CN111024606A - 一种借助拖曳链测量行车路面摩擦状况的方法 - Google Patents

Abstract

发明名称：一种借助拖曳链测量行车路面摩擦状况的方法。技术领域：汽车安全控制。解决的技术问提：提供路面摩擦情况，提高车辆驾驶安全性能。解决问题的技术方案：方法采用的装置由可编程芯片自动运算；装置在车辆底盘加装可与地面产生轻微摩擦的轻型链式拖曳式机构，拖曳链与地面接触端为摩擦块，另端与固定于车身的拉力传感器连接，拖链分水平段及竖直段，为减小拉力传递损失，转用处内外均设轴销式称重传感器采集相关信号，输入称重模块，测量时将风阻对测量信号产生的影响进行修正，信号和F与芯片中预先存储的数据N作对比运算，F/N的比值为η,用加速度传感器采集到的信号参与二次修正计算,计算结果k用于输出，实现装置设计功能。

Description

一种借助拖曳链测量行车路面摩擦状况的方法

技术领域

汽车安全控制 。

背景技术

汽车数量近年迅速增长，道路交通事故频繁发生，造成了大量经济财产损失及人员伤亡事件的发生。其中车辆行驶中发生侧滑或不能及时有效刹停，导致失控后发生的事故占很高的事故比例，其中有很大一部分事故是因为路面受天气条件影响所致，路面结冰、积雪、积水、结露和温度等因素都直接影响行车安全。驾驶员对路面摩擦性能下降后预判不够引发了大量的行车事故，即使近几年生产的豪华车辆增加了主动刹车系统及车辆防侧滑等安全保护装置，但在路面摩擦力下降时，由于不能提前判断路面实际摩擦情况，也会导致十分先进的设备在紧急的情况下造成车辆失控酿成事故；同时在很多光线不好或者夜间行车反光的路段容易造成错觉，造成良好路面不能全速行驶，影响其它车辆驾驶。即使驾驶经验十分丰富的司机在行车过程中，只凭各感观及经验也无法准确掌握路面与车轮的实际摩擦情况，因此在车辆正常行驶过程中无需下车，即可随时准确掌握轮胎与路面的实际摩擦能力，根据路面的实际情况做出正确的驾驶，对大比例降低车祸发生率有十分重要的意义，为驾驶员提供准确可靠的路面与轮胎的摩擦参数是一件亟待解决的难题。

发明内容

一、为方便本说明书文字描述，对本文件内容涉及到的名词做出如下解释或定义：①CPU是指用于本装置功能实现的可编程智能芯片控制组件，其芯片控制组件包括PLC、单片机、单独开发的专用芯片以及称重测量系统的模块组。②摩擦块：是指与地面产生摩擦测量的金属材质有一定尺寸外形的块状材。③拖曳链是指本测量装置中与地面产生将摩擦块与各传感器联接的链式装置。④拉力传感器：又叫电阻应变式传感器，隶属于称重传感器系列，是一种将物理信号转变为可测量的电信号输出的装置。⑤加速度传感器：加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器，是一种将物理信号转变为可测量的电信号输出的装置，用于车辆行驶速度变化瞬时对输出数据的修正。⑥逻辑关系计算依据：根据牛顿第一定律推导得出；车辆直线、匀速行驶过程中，路面摩擦条件相同时，不同速度下摩擦装置忽略拖曳链竖向段的风阻影响，拖曳链与地面摩擦产生的拉力保持不变）。⑦模拟量信号：由于现有技术限制，所有的控制CPU只能接受电子信号，因此本文所描述的称重传感器及加速传感器采集到的相关物理量均需要转换成CPU能够识别的电压或电流作为电信号进行传递，本文所指的模拟量信号指不同的电流或电压信号。

二、装置的基本工作原理：装置的信号采集机构是在车辆底盘加装可与地面产生轻微摩擦的拖曳式装置，本装置宜安装于车辆底盘尾部下方，其安装位置见附图1，其中拖曳链为方便维护，竖向段可安装在车辆尾部可视区域，本装置在驾驶人员认为不需要使用时，可以手动关闭其触发信号的输出。

拖曳链的要求及功能：拖曳链是可在一个平面内随意自由弯曲的链式装置，其结构类似于轻型传动链条，为保证装置在任何车速下均能实现准确测量，拖曳链在车辆行驶方向的风阻面积应尽可能小且有足够的重量，以保证拖曳链下端机构在车辆高行驶速度时，不因风阻影响引起摩擦装置脱离地面失去测量功能，拖曳链可在车辆行进方向前后摆动，设计时应适当控制左右两侧摆动范围内以增加测量精度。

摩擦块的要求以及功能：拖曳链与地面接触端的摩擦块应保证在车辆高速行驶时与地面有一定接触面积的金属摩擦材料，为保证拖曳链能够更加准确的采集信号后输出，拖曳链与地面在车辆行驶时竖直段与地面的角度应大于90度，拖曳链的另端与固定于车身的拉力传感器连接，拖曳链分水平段及竖直段，与地面接触的摩擦块不宜过大，摩擦块的重量的选取应根据各传感器的量程范围及测量精度进行匹配，且必须保证与地面摩擦时不对地面形成破坏。

装置基本结构：（下述文字描述对应的传感器编号见附图1）拖曳装置与上端连接拉力的传感器测T1(测得拉力值F1)，沿车行进方向前后两侧安装销式称重传感器分别命名为T2(测得转角内侧横向压力值F2)和T3(测得转角外侧横向压力值F3)。由于车速的变化，风阻将对拖曳链竖直段采集的信号值产生影响，其影响会因导致测得拉力增加，因此在实际测量运算结果输出时应对其影响值进行修正，需在不同车速下分别采集风压对各传感器产生的压力信号变化值影响并进行存贮于CPU共同参与计算，基本系数采集方式如下：其信号采集使用风压传感器T4(测得信号值F4，运算时取负值)，风压传感器受风压的面积应与拖曳链正常行驶过程中竖向段的产生风阻的面积应作信号进行等值匹配，匹配时风压传感器时需要对风压传感器迎风面积作调整，能够抵消不同车速时风阻产生的各传感器增加值总和，测试匹配时需临时拆除调整拖曳链长度应保证摩擦块与地面无接触时操作）由于车速对车辆底部气流产生的干扰，安装风压传感器时应注意位置的选定。

测量步骤：㈠采集基本数据：要求平直路段、不同路况、称重模块对已经采集到的全部拉力信号复位清零、车辆匀速行驶、车速30km/h以下（以保证风阻对拖曳链产生的影响较小），此时，全部传感器及拖曳链关联装置正常工作，读取到称重模块显示的最大值,称重模块应至少选用四路输入，此时显示的数值单位为重量单位，计算三个传感器采集到的算术和N1+N2+N3=N，存贮CPU中作为后期运算的其本常数"N"。

㈡装置启动：车辆系统加电自检，车辆在静止时称重模块将采集到的全部拉力信号复位清零，车辆正常行驶，多个传感器采集到的三个传感器信号总和F=F1+F2+F3-F4(其中F4值为风阻力影响值，通过称重模块输入端信号反接实现负值运算，各参数见上文段落相关描述）。

㈢计算：F/N=η，其中0＜η≤1, “η”无物理单位，是装置设计采集到车辆在匀速行驶时路面摩擦系数，但在实际行车过程中车速时经常变化的，本装置在测量过程中会因加速或减速对传感器测量产生的部分影响，其中测得的数据F2、F3在车辆加速及减速时测量到的数值信号量会形成增减互补，不影响最后计算结果。㈣数据修正输出：但由于惯性的存在，车辆处于急加速过程中会导致测得的摩擦系数增大，同时减速时测得的摩擦系数会减小，需要在输出数据时根据加速度传感器测得的数据进行二次修正，（本逻辑运算的修正对应关系可采用下列方法测得，选取能够对加速度及减速度进行模拟量输出功能的加速度传感器，以静止时的输出的模拟量信号值为基数，可以计算出不同加速度值所对应的用加速及减速时F模拟量的变化影响系数（其修正关系使用附图2，运算方法，乘积法，i＝η*n）。为方便驾驶人员理解“i”建议以百分数形式输出；也可以计算出不同加速度值所对应的用加速及减速时F模拟量的变化影响数值（其修正关系使用附图3，运算方法，求和法，i＝η+k其中加速时导致测量数值增加选取第二象限横向座标负数作为修正值，减速时导致测量值减小修正时取第一象限的横向坐标标正数作为修正值）。

本装置的附助功能：本装置的拖曳链是连接车体与地面的金属导体，同时能对车辆行驶过程中产生的静电随时向地面释放，对车辆起到等电位接地的作用。

附图1为本装置相关传感器安装的位置示意及相关要求

附图2为加速传感器信号对输出值的修正曲线图（用乘积法修正）

附图3为加速传感器信号对输出值的修正曲线图（用求和法修正）。

Claims (9)

1.本方法选取装置利用可编程芯片控制其功能的实现，其芯片控制系统可为PLC、单片机以及单独开发的专用芯片以及专用称重电子模块组。

2.本方法的实现借助的信号采集机构是在车辆底盘加装可与地面产生轻微摩擦的拖曳式装置，本装置安装于车辆底盘下方。

3.本方法中拖曳链分水平段及竖直段，竖直段与地面在车辆行驶时的角度应大于90度。

4.逻辑关系计算依据：依据根据牛顿第一定律推导得出；车辆直线、匀速行驶过程中，路面摩擦条件相同时，不同速度下摩擦装置忽略拖曳链竖向段的风阻影响，拖曳链受地面摩擦产生的内力保持不变。

5.方法所用装置的附助功能：同时能对车辆行驶过程中产生的静电随时向地面释放，对车辆起到等电位接地的作用。

6.本方法在工作过程中采用的传感器有称重传感器、风压传感器、加速度传感器。

7.本方法在最后输出时进行风阻影响及加速度影响分别进行修正。

8.本方法适用于商用车辆、乘用车辆及无人驾驶车辆。

9.本装置最终计算由CPU程序实行对比计算，无物理单位，测得的系数取值范围在0~1之间。

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