專利名稱：基于輪載式智能傳感自適應(yīng)變頻采樣監(jiān)測汽車abs性能測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激動車安全運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及一種基于輪載式智能傳感自適應(yīng)變頻采樣監(jiān)測汽車在行駛過程中ABS性能的實時情況。
背景技術(shù)：
機(jī)動車運(yùn)行安裝狀態(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，對機(jī)動車安全運(yùn)行、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。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)，對預(yù)防機(jī)動車制動性能故障有重要影響。目前，汽車ABS制動性能測試是通過在車輪的非旋轉(zhuǎn)部分安裝傳感器對車輪旋轉(zhuǎn)部件的齒圈或軸承進(jìn)行傳感測量，利用固定的齒圈齒數(shù)等角度間隔進(jìn)行采樣，未能根據(jù)實際情況自適應(yīng)改變頻率獲取車輪傳感數(shù)據(jù)，對汽車ABS制動性能進(jìn)行測試的自動化、智能化水平低。與本發(fā)明相關(guān)的專利有《一種基于輪載式智能傳感車輪制動性能監(jiān)測方法》(授權(quán)號ZL200910077744.幻，該專利提到的方法能夠監(jiān)測的車輪主要制動性能參數(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，但是沒有采用自適應(yīng)變頻采樣的方法，而是以固定頻率進(jìn)行采樣，其不足之處在于若采樣頻率過低則造成參數(shù)測量精度不夠，若采用頻率很高則造成采樣過程中無線通信能耗的浪費(fèi)并加重處理器的計算負(fù)擔(dān)。

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自適應(yīng)變頻采樣監(jiān)測汽車ABS性能測試方法。該方法應(yīng)用MEMS無陀螺捷聯(lián)式微慣性測量技術(shù)，通過在機(jī)動車各個車輪內(nèi)的輪轂赤道平面上安裝智能傳感模塊，中央控制模塊自適應(yīng)獲取傳感模塊采集車輪加速度傳感器數(shù)據(jù)與車身速度信息，經(jīng)過姿態(tài)算法、制動算法計算獲得車輪的主要制動性能參數(shù)，該車輪的主要制動性能參數(shù)為車輪滑移率。參數(shù)經(jīng)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。所述技術(shù)方案如下基于輪載式智能傳感自適應(yīng)變頻采樣監(jiān)測汽車ABS性能測試方法，包括通過車身智能慣性測量單元的加速度計采集車身加速度傳感器數(shù)據(jù)，并對采集的車身加速度傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、補(bǔ)償，發(fā)送到中央控制模塊；中央控制模塊對車身加速度傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行姿態(tài)算法獲得車身縱向速度；
中央控制模塊發(fā)送命令給智能傳感模塊使其執(zhí)行獲取車輪加速度的任務(wù)，同時， 中央控制模塊根據(jù)車身縱向速度推算汽車ABS輪速傳感器測量單位時間內(nèi)輪速脈沖信號的個數(shù)，其頻率為Π ；并自適應(yīng)采取大于Π的采樣頻率f2，獲取來自車輪智能傳感模塊的切向加速度信號；車輪智能傳感模塊接收中央控制模塊的命令，根據(jù)接收到的命令信號得出切向加速度數(shù)據(jù)，并將得到的切向加速度數(shù)據(jù)發(fā)送到中央控制模塊；中央控制模塊接收到車輪智能傳感模塊的切向加速度后，經(jīng)姿態(tài)算法、積分計算得出車輪的前進(jìn)速度；中央控制模塊通過姿態(tài)算法和制動算法對車身速度和車輪的前進(jìn)速度進(jìn)行運(yùn)算， 得到汽車ABS的性能參數(shù)車輪滑移率；對車輪制動性能參數(shù)和車身制動性能參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合并分析測出車輪制動性能的變化趨勢；以對車輪的制動性能進(jìn)行安全評價。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)行速度下自適應(yīng)變頻采樣測試汽車ABS制動性能；(2)以自適應(yīng)變頻采樣的方式進(jìn)行測試，獲得的車輪轉(zhuǎn)速精度高于ABS輪速傳感器獲得的車輪轉(zhuǎn)速，能夠得到高精度的汽車車輪滑移率；(3)通過分析預(yù)測程序?qū)④囕喼苿有阅苣軌蛐纬梢粋€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1是以車輪側(cè)視圖示意輪載式智能傳感車輪ABS制動性能測試模塊安裝示意圖；圖2是車輪俯視圖示意輪載式智能傳感車輪ABS制動性能測試模塊安裝示意圖；圖3是車輪正視圖示意輪載式智能傳感車輪ABS制動性能測試模塊安裝示意圖；圖如是車輪智能感知節(jié)點(diǎn)安裝俯視圖；圖4b是車身智能感知節(jié)點(diǎn)安裝主視圖；圖如是車身智能感知節(jié)點(diǎn)安裝俯視圖；圖5是基于輪載式智能傳感自適應(yīng)變頻采樣監(jiān)測汽車ABS制動性能測試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是基于輪載式智能傳感自適應(yīng)變頻采樣監(jiān)測汽車ABS制動性能測試方法的原理流程圖；圖7是基于輪載式智能傳感自適應(yīng)變頻采樣監(jiān)測汽車ABS制動性能測試方法的自適應(yīng)變頻采樣原理流程圖；圖8是利用圖1的輪載式智能傳感模塊監(jiān)測的一個輪胎其中一個規(guī)定點(diǎn)的切向加速度曲線；
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(diǎn)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)描述參閱圖1、圖2和圖3分別以車輪側(cè)視圖、車輪俯視圖和車輪正視圖示意輪載式智能傳感車輪ABS (Anti-Lock Braking System防抱死制動系統(tǒng))制動性能測試模塊安裝示意，車輪智能傳感模塊2安裝于車輪1輪轂赤道面的表面上，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； 左邊系Oxyz是正交的右手坐標(biāo)系。圖4a、4b和如分別是車輪智能感知節(jié)點(diǎn)安裝俯視圖、車身智能感知節(jié)點(diǎn)安裝主視圖和車身智能感知節(jié)點(diǎn)安裝俯視圖。包括車輪1、車輪智能傳感模塊2、中央控制模塊3、 車身智能傳感模塊4，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，車身智能傳感模塊安裝于車內(nèi)部，中央控制模塊安裝于車內(nèi)；車輪智能傳感模塊與車內(nèi)中央控制模塊之間通過無線射頻實現(xiàn)雙向通信，車身智能傳感模塊包括四個車身智能感知節(jié)點(diǎn)，分別為^、4b、k和4d，它們采用慣性捷聯(lián)的方式進(jìn)行安裝，每個節(jié)點(diǎn)與中央控制模塊之間通過 CAN總線實現(xiàn)通信。參閱圖5，是基于輪載式智能傳感自適應(yīng)變頻采樣監(jiān)測汽車ABS制動性能測試方法的系統(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)的中央控制模塊3 ； 其中車輪智能傳感模塊2包含第一無陀螺慣性測量單元加、調(diào)理單元2b、無線單片機(jī)2c和第一電源2d ；第一無陀螺慣性測量單元與調(diào)理單元電氣連接，且第一無陀螺慣性測量單元包括一個加速度傳感器21a和溫度傳感器22a;加速度傳感器和溫度傳感器輸出模擬信號。 上述調(diào)理單元與無線單片機(jī)相互連接，且調(diào)理單元用于對輸入的加速度和溫度信號進(jìn)行濾波和調(diào)壓，其信號為模擬信號；無線單片機(jī)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)中央控制模塊的雙向通信功能。第一電源是為第一無陀螺慣性測量單元、調(diào)理單元和無線單片機(jī)提供直流電源；其中，第一無陀螺慣性測量單元的加速度傳感器采用加速度傳感器ADX193，無線單片機(jī)采用JN5139。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(第二無陀螺慣性測量單元)北、第二電源3c、ARM處理器3d 及人機(jī)交互單元3e ；無線單片機(jī)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 處理器相互連接，其中，無線單片機(jī)采用JN5139 ；車身智能慣性測量單元與ARM處理器相互鏈接，該信號為數(shù)字信號；第二電源為無線單片機(jī)、車身智能慣性測量單元、ARM處理器及人機(jī)交互單元提供直流電源；人機(jī)交互單元由液晶屏31e、觸摸屏32e、蜂鳴器3 組成；液晶屏用于輸出顯示ARM處理器的輸出顯示信息，主要是車輪ABS制動性能測試參數(shù)，觸摸屏用于設(shè)置參數(shù)、查詢數(shù)據(jù)；蜂鳴器用于系統(tǒng)出現(xiàn)故障時由ARM處理器驅(qū)動發(fā)出警示。參見圖6、圖7 本實施例涉及的基于輪載式智能傳感自適應(yīng)變頻采樣監(jiān)測汽車 ABS制動性能測試方法的系統(tǒng)實現(xiàn)，軟件上采用C語言編制各相應(yīng)處理程序，其工作流程包括步驟101中央控制模塊中的車身智能慣性測量單元的加速度計采集車身加速度傳感器數(shù)據(jù)，經(jīng)過濾波、補(bǔ)償?shù)葦?shù)據(jù)處理后將數(shù)據(jù)發(fā)到車內(nèi)中央控制模塊。步驟102中央控制模塊對車身加速度傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行姿態(tài)算法進(jìn)行計算。步驟103由步驟102的姿態(tài)算法得出車身速度。步驟104中央控制模塊自動發(fā)送命令給車輪智能傳感模塊使其執(zhí)行獲取車輪加速度的任務(wù)，車輪智能傳感模塊的無線單片機(jī)接收中央控制模塊的無線單片機(jī)發(fā)送過來的命令，自適應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，表現(xiàn)在利用無陀螺捷聯(lián)式微慣性測量單元輸出的切向加速度 (圖3中X方向的加速度)、溫度模擬信號經(jīng)調(diào)理單元信號調(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，以中斷觸發(fā)方式提供給無線單片機(jī)的CPU訪問。步驟105無線單片機(jī)對信號進(jìn)行數(shù)字濾波、補(bǔ)償計算得出車輪的切向加速度，表征車輪任何瞬時切向加速度的狀態(tài)，并按照將數(shù)據(jù)發(fā)射輸出到車內(nèi)中央控制模塊的無線單片機(jī)。步驟106中央控制模塊根據(jù)步驟103得到的車身縱向速度推算汽車自帶的ABS系統(tǒng)在單位時間內(nèi)輪速脈沖信號的個數(shù)，中央控制模塊自適應(yīng)采取采樣頻率f2(f2 > fl)獲
取來自車輪智能傳感模塊的切向加速度信號采樣車輪智能傳感模塊數(shù)據(jù)。Π的推算方法
., ν 2π. 2nR
是由輪速公式，得到乂=“，其中《⑴為車輪角速度，vB為車輪切向
線速度，在車輪滑移率等于0的情況下約等于車身縱向速度，T1為的采樣周期(即獲取傳感器信息的采樣周期，為固定值)，R是車輪半徑。由于Π隨著vB的變化而改變，即汽車本身 ABS系統(tǒng)控制采樣周期內(nèi)的脈沖采樣數(shù)量隨著vB的變化而改變，在vb增大時采樣周期內(nèi)的脈沖采樣數(shù)量減少，影響ABS性能的監(jiān)測精度，所以中央控制模塊自適應(yīng)采取大于fl的采樣頻率f2，有利于提高ABS性能的監(jiān)測精度。步驟107車內(nèi)中央控制模塊的無線單片機(jī)接收車輪智能傳感模塊的切向加速度， 并經(jīng)過姿態(tài)算法、積分計算得出車輪的前進(jìn)速度，表征車輪任何瞬時速度的狀態(tài)。步驟108車內(nèi)中央控制模塊使用姿態(tài)算法和制動算法對由步驟103的車身速度、 步驟107的車輪前進(jìn)速度進(jìn)行運(yùn)算。步驟109由步驟108得到汽車ABS制動性能參數(shù)車輪滑移率。步驟110對汽車ABS所測的車輪滑移率進(jìn)行監(jiān)測(ABS制動性能)，并對車輪制動性能參數(shù)與車身制動性能參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合及分析。步驟111由步驟110可預(yù)測出車輪制動性能的變化趨勢。步驟112對車輪制動性能進(jìn)行主動安全評價。參見圖8，是本實施例得到的智能傳感模塊監(jiān)測一個輪胎其中一個規(guī)定點(diǎn)的切向加速度曲線。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，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.基于輪載式智能傳感自適應(yīng)變頻采樣監(jiān)測汽車ABS性能測試方法，其特征在于，所述方法包括通過車身智能慣性測量單元的加速度計采集車身加速度傳感器數(shù)據(jù)，并對采集的車身加速度傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、補(bǔ)償，發(fā)送到中央控制模塊；中央控制模塊對車身加速度傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行姿態(tài)算法獲得車身縱向速度； 中央控制模塊發(fā)送命令給智能傳感模塊使其執(zhí)行獲取車輪加速度的任務(wù)，同時，中央控制模塊根據(jù)車身縱向速度推算汽車ABS輪速傳感器測量單位時間內(nèi)輪速脈沖信號的個數(shù)，其頻率為Π ；并自適應(yīng)采取大于Π的采樣頻率f2，獲取來自車輪智能傳感模塊的切向加速度信號；車輪智能傳感模塊接收中央控制模塊的命令，根據(jù)接收到的命令信號得出切向加速度數(shù)據(jù)，并將得到的切向加速度數(shù)據(jù)發(fā)送到中央控制模塊；中央控制模塊接收到車輪智能傳感模塊的切向加速度后，經(jīng)姿態(tài)算法、積分計算得出車輪的前進(jìn)速度；中央控制模塊通過姿態(tài)算法和制動算法對車身速度和車輪的前進(jìn)速度進(jìn)行運(yùn)算，得到汽車ABS的制動性能參數(shù)車輪滑移率；對車輪制動性能參數(shù)和車身制動性能參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合并分析測出車輪制動性能的變化趨勢；以對車輪的制動性能進(jìn)行安全評價。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于輪載式智能傳感自適應(yīng)變頻采樣監(jiān)測汽車ABS性能測試方法，其特征在于，所述車輪智能傳感模塊采樣車輪的切向加速度方法包括將車輪切向加速度信號進(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(diǎn)的切向加速度值，并通過無線通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于輪載式智能傳感自適應(yīng)變頻采樣監(jiān)測汽車ABS性能測試方法，該方法應(yīng)用MEMS無陀螺捷聯(lián)式微慣性測量技術(shù)，在汽車各個車輪的輪轂赤道平面上安裝車輪智能傳感模塊和在車身安裝智能慣性測量單元，根據(jù)計算得到的車身縱向速度自適應(yīng)變頻采樣獲取車輪智能傳感模塊的傳感數(shù)據(jù)，結(jié)合車身安裝智能慣性測量單元數(shù)據(jù)，經(jīng)信號調(diào)理、數(shù)字化、姿態(tài)算法、制動算法獲得制動性能參數(shù)(車輪滑移率)，對汽車ABS所測的車輪滑移率進(jìn)行監(jiān)測(ABS制動性能)，通過對參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合與分析可預(yù)測制動性能參數(shù)的趨勢并主動評價機(jī)動車運(yùn)動安全狀況。
文檔編號G01M17/007GK102353543SQ20111015324
公開日2012年2月15日 申請日期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, 潘夢鷂, 許建龍, 譚世勇 申請人:華南理工大學(xué)