專利名稱：基于車輪切向加速度曲線獲取車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量的方法
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)傳感和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法及裝置，尤其涉及一種基于車輪切向加速度曲線獲取車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量的瞬時(shí)狀態(tài)。
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)。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)，這些參數(shù)必須依靠機(jī)動(dòng)車運(yùn)行的特征量來計(jì)算獲取，其中車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量(車輪轉(zhuǎn)動(dòng)周期、轉(zhuǎn)動(dòng)頻率、轉(zhuǎn)動(dòng)線速度、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度、轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度等)占據(jù)重要地位，表征機(jī)動(dòng)車行駛過程中輪胎某個(gè)點(diǎn)每一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，對(duì)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)計(jì)算的正確性有決定性的影響。目前，對(duì)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量的獲取多采用車輪徑向加速度曲線，但徑向加速度的獲取在實(shí)際運(yùn)行中只能粗略反應(yīng)車輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，難以準(zhǔn)確計(jì)算特征量(車輪轉(zhuǎn)動(dòng)周期、頻率、速度、姿態(tài)角等)，而且當(dāng)加速度傳感器安裝在輪胎里面時(shí)，由于輪胎與地面接觸時(shí)，輪胎里面的傳感器會(huì)受到?jīng)_擊，從而使原來利用的徑向加速度曲線失真，難以準(zhǔn)確表示車輪實(shí)際的徑向加速度狀態(tài)；同時(shí)，由于加速度測(cè)量的不真實(shí)，導(dǎo)致車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量的計(jì)算也不真實(shí)，從而影響機(jī)動(dòng)車車輪運(yùn)動(dòng)姿態(tài)參數(shù)、動(dòng)載荷參數(shù)、制動(dòng)性能參數(shù)的分析和計(jì)笪弁。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述中存在的問題與缺陷，本發(fā)明提供了一種基于車輪切向加速度曲線獲取車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量的方法。所述技術(shù)方案如下基于車輪切向加速度曲線獲取車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量的方法，包括通過無陀螺微慣性測(cè)量單元感知車輪的切向加速度，并對(duì)感知的車輪切向加速度進(jìn)行數(shù)字化、濾波與溫度補(bǔ)償?shù)玫角芯€加速度數(shù)據(jù)；采用傅里葉變換、姿態(tài)算法獲得車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量；對(duì)所述車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量數(shù)據(jù)進(jìn)行融合并對(duì)其分析獲得車輪信號(hào)特征量的變化趨勢(shì)；利用所述車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量數(shù)據(jù)對(duì)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是通過應(yīng)用無陀螺微慣性測(cè)量技術(shù)獲取車輪切向加速度曲線，實(shí)現(xiàn)了車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量的實(shí)時(shí)獲?。换谲囕喦邢蚣铀俣惹€獲取車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量的方法比以往利用徑向加速度獲取車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量的方法更加準(zhǔn)確，因而得到的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量更加真實(shí)可 車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量可用到車輪運(yùn)動(dòng)姿態(tài)參數(shù)、動(dòng)載荷參數(shù)、制動(dòng)性能參數(shù)等的分析和計(jì)算中，對(duì)這些參數(shù)的準(zhǔn)確獲取產(chǎn)生重要影響。


圖1是基于車輪切向加速度曲線獲取車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量的方法中車輪智能傳感車輪切向加速度曲線獲取系統(tǒng)整體布置圖結(jié)構(gòu)圖；圖2是車輪智能傳感模塊安裝示意圖；圖3是基于車輪切向加速度曲線獲取車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量的方法流程圖；圖4是基于車輪切向加速度曲線獲取車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是利用圖4的車輪智能傳感模塊監(jiān)測(cè)的一個(gè)輪胎其中一個(gè)規(guī)定點(diǎn)的切向加速度的曲線。
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車輪切向加速度曲線獲取車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量的方法。參見圖1，為基于車輪切向加速度曲線獲取車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量的方法所采用的系統(tǒng)整體布局，包括車輪輪轂1、車輪智能傳感模塊2及車內(nèi)中央處理模塊3，其中車輪智能傳感模塊2安裝于各個(gè)車輪的輪轂赤道表面上，且安裝要求加速度傳感器指向輪轂切線方向(參見圖2)，且該車輪智能傳感模塊與安裝在車內(nèi)的中央處理模塊通過無線射頻實(shí)現(xiàn)雙向通訊。參見圖3，為基于車輪切向加速度曲線獲取車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量的方法，該方法具體包括以下步驟步驟101利用車輪智能傳感模塊的無陀螺微慣性測(cè)量單元用于感知車輪的切向加速度。步驟102對(duì)感知的車輪的切向加速度進(jìn)行數(shù)字化、濾波與溫度補(bǔ)償處理。步驟103得到切向加速度數(shù)據(jù)。步驟104采用短時(shí)傅里葉變換、姿態(tài)算法、積分運(yùn)算等對(duì)車輪的切向加速度曲線值進(jìn)行處理。上述具體的方法是利用短時(shí)傅立葉變換公式求得車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率，由車輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的倒數(shù)得到車輪轉(zhuǎn)動(dòng)周期，在單位時(shí)間內(nèi)車輪的切向加速度值經(jīng)過積分后為車輪轉(zhuǎn)動(dòng)線速度，轉(zhuǎn)動(dòng)線速度除以輪轂半徑得到車輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，對(duì)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度進(jìn)行求導(dǎo)得到角加速度。步驟105由步驟104得到車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量，該特征量包括車輪轉(zhuǎn)動(dòng)周期、轉(zhuǎn)動(dòng)頻率、轉(zhuǎn)動(dòng)線速度、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度及角加速度等。步驟106對(duì)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量進(jìn)行評(píng)價(jià)并為車輪運(yùn)動(dòng)姿態(tài)參數(shù)、動(dòng)載荷參數(shù)、 制動(dòng)性能參數(shù)提供分析和計(jì)算的接口。步驟107對(duì)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量進(jìn)行融合。步驟108預(yù)測(cè)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量的變化趨勢(shì)。
參見圖4，是基于車輪切向加速度曲線獲取車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件，包括安裝于各個(gè)車輪輪轂1內(nèi)用于切向加速度測(cè)量的車輪智能傳感模塊2和安裝于車內(nèi)的車內(nèi)中央處理模塊3，。其中，車輪智能傳感模塊2包含無陀螺慣性測(cè)量單元加、調(diào)理單元2b、 無線單片機(jī)2c和第一電源2d ；上述無陀螺慣性測(cè)量單元與調(diào)理單元相互連接，且無陀螺慣性測(cè)量單元包括加速度傳感器21a和溫度傳感器21b ；加速度傳感器和溫度傳感器輸出模擬信號(hào)。上述調(diào)理單元與無線單片機(jī)相互連接，且調(diào)理單元用于對(duì)輸入的加速度和溫度信號(hào)進(jìn)行濾波并調(diào)整進(jìn)入單片機(jī)的電壓，其信號(hào)為模擬信號(hào)。無線單片機(jī)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(shí)現(xiàn)與車內(nèi)中央處理模塊的雙向通信功能；第一電源是為無陀螺慣性測(cè)量單元、調(diào)理單元和無線單片機(jī)提供直流電源。上述無陀螺慣性測(cè)量單元的加速度傳感器采用加速度傳感器ADXL193，無線單片機(jī)采用JN5139。車內(nèi)中央處理模塊3包含無線單片機(jī)3a、第二電源!3b、ARM處理器3c及人機(jī)交互單元3d ；該無線單片機(jī)實(shí)現(xiàn)與車輪智能傳感模塊通信功能，通過數(shù)字信號(hào)與ARM處理器相互連接其中，無線單片機(jī)采用JN5139 ；上述第二電源給系統(tǒng)提供直流電源；人機(jī)交互單元由觸摸屏31d、CAN接口 32d組成；觸摸屏用于輸出顯示ARM處理器輸出的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)特征量信息，并用于設(shè)置參數(shù)、查詢數(shù)據(jù)；CAN接口用于提供其他CAN設(shè)備訪問車內(nèi)中央處理模塊的接口。本實(shí)施例的工作過程車輪智能傳感模塊輸出切向加速度、溫度模擬信號(hào)，其中， 加速度傳感器ADXL193在車輪切向方向(如圖2標(biāo)出的X方向)輸出切向加速度，信號(hào)經(jīng)調(diào)理單元調(diào)理后，經(jīng)無線單片機(jī)的ADC外設(shè)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以中斷觸發(fā)方式提供給無線單片機(jī)的CPU訪問；無線單片機(jī)中的微處理器對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波、補(bǔ)償計(jì)算得出車輪切向加速度，表征車輪任何瞬時(shí)切向加速度的狀態(tài)，由智能傳感模塊監(jiān)測(cè)一個(gè)輪胎其中一個(gè)規(guī)定點(diǎn)的切向加速度的曲線(參見圖5)；通過無線單片機(jī)內(nèi)部無線收發(fā)電路將數(shù)據(jù)發(fā)射輸出到車內(nèi)中央處理模塊中的無線單片機(jī)中；其中，車內(nèi)中央處理模塊的任務(wù)(1)通過無線單片機(jī)接收來自車輪智能傳感模塊的切向加速度數(shù)據(jù)，采用短時(shí)傅里葉變換、姿態(tài)算法、積分運(yùn)算等對(duì)車輪的切向加速度曲線進(jìn)行處理獲得車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量，其車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量包括車輪轉(zhuǎn)動(dòng)周期、轉(zhuǎn)動(dòng)頻率、轉(zhuǎn)動(dòng)線速度、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度及角加速度等；( 對(duì)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量進(jìn)行融合并對(duì)其分析獲得車輪信號(hào)特征量的變化趨勢(shì)。( 利用車輪信號(hào)特征量即車輪轉(zhuǎn)動(dòng)周期、轉(zhuǎn)動(dòng)頻率、轉(zhuǎn)動(dòng)線速度、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度及角加速度等數(shù)據(jù)對(duì)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，并提供計(jì)算接口給其他參量(如汽車輪胎制動(dòng)性能參數(shù)、車輪運(yùn)動(dòng)姿態(tài)等) 的計(jì)算使用。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.基于車輪切向加速度曲線獲取車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量的方法，其特征在于，所述方法包括通過無陀螺微慣性測(cè)量單元感知車輪的切向加速度，并對(duì)感知的車輪切向加速度進(jìn)行數(shù)字化、濾波與溫度補(bǔ)償?shù)玫角芯€加速度數(shù)據(jù)；采用傅里葉變換、姿態(tài)算法獲得車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量；對(duì)所述車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量數(shù)據(jù)進(jìn)行融合并對(duì)其分析獲得車輪信號(hào)特征量的變化趨勢(shì)；利用所述車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量數(shù)據(jù)對(duì)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于車輪切向加速度曲線獲取車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量的方法， 其特征在于，所述車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量包括車輪轉(zhuǎn)動(dòng)周期、轉(zhuǎn)動(dòng)頻率、轉(zhuǎn)動(dòng)線速度、轉(zhuǎn)動(dòng)角速度及角加速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于車輪切向加速度曲線獲取車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量的方法， 其特征在于，所述車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量的獲取是通過無陀螺微慣性測(cè)量單元來獲取車輪切向加速度曲線并經(jīng)過計(jì)算得到。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于車輪切向加速度曲線獲取車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量的方法， 其特征在于，所述無陀螺慣性測(cè)量單元具有溫度傳感器，且該溫度傳感器所測(cè)溫度值用于對(duì)車輪切向加速度值進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于車輪切向加速度曲線獲取車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量的方法，通過在機(jī)動(dòng)車各個(gè)車輪的輪轂赤道平面上安裝無陀螺微慣性測(cè)量單元獲取車輪切向加速度傳感信號(hào)，傳感信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理、數(shù)字化、溫度補(bǔ)償處理后獲得車輪轉(zhuǎn)動(dòng)切向加速度曲線，數(shù)據(jù)曲線經(jīng)過姿態(tài)解算、短時(shí)傅里葉變換特征提取運(yùn)算得到車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量，將車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量參數(shù)經(jīng)數(shù)據(jù)融合及分析，可作為汽車輪胎制動(dòng)監(jiān)測(cè)、四輪定位、車輪運(yùn)動(dòng)姿態(tài)等參數(shù)計(jì)算的分析研究提供依據(jù)，能夠作為車輪運(yùn)動(dòng)安全狀況評(píng)價(jià)的參考，為車輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)特征量測(cè)量提供新方法。
文檔編號(hào)B60W40/10GK102295002SQ201110153230
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月9日
發(fā)明者劉桂雄, 潘夢(mèng)鷂, 許建龍, 高屹 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)