CN202362155U - 一种轮胎侧偏刚度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种测量轮胎侧偏刚度的装置，其特征在于，包括单片机，在单片机的输入端连接有纵向速度传感器、侧向速度传感器和方向盘转角传感器，单片机的输出端连接有数码管。其结构简单、成本低，受外界干扰小；且通过CAN总线可以将采集得到的车轮侧偏刚度提供给不同的车载辅助系统，提供给压线报警系统、ACC自适应巡航系统以及侧面碰撞修正系统(BSI)等。

Description

一种轮胎侧偏刚度测量装置

技术领域

本实用新型属于汽车检测技术领域，涉及车辆轮胎的检测，具体涉及一种轮胎侧偏刚度测量装置。

背景技术

轮胎是车辆与地面最直接的接触部分，轮胎的侧偏特性以及运动特性对车辆的行驶安全影响较大。轮胎的侧偏刚度反映了车辆抵抗侧向力的能力，实时监测车辆轮胎的侧偏刚度能帮助驾驶员更好的操控车辆。

由于轮胎的侧偏特性极其复杂，如典型的Pacejka轮胎模型、Bakker轮胎模型、以及Magic Formula轮胎模型，这些模型对轮胎的特性进行深入的分析，但是，目前还没有专门测量轮胎侧偏刚度的系统，且现有的轮胎侧偏刚度都是车辆在静态情况下，施加不同的载荷来间接测取的，这些方法没有充分考虑车辆的运行速度、质心侧偏、以及车辆横摆的变化对轮胎侧偏刚度的影响。因此，设计一种间接测量车轮侧偏刚度的装置很有必要。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷或不足，本实用新型的目的在于，提供一种实时对轮胎侧偏刚度测量的装置。

为实现上述技术任务，本实用新型采取如下的技术解决方案：

一种轮胎侧偏刚度测量装置，其特征在于，包括单片机，在单片机的输入端连接有纵向速度传感器、侧向速度传感器和方向盘转角传感器，单片机的输出端连接有数码管。

本实用新型的其他特点是：

所述单片机采用MC9S12XS128单片机。

本实用新型的轮胎侧偏刚度测量装置，结构简单、成本低，受外界干扰小；且通过CAN总线可以将采集得到的车轮侧偏刚度提供给不同的车载辅助系统，提供给压线报警系统、ACC自适应巡航系统以及侧面碰撞修正系统(BSI)等。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为车辆稳态转向图。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的解释。

具体实施方式

本实用新型以二自由度车辆模型为基础，通过车载传感器实时采集的车辆运动信息，计算出车辆的侧偏刚度，再通过数码管显示出当前前后轮胎的侧偏刚度值。

车辆在行驶过程中受到横向力的作用，由于轮胎的侧偏特性以及路面附着系数的影响，车辆受到横向力作用时轮胎中性平面与轮胎的前进方向不一致，即产生侧偏角。车载速度传感器和方向盘转角传感器实时采集车辆的运动参数，将采集到的参数送入单片机进行运算。计算结果直接在数码管中显示出来。

参考图1，本实施例的测量车轮侧偏刚度的装置，包括MC9S12XS128单片机、纵向速度传感器、侧向速度传感器和方向盘转角传感器，纵向速度传感器、、侧向速度传感器方向盘转角传感器和数码管分别与MC9S12XS128单片机连接。

纵向速度传感器与单片机P_AD0(P_AD0是模数转换接口)口连接，侧向速度传感器与单片机的P_AD1(P_AD1是模数转换接口)口相连，方向盘转角传感器与单片机的P_AD2(P_AD2是模数转换接口)口相连，数码管通过上拉电阻与单片机I/O连接。

纵向车速传感器和侧向车速传感器成90°安装在汽车底盘纵向和横向正中位置。它们实时采集车辆的行驶速度u，v；数码管装在车内仪表盘附近；方向盘转角传感器安装在方向盘转向管柱内；速度传感器将实时采集回来的速度u，v和方向盘转角传感器采集回来的方向盘转角δ_w分别送入单片机，单片机获得这些数据后，首先，对侧向速度求导数得到车辆的侧向加速度a_y，再根据车辆稳态转向图(如图2所示)中车辆横摆角速度与侧向加速度之间的关系计算出车辆的横摆角速度w_r，车辆的质心侧偏角近似用

表示，再根据车辆自身的参数计算出车轮的侧偏刚度。

具体计算公式如下：

a_y＝v′          (1)

$a_y=\frac{u^2}{R}---\left(2\right)$

$w_r=\frac{u}{R}---\left(3\right)$

联立以上三式即可求得车辆的横摆角速度：

$w_r=\frac{v^{\′}}{u}---\left(4\right)$

其中，u为车辆纵向行驶的速度，R为道路的曲率半径，v为车辆侧向速度，a_y为车辆的横向加速度，w_r为车辆的横摆角速度。

根据汽车理论相关知识可以得到前后轮侧偏角的计算公式：

${\mathrm{\α}}_1=\mathrm{\β}+\frac{{\mathrm{aw}}_r}{u}-\mathrm{\δ}---\left(5\right)$

${\mathrm{\α}}_2=\mathrm{\β}-\frac{{\mathrm{bw}}_r}{u}---\left(6\right)$

$F_{Y1}=\frac{F_{\mathrm{yc}}b}{L}\cos \mathrm{\δ}=\frac{{\mathrm{mu}}^2}{R}\×\frac{b}{L}\cos \mathrm{\δ}---\left(7\right)$

$F_{Y2}=\frac{F_{\mathrm{yc}}a}{L}=\frac{{\mathrm{mu}}^2}{R}\×\frac{a}{L}---\left(8\right)$

式中，α₁，α₂分别为前后车轮侧偏角；F_Y1，F_Y2分别为车轮前后轮受到的侧偏力；

β为质心侧偏角；m为车辆质量；a，b分别为质心到前后轴的距离；L为轴距；

δ为前轮转角。

联立以上8个等式即可求出前后车轮的侧偏刚度：

$k_1=\frac{F_{Y1}}{{\mathrm{\α}}_1}=\frac{{\mathrm{mv}}^{\′}\frac{b}{L}\cos \mathrm{\δ}}{\frac{v}{u}+a\frac{v^{\′}}{u^2}-\mathrm{\δ}}---\left(9\right)$

$k_2=\frac{F_{Y2}}{{\mathrm{\α}}_2}=\frac{{\mathrm{mv}}^{\′}\frac{a}{L}}{\frac{v}{u}-b\frac{v^{\′}}{u^2}}---\left(10\right)$

其中，k₁，k₂分别为前后轮的侧偏刚度，前轮转角用方向盘转角与转向系角传动比的比值求得。

各个传感器采集回来的车辆运动数据送入单片机，单片机根据(9)、(10)式就可以计算出轮胎的侧偏刚度，且直接在数码管上显示出来。

Claims (2)

1.一种轮胎侧偏刚度测量装置，其特征在于，包括单片机，在单片机的输入端连接有纵向速度传感器、侧向速度传感器和方向盘转角传感器，单片机的输出端连接有数码管。

2.如权利要求1所述的轮胎侧偏刚度测量装置，其特征在于，所述单片机采用MC9S12XS128单片机。

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