CN112013937B - 一种基于abs的实时识别车轮载荷的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆载荷计算领域，尤其涉及了一种基于ABS的实时识别车轮载荷的系统，包括用于分别采集各个车轮加速度信号的加速度传感器、无线通信装置以及控制器；无线通信装置和加速度传感器通信连接，无线通信装置包括接收端和发射端，接收端采集加速度传感器的加速度信号并通过发射端将加速度信号传输至控制器；系统还包括轮速传感器，轮速传感器将采集的齿圈脉冲信号传输至控制器，控制器根据齿圈脉冲信号和加速度信号计算出各个车轮的载荷。该方法具有计算简单，可以实时测量等优点。

Description

一种基于ABS的实时识别车轮载荷的系统及方法

技术领域

本发明涉及电子真空泵领域，尤其涉及了一种基于ABS的实时识别车轮载荷的系统及方法。

背景技术

车辆载荷，尤其是商用车车辆载荷的变化对于车辆控制系统如ABS/ESC/ECAS等的控制算法有着较大的影响，准确识别车辆载荷能够提高车辆的悬架系统和底盘控制系统的控制效果，从而提高车辆的安全性和舒适性。

目前识别车辆载荷的方法主要为：1.通过高度传感器获取车身高度变化来计算载荷；2.通过发动机转速、扭矩、车速等信号来换算载荷。以上两种方法存在计算误差较大且无法识别各个车轮载荷的缺点。比如中国专利CN201680089490.4，名称：用于高效的载荷识别的方法和系统即公开了一种利用车身高度变化来计算车辆载荷的方法。

发明内容

本发明针对现有技术中缺陷，设计了一种基于ABS的实时识别车轮载荷的系统及方法。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种基于ABS的实时识别车轮载荷的系统，包括用于分别采集各个车轮加速度信号的加速度传感器、无线通信装置以及控制器；无线通信装置和加速度传感器通信连接，无线通信装置包括接收端和发射端，接收端采集加速度传感器的加速度信号并通过发射端将加速度信号传输至控制器；系统还包括轮速传感器，轮速传感器将采集的齿圈脉冲信号传输至控制，控制器根据齿圈脉冲信号和加速度信号计算出各个车轮的载荷。通过车辆的加速度信号以及车辆的转速信号从而计算出当前车辆轮胎与地面的印痕长度，从而准确计算出各个车轮的载荷。

作为优选，控制器为ABS控制器。采用ABS控制器能够便于ABS系统所计算出的载荷应用在ABS系统中，元器件更加的集成，计算更加的方便、精确、捷。

作为优选，加速度传感器安装在每个车轮内，无线通讯装置安装在轮辋上。加速度传感器能够实时采集车轮的压力变化，从而便于采集车轮与地面的接触长度。

作为优选，加速度传感器为单轴加速度传感器。

本发明还公开了一种基于ABS的实时识别车轮载荷的方法，包括上述的任意一种ABS的实时识别车轮载荷的系统，其中控制器计算载荷的方法以下步骤：

S1，当车轮转动时，车轮内的加速度传感器随着车轮的转动而周期性的接触和离开路面，每当车轮接触或离开路面时，因为受力原因加速度传感器信号都会有一个明显的突变，同等速度条件下，这两个突变信号的间隔代表着车轮转动时与地面的接触印痕的长度；同等胎压下，当车辆越重时，车轮接触地面的长度越长；

S2，通过实验数据匹配车轮与地面接触印痕长度和轮胎载荷力之间的关联系数f；

S3，计算瞬时车轮接触地面时的转角θ₁和离开地面时车轮的转角θ₂；

S4，计算车轮与路面接触的印痕长度Δθ，Δθ＝θ₂-θ₁；

S5，计算轮胎的载荷力F_z：

F_z＝f*Δθ。

作为优选，步骤S3中计算瞬时转角的模型如下，

θ＝360°*t/N/T

t-为车轮与地面瞬时接触所对应的时刻或车轮与地面脱离所对应的时刻，大小范围为：0～T；

N-齿圈总数；

T-车轮转动单位周期，通过获取相邻两个齿圈脉冲的尖峰频率测算。

作为优选，车轮转动周期通过获取齿圈脉冲的尖峰频率测算。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：本发明给出了一种全新的计算车辆载荷的思路，本申请从车身载荷会对车轮造成积压来入手，提高了载荷的计算精度。因为在同等胎压的情况下，载荷越大，车轮的变形情况越大，所以其与地面接触的印痕长度越长，其具有可靠的参考意义，能够作为测量车辆载荷的一种手段，而且该种测量方法具有零部件简单，计算简单。同时能够提实时识别各个车轮的载荷分布，为车辆控制系统提供各轮端的载荷数据。

附图说明

图1是本系统的控制流程图。

图2是电子元器件的连接示意图。

图3是背景技术专利附图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

一种基于ABS的实时识别车轮载荷的系统，包括用于分别采集各个车轮加速度信号的加速度传感器、无线通信装置以及控制器；无线通信装置和加速度传感器通信连接，无线通信装置包括接收端和发射端，接收端采集加速度传感器的加速度信号并通过发射端将加速度信号传输至控制器；系统还包括轮速传感器，轮速传感器将采集的齿圈脉冲信号传输至控制器，控制器根据齿圈脉冲信号和加速度信号计算出各个车轮的载荷。本实施例中每个车轮内均安装有一个加速度传感器，加速度传感器为单轴加速传感器，本实施例中控制为ABS控制器。本实施例中加速度传感器安装在车轮内，所以当车轮安装有加速度传感器的位置接触地面时，加速度传感器会有一个突变信号，以及该位置离开地面时也还有一个突变信号，所以两个突变信号之间的时间间隔即代表车轮与地面接触的轨迹大小，由于每种工程车的车轮大小以及轮胎型号存在差异，所以相同载荷作用在不同的车上所触发的时间间隔也存在差异，所以本申请的方案计算过程为根据不同车辆的不同参数获取的各自车辆对应的关联系数，根据关联系数以及当前的触发时间间隔计算出当前轮胎的载荷。

本方案中的控制器为ABS控制器，本方案将车辆载荷的计算方法写入至ABS控制器，从而实现了集成化的目的，而且可以使用ABS控制器本身采集的信号，比如轮速信号等。而且采用ABS控制器具有响应速度快，控制逻辑清晰等优点。

加速度传感器安装在车轮的内部，当安装有该加速度传感器的轮胎位置与地面接触时，加速度传感器获得一个信号，并将该信号传输至控制器。当该位置与地面脱离接触时，加速度传感器会获得再次获得一次突变信号，同等速度条件下，两次信号之间的差值即代表车轮在转动时与地面接触印痕的长短。

本实施例中的加速度传感器为单轴加速度传感器，加速度传感器的信号输出通过无线通讯装置进行实现，无线通讯装置包括发射端和接收端，发射端和接收端均安装在轮辋上，无线通讯装置采集加速度的突变信号，并通过发射端将信号传递至控制器，控制器根据该信号做出下一步的判断。控制器还与轮速传感器连接，轮速传感器将采集的齿圈脉冲信号传输至控制器，控制器根据齿圈脉冲信号和加速度信号计算出加速度传感器两次突变信号时的转角，通过转角差值以及轮胎的数据即可完成印痕长度的计算。

实施例2

本实施例与实施例1的区别之处在于，本实施例该公开了一种基于ABS的实时识别车轮载荷的方法，包括上述的基于ABS的实时识别车轮载荷的系统，其中控制器计算载荷的方法以下步骤：

S1，当车轮转动时，车轮内的加速度传感器随着车轮的转动而周期性的接触和离开路面，每当车轮接触或离开路面时，加速度传感器信号都会有一个明显的突变，同等速度条件下，这两个突变信号的间隔代表着车轮转动时与地面的接触印痕的长度；同等胎压下，当车辆越重时，车轮接触地面的长度越长；

S2，通过实验数据匹配车轮与地面接触印痕长度和轮胎载荷力之间的关联系数f；其中匹配车轮的数据包括当前车型车轮的直径、车胎胎压等数据，因为在车型固定的情况下，车辆的正常胎压以及车轮的直径均为一定范围的值，系统可以默认为定值进行计算，然后在软件内部模拟当前种类车辆车辆载荷和印痕长度之间的关系，通过对车辆或者车轮在建模软件中进行负载受力分析即可获得负载和印痕长度之间的关联系数(参数)f，f针对不同车型或不同种类的车轮具有不同的数值，但是针对固定的车辆，其关联参数f为定值。

S3，计算瞬时车轮接触地面时的转角θ₁和离开地面时车轮的转角θ₂；为了计算印痕的长度，本申请从车轮的轮速传感器进行入手，因为轮速传感器为齿圈传感器，其会采集脉冲信号给控制器，控制器根据采集的脉冲信号计算车轮的转速。由于加速度信号为实时获取状态，轮速也为实时获取状态，所以可以控制器可以根据加速度传感器接触地面时刻通过本申请利用齿圈和车轮的对应关系，计算出车轮接触地面时刻以及脱离地面时刻时车轮的转角θ₁，θ₂

S4，计算代表车轮与路面接触印痕长度的参数Δθ，Δθ＝θ₂-θ₁；由于车轮参数为固定参数，所以本申请在计算时可将印痕长度默认为转角变化值。

S5，计算轮胎的载荷力F_z：

F_z＝f*Δθ，其中f为关联系数，Δθ为代表印痕长度的值。

其中，步骤S3中计算瞬时转角的模型如下，

θ＝360°*t/N/T

t-为车轮与地面瞬时接触所对应的时刻或车轮与地面脱离所对应的时刻，大小范围为：0～T；

N-齿圈总数；

T-车轮转动单位周期，通过获取相邻两个齿圈脉冲的尖峰频率测算。因为：霍尔轮速传感器获取到信号为一个频率随转速线性变化的正弦曲线，因此T为该正弦曲线的周期，假设软件中转速信号采集周期为100us，则t每累加一次时间的增加为0.0001s，假设此时车轮以100HZ的频率转动，那么T＝0.01s，设齿圈数为48，每转过一个齿的角度为7.5度，θ＝7.5°*t/T表示在任意t时刻车轮转过的角度，精度为0.075度。t-的变化范围为：0～T；当t累加到T时，t清零重新开始计数，车轮每转动一周，齿圈角度变化7.5°。所以带有加速度传感器的车轮位置与地面接触以及与地面离开时，均能够计算出转角θ₁和转角θ₂，从而计算出车轮与地面的印痕长度Δθ。

然后根据模拟出的关联系数f，即可通过印痕长度计算出所处轮胎的载荷大小。即F_z＝f*Δθ。

实施例3

本实施例与实施例1的区别之处在于，本实施例公开一种车辆，车辆装配有实施例1的ABS车轮载荷实时监测系统以及ABS车轮载荷实时监测方法。

Claims (1)

1.一种基于ABS的实时识别车轮载荷的方法，其特征在于：包括一种基于ABS的实时识别车轮载荷的系统，系统包括用于分别采集各个车轮加速度信号的加速度传感器、无线通信装置以及控制器；无线通信装置和加速度传感器通信连接，无线通信装置包括接收端和发射端，接收端采集加速度传感器的加速度信号并通过发射端将加速度信号传输至控制器；系统还包括轮速传感器，轮速传感器将采集的齿圈脉冲信号传输至控制，控制器根据齿圈脉冲信号和加速度信号计算出各个车轮的载荷，控制器为ABS控制器；加速度传感器安装在每个车轮内，无线通讯装置安装在轮辋上；加速度传感器为单轴加速度传感器；

其中控制器计算载荷的方法以下步骤：

S1，当车轮转动时，车轮内的加速度传感器随着车轮的转动而周期性的接触和离开路面，每当车轮接触或离开路面时，加速度传感器信号都会有一个明显的突变，同等速度条件下，这两个突变信号的间隔代表着车轮转动时与地面的接触印痕的长度；同等胎压下，当车辆越重时，车轮接触地面的长度越长；

S2，通过实验数据匹配车轮与地面接触印痕长度和轮胎载荷力之间的关联系数f；

S3，计算瞬时车轮接触地面时的转角θ₁和离开地面时车轮的转角θ₂；

S4，计算车轮与路面接触的印痕长度Δθ，Δθ＝θ₂-θ₁；

S5，计算轮胎的载荷力F_z：

F_z＝f*Δθ；步骤S3中计算瞬时转角的模型如下，

θ＝360°*t/N/T

t-为车轮与地面瞬时接触所对应的时刻或车轮与地面脱离所对应的时刻，大小范围为：0～T；

N-齿圈总数；

T-车轮转动单位周期，通过获取相邻两个齿圈脉冲的尖峰频率测算；车轮转动周期通过获取齿圈脉冲的尖峰频率测算。

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