CN114148130A - 用于确定车辆的车轮的旋转频率的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于确定车辆的至少一个车轮的旋转频率的装置(2)，包括：第一测量部件(5)，用于测量所述至少一个车轮的加速度值；第二测量部件(6)，用于测量所述至少一个车轮的振动；以及处理单元(4)，被配置为：从测量的所述至少一个车轮的加速度值确定所述至少一个车轮的第一旋转频率；将确定的所述至少一个车轮的第一旋转频率与第一阈值进行比较；从确定的所述第一旋转频率大于所述第一阈值来定义频率分析区间；对针对所述频率分析区间内的频率的指示所述至少一个车轮的振动的信号的频率分析进行处理；以及选择所述频率分析区间中具有较高幅值的第二旋转频率，所述第二旋转频率等于所述至少一个车轮的旋转频率。

Description

用于确定车辆的车轮的旋转频率的方法和装置
技术领域
本发明涉及对车轮的旋转频率的确定，更特别的是涉及用于确定车辆的车轮的旋转频率的装置和方法。
背景技术
在车辆(例如卡车、公共汽车或拖车(trailers))中，通常需要监测若干元件以便检测损坏或磨损。
这些元件中的一个元件例如可以是在卡车中使用的车轮。在这种车轮中，支撑车轮的轴承可以设置有可以用于检测这种轴承的故障的传感器。
为了使传感器小型化并降低这种传感器的成本，传感器被配置为实施两个功能。传感器被配置为确定车轮的旋转速度并确定车轮的振动。
文献US2019/0329610公开了这样一种传感器，其包括用于测量车轮的振动的压电元件和用于使用单个传感器的信号确定车轮的旋转速度和振动的确定单元。
确定单元对单个传感器的信号执行频率分析以确定车轮的旋转速度。
然而，对转速的确定不够可靠。已经观察到，在一些车辆上，所确定的旋转速度是车轮的实际旋转速度的两倍。
为了确定车轮的旋转速度，可以使用加速度计。
然而，所确定的速度不足以精确地对由加速度计传送的信号执行频率分析从而确定由车轮产生的振动。
发明内容
需要避免至少一些先前提到的缺点，尤其是通过更精确地确定车轮的旋转速度以执行可靠的振动分析，从而检测车轮轴承损坏。
根据一个方面，一种用于确定车辆的至少一个车轮的旋转频率的方法。
所述方法包括：
从所述至少一个车轮的加速度值确定所述至少一个车轮的第一旋转频率，
将确定的所述至少一个车轮的第一旋转频率与第一预定阈值进行比较，
从确定的所述第一旋转频率大于所述第一阈值来定义频率分析区间，
对针对所述频率分析区间内的频率的指示所述至少一个车轮的振动的信号的频率分析进行处理，以及
选择所述频率分析区间中具有所述较高幅值的第二旋转频率，所述第二旋转频率等于所述至少一个车轮的旋转频率。
有利的是，定义频率分析区间包括定义所述频率分析区间的下界和所述频率分析区间的上界，所述下界等于确定的所述第一旋转频率减去第二预定阈值，并且所述上界等于确定的所述第一旋转频率加上第二阈值。
优选的是，对所述频率分析进行处理包括实施Goertzel算法。
优选的是，确定第一旋转频率包括确定第一距离，所述第一距离等于所述至少一个车轮的中心与用于测量加速度值的第一部件之间的距离，并且计算所述第一旋转频率等于
Figure BDA0003247605840000021
在另一方面，提出了一种用于确定车辆的至少一个车轮的旋转频率的装置。
所述装置包括：
第一测量部件，用于测量所述至少一个车轮的加速度值，
第二测量部件，用于测量所述至少一个车轮的振动，以及
处理单元，被配置为：
·从测量的所述至少一个车轮的加速度值确定所述至少一个车轮的第一旋转频率，
·将确定的所述至少一个车轮的第一旋转频率与第一阈值进行比较，
·从确定的所述第一旋转频率大于所述第一阈值来定义频率分析区间，
·对针对所述频率分析区间内的频率的指示所述至少一个车轮的振动的信号的频率分析进行处理，以及
·选择所述频率分析区间中具有较高幅值的第二旋转频率，所述第二旋转频率等于所述至少一个车轮的旋转频率。
优选的是，所述处理单元被配置为定义所述频率分析区间的下界和所述频率分析区间的上界，所述下界等于确定的所述第一旋转频率减去第二阈值，并且所述上界等于确定的所述第一旋转频率加上所述第二阈值。
有利的是，所述装置还包括用于对处理单元进行供应(/供电)(suppling)的能量存储部件。
优选的是，处理单元被配置为无线地发送第二旋转频率。
有利的是，处理单元被配置为根据至少一个车轮的旋转频率的值和指示由所述第二测量部件传送的振动的信号来检测支撑所述车轮的轴承的故障。
在另一方面，提出了一种包括如上限定的装置的车辆的车轮。
附图说明
本发明的其他优点和特征将在审查对实施方式的详细描述和附图时没有任何限制地出现，其中：
[图1]示意性地示出了根据本发明的车轮的示例；
[图2]示意性地示出了用于确定车轮的旋转频率的装置的实施方式，
[图3]示出了用于确定车轮的旋转频率的方法，以及
[图4]示出了根据本发明的频率分析的示例。
具体实施方式
参照图1，其表示车辆的车轮1的示例。
车辆可以是例如卡车、公共汽车或拖车。
用于确定车轮1的旋转频率的装置2布置在车轮1上。
装置2例如紧固在车轮1的螺母3上，并且与车轮1的中心C1相距第一距离D1。
图2公开了装置2的实施方式的示例。
装置2包括用于测量车轮1的加速度值的第一测量部件、用于测量车轮1的振动的第二测量部件以及处理单元4。
第一测量部件包括例如连接到处理单元4的加速度计5，并且第二测量部件包括例如连接到处理单元4的振动传感器6。
装置2还可以包括用于对处理单元4进行供应(/供电)的能量存储(/蓄能/储能)部件，能量存储部件可以例如包括电池7。
装置2不需要外部电源并且是自主式的(autonomous)。
图3表示用于确定车轮1的旋转频率的方法的实施方式。
在步骤10中，加速度计5测量车轮1的加速度值VAL。
处理单元4计算车轮1的第一旋转频率F1，第一旋转频率F1等于：
Figure BDA0003247605840000041
处理单元4将确定的第一旋转频率F1与第一预定阈值TH1进行比较。
如果第一旋转频率F1小于第一阈值TH1(步骤11)，则认为车轮1停止。
然后，在预定持续时间之后(例如，在30分钟之后)，重复步骤10。
第一阈值TH1可以例如等于4.2Hz。
如果第一旋转频率F1等于或大于第一阈值TH1(步骤11)，则认为车轮1正在移动。
处理单元4定义包括下界(/下限)LB和上界(/上限)UB的频率分析区间(/频率分析间隔)INT(步骤12)。
处理单元4定义下界LB和上界UB，使得
LB＝F1-TH2 (2)
UB＝F1+TH2 (3)
其中，TH2作为第二预定阈值。第二阈值TH2可以例如等于2.5Hz。
在步骤13处，振动传感器6在处理单元4处传送指示车轮1的振动的信号，处理单元4对针对频率分析区间INT内的频率的信号的频率分析进行处理。
处理单元4实施例如Goertzel算法以执行频率分析。
在步骤14处，处理单元4从所处理的频率分析确定车轮1的第二旋转频率F2。
处理单元4选择频率分析区间INT中具有较高幅值的频率，第二旋转频率F2等于具有较高幅值的频率。
第二旋转频率F2等于车轮1的旋转频率Fwheel。
处理单元4根据车轮1的旋转频率Fwheel的值和指示振动的信号来检测支撑车轮1的轴承的故障。
然后，在预定持续时间(/时长)之后(例如，在30分钟之后)，重复步骤10。
图4公开了由包括车轮1的旋转频率Fwheel的处理单元4执行的频率分析的示例。
处理单元4可以例如将车轮1的旋转频率Fwheel无线地发送(/传输)到另一处理单元，例如以用于在车轮1正在移动时进行振动分析或车轮速度比较。
以例如+/-0.5Hz的增强精度可靠地确定车轮1的旋转频率，使得轴承损坏检测更可靠。
此外，使用第一测量部件来确定车轮1是否正在移动比利用振动传感器确定车轮1的旋转速度消耗少的能量。
它允许节省能量，以便延长能量存储部件的操作时间(/工作时间)(operatingtime)，并且因此延长装置2的操作时间。
另外，针对频率分析区间INT内的频率执行频率分析减少了处理单元UT的计算时间，以节省甚至更多的能量来延长装置2的操作时间。

Claims (10)

1.一种用于确定车辆的至少一个车轮(1)的旋转频率的方法，所述方法包括：
-从所述至少一个车轮的加速度值确定所述至少一个车轮(1)的第一旋转频率(F1)，
-将确定的所述至少一个车轮的第一旋转频率(F1)与第一预定阈值(TH1)进行比较，
-从确定的所述第一旋转频率(F1)大于所述第一阈值(TH1)来定义频率分析区间(INT)，
-对针对所述频率分析区间内的频率的指示所述至少一个车轮(1)的振动的信号的频率分析进行处理，并且
-选择所述频率分析区间中具有较高幅值的第二旋转频率(F2)，所述第二旋转频率等于所述至少一个车轮的旋转频率(Fwheel)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，定义频率分析区间(INT)包括定义所述频率分析区间的下界(LB)和所述频率分析区间的上界(UB)，所述下界等于确定的所述第一旋转频率减去第二预定阈值(TH2)，所述上界等于确定的所述第一旋转频率加上所述第二阈值(TH2)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对所述频率分析进行处理包括实施Goertzel算法。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，确定第一旋转频率(F1)包括确定第一距离(D1)，所述第一距离(D1)等于所述至少一个车轮(1)的中心(C1)与用于测量加速度值的第一部件之间的距离，并且计算所述第一旋转频率(F1)等于
Figure FDA0003247605830000011
5.一种用于确定车辆的至少一个车轮(1)的旋转频率的装置(2)，所述装置包括：
-第一测量部件(5)，用于测量所述至少一个车轮的加速度值，
-第二测量部件(6)，用于测量所述至少一个车轮的振动，以及
-处理单元(4)，被配置为：
ο从测量的所述至少一个车轮的加速度值确定所述至少一个车轮的第一旋转频率(F1)，
ο将确定的所述至少一个车轮的第一旋转频率与第一阈值(TH1)进行比较，
ο从确定的所述第一旋转频率大于所述第一阈值来定义频率分析区间(INT)，
ο对针对所述频率分析区间内的频率的指示所述至少一个车轮的振动的信号的频率分析进行处理，以及
ο选择所述频率分析区间中具有较高幅值的第二旋转频率(F2)，所述第二旋转频率等于所述至少一个车轮的旋转频率(Fwheel)。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述处理单元(4)被配置为定义所述频率分析区间的下界(LB)和所述频率分析区间的上界(UB)，所述下界等于确定的所述第一旋转频率减去第二阈值(TH2)，所述上界等于确定的所述第一旋转频率加上所述第二阈值(TH2)。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，还包括用于对所述处理单元(4)进行供应的能量存储部件(7)。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述处理单元(4)被配置为无线地发送所述第二旋转频率(F2)。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述处理单元(4)被配置为根据所述至少一个车轮的旋转频率(Fwheel)的值和指示由所述第二测量部件(6)传送的振动的信号来检测支撑所述车轮的轴承的故障。
10.一种车辆的车轮(1)，包括根据权利要求5至9中任一项所述的用于确定旋转频率的装置(2)。
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