专利名称：基于车轮切向加速度曲线获取车轮转动信号特征量的方法
技术领域：
本发明涉及机动车安全运行状态传感和动态监测方法及装置，尤其涉及一种基于车轮切向加速度曲线获取车轮转动信号特征量的瞬时状态。
背景技术：
机动车运行安全状态监测技术是保证机动车安全行驶的主要手段，也是机动车运行安全检测技术发展的必然趋势。机动车运行安全状态监测主要包括监测机动车(车身、 车轮)运动姿态参数、动载荷参数、制动性能参数，这些参数必须依靠机动车运行的特征量来计算获取，其中车轮转动信号特征量(车轮转动周期、转动频率、转动线速度、转动角速度、转动角加速度等)占据重要地位，表征机动车行驶过程中轮胎某个点每一时刻的运动状态，对车轮运动姿态参数、动载荷参数、制动性能参数计算的正确性有决定性的影响。目前，对车轮转动信号特征量的获取多采用车轮径向加速度曲线，但径向加速度的获取在实际运行中只能粗略反应车轮的运动状态，难以准确计算特征量(车轮转动周期、频率、速度、姿态角等)，而且当加速度传感器安装在轮胎里面时，由于轮胎与地面接触时，轮胎里面的传感器会受到冲击，从而使原来利用的径向加速度曲线失真，难以准确表示车轮实际的径向加速度状态；同时，由于加速度测量的不真实，导致车轮转动信号特征量的计算也不真实，从而影响机动车车轮运动姿态参数、动载荷参数、制动性能参数的分析和计笪弁。
发明内容
为解决上述中存在的问题与缺陷，本发明提供了一种基于车轮切向加速度曲线获取车轮转动信号特征量的方法。所述技术方案如下基于车轮切向加速度曲线获取车轮转动信号特征量的方法，包括通过无陀螺微惯性测量单元感知车轮的切向加速度，并对感知的车轮切向加速度进行数字化、滤波与温度补偿得到切线加速度数据；采用傅里叶变换、姿态算法获得车轮转动信号特征量；对所述车轮转动信号特征量数据进行融合并对其分析获得车轮信号特征量的变化趋势；利用所述车轮转动信号特征量数据对车轮转动性能进行评价。本发明提供的技术方案的有益效果是通过应用无陀螺微惯性测量技术获取车轮切向加速度曲线，实现了车轮转动信号特征量的实时获取；基于车轮切向加速度曲线获取车轮转动信号特征量的方法比以往利用径向加速度获取车轮转动信号特征量的方法更加准确，因而得到的车轮转动信号特征量更加真实可 车轮转动信号特征量可用到车轮运动姿态参数、动载荷参数、制动性能参数等的分析和计算中，对这些参数的准确获取产生重要影响。
图1是基于车轮切向加速度曲线获取车轮转动信号特征量的方法中车轮智能传感车轮切向加速度曲线获取系统整体布置图结构图；图2是车轮智能传感模块安装示意图；图3是基于车轮切向加速度曲线获取车轮转动信号特征量的方法流程图；图4是基于车轮切向加速度曲线获取车轮转动信号特征量监测系统硬件结构示意图；图5是利用图4的车轮智能传感模块监测的一个轮胎其中一个规定点的切向加速度的曲线。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述本实施例提供了一种基于车轮切向加速度曲线获取车轮转动信号特征量的方法。参见图1，为基于车轮切向加速度曲线获取车轮转动信号特征量的方法所采用的系统整体布局，包括车轮轮毂1、车轮智能传感模块2及车内中央处理模块3，其中车轮智能传感模块2安装于各个车轮的轮毂赤道表面上，且安装要求加速度传感器指向轮毂切线方向(参见图2)，且该车轮智能传感模块与安装在车内的中央处理模块通过无线射频实现双向通讯。参见图3，为基于车轮切向加速度曲线获取车轮转动信号特征量的方法，该方法具体包括以下步骤步骤101利用车轮智能传感模块的无陀螺微惯性测量单元用于感知车轮的切向加速度。步骤102对感知的车轮的切向加速度进行数字化、滤波与温度补偿处理。步骤103得到切向加速度数据。步骤104采用短时傅里叶变换、姿态算法、积分运算等对车轮的切向加速度曲线值进行处理。上述具体的方法是利用短时傅立叶变换公式求得车轮转动的频率，由车轮转动频率的倒数得到车轮转动周期，在单位时间内车轮的切向加速度值经过积分后为车轮转动线速度，转动线速度除以轮毂半径得到车轮转动角速度，对车轮转动角速度进行求导得到角加速度。步骤105由步骤104得到车轮转动信号特征量，该特征量包括车轮转动周期、转动频率、转动线速度、转动角速度及角加速度等。步骤106对车轮转动信号特征量进行评价并为车轮运动姿态参数、动载荷参数、 制动性能参数提供分析和计算的接口。步骤107对车轮转动信号特征量进行融合。步骤108预测车轮转动信号特征量的变化趋势。
参见图4，是基于车轮切向加速度曲线获取车轮转动信号特征量监测系统硬件，包括安装于各个车轮轮毂1内用于切向加速度测量的车轮智能传感模块2和安装于车内的车内中央处理模块3，。其中，车轮智能传感模块2包含无陀螺惯性测量单元加、调理单元2b、 无线单片机2c和第一电源2d ；上述无陀螺惯性测量单元与调理单元相互连接，且无陀螺惯性测量单元包括加速度传感器21a和温度传感器21b ；加速度传感器和温度传感器输出模拟信号。上述调理单元与无线单片机相互连接，且调理单元用于对输入的加速度和温度信号进行滤波并调整进入单片机的电压，其信号为模拟信号。无线单片机片上集成无线收发电路和单片机，用于进行传感采集、运算并实现与车内中央处理模块的双向通信功能；第一电源是为无陀螺惯性测量单元、调理单元和无线单片机提供直流电源。上述无陀螺惯性测量单元的加速度传感器采用加速度传感器ADXL193，无线单片机采用JN5139。车内中央处理模块3包含无线单片机3a、第二电源!3b、ARM处理器3c及人机交互单元3d ；该无线单片机实现与车轮智能传感模块通信功能，通过数字信号与ARM处理器相互连接其中，无线单片机采用JN5139 ；上述第二电源给系统提供直流电源；人机交互单元由触摸屏31d、CAN接口 32d组成；触摸屏用于输出显示ARM处理器输出的车轮转动特征量信息，并用于设置参数、查询数据；CAN接口用于提供其他CAN设备访问车内中央处理模块的接口。本实施例的工作过程车轮智能传感模块输出切向加速度、温度模拟信号，其中， 加速度传感器ADXL193在车轮切向方向(如图2标出的X方向)输出切向加速度，信号经调理单元调理后，经无线单片机的ADC外设转换成数字信号，以中断触发方式提供给无线单片机的CPU访问；无线单片机中的微处理器对信号进行数字滤波、补偿计算得出车轮切向加速度，表征车轮任何瞬时切向加速度的状态，由智能传感模块监测一个轮胎其中一个规定点的切向加速度的曲线(参见图5)；通过无线单片机内部无线收发电路将数据发射输出到车内中央处理模块中的无线单片机中；其中，车内中央处理模块的任务(1)通过无线单片机接收来自车轮智能传感模块的切向加速度数据，采用短时傅里叶变换、姿态算法、积分运算等对车轮的切向加速度曲线进行处理获得车轮转动信号特征量，其车轮转动信号特征量包括车轮转动周期、转动频率、转动线速度、转动角速度及角加速度等；( 对车轮转动信号特征量进行融合并对其分析获得车轮信号特征量的变化趋势。( 利用车轮信号特征量即车轮转动周期、转动频率、转动线速度、转动角速度及角加速度等数据对车轮转动性能进行评价，并提供计算接口给其他参量(如汽车轮胎制动性能参数、车轮运动姿态等) 的计算使用。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。
权利要求
1.基于车轮切向加速度曲线获取车轮转动信号特征量的方法，其特征在于，所述方法包括通过无陀螺微惯性测量单元感知车轮的切向加速度，并对感知的车轮切向加速度进行数字化、滤波与温度补偿得到切线加速度数据；采用傅里叶变换、姿态算法获得车轮转动信号特征量；对所述车轮转动信号特征量数据进行融合并对其分析获得车轮信号特征量的变化趋势；利用所述车轮转动信号特征量数据对车轮转动性能进行评价。
2.根据权利要求1所述的基于车轮切向加速度曲线获取车轮转动信号特征量的方法， 其特征在于，所述车轮转动信号特征量包括车轮转动周期、转动频率、转动线速度、转动角速度及角加速度。
3.根据权利要求1所述的基于车轮切向加速度曲线获取车轮转动信号特征量的方法， 其特征在于，所述车轮转动信号特征量的获取是通过无陀螺微惯性测量单元来获取车轮切向加速度曲线并经过计算得到。
4.根据权利要求1所述的基于车轮切向加速度曲线获取车轮转动信号特征量的方法， 其特征在于，所述无陀螺惯性测量单元具有温度传感器，且该温度传感器所测温度值用于对车轮切向加速度值进行温度补偿。
全文摘要
本发明公开了一种基于车轮切向加速度曲线获取车轮转动信号特征量的方法，通过在机动车各个车轮的轮毂赤道平面上安装无陀螺微惯性测量单元获取车轮切向加速度传感信号，传感信号经信号调理、数字化、温度补偿处理后获得车轮转动切向加速度曲线，数据曲线经过姿态解算、短时傅里叶变换特征提取运算得到车轮转动信号特征量，将车轮转动信号特征量参数经数据融合及分析，可作为汽车轮胎制动监测、四轮定位、车轮运动姿态等参数计算的分析研究提供依据，能够作为车轮运动安全状况评价的参考，为车轮转动信号特征量测量提供新方法。
文档编号B60W40/10GK102295002SQ201110153230
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月9日 优先权日2011年6月9日
发明者刘桂雄, 潘梦鹞, 许建龙, 高屹 申请人:华南理工大学