CN100357982C

CN100357982C - 汽车轮胎内置非接触式制动传感系统

Info

Publication number: CN100357982C
Application number: CNB2005100375520A
Authority: CN
Inventors: 林土胜; 潘梦鹞; 郑亦斌
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2005-09-28
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2025-09-28
Also published as: CN1744145A

Abstract

本发明是汽车轮胎内置非接触式制动传感系统。属动态汽车制动性能传感和状态安全监测技术。本发明的汽车轮胎内置非接触式制动传感系统由安装在汽车轮胎内轮毂上的加速度传感信号单元、模/数转换单元、轮速转换中央控制处理单元、制动数据传输发射单元、运动感知触发供电单元、制动感知触发供电电子开关、轮胎内部电源共同电气连接构成。本发明从汽车轮胎内部由加速度传感器通过非接触方式向外部传送制动特性数据，能提供低速和高速状态下动态汽车制动性能的安全性预警和监测，有利于避免和减少交通事故的发生。

Description

汽车轮胎内置非接触式制动传感系统

(一)技术领域

本发明涉及动态汽车状态安全监测技术领域，特别涉及汽车制动性能传感技术，具体是指一种汽车轮胎内置非接触式制动传感系统。

(二)背景技术

近年出现的轮胎内置TPMS(温度、气压监测系统)，对动态汽车实现安全性监控，然而气压和温度只有在高速和长时间行驶的状态下才会引发爆胎危险，而制动性能的好坏则是包括在非高速行驶状态下随时会影响生命安全的另一突发因素，是汽车安全行驶的一项极其重要指标，保证良好的制动性能是安全行车的第一要求。对于在最危急情况和复杂环境下所使用和表现的制动减速度性能，平常不可能进行重复实践和状态体验。性能的例行检查也只能是在检测站每年定期进行一次两次。制动减速度在行驶的其余时间内受种种因素影响会发生变化，甚至发生较大的变化却不得而知，平常程度的指标偏离可能不易引起注意，对制动跑偏和车轴侧滑隐患未能及时采取预防措施，这就是为什么交通事故中会有30~50％由制动故障所造成。可以通过包括汽车ABS(制动防抱系统)所用的技术来间接检测汽车制动性能，属于接触式传感方式，但低速状态下不起作用且高速状态下测量不准确。采取一种新的非接触式轮胎内置制动传感系统，能实现低速和高速状态下汽车制动性能的传感与监测。

(三)发明内容

本发明的目的就是为了克服现有接触式汽车制动性能传感方法在低速状态下不起作用且高速状态下测量不准确、解决动态汽车制动性能实时传感和监测而提出的一种轮胎内置非接触式制动传感系统，通过安装在汽车轮胎内轮毂上的加速度传感器传感汽车制动信号，并通过无线发射方式向外部驾驶台馈送，实施制动性能的实时监测，为汽车在低速和高速行驶时提供制动性能的安全性预警，有利于避免和减少交通事故的发生。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种汽车轮胎内置非接触式制动传感系统由安装在汽车轮胎内轮毂上的加速度传感信号单元1、模/数转换单元2、轮速转换中央控制处理单元3、制动数据传输发射单元4、运动感知触发供电单元5、制动感知触发供电电子开关6、轮胎内部电源7电气构成，加速度传感信号单元1通过输出信号线与模/数转换单元2相连接；模/数转换单元2通过输出信号线与轮速转换中央控制处理单元3相连接；轮速转换中央控制处理单元3通过输出信号线分别与制动数据传输发射单元4、制动感知触发供电电子开关6相连接；轮胎内部电源7分别与运动感知触发供电单元5、制动感知触发供电电子开关6相连接；运动感知触发供电单元5的输出信号线分别与加速度传感信号单元1、模/数转换单元2、轮速转换中央控制处理单元3的供电端相连接；制动感知触发供电电子开关6的输出信号线与制动数据传输发射单元4的供电端相连接；其中：加速度传感信号单元1由单维加速度传感器8、模拟信号运算放大级9、幅值调节射随隔离级10共同电气构成，其相互连接关系为：单维加速度传感器8通过输出信号线与模拟信号运算放大级9相连接，模拟信号运算放大级9通过输出信号线与幅值调节射随隔离级10相连接；运动感知触发供电单元5由振动传感器11、脉动限幅施密特整形级12、电平输出阻容平滑滤波器13、电平触发式电子开关14共同电气构成，其相互连接关系为：振动传感器11通过输出信号线与脉动限幅施密特整形级12相连接，脉动限幅施密特整形级12通过输出信号线与电平输出阻容平滑滤波器13相连接，电平输出阻容平滑滤波器13通过输出信号线与电平触发式电子开关14相连接。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：(1)安全隐蔽式安装在汽车轮胎内轮毂上的一种新颖制动性能传感系统，由加速度传感器实现制动特性信号的传感和转换；(2)属非接触式传感系统，能为汽车在低速和高速行驶时提供制动性能的安全性预警和监测；(3)运动感知和制动感知机制能最大限度的节省传感转换和发射传送过程的能耗。

(四)附图说明

图1是本发明非接触式制动传感系统方框图；

图2是本发明加速度传感信号单元方框图；

图3是本发明运动感知触发供电单元方框图；

图4是本发明轮胎线速度关系示意图；

图5是本发明轮胎径向加速度关系示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，本发明的非接触式制动传感系统中的加速度传感信号单元1通过输出信号线与模/数转换单元2相连接；模/数转换单元2通过输出信号线与轮速转换中央控制处理单元3相连接；轮速转换中央控制处理单元3通过输出信号线分别与制动数据传输发射单元4、制动感知触发供电电子开关6相连接；轮胎内部电源7分别与运动感知触发供电单元5、制动感知触发供电电子开关6相连接。

如图2所示，加速度传感信号单元1由单维加速度传感器8、模拟信号运算放大级9、幅值调节射随隔离级10共同电气构成，单维加速度传感器8通过输出信号线与模拟信号运算放大级9相连接，模拟信号运算放大级9通过输出信号线与幅值调节射随隔离级10相连接。

如图3所示，运动感知触发供电单元5由振动传感器11、脉动限幅施密特整形级12、电平输出阻容平滑滤波器13、电平触发式电子开关14电气构成；其中，振动传感器11通过输出信号线与脉动限幅施密特整形级12相连接，脉动限幅施密特整形级12通过输出信号线与电平输出阻容平滑滤波器13相连接，电平输出阻容平滑滤波器13通过输出信号线与电平触发式电子开关14相连接。

当汽车处于运动状态，加速度传感信号单元1就能采样并输出轮胎的径向加速度传感信号，该模拟信号在模/数转换单元2中转换成数字信号并送至轮速转换中央控制处理单元3，在轮速转换中央控制处理单元3内进行变换处理，转换成轮胎线速度，然后送到后续的制动数据传输发射单元4，向外发射出去。轮速转换中央控制处理单元3同时还承担对后续发射单元4提供制动时的感知控制。

汽车轮胎运动时，加速度传感信号单元1中的单维加速度传感器8输出径向加速度模拟信号，经模拟信号运算放大级9进行幅度放大处理，送到幅值调节射随隔离级10，它是由放大倍数为1的运算放大器组成的隔离级，其输出端通过分压关系可调节合适幅值，然后送到后续的模/数转换单元2进行模数转换，变成数字信号。另一方面，只要汽车轮胎运动，运动感知触发供电单元5中的振动传感器11便传感出变化的模拟信号，经脉动限幅施密特整形级12进行限幅整形，输出削峰的脉动信号，再经电平输出阻容平滑滤波器13的充放电过程进行平滑处理，形成直流电平，用作电平触发式电子开关14的触发信号，使电平触发式电子开关14闭合或断开，从而能实现对内部电源的供电控制。

由于本系统的轮胎内部电源7安置在轮胎内部，从电路机制上对供电采取自适应控制、尽可能节省电源的消耗是其中的一项重要技术措施。基于汽车的制动操作是行车过程中随机发生的，所以对轮胎径向加速度要保持一种伺服采样和处理的状态，此时加速度传感信号单元1、模/数转换单元2、轮速转换中央控制处理单元3三者都必需供电，使之处于工作状态。把这三部分的电源供电端同时连接到运动感知触发供电单元5，只要汽车一发生运动，运动感知触发供电单元5中的振动传感器11就能产生电信号，经脉动限幅施密特整形级12和电平输出阻容平滑滤波器13分别进行限幅整形和平滑处理，形成触发电平信号，使电平触发式电子开关14闭合，接通轮胎内部电源7，向上述三个工作单元供电；反之，当汽车停止或停放不用时，振动传感器11不会产生电信号，其结果是使电平触发式电子开关14处于断开状态，切断了对上述三个工作单元的供电，从而能节省电源消耗。

另一方面，制动数据传输发射单元4在发射工作状态是要消耗比别的电路单元大得多的电源能量，但由于汽车正常行驶时不必连续向外部传送数据，只有当制动操作发生时才需要向外部发射瞬时的制动特性数据，因此把制动数据传输发射单元4的电源供电端连接到制动感知触发供电电子开关6，通过电子开关6对轮胎内部电源7的供电实行控制，使电源只在需要发射数据的瞬间才接通，而制动感知触发供电电子开关6的启闭受轮速转换中央控制处理单元3的输出电平控制，当轮速转换中央控制处理单元3识别到轮胎线速度降到制动发生的预置阈值时，向制动感知触发供电电子开关6发出启动电平，使电子开关6闭合，轮胎内部电源7便向制动数据传输发射单元4供电，同时把制动瞬间的制动特性数据传送给制动数据传输发射单元4，使之向外发射。当轮速转换中央控制处理单元3传送的数据完结时，其输出到制动感知触发供电电子开关6的启动电平随之消失，制动感知触发供电电子开关6断开，切断轮胎内部电源7对制动数据传输发射单元4的供电，使发射工作停止，从而能节省电源消耗。

如图4所示，两维坐标系中，纵轴表示轮胎运动的线速度v，横轴表示时间t。从运动开始到t1时段，线速度v向上增加；在t1到t2时段表示匀速运动；从制动过程发生的t2时刻到运动终止的制动时段内，轮胎线速度v下降急剧。制动特性通常可以采用制动时段内轮胎最大减速度a的平均值作为衡量标准，而减速度a理论上可以通过线速度v的关系换算出来。

如图5所示，轮毂上的单维加速度传感器因在垂直方向受到重力的影响，其输出的径向加速度信号ar的波形随轮胎的转动而呈现出周期性的峰谷交变波动状态，同时径向加速度的频率会随轮胎运动的速度而变化。图中所示在轮胎匀速运动时输出信号的频率和曲线形状在水平方向保持恒定；制动时运动速度下降越快，则径向加速度信号频率变化越疏且曲线形状下降越快，图中虚线所示是径向加速度信号ar的包络线形状，与图4所示的轮胎线速度v形状基本一致。本发明把其中从汽车制动启动时刻t2至终止的时段内信号的包络线所表征的轮胎线速度v向外传送，备作后续的加速度换算处理和为制动性能的安全性判断提供数值依据。

本实施例中，单维加速度传感器8采用ADXL190型，模拟信号运算放大器9和幅度调节射随隔离级10为双运放LM2904型；振动传感器11可采用ADXL311型，脉动限幅施密特整形级12为CD4093型，电平输出阻容平滑滤波器13由纯电阻和电容组成，电平触发式电子开关14为TWH8778型；数/模转换单元2为AD7705型，轮速转换中央控制处理单元3为P89LPC936型，制动数据传输发射单元4为CC1000型，制动感知触发供电电子开关6为TWH8778型，轮胎内部电源7可采用锂钮扣电池组合供电。采用汇编语言编制轮速转换中央控制处理单元3中的处理程序，然后把整个系统安置在轮胎内的轮毂上，进行实地运行试验，便能较好地实施本发明。

Claims

1.一种汽车轮胎内置非接触式制动传感系统，其特征在于：所述系统由安装在汽车轮胎内轮毂上的加速度传感信号单元、模/数转换单元、轮速转换中央控制处理单元、制动数据传输发射单元、运动感知触发供电单元、制动感知触发供电电子开关、轮胎内部电源电气构成；所述加速度传感信号单元通过输出信号线与模/数转换单元相连接；模/数转换单元通过输出信号线与轮速转换中央控制处理单元相连接；轮速转换中央控制处理单元通过输出信号线分别与制动数据传输发射单元、制动感知触发供电电子开关相连接；轮胎内部电源分别与运动感知触发供电单元、制动感知触发供电电子开关相连接；运动感知触发供电单元的输出信号线分别与加速度传感信号单元、模/数转换单元、轮速转换中央控制处理单元的供电端相连接；制动感知触发供电电子开关的输出信号线与制动数据传输发射单元的供电端相连接。

2.根据权利要求1所述的一种汽车轮胎内置非接触式制动传感系统，其特征在于：加速度传感信号单元由单维加速度传感器、模拟信号运算放大级、幅值调节射随隔离级共同电气构成；所述单维加速度传感器通过输出信号线与模拟信号运算放大级相连接；所述模拟信号运算放大级通过输出信号线与幅值调节射随隔离级相连接。

3.根据权利要求1所述的一种汽车轮胎内置非接触式制动传感系统，其特征在于：运动感知触发供电单元由振动传感器、脉动限幅施密特整形级、电平输出阻容平滑滤波器、电平触发式电子开关共同电气构成；所述振动传感器通过输出信号线与脉动限幅施密特整形级相连接；所述脉动限幅施密特整形级通过输出信号线与电平输出阻容平滑滤波器相连接；所述电平输出阻容平滑滤波器通过输出信号线与电平触发式电子开关相连接。