪制動減速度參數(shù)的監(jiān)測只是直接采用
輪速傳感器來測量車輪轉(zhuǎn)速，尚未對輪速傳感器所測量參數(shù)進(jìn)行評價。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述中存在的問題與缺陷，本發(fā)明提供了一種基于輪載式智能傳感 車輪制動性能監(jiān)測方法。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
本發(fā)明所涉及的一種基于輪載式智能傳感車輪制動性能監(jiān)測方法，包括 通過智能傳感模塊感知車輪與車身的三維加速度；
根據(jù)智能傳感模塊輸出的三維加速度信號獲得三維加速度值；
利用車輪三維加速度中至少一種加速度的參數(shù)經(jīng)姿態(tài)算法獲得車輪垂向
加速度和前進(jìn)速度，及利用車身三維加速度中至少一種加速度參數(shù)經(jīng)姿態(tài)算法
獲得車身縱向速度；
根據(jù)車身縱向速度與車輪前進(jìn)速度中至少一種參數(shù)經(jīng)滑移率計算獲得車 輪滑移率；
將車輪垂向加速度參數(shù)經(jīng)附著系數(shù)獲得車輪路面附著系數(shù)； 通過車輪路面附著系統(tǒng)和車輪動載荷參數(shù)中至少一種參數(shù)并經(jīng)車輪制動 力計算獲得車輪制動力。
所述方法還包括
將車輪三維加速度信號進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，再經(jīng)溫度補(bǔ)償處理、插值解耦處理 得到車輪智能傳感模塊安裝點的三維加速度值，并計算得出車輪轉(zhuǎn)速；根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速參數(shù)計算得到車輪制動減速度。
對車輪制動性能參數(shù)車輪滑移率、車輪路面附著系數(shù)、車輪制動力及車 輪制動減速度進(jìn)行融合與分析，以判斷智能傳感模塊的工作狀態(tài)，并獲得車輪 制動性能的變化趨勢。
所述車輪三維加速度包括切向加速度、側(cè)向加速度和向心加速度；所述車 身三維加速度包括縱向加速度、側(cè)向加速度和垂向加速度。
所述智能傳感模塊設(shè)置在車輪輪轂赤道面的表面上。
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無陀螺捷聯(lián)式微慣性測量技術(shù)測量車輪制動性能，實 現(xiàn)了不同運(yùn)行速度下對機(jī)動車車輪制動性能的實時監(jiān)測；
2、 車輪制動性能參數(shù)中的車輪的制動力和前后軸左右輪制動力差能夠衡 量車輪制動器制動力和路面附著系數(shù)大小、車輪制動器制動力平衡狀態(tài)，車輪 滑移率能夠衡量車輛防抱死制動系統(tǒng)最佳制動狀態(tài)，車輪制動減速度衡量車輪 制動器制動力大小，通過對車輪上述制動性能參數(shù)監(jiān)測和分析實現(xiàn)對機(jī)動車制 動性能的全面評價；
3、 通過分析預(yù)測程序?qū)④囕喼苿有阅軘?shù)據(jù)與其歷史數(shù)據(jù)分析比較，獲得 車輪制動性能的趨勢，增加對車輪制動性能的預(yù)測功能，形成一個完整的、相 對獨(dú)立的測量平臺，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l是本發(fā)明所述基于輪載式智能傳感車輪制動性能監(jiān)測方法的流程圖； 圖2是以車輪側(cè)視圖示意本發(fā)明所涉及輪載式智能傳感車輪制動性能測量 模塊安裝示意圖3是以車輪俯視圖示意本發(fā)明所涉及輪載式智能傳感車輪制動性能測量 模塊安裝示意圖；圖4是以車輪正視圖示意本發(fā)明所涉及輪載式智能傳感車輪制動性能測量 模塊安裝示意圖5是本發(fā)明所涉及輪載式智能傳感車輪制動性能監(jiān)測系統(tǒng)整體布置圖； 圖6是本發(fā)明基于輪載式智能傳感車輪制動性能監(jiān)測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意
圖7分別示出利用圖1的智能傳感模塊監(jiān)測的一個輪胎其中一個規(guī)定點的
向心、切向和側(cè)向加速度的曲線。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明
實施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述
本實施例提供了一種基于輪載式智能傳感車輪制動性能監(jiān)測方法。
參見圖l，該方法包括以下步驟
步驟IOI由智能傳感單元感知感知車輪與車身的三維加速度。 車輪三維加速度包括切向加速度、側(cè)向加速度和向心加速度；車身三維 加速度包括縱向加速度、側(cè)向加速度和垂直加速度。
步驟102將車輪與車身三維加速度信號進(jìn)行濾波、數(shù)字化轉(zhuǎn)換與溫度補(bǔ)
車輪智能傳感單元輸出的切向加速度、側(cè)向加速度和向心加速度及輪胎內(nèi) 溫度四路中的模擬信號進(jìn)行調(diào)理、模/數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再經(jīng)溫度補(bǔ)償處理、 插值解耦處理得到車輪輪轂表面車輪智能傳感單元安裝點更精確的三維加速 度參數(shù)(步驟103)。
步驟104根據(jù)三維加速度參數(shù)經(jīng)姿態(tài)算法或制動算法計算獲得車輪與車
身的相關(guān)加速度。
獲得的相關(guān)加速度包括車輪垂向加速度、車輪前進(jìn)速度、車身縱向速度、 車輪滑移率、車輪路面附著系數(shù)、車輪制動力及車輪制動減速度，所述車輪垂向加速度與車輪前進(jìn)速度根據(jù)切向加速度、側(cè)向加速度和向心加速度中的至少 一種參數(shù)經(jīng)姿態(tài)算法獲得；所述車身縱向速度根據(jù)縱向加速度、側(cè)向加速度、
和垂直加速度中的至少一種參數(shù)并經(jīng)姿態(tài)算法獲得；所述車輪滑移率根據(jù)車身 縱向速度和車輪前進(jìn)速度參數(shù)中的至少一種參數(shù)經(jīng)滑移率計算獲得；車輪路面 附著系數(shù)根據(jù)所述車輪垂向加速參數(shù)并經(jīng)附著系數(shù)計算獲得；利用附著系數(shù)參 數(shù)和車輪動載荷參數(shù)中的至少一種參數(shù)經(jīng)車輪制動力計算獲得車輪制動力。 步驟105制動性能參數(shù)。
步驟106將制動性能數(shù)據(jù)融合與分析獲得車輪制動性能的變化趨勢。 制動性能數(shù)據(jù)包括車輪滑移率、車輪路面附著系數(shù)、車輪制動力及車輪制 動減速度等。
步驟107對獲得車輪制動性能的變化趨勢進(jìn)行分析預(yù)測。 步驟108根據(jù)各個車輪和車身制動性能參數(shù)的融合對智能傳感單元的工 作狀況進(jìn)行判斷。
參見圖2、圖3、圖4:車輪制動性能智能傳感模塊安裝于車輪輪轂赤道面 的表面上，車輪智能傳感模塊的安裝要求加速度傳感器的三個敏感軸X軸、 Y軸、Z軸分別指向輪轂切線方向、輪轂的側(cè)向、輪轂的軸心的方向；坐標(biāo)系 Oxyz是正交的右手坐標(biāo)系。
參見圖5:為本發(fā)明所述一種基于輪載式智能傳感車輪制動性能監(jiān)測方法 所采用的系統(tǒng)整體布局圖，包括車輪l、車輪智能傳感模塊2、車內(nèi)中央控制模 塊3，其中車輪智能傳感模塊安裝于各個車輪的輪轂赤道表面上，車內(nèi)中央控 制模塊3安裝于車內(nèi)；車輪智能傳感模塊2與車內(nèi)中央控制模塊3之間通過無線 射頻實現(xiàn)雙向通信。
參見圖6，本發(fā)明涉及的基于輪載式車輪制動性能監(jiān)測方法的硬件系統(tǒng)， 包括安裝于各個車輪內(nèi)的車輪智能傳感模塊2和安裝于車內(nèi)的車內(nèi)中央控制模 塊3; (1)車輪智能傳感模塊2包含第一無陀螺慣性測量單元2a、調(diào)理單元2b、無線單片機(jī)2c和第一電源2d;該第一無陀螺慣性測量單元2a包括一個三軸加速 度傳感器21a和溫度傳感器22a;三軸加速度傳感器21a和溫度傳感器22a輸出模 擬信號，該第一無陀螺慣性測量單元2a與調(diào)理單元2b電氣連接；調(diào)理單元2b用 于對輸入的加速度和溫度信號進(jìn)行濾波和調(diào)壓，該調(diào)理單元2b與無線單片機(jī)2c 相互連接，該信號為模擬信號；無線單片機(jī)2c的自檢信號與三軸加速度傳感器 連接，用于檢査三軸加速度傳感器21a工作是否正常；無線單片機(jī)2c片上集成無 線收發(fā)電路和單片機(jī)，用于進(jìn)行傳感采集、運(yùn)算并實現(xiàn)與車內(nèi)中央控制模塊2 的雙向通信功能；第一電源2d是為第一無陀螺慣性測量單元2a、調(diào)理單元2b和 無線單片機(jī)2c提供直流電源；其中，第一無陀螺慣性測量單元2a的三軸加速度 傳感器21a采用一個兩軸加速度傳感器ADXL323和一個單軸加速度傳感器 ADXL193組合而成，無線單片機(jī)2c采用CC2510F32; (2)車內(nèi)中央控制模塊3 包含無線單片機(jī)3a、車身智能慣性測量單元3b、第二電源3c、 ARM處理器3d及 人機(jī)交互單元3e;該無線單片機(jī)3a實現(xiàn)與車輪智能傳感模塊通信功能，通過數(shù) 字信號與ARM處理器3d相互連接；第二無陀螺慣性測量單元3b與ARM處理器 3d相互連接，該信號為數(shù)字信號；第二電源3c為無線單片機(jī)3a、車身智能慣性 測量單元3b、 ARM處理器3d及人機(jī)交互單元3e提供直流電源；人機(jī)交互單元3e 由液晶屏31e、觸摸屏32e、蜂鳴器33e、 CAN接口34e組成；液晶屏31e用于輸出 顯示ARM處理器3d的輸出顯示信息，包括車輪動載荷參數(shù)、狀態(tài)等參數(shù)；觸摸 屏32e用于設(shè)置參數(shù)、查詢數(shù)據(jù)；蜂鳴器33e用于出現(xiàn)故障時由ARM處理器3d驅(qū) 動發(fā)出警示；CAN接口34e用于提供其他CAN設(shè)備訪問車內(nèi)中央控制模塊3d的 接口；其中，無線單片機(jī)3a (2c)采用CC2510F32。
其工作過程為無陀螺捷聯(lián)式微慣性測量單元2a輸出的切向加速度、側(cè)向 加速度、向心加速度、溫度模擬信號經(jīng)調(diào)理單元2b信號調(diào)理后，經(jīng)無線單片機(jī) 2c的ADC外設(shè)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以中斷觸發(fā)方式提供給無線單片機(jī)2c的CPU訪 問；無線單片機(jī)2c在必要的時候可以通過驅(qū)動自檢信號對加速度傳感器進(jìn)行自檢；無線單片機(jī)7中的微處理器對信號進(jìn)行數(shù)字濾波、補(bǔ)償計算得出車輪運(yùn)動 姿態(tài)中的三維加速度；包括切向加速度、側(cè)向加速度、向心加速度，表征車 輪任何瞬時三維加速度的狀態(tài)，由智能傳感模塊監(jiān)測的一個輪胎其中一個規(guī)定
點的向心、切向和側(cè)向加速度的曲線(參見圖7);通過無線單片機(jī)2c內(nèi)部的 無線收發(fā)電路將數(shù)據(jù)發(fā)射輸出到車內(nèi)中央處理模塊2的無線單片機(jī)3a，同時通 過該無線單片機(jī)2c內(nèi)部的無線收發(fā)電路也可接收來車內(nèi)中央處理模塊2通過無 線單片機(jī)9發(fā)送過來的命令；車內(nèi)中央處理模塊3的任務(wù)①接收來自車身智能 慣性測量單元3b的車身姿態(tài)信息；②通過無線單片機(jī)3a接收來自車輪智能傳感
模塊2的數(shù)據(jù)，必要時候通過無線單片機(jī)9向車輪智能傳感模塊1發(fā)送命令；無
線單片機(jī)3a中的微處理器對接收到的車輪運(yùn)動姿態(tài)中的三維加速度，包括切
向加速度、側(cè)向加速度、向心加速度進(jìn)行信號速度計算得出車輪的前進(jìn)速度、
側(cè)向速度，表征車輪任何瞬時速度的狀態(tài)；③對接收到的來自無線單片機(jī)3a和 車身智能慣性測量單元3b發(fā)送過來的加速度、速度數(shù)據(jù)，經(jīng)姿態(tài)計算、制動計
算得出車輪的制動性能參數(shù)，該參數(shù)包括車輪滑移率、車輪路面附著系數(shù)、
車輪制動力、車輪制動減速度；④對上述車輪制動性能數(shù)據(jù)進(jìn)行主動安全評價 及趨勢預(yù)測；⑤對車輪制動性能數(shù)據(jù)與車身制動性能數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合及分析 以便對車輪智能傳感模塊2是否正常工作作出判斷，并預(yù)測車輪制動性能的變 化趨勢；⑥通過控制液晶屏31e輸出顯示車輪制動性能信息、評價等級、趨勢 預(yù)測信息等；⑦處理觸摸屏32e觸發(fā)的中斷并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置及歷史査詢等操作； ⑧當(dāng)出現(xiàn)異常時用數(shù)字信號驅(qū)動蜂鳴器33e作出蜂鳴警示；⑨建立用于存儲相 關(guān)制動性能數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)的電子數(shù)據(jù)表格以供其他CAN總線外部設(shè)備通過 CAN接口34e訪問。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，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)。
權(quán)利要求
1、一種基于輪載式智能傳感車輪制動性能監(jiān)測方法，其特征在于，該方法包括通過智能傳感模塊感知車輪與車身的三維加速度；根據(jù)智能傳感模塊輸出的三維加速度信號獲得三維加速度值；利用車輪三維加速度中至少一種加速度的參數(shù)經(jīng)姿態(tài)算法獲得車輪垂向加速度和前進(jìn)速度，及利用車身三維加速度中至少一種加速度參數(shù)經(jīng)姿態(tài)算法獲得車身縱向速度；根據(jù)車身縱向速度與車輪前進(jìn)速度中至少一種參數(shù)經(jīng)滑移率計算獲得車輪滑移率；將車輪垂向加速度參數(shù)經(jīng)附著系數(shù)獲得車輪路面附著系數(shù)；通過車輪路面附著系統(tǒng)和車輪動載荷參數(shù)中至少一種參數(shù)并經(jīng)車輪制動力計算獲得車輪制動力。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于輪載式智能傳感車輪制動性能監(jiān)測方法，其 特征在于，所述方法還包括將車輪三維加速度信號進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，再經(jīng)溫度補(bǔ)償處理、插值解耦處理 得到車輪智能傳感模塊安裝點的三維加速度值，并計算得出車輪轉(zhuǎn)速； 根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速參數(shù)計算得到車輪制動減速度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于輪載式智能傳感車輪制動性能監(jiān)測方法， 其特征在于，對車輪制動性能參數(shù)車輪滑移率、車輪路面附著系數(shù)、車輪制 動力及車輪制動減速度進(jìn)行融合與分析，以判斷智能傳感模塊的工作狀態(tài)，并 獲得車輪制動性能的變化趨勢。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于輪載式智能傳感車輪制動性能監(jiān)測方法，其 特征在于，所述車輪三維加速度包括切向加速度、側(cè)向加速度和向心加速度； 所述車身三維加速度包括縱向加速度、側(cè)向加速度和垂向加速度。
5、根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于輪載式智能傳感車輪制動性能監(jiān)測方法，其 特征在于，所述智能傳感模塊設(shè)置在車輪輪轂赤道面的表面上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于輪載式智能傳感車輪制動性能監(jiān)測方法，通過在機(jī)動車各個車輪的輪轂赤道平面上安裝智能傳感模塊和在車身安裝智能傳感單元，傳感信號經(jīng)信號調(diào)理、數(shù)字化、姿態(tài)算法、制動算法計算獲得車輪的主要制動性能參數(shù)，該方法所監(jiān)測的車輪的主要制動性能參數(shù)包括車輪滑移率、車輪路面附著系數(shù)、車輪制動力、車輪制動減速度等；該方法通過對上述參數(shù)進(jìn)行多傳感數(shù)據(jù)融合及分析，能夠監(jiān)測及主動評價機(jī)動車運(yùn)動安全狀況，有利于避免和減少交通事故的發(fā)生。
文檔編號B60T17/18GK101480946SQ20091007774
公開日2009年7月15日 申請日期2009年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月16日
發(fā)明者劉桂雄, 林創(chuàng)魯, 潘夢鷂, 黃國健 申請人:華南理工大學(xué)