CN107727416B - 基于组合传感器汽车轮胎负荷能力监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于组合传感器汽车轮胎负荷能力监测方法，包括由组合传感器感知悬挂的三维加速度及车身和车轮的三维加速度、三维角速度与三维地磁强度，及轮胎压力温度；用车身和车轮的三维参数，经姿态算法获得车身侧倾角、俯仰角及车轮垂向加速度；用车身侧倾角、俯仰角和车身的纵向加速度、侧向加速度及垂向加速度参数，经动载荷算法获得车轮簧上总质量；用悬挂垂向加速度和车轮垂向加速度参数，经动载荷算法获得车轮簧下总质量；用车轮簧上总质量和车轮簧下总质量参数，经动载荷算法计算获得车轮动载荷；用车轮动载荷和轮胎压力温度参数计算获得轮胎负荷能力；将车轮动载荷、轮胎压力温度及轮胎负荷能力的数据融合获得轮胎负荷能力的变化趋势。
Description
技术领域
本发明涉及机动车安全运行状态监测方法，尤其涉及一种基于组合传感器汽车轮胎负荷能力监测方法。
背景技术
机动车运行安全状态监测技术是保证机动车安全行驶的主要手段，也是机动车运行安全检测技术发展的必然趋势。采用机动车运行安全状态监控技术对机动车运行安全状态和运行指标进行动态监测，及时发现和预防机动车故障，发展监测、控制、管理和决策于一体的安全监控网络体系，对机动车安全运行具有重要意义；它是关系到国家和人民生命财产安全的一项重大的社会公益技术工作，是保障机动车辆运行安全重要的技术支撑，是政府管理部门对机动车安全运行的非常重要的技术保障；它不仅能提高机动车安全运行的技术保障能力和减少交通事故，而且对促进机动车工业及交通运输事业的发展有重大意义。
机动车运行安全状态监测主要包括监测机动车(车身、车轮)运动姿态参数、动载荷参数、制动性能参数。机动车在运行过程中，会产生制动、加速、转向、直线行驶等工况，车轮是机动车行驶过程中唯一与地面接触部件，包含丰富的机动车运行信息(运动姿态、驱动力、制动力、动载荷、转向、冲击)。轮胎的基本功能之一是支承汽车重量，而轮胎负荷能力是衡量轮胎允许承受最大负荷的参数，通过监测轮胎负荷能力可以较全面评价轮胎承载的安全程度，避免超负荷引起轮胎损坏、爆破，保证汽车行驶安全，具有十分重要的作用。
目前，对轮胎负荷能力只是通过标准查找或静负荷状态计算获得，还没有对机动车行驶过程中的轮胎负荷能力进行实时监测，未能分析轮胎在动载荷、充气压力变化状态的负荷能力，从而无法有效获得动态的轮胎负荷能力，不利于对运行过程中机动车轮胎超载、爆胎等危险状况的预测与评估。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于组合传感器汽车轮胎负荷能力监测方法。
本发明的目的通过以下的技术方案来实现：
基于组合传感器汽车轮胎负荷能力监测方法，包括：
A通过组合传感器分别感知悬挂的三维加速度及车身和车轮的三维加速度、三维角速度与三维地磁强度，以及轮胎压力温度；
B利用车身的三维加速度参数、三维角速度参数和三维地磁强度参数，经姿态算法计算获得车身侧倾角和俯仰角；
C利用车轮的三维加速度参数、三维角速度参数和三维地磁强度参数，经姿态算法计算获得车轮垂向加速度；
D利用车身侧倾角、俯仰角和车身的纵向加速度参数、侧向加速度参数及垂向加速度参数，经动载荷算法计算获得车轮簧上总质量；
E利用悬挂垂向加速度参数和车轮垂向加速度参数，经动载荷算法计算获得车轮簧下总质量；
F利用车轮簧上总质量参数和车轮簧下总质量参数，经动载荷算法计算获得车轮动载荷；
G利用车轮动载荷参数和轮胎压力温度参数，经负荷算法计算获得轮胎负荷能力；
H将车轮动载荷、轮胎压力温度及轮胎负荷能力的数据进行融合分析获得轮胎负荷能力的变化趋势。
与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：
1、通过应用组合传感器测量技术，实现在行驶过程中对汽车轮胎负荷能力的实时监测。
2、轮胎负荷能力是衡量轮胎允许承受最大负荷的参数，通过监测轮胎负荷能力可以较全面评价轮胎承载的安全程度，避免超负荷引起轮胎损坏、爆破，保证汽车行驶安全，具有十分重要的作用。
3、通过分析预测程序将轮胎负荷能力数据与其历史数据分析比较，获得轮胎负荷能力的变化趋势，增加对轮胎负荷能力的预测功能，形成一个完整、相对独立的测量平台，并能够提供统一数据接口模式供有关政府管理部门加以应用。
附图说明
图1是基于组合传感器汽车轮胎负荷能力监测方法流程图；
图2是组合传感器汽车轮胎负荷能力监测系统整体布置图；
图3是组合传感器汽车轮胎负荷能力监测系统车轮测量模块安装示意图；
图4是组合传感器汽车轮胎负荷能力监测系统悬挂测量模块安装示意图；
图5是组合传感器汽车轮胎负荷能力监测系统车身测量模块安装示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。
如图1所示，为基于组合传感器汽车轮胎负荷能力监测方法，该方法包括以下步骤：
步骤101通过组合传感器分别感知悬挂的三维加速度及车身和车轮的三维加速度、三维角速度和三维地磁强度，以及轮胎压力温度；
步骤102利用车身三维加速度参数、车身三维角速度参数和车身三维地磁强度参数，经姿态算法计算获得车身侧倾角和俯仰角；
步骤103利用车轮三维加速度参数、车轮三维角速度参数和车轮三维地磁强度参数，经姿态算法计算获得车轮垂向加速度；
步骤104利用车身侧倾角、俯仰角和车身的纵向加速度参数、侧向加速度参数及垂向加速度参数，经动载荷算法计算获得车轮簧上总质量；
步骤105利用悬挂垂向加速度参数和车轮垂向加速度参数，经动载荷算法计算获得车轮簧下总质量；
步骤106利用车轮簧上总质量参数和车轮簧下总质量参数，经动载荷算法计算获得车轮动载荷；
步骤107利用车轮动载荷参数和轮胎压力温度参数，经负荷算法计算获得轮胎负荷能力；
步骤108将车轮动载荷、轮胎压力温度及轮胎负荷能力的数据进行融合分析获得轮胎负荷能力的变化趋势。
上述步骤101中组合传感器包括车身组合传感器、悬挂组合传感器和车轮组合传感器；其中
车身组合传感器由三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁感应计组成；
悬挂组合传感器由三轴加速度计组成；
车轮组合传感器由三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁感应计和压力温度传感器组成。
通过车身组合传感器的三轴加速计、三轴陀螺仪及三轴磁感应计分别感知车身的三维加速度、三维角速度以及三维地磁强度；
通过悬挂组合传感器的三轴加速计分别感知悬挂的三维加速度；
通过车轮组合传感器的三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁感应计、压力温度传感器分别感知车轮的三维加速度、三维角速度、三维地磁强度、轮胎压力温度。
车身三维加速度参数包括：车身纵向加速度、侧向加速度和垂向加速度；
车身三维角速度参数包括：车身侧倾角速度、俯仰角速度和车身横摆角速度；
悬挂三维加速度参数包括：悬挂纵向加速度、侧向加速度和垂向加速度；
车轮三维加速度包括：车轮切向加速度、侧向加速度和向心加速度；
车轮三维角速度包括：车轮侧倾角速度、旋转角速度和航向角速度。
参见图2，为基于组合传感器汽车轮胎负荷能力监测方法所采用的系统整体布局图，包括前轮1、车轮组合传感器测量模块2、悬挂组合传感器测量模块3、车身组合传感器测量模块4及车内中央控制模块5，其中车轮组合传感器测量模块安装于车轮的轮毂赤道表面上，悬挂组合传感器测量模块3安装在车轮上方位悬架上，车身组合传感器测量模块4安装在车辆质心位置，车内中央控制模块5安装于车内；车轮组合传感器测量模块2与车内中央控制模块5之间通过无线射频实现双向通讯，悬挂组合传感器测量模块3与车内中央控制模块5之间通过CAN总线双向通信，车身组合传感器测量模块3与车内中央控制模块5之间通过CAN总线双向通信。
参见图3，车轮组合传感器测量模块安装于车轮轮毂赤道面的表面上，车轮组合传感器测量模块的安装要求：加速度计和陀螺仪的三个敏感轴X轴、Y轴、Z轴分别指向轮毂切线方向、轮毂的侧向、轮毂的轴心方向；磁感应计的三个敏感轴X轴、Y轴、Z轴分别指向轮毂的侧向、轮毂切线方向、轮毂轴心的反方向；坐标系Oxyz是正交的右手坐标系。
参见图4，悬挂组合传感器测量模块安装在车轮上方位悬架上，悬挂组合传感器测量模块的安装要求：加速度计的三个敏感轴X轴、Y轴、Z轴分别指向车身前进方向、驾驶员左侧方向、垂直向上方向；坐标系Oxyz是正交的右手坐标系。
参见图5，车身组合传感器测量模块安装在车辆质心位置，车身组合传感器测量模块的安装要求：加速度计和陀螺仪的三个敏感轴X轴、Y轴、Z轴分别指向车身前进方向、驾驶员左侧方向、垂直向上方向；磁感应计的三个敏感轴X轴、Y轴、Z轴分别指向驾驶员左侧方向、前进方向、垂直地心方向；坐标系Oxyz是正交的右手坐标系。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (4)
1.基于组合传感器汽车轮胎负荷能力监测方法，其特征在于，所述监测方法包括：
A通过组合传感器分别感知悬挂的三维加速度及车身和车轮的三维加速度、三维角速度与三维地磁强度，以及轮胎压力温度；
B利用车身的三维加速度参数、三维角速度参数和三维地磁强度参数，经姿态算法计算获得车身侧倾角和俯仰角；
C利用车轮的三维加速度参数、三维角速度参数和三维地磁强度参数，经姿态算法计算获得车轮垂向加速度；
D利用车身侧倾角、俯仰角和车身的纵向加速度参数、侧向加速度参数及垂向加速度参数，经动载荷算法计算获得车轮簧上总质量；
E利用悬挂垂向加速度参数和车轮垂向加速度参数，经动载荷算法计算获得车轮簧下总质量；
F利用车轮簧上总质量参数和车轮簧下总质量参数，经动载荷算法计算获得车轮动载荷；
G利用车轮动载荷参数和轮胎压力温度参数，经负荷算法计算获得轮胎负荷能力；
H将车轮动载荷、轮胎压力温度及轮胎负荷能力的数据进行融合分析获得轮胎负荷能力的变化趋势；
所述步骤A中组合传感器包括车身组合传感器、悬挂组合传感器和车轮组合传感器；其中
车身组合传感器由三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁感应计组成；
悬挂组合传感器由三轴加速度计组成；
车轮组合传感器由三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁感应计和压力温度传感器组成。
2.如权利要求1所述的基于组合传感器汽车轮胎负荷能力监测方法，其特征在于，
通过车身组合传感器的三轴加速计、三轴陀螺仪及三轴磁感应计分别感知车身的三维加速度、三维角速度以及三维地磁强度；
通过悬挂组合传感器的三轴加速计分别感知悬挂的三维加速度；
通过车轮组合传感器的三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁感应计、压力温度传感器分别感知车轮的三维加速度、三维角速度、三维地磁强度、轮胎压力温度。
3.如权利要求1所述的基于组合传感器汽车轮胎负荷能力监测方法，其特征在于，所述
车身三维加速度参数包括：车身纵向加速度、侧向加速度和垂向加速度；
车身三维角速度参数包括：车身侧倾角速度、俯仰角速度和车身横摆角速度；
悬挂三维加速度参数包括：悬挂纵向加速度、侧向加速度和垂向加速度；
车轮三维加速度包括：车轮切向加速度、侧向加速度和向心加速度；
车轮三维角速度包括：车轮侧倾角速度、旋转角速度和航向角速度。
4.如权利要求1所述的基于组合传感器汽车轮胎负荷能力监测方法，其特征在于，所述组合传感器中设置有测量模块，包括车轮测量模块、悬挂测量模块和车身测量模块；
所述车轮测量模块安装在车轮轮毂赤道面的表面上；
悬挂测量模块安装在车轮上方位悬架上；
车身测量模块安装在车辆质心位置。
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