CN111907269A

CN111907269A - 一种基于智能轮胎技术的车辆状态检测系统

Info

Publication number: CN111907269A
Application number: CN202010928128.XA
Authority: CN
Inventors: 付宏勋; 赵强; 张宇; 张国彪; 梁学萌
Original assignee: Shandong University of Technology
Current assignee: Shandong University of Technology
Priority date: 2020-09-07
Filing date: 2020-09-07
Publication date: 2020-11-10

Abstract

本发明公开了一种基于智能轮胎技术的车辆状态检测系统，所述基于智能轮胎技术的车辆状态检测系统主要由胎压检测模块、温度检测模块、测距模块、发射模块、接收模块、数据处理模块、显示模块、声光报警模块、定位模块以及供电模块组成；所述胎压检测模块、温度检测模块、测距模块可实时检测车辆行驶过程中的胎压、胎内温度及轮胎下沉量，所述数据处理模块将所检测到的胎压、温度以及下沉量结合轮胎规格参数进行综合处理计算，得到对应轮胎所承受的载荷及转速，进而推算出车辆前后轴荷、整车重量以及车速等车辆状态信息，在整车控制及智能交通领域具有巨大的潜力和应用前景。

Description

一种基于智能轮胎技术的车辆状态检测系统

技术领域

本发明涉及一种基于智能轮胎技术的车辆状态检测系统，属于智能轮胎技术与测量技术领域。

背景技术

目前，汽车工业和高速公路的发展，对汽车轮胎提出了更高的性能要求。随着轮胎技术的不断进步，信息技术、智能技术、电子技术的不断发展，智能轮胎开始出现并具有很好的发展潜力。

智能轮胎技术是利用传感器、通信、网络、计算机、模式识别、信号处理、人工智能等现代化的信息与智能技术实现轮胎状态监测、自主判断与及时的智能处理，从而提高汽车的安全性、环保性、经济型与舒适性。此外，利用智能轮胎技术还能够为汽车的其他智能系统提供必要的状态信息，提高汽车控制系统的智能化。

因此，如何通过智能轮胎技术及测量技术获得更多的状态信息对于汽车整车控制、汽车辅助及无人驾驶、汽车网联及智能化的发展具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题：在借助智能轮胎技术与测量技术直接测得的轮胎胎压、温度、下沉量的基础上进一步推算得到车辆前后轴荷、整车重量与车速等状态信息参数，进一步为整车控制及智能交通领域提供可用信息。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于智能轮胎技术的车辆状态检测系统，其特征在于，所述基于智能轮胎技术的车辆状态检测系统主要由胎压检测模块、温度检测模块、测距模块、发射模块、接收模块、数据处理模块、显示模块、声光报警模块、定位模块以及供电模块组成。

进一步地，所述胎压检测模块、温度检测模块、测距模块组合安装于轮辋上气门嘴阀杆处；同时还可选择对轮辋进行加工，将测距模块安装于轮辋上与气门嘴相对的位置，使车轮在转动过程中保持动平衡；所述胎压检测模块、温度检测模块、测距模块分别对汽车行驶过程中胎压、温度以及轮胎下沉量进行实时检测；胎压检测模块与温度检测模块选用英飞凌公司的SP400系列传感器，该传感器芯片采用13位的采样AD转换器，可达到较高的采样精度和更低的能耗。传感器直接接触轮内气压，将压力信号转换为电信号，利用信号调理电路进行信号的放大、补偿等数字化调理，具有体积小、功耗低、使用寿命长及集成度高等优点；测距模块采用夏普公司GP2Y0A21YK0F红外测距传感器，该传感器价格低廉、体积小、质量轻，功耗小，且使用简单，工作稳定，测量数值时不会产生较大的波动，适合对轮胎几厘米甚至几毫米的径向变形进行测量。

进一步地，未加载时，所述测距模块测得的距离为轮辋与轮胎内表面之间的垂直距离与测距模块自身厚度之差，加载完成后，测距模块测得距离减小，由此可以计算出加载过程测距模块所测距离变化量，即轮胎下沉量。

进一步地，所述所述胎压检测模块、温度检测模块、测距模块分别完成对胎压、温度以及轮胎下沉量检测后，所述发射模块、接收模块对各数据信号进行无线传输，最终由所述数据处理模块将各数据拟合处理，并将所得状态信息直观呈现到显示模块上。

进一步地，在载荷一定的情况下，测得下沉量大小，主要受到胎压影响，在测得胎压的前提下，载荷与下沉量之间近似为线性关系，利用这一关系，所述数据处理模块通过数据拟合，可以推算出单条轮胎所承受的垂直载荷，再根据轮胎的数量，进一步获得前后轴荷以及整车所承受的载荷。

进一步地，轮胎在转动过程中，所述测距模块测得的距离会发生周期性的变化，测得两个相等最小距离所用的时间为一个测距周期，即车轮转动一周，利用所述测距模块单个测距周期所用的时间，所述数据处理模块可以计算得到在该周期内轮胎的平均角速度，结合轮胎规格参数可以计算得到轮胎运动过程的平均线速度，继而得到整车的实时车速。

进一步地，所述声光报警模块可在轮胎的温度、胎压达到其临界值以及轮胎的下沉量达到极限值时报警及时提醒驾驶员采取相应的处理措施，保障驾驶安全性；所述定位模块可实现对运行车辆的实时定位，以便需要时及时获取到车辆的位置信息；所述供电模块选用锂电池，保障各模块稳定运行。

本发明的有益效果是：

(1)本发明所述的一种基于智能轮胎技术的车辆状态检测系统，利用智能轮胎技术与测量技术，对轮胎胎压、温度信息进行实时检测的同时，对轮胎转动过程中的下沉量进行实时测量。

(2)本发明所述的一种基于智能轮胎技术的车辆状态检测系统，综合考虑轮胎胎压以及温度对轮胎下沉量的影响，利用载荷与轮胎下沉量之间的关系，可进一步计算得出汽车前后轴荷以及整车重量等状态参数。

(3)本发明所述的一种基于智能轮胎技术的车辆状态检测系统，利用测距模块测距周期，结合轮胎规格参数，可计算得到轮胎转速，进一步可推算得到整车速度。

(4)本发明所述的一种基于智能轮胎技术的车辆状态检测系统，基于传感器直观测得的轮胎状态信号而综合计算得到整车状态信息可进一步拓展应用到汽车辅助及无人驾驶、汽车网联及智能化等领域，为汽车的智能控制提供更多信息支持。

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为本发明结构组成原理示意图；

图2为本发明传感器安装位置示意图；

图3为本发明测距原理示意图；

图4为本发明测距周期示意图；

图5为本发明工作流程图；

具体实施方式

如图1所示，本发明所述一种基于智能轮胎技术的车辆状态检测系统，主要由胎压检测模块、温度检测模块、测距模块、发射模块、接收模块、数据处理模块、显示模块、声光报警模块、定位模块以及供电模块组成。

所述所述胎压检测模块、温度检测模块、测距模块分别完成对胎压、温度以及轮胎下沉量检测后，所述发射模块、接收模块对各数据信号进行无线传输，最终由所述数据处理模块将各数据拟合处理，并将所得状态信息直观呈现到显示模块上；所述声光报警模块可在轮胎的温度、胎压达到其临界值或轮胎的下沉量达到极限值时报警及时提醒驾驶员采取相应的处理措施，保障驾驶安全性；所述定位模块可实现对运行车辆的实时定位，以便在需要时及时获取到车辆的位置信息；所述供电模块选用锂电池，保证各模块稳定运行。

如图2所示，本发明所述一种基于智能轮胎技术的车辆状态检测系统，为所述胎压检测模块、温度检测模块、测距模块提供两种安装方案：方案一，将胎压检测模块、温度检测模块、测距模块进行整体封装，安装于轮辋上气门嘴阀杆处；方案二，采取分体安装的形式，将胎压检测模块、温度检测模块作为一个整体，安装于气门嘴阀杆处，通过对轮辋进行加工处理，将测距模块安装于轮辋上与气门嘴相对的位置，使车轮在转动过程中保持动平衡。

所述胎压检测模块、温度检测模块、测距模块分别对汽车行驶过程中胎压、温度以及轮胎下沉量进行实时检测；胎压检测模块与温度检测模块选用英飞凌公司的SP400系列传感器，该传感器芯片采用13位的采样AD转换器，通过静态电流为245nA，可实现较高的采样精度和更低的能耗。传感器直接接触轮内气压，将压力信号转换为电信号，利用信号调理电路进行信号的放大、补偿等数字化调理，具有体积小、功耗低、使用寿命长及集成度高等优点；测距模块采用夏普公司GP2Y0A21YK0F红外测距传感器，该传感器价格低廉、体积小、质量轻，功耗小，且使用简单，工作稳定，测量数值时不会产生较大的波动，适合对轮胎几厘米甚至几毫米的径向变形进行测量。

如图3所示，所述测距模块自身厚度为d，未加载时，在轮胎与地面接触的中心位置，轮辋与轮胎内表面之间的垂直距离为H，故测距模块此时测得的距离为H-d，加载完成后，测距模块测得距离变为H₁，由此可以计算出加载过程所测距离变化量，即轮胎下沉量△H＝H-d-H₁。

在载荷一定的情况下，测得下沉量大小，主要受到胎压影响，在测得胎压的前提下，载荷与下沉量之间近似为线性关系，利用这一关系，所述数据处理模块通过数据拟合，可以推算出单条轮胎所承受的垂直载荷，再根据轮胎的数量，进一步获得前后轴荷以及整车所承受的载荷。

如图4所示，轮胎在转动过程中，所述测距模块测得的距离会发生周期性的变化，H₁为周期内测得的最小值，采集到两次H₁为一个测距周期，即车轮转动一周；利用所述测距模块单个测距周期所用的时间t，利用公式ω＝2π/t可以计算得到在该周期内轮胎的平均角速度，继而通过轮胎的规格参数，利用公式υ＝[2π×(17.2x+H)]/t，x为轮辋直径，可以计算得到轮胎运动过程的平均线速度，最终得到整车的实时车速。

如图5所示，本发明所述一种基于智能轮胎技术的车辆状态检测系统工作时，供电模块首先开始工作为整个系统供电，胎压检测模块和温度检测模块开始对轮胎的状态进行初步检测，数据处理模块会对各轮胎内的压力以及温度的高低进行判断，当某个轮胎的胎压或温度不在正常范围内时，声光报警模块将被触发，提醒驾驶员及时采取相应的处理措施，正常情况下，测距模块开始工作，当检测到所测数据波动较大时，说明车辆运行不够平稳，存在较大的抖动，所测数据不可应用，测距模块会继续对轮胎的下一个转动周期的距离进行测量，当测得的各轮胎的状态信息都正常时，数据处理模块会针对各个轮胎的胎压、胎内温度以及下沉量进行数据拟合处理运算，得到对应轮胎所承受的载荷及转速，进而推算出前后轴荷、整车重量与车速等车辆状态信息参数，最终将轮胎及整车的状态信息直观呈现到显示模块上。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于智能轮胎技术的车辆状态检测系统，其特征在于，所述基于智能轮胎技术的车辆状态检测系统主要由胎压检测模块、温度检测模块、测距模块、发射模块、接收模块、数据处理模块、显示模块、声光报警模块、定位模块以及供电模块组成。

2.根据权利要求1所述的一种基于智能轮胎技术的车辆状态检测系统，其特征在于，所述胎压检测模块、温度检测模块、测距模块组合安装于轮辋上气门嘴阀杆处；同时还可选择对轮辋进行加工，将测距模块安装于轮辋上与气门嘴相对的位置，使车轮在转动过程中保持动平衡；所述胎压检测模块、温度检测模块、测距模块分别对汽车行驶过程中胎压、温度以及轮胎下沉量进行实时检测。

3.根据权利要求1所述的一种基于智能轮胎技术的车辆状态检测系统，其特征在于，未加载时，所述测距模块测得的距离为轮辋与轮胎内表面之间的垂直距离与测距模块自身厚度之差，加载完成后，测距模块测得距离减小，由此可以计算出加载过程测距模块所测距离变化量，即轮胎下沉量。

4.根据权利要求1所述的一种基于智能轮胎技术的车辆状态检测系统，其特征在于，所述胎压检测模块、温度检测模块、测距模块分别完成对胎压、温度以及轮胎下沉量检测后，所述发射模块、接收模块对各数据信号进行无线传输，最终由所述数据处理模块将各数据拟合处理，并将所得状态信息直观呈现到显示模块上。

5.根据权利要求1所述的一种基于智能轮胎技术的车辆状态检测系统，其特征在于，在载荷一定的情况下，测得下沉量大小，主要受到胎压影响，在测得胎压的前提下，载荷与下沉量之间近似为线性关系，利用这一关系，所述数据处理模块通过数据拟合，可以推算出单条轮胎所承受的垂直载荷，再根据轮胎的数量，进一步获得前后轴荷以及整车所承受的载荷。

6.根据权利要求1所述的一种基于智能轮胎技术的车辆状态检测系统，其特征在于，轮胎在转动过程中，所述测距模块测得的距离会发生周期性的变化，测得两个相等最小距离所用的时间为一个测距周期，即车轮转动一周，利用所述测距模块单个测距周期所用的时间，所述数据处理模块可以计算得到在该周期内轮胎的平均角速度，结合轮胎规格参数可以计算得到轮胎运动过程的平均线速度，继而得到整车的实时车速。

7.根据权利要求1所述的一种基于智能轮胎技术的车辆状态检测系统，其特征在于，所述显示模块用于显示轮胎与整车状态信息，所述声光报警模块用于在轮胎的温度、胎压达到其临界值或轮胎的下沉量达到极限值时报警及时提醒驾驶员采取相应的处理措施，保障驾驶安全性；所述定位模块可实现对运行车辆的实时定位，以便需要时及时获取到车辆的位置信息；所述供电模块选用锂电池，保障各模块稳定运行。