CN103204149A - 一种基于卫星定位测速的车辆制动防滑控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于卫星定位测速的车辆制动防滑控制系统，包括星历数据接收模块、中央处理单元、车轮转速传感器、制动防滑控制单元和制动防滑执行机构；本发明还公开了一种基于卫星定位测速的车辆制动防滑控制方法。本发明的基于卫星定位测速的汽车制动防滑控制系统及方法，不仅成本低廉、易于与现有车辆整合在一起，而且能使车辆具备良好的制动防滑能力，通过卫星定位系统直接测量车速，使滑移率计算简便、易行、快速，为车辆制动防滑控制提供了一种新方案，反应速度快，控制效率高，成本低。

Description

一种基于卫星定位测速的车辆制动防滑控制系统及方法

    

技术领域

本发明涉及信号的采集和处理以及自动控制技术，属于自动控制与车辆工程领域。

背景技术

行车制动系统是车辆的重要组成部分，其作用是通过操纵机构控制制动器制动力，让行驶中的车辆减速或者停车，普通的制动系统只是凭驾驶员经验的单向控制，车辆在制动过程中的状态和制动效能因车辆自身无反馈装置，车辆本身不能自动调整，只能由驾驶员依靠经验做适当调整，但由于道路情况和交通状况复杂多变，再加上人的感知和反应速度滞后，即使是经验丰富的驾驶员也无法掌控制动的整个过程，制动效能受到限制，尤其在车辆紧急制动时，经常发生车轮抱死拖滑、制动跑偏、甩尾掉头、失去转向能力等现象，发生严重的交通事故。

在车辆诞生的很长一段的时间里，人们一直认为车轮抱死拖滑能使车辆产生的制动力和制动减速度最大，直到二十世纪七十年代，经过科技工作者的试验研究，才认识到车辆能充分发挥制动效能的最好状态不是发生在车轮在地面上抱死拖滑状态，而是发生在车轮相对地面半滚半滑状态，这种半滚半滑状态用滑移率（                                                

，式中：

——车轮滑移率，

——车轮转角速度，

——车辆移动速度，

——车轮半径）来表征，当滑移率一般控制在15-20%范围时，车辆能够获得最大的地面制动力，同时也能获得足够高的抵抗侧向滑移的能力，而当滑移率为100%时，地面制动力下降，抵抗侧向滑移的能力几乎为零，此时，车辆在制动过程中只要受到不大的横向作用力（可以来自侧向风、横向坡度、转弯的离心力等）就会发生侧向滑移。

因而，车辆制动防滑技术应运而生，目前车辆制动防滑控制系统（ABS）已成为车辆的标准配置。ABS通过协调制动器制动力和地面制动力的关系，使车轮的制动力小于车轮与地面间的附着力，从而避免车轮的抱死拖滑，该方法对于任何道路状况的制动均能带来最佳的制动效能，即制动距离最短、制动减速度最大，而且能保证车辆的操纵稳定性，不发生制动跑偏、侧滑、失去转向能力等危险情况，尤其在潮湿或冰雪等附着不良的路面上弯道行驶制动时，最大限度地保证了行车安全。

车辆的制动防滑技术，在建立制动防滑的控制模型时，必须计算车轮的滑移率，而车轮滑移率由两个参数决定：车轮转速和车辆移动速度，在这两个参数中，车轮转速可以通过转速传感器比较容易获得，但车辆的移动速度比较难获得，通常采用间接方法得到，在制动防滑控制中利用车轮转速传感器测得转角速度信号，将转速信号微分得到转角加速度信号，并通过转角速度信号和转角加速度信号，计算车轮滑移率，判断车轮滑移状态，但其精度受到限制使滑移率计算不准确，直接影响到整车的制动防滑控制效果，所以采用车速传感器直接获得车速信息，对于整车的制动防滑控制是非常有利的，但目前用于直接测车辆移动速度的传感器比较昂贵，还未在车辆上普遍采用。

如今GPS全球定位技术已经发展至成熟，我国的北斗定位系统近年技术也跃上了新台阶，运用这些技术可以轻松而且廉价地获得车辆移动速度，本发明就是利用卫星定位系统提供的位置信息，解析出计算车轮滑移率所必需的车辆移动速度，为车辆制动防滑控制提供一种新方案。随着GPS全球定位系统和我国北斗定位系统的技术进步，其测速精度一定会越来越高，不断满足车辆制动防滑控制的要求。这种采用直接测量车辆移动速度来计算车轮滑移率实现制动防滑控制的方法无疑具有巨大的市场潜力。

发明内容

为了克服高成本的车速测量技术, 提高车辆制动防滑控制效果，本发明提供了一种基于卫星定位测速的车辆制动防滑控制系统，包括星历数据接收模块、中央处理单元、车轮转速传感器、制动防滑控制单元和制动防滑执行机构，所述星历数据接收模块接收卫星定位系统的星历数据，将星历数据处理形成包含位置信息和速度信息的标准报文，并送到中央处理单元；由中央处理单元解析出星历数据接收模块传送的报文得出车辆移动速度，并将该速度数据传送给制动防滑控制单元；制动防滑控制单元在得到车辆移动速度，同时，采集车轮转速传感器信号得到车轮转动角速度，从而得到此时的车轮滑移率，当车轮滑移率达到设定阈值时，驱动制动防滑执行机构执行防滑控制，车辆进入防滑控制状态。

进一步的，所述卫星定位系统是GPS系统或北斗系统。

进一步的，所述中央处理单元、制动防滑控制单元独立设置或整合至车辆的计算机控制系统。

进一步的，所述制动防滑执行机构是车辆制动器，也可以是用于车辆制动防滑控制的其它机构。

本发明还提供了一种基于卫星定位测速的车辆制动防滑控制方法，包括如下步骤：

接收卫星定位系统的星历数据；

将星历数据处理形成包含位置信息和速度信息的标准报文；

由所述标准报文得出车辆移动速度；

采集得到车轮转动角速度，计算得到此时的车轮滑移率；

当车轮滑移率达到设定阈值时，执行防滑控制，车辆进入防滑控制状态。

进一步的，所述卫星定位系统是GPS系统或北斗系统。

本发明的基于卫星定位测速的汽车制动防滑控制系统及方法，不仅成本低廉、易于与现有车辆整合在一起，而且能使车辆具备良好的制动防滑能力，通过卫星定位系统直接测量车速，使滑移率计算简便、易行、快速，为车辆制动防滑控制提供了一种新方案，反应速度快，控制效率高，成本低。

附图说明

图1是本发明的基于卫星定位测速的车辆制动防滑控制系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明所述的车辆制动防滑控制系统由星历数据接收模块、中央处理单元、车轮转速传感器、制动防滑控制单元和制动防滑执行机构组成，该系统由星历数据接收模块不断地接收卫星定位系统的星历数据，将星历数据进行运算、处理，并形成包含位置信息和速度信息的标准报文，然后将报文到中央处理单元；由中央处理单元解析出星历数据接收模块传送的报文得出车辆移动速度，并将该速度数据传送给制动防滑控制单元；制动防滑控制单元在得到车辆移动速度同时，采集车轮转速传感器信号得到车轮转动角速度，从而得到车轮滑移率，通过滑移率监测车轮的滑移状态，当车轮滑移率达到某设定阈值时，发出指令驱动制动防滑执行机构，车辆进入防滑控制状态。上述卫星定位系统可以是GPS系统，也可以是北斗系统；上述中央处理单元、制动防滑控制单元，可以单独设计，也可以整合到车辆的计算机控制系统中；上述制动防滑执行机构可以是车辆制动器，也可以是用于车辆制动防滑控制的其它机构。

实施例一：

星历数据接收模块不断地接收GPS（或北斗系统）星历数据（卫星的位置、时间信息），经过运算处理，形成NMEA 0183格式的通用报文，该报文应包含星历数据接收模块在地球上的位置信息（经度、纬度、相对海平面高度、南或北半球），将该报文以规定的通信协议发送给中央处理器，发送间隔为100ms，上述通用报文的格式也可以是其它格式，发送间隔可视需要增长或缩短；中央处理器接收报文，并从中解析出星历数据接收模块在地球上的位置信息，然后计算星历数据接收模块的移动速度，将该速度数据传送给制动防滑控制单元，由于星历数据接收模块固定安装在车辆上，因此接收模块的移动速度就是车辆的移动速度；制动防滑控制单元在接收移动速度数据的同时，也采集来自车轮转速传感器的转动速度信号，并计算出滑移率，监控车轮的滑移状态，当滑移率达到某一阈值时，驱动制动防滑执行机构，系统进入防滑控制，上述制动防滑执行机构可以是车辆制动器，也可以是用于车辆制动防滑控制的其它机构。

实施例二：

星历数据接收模块不断地接收GPS（或北斗系统）星历数据（卫星的位置、时间信息），经过运算处理，形成NMEA 0183格式的通用报文，该报文应包含星历数据接收模块在地球上的移动速度信息，并将该报文以规定的通信协议发送给中央处理器，发送间隔为100ms，上述通用报文的格式也可以是其它格式，发送间隔可视需要增长或缩短；中央处理器接收报文，并从中解析出星历数据接收模块在地球上的移动速度，将该速度数据传送给制动防滑控制单元，由于星历数据接收模块固定安装在车辆上，因此星历数据接收模块的移动速度就代表车辆的移动速度；制动防滑控制单元在接收移动速度信息的同时，也采集来自车轮转速传感器的转动速度信号，并计算出滑移率，监控车轮的滑移状态，当滑移率达到某一阈值时，驱动制动防滑执行机构进入防滑控制，上述执行机构可以是车辆制动器，也可以是用于车辆制动防滑控制的其它机构。

实施例三：

星历数据接收模块不断地接收GPS（或北斗系统）星历数据（卫星的位置、时间信息），经过运算处理，形成NMEA 0183格式的通用报文，该报文应包含星历数据接收模块在地球上的位置信息（经度、纬度、相对海平面高度、南或北半球），将该报文以规定的通信协议发送给制动防滑控制单元，发送间隔为100ms，上述通用报文的格式也可以是其它格式，发送间隔可视需要增长或缩短；制动防滑控制单元接收报文，并从中解析出接收模块在地球上的位置信息，然后计算接收模块的移动速度，由于星历数据接收模块固定安装在车辆上，因此星历数据接收模块的移动速度就代表车辆的移动速度，制动防滑控制单元在接收移动速度信息的同时，也采集来自车轮转速传感器的转动速度信号，并计算出滑移率，监控车轮的滑移状态，当滑移率达到某一阈值时，驱动制动防滑执行机构，系统进入防滑控制，上述制动防滑执行机构可以是车辆制动器，也可以是用于车辆制动防滑控制的其它机构。

实施例四：

星历数据接收模块不断地接收GPS（或北斗系统）星历数据（卫星的位置、时间信息），经过运算处理，形成NMEA 0183格式的通用报文，该报文应包含接收模块在地球上的移动速度信息，并将该报文以规定的通信协议发送给制动防滑控制单元，发送间隔为100ms，上述通用报文的格式也可以是其它格式，发送间隔可视需要增长或缩短；制动防滑控制单元接收报文，并从中解析出星历数据接收模块在地球上的移动速度，由于星历数据接收模块固定安装在车辆上，因此星历数据接收模块的移动速度就代表车辆的移动速度；制动防滑控制单元在接收移动速度信息的同时，也采集来自车轮转速传感器的转动速度信号，并计算出滑移率，监控车轮的滑移状态，当滑移率达到某一阈值时，驱动制动防滑执行机构，系统进入防滑控制，上述制动防滑执行机构可以是车辆制动器，也可以是用于车辆制动防滑控制的其它机构。

Claims (6)

1.一种基于卫星定位测速的车辆制动防滑控制系统，包括星历数据接收模块、中央处理单元、车轮转速传感器、制动防滑控制单元和制动防滑执行机构，其特征在于：所述星历数据接收模块接收卫星定位系统的星历数据，将星历数据处理形成包含位置信息和速度信息的标准报文，并送到中央处理单元；由中央处理单元解析出星历数据接收模块传送的报文得出车辆移动速度，并将该速度数据传送给制动防滑控制单元；制动防滑控制单元在得到车辆移动速度，同时，采集车轮转速传感器信号得到车轮转动角速度，从而得到此时的车轮滑移率，当车轮滑移率达到设定阈值时，驱动制动防滑执行机构执行防滑控制，车辆进入防滑控制状态。

2.如权利要求1所述的基于卫星定位测速的车辆制动防滑控制系统，其特征在于：所述卫星定位系统是GPS系统或北斗系统。

3.如权利要求1所述的基于卫星定位测速的车辆制动防滑控制系统，其特征在于：所述中央处理单元、制动防滑控制单元独立设置或整合至车辆的计算机控制系统。

4.如权利要求1所述的基于卫星定位测速的车辆制动防滑控制系统，其特征在于：所述制动防滑执行机构是车辆制动器，也可以是用于车辆制动防滑控制的其它机构。

5.一种基于卫星定位测速的车辆制动防滑控制方法，包括如下步骤：

接收卫星定位系统的星历数据；

将星历数据处理形成包含位置信息和速度信息的标准报文；

由所述标准报文得出车辆移动速度；

采集得到车轮转动角速度，计算得到此时的车轮滑移率；

当车轮滑移率达到设定阈值时，执行防滑控制，车辆进入防滑控制状态。

6.如权利要求5所述基于卫星定位测速的车辆制动防滑控制系统，其特征在于：所述卫星定位系统是GPS系统或北斗系统。

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