專利名稱：汽車輪胎內(nèi)置非接觸式制動傳感系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及動態(tài)汽車狀態(tài)安全監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及汽車制動性能傳感技術(shù)，具體是指一種汽車輪胎內(nèi)置非接觸式制動傳感系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年出現(xiàn)的輪胎內(nèi)置TPMS(溫度、氣壓監(jiān)測系統(tǒng))，對動態(tài)汽車實現(xiàn)安全性監(jiān)控，然而氣壓和溫度只有在高速和長時間行駛的狀態(tài)下才會引發(fā)爆胎危險，而制動性能的好壞則是包括在非高速行駛狀態(tài)下隨時會影響生命安全的另一突發(fā)因素，是汽車安全行駛的一項極其重要指標，保證良好的制動性能是安全行車的第一要求。對于在最危急情況和復(fù)雜環(huán)境下所使用和表現(xiàn)的制動減速度性能，平常不可能進行重復(fù)實踐和狀態(tài)體驗。性能的例行檢查也只能是在檢測站每年定期進行一次兩次。制動減速度在行駛的其余時間內(nèi)受種種因素影響會發(fā)生變化，甚至發(fā)生較大的變化卻不得而知，平常程度的指標偏離可能不易引起注意，對制動跑偏和車軸側(cè)滑隱患未能及時采取預(yù)防措施，這就是為什么交通事故中會有30~50％由制動故障所造成。可以通過包括汽車ABS(制動防抱系統(tǒng))所用的技術(shù)來間接檢測汽車制動性能，屬于接觸式傳感方式，但低速狀態(tài)下不起作用且高速狀態(tài)下測量不準確。采取一種新的非接觸式輪胎內(nèi)置制動傳感系統(tǒng)，能實現(xiàn)低速和高速狀態(tài)下汽車制動性能的傳感與監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有接觸式汽車制動性能傳感方法在低速狀態(tài)下不起作用且高速狀態(tài)下測量不準確、解決動態(tài)汽車制動性能實時傳感和監(jiān)測而提出的一種輪胎內(nèi)置非接觸式制動傳感系統(tǒng)，通過安裝在汽車輪胎內(nèi)輪轂上的加速度傳感器傳感汽車制動信號，并通過無線發(fā)射方式向外部駕駛臺饋送，實施制動性能的實時監(jiān)測，為汽車在低速和高速行駛時提供制動性能的安全性預(yù)警，有利于避免和減少交通事故的發(fā)生。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)一種汽車輪胎內(nèi)置非接觸式制動傳感系統(tǒng)由安裝在汽車輪胎內(nèi)輪轂上的加速度傳感信號單元1、模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元2、輪速轉(zhuǎn)換中央控制處理單元3、制動數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射單元4、運動感知觸發(fā)供電單元5、制動感知觸發(fā)供電電子開關(guān)6、輪胎內(nèi)部電源7電氣構(gòu)成，加速度傳感信號單元1通過輸出信號線與模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元2相連接；模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元2通過輸出信號線與輪速轉(zhuǎn)換中央控制處理單元3相連接；輪速轉(zhuǎn)換中央控制處理單元3通過輸出信號線分別與制動數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射單元4、制動感知觸發(fā)供電電子開關(guān)6相連接；輪胎內(nèi)部電源7分別與運動感知觸發(fā)供電單元5、制動感知觸發(fā)供電電子開關(guān)6相連接；運動感知觸發(fā)供電單元5的輸出信號線分別與加速度傳感信號單元1、模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元2、輪速轉(zhuǎn)換中央控制處理單元3的供電端相連接；制動感知觸發(fā)供電電子開關(guān)6的輸出信號線與制動數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射單元4的供電端相連接；其中加速度傳感信號單元1由單維加速度傳感器8、模擬信號運算放大級9、幅值調(diào)節(jié)射隨隔離級10共同電氣構(gòu)成，其相互連接關(guān)系為單維加速度傳感器8通過輸出信號線與模擬信號運算放大級9相連接，模擬信號運算放大級9通過輸出信號線與幅值調(diào)節(jié)射隨隔離級10相連接；運動感知觸發(fā)供電單元5由振動傳感器11、脈動限幅施密特整形級12、電平輸出阻容平滑濾波器13、電平觸發(fā)式電子開關(guān)14共同電氣構(gòu)成，其相互連接關(guān)系為振動傳感器11通過輸出信號線與脈動限幅施密特整形級12相連接，脈動限幅施密特整形級12通過輸出信號線與電平輸出阻容平滑濾波器13相連接，電平輸出阻容平滑濾波器13通過輸出信號線與電平觸發(fā)式電子開關(guān)14相連接。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果(1)安全隱蔽式安裝在汽車輪胎內(nèi)輪轂上的一種新穎制動性能傳感系統(tǒng)，由加速度傳感器實現(xiàn)制動特性信號的傳感和轉(zhuǎn)換；(2)屬非接觸式傳感系統(tǒng)，能為汽車在低速和高速行駛時提供制動性能的安全性預(yù)警和監(jiān)測；(3)運動感知和制動感知機制能最大限度的節(jié)省傳感轉(zhuǎn)換和發(fā)射傳送過程的能耗。


圖1是本發(fā)明非接觸式制動傳感系統(tǒng)方框圖；圖2是本發(fā)明加速度傳感信號單元方框圖；圖3是本發(fā)明運動感知觸發(fā)供電單元方框圖；圖4是本發(fā)明輪胎線速度關(guān)系示意圖；圖5是本發(fā)明輪胎徑向加速度關(guān)系示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
如圖1所示，本發(fā)明的非接觸式制動傳感系統(tǒng)中的加速度傳感信號單元1通過輸出信號線與模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元2相連接；模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元2通過輸出信號線與輪速轉(zhuǎn)換中央控制處理單元3相連接；輪速轉(zhuǎn)換中央控制處理單元3通過輸出信號線分別與制動數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射單元4、制動感知觸發(fā)供電電子開關(guān)6相連接；輪胎內(nèi)部電源7分別與運動感知觸發(fā)供電單元5、制動感知觸發(fā)供電電子開關(guān)6相連接。
如圖2所示，加速度傳感信號單元1由單維加速度傳感器8、模擬信號運算放大級9、幅值調(diào)節(jié)射隨隔離級10共同電氣構(gòu)成，單維加速度傳感器8通過輸出信號線與模擬信號運算放大級9相連接，模擬信號運算放大級9通過輸出信號線與幅值調(diào)節(jié)射隨隔離級10相連接。
如圖3所示，運動感知觸發(fā)供電單元5由振動傳感器11、脈動限幅施密特整形級12、電平輸出阻容平滑濾波器13、電平觸發(fā)式電子開關(guān)14電氣構(gòu)成；其中，振動傳感器11通過輸出信號線與脈動限幅施密特整形級12相連接，脈動限幅施密特整形級12通過輸出信號線與電平輸出阻容平滑濾波器13相連接，電平輸出阻容平滑濾波器13通過輸出信號線與電平觸發(fā)式電子開關(guān)14相連接。
當汽車處于運動狀態(tài)，加速度傳感信號單元1就能采樣并輸出輪胎的徑向加速度傳感信號，該模擬信號在模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元2中轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并送至輪速轉(zhuǎn)換中央控制處理單元3，在輪速轉(zhuǎn)換中央控制處理單元3內(nèi)進行變換處理，轉(zhuǎn)換成輪胎線速度，然后送到后續(xù)的制動數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射單元4，向外發(fā)射出去。輪速轉(zhuǎn)換中央控制處理單元3同時還承擔(dān)對后續(xù)發(fā)射單元4提供制動時的感知控制。
汽車輪胎運動時，加速度傳感信號單元1中的單維加速度傳感器8輸出徑向加速度模擬信號，經(jīng)模擬信號運算放大級9進行幅度放大處理，送到幅值調(diào)節(jié)射隨隔離級10，它是由放大倍數(shù)為1的運算放大器組成的隔離級，其輸出端通過分壓關(guān)系可調(diào)節(jié)合適幅值，然后送到后續(xù)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元2進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字信號。另一方面，只要汽車輪胎運動，運動感知觸發(fā)供電單元5中的振動傳感器11便傳感出變化的模擬信號，經(jīng)脈動限幅施密特整形級12進行限幅整形，輸出削峰的脈動信號，再經(jīng)電平輸出阻容平滑濾波器13的充放電過程進行平滑處理，形成直流電平，用作電平觸發(fā)式電子開關(guān)14的觸發(fā)信號，使電平觸發(fā)式電子開關(guān)14閉合或斷開，從而能實現(xiàn)對內(nèi)部電源的供電控制。
由于本系統(tǒng)的輪胎內(nèi)部電源7安置在輪胎內(nèi)部，從電路機制上對供電采取自適應(yīng)控制、盡可能節(jié)省電源的消耗是其中的一項重要技術(shù)措施。基于汽車的制動操作是行車過程中隨機發(fā)生的，所以對輪胎徑向加速度要保持一種伺服采樣和處理的狀態(tài)，此時加速度傳感信號單元1、模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元2、輪速轉(zhuǎn)換中央控制處理單元3三者都必需供電，使之處于工作狀態(tài)。把這三部分的電源供電端同時連接到運動感知觸發(fā)供電單元5，只要汽車一發(fā)生運動，運動感知觸發(fā)供電單元5中的振動傳感器11就能產(chǎn)生電信號，經(jīng)脈動限幅施密特整形級12和電平輸出阻容平滑濾波器13分別進行限幅整形和平滑處理，形成觸發(fā)電平信號，使電平觸發(fā)式電子開關(guān)14閉合，接通輪胎內(nèi)部電源7，向上述三個工作單元供電；反之，當汽車停止或停放不用時，振動傳感器11不會產(chǎn)生電信號，其結(jié)果是使電平觸發(fā)式電子開關(guān)14處于斷開狀態(tài)，切斷了對上述三個工作單元的供電，從而能節(jié)省電源消耗。
另一方面，制動數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射單元4在發(fā)射工作狀態(tài)是要消耗比別的電路單元大得多的電源能量，但由于汽車正常行駛時不必連續(xù)向外部傳送數(shù)據(jù)，只有當制動操作發(fā)生時才需要向外部發(fā)射瞬時的制動特性數(shù)據(jù)，因此把制動數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射單元4的電源供電端連接到制動感知觸發(fā)供電電子開關(guān)6，通過電子開關(guān)6對輪胎內(nèi)部電源7的供電實行控制，使電源只在需要發(fā)射數(shù)據(jù)的瞬間才接通，而制動感知觸發(fā)供電電子開關(guān)6的啟閉受輪速轉(zhuǎn)換中央控制處理單元3的輸出電平控制，當輪速轉(zhuǎn)換中央控制處理單元3識別到輪胎線速度降到制動發(fā)生的預(yù)置閾值時，向制動感知觸發(fā)供電電子開關(guān)6發(fā)出啟動電平，使電子開關(guān)6閉合，輪胎內(nèi)部電源7便向制動數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射單元4供電，同時把制動瞬間的制動特性數(shù)據(jù)傳送給制動數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射單元4，使之向外發(fā)射。當輪速轉(zhuǎn)換中央控制處理單元3傳送的數(shù)據(jù)完結(jié)時，其輸出到制動感知觸發(fā)供電電子開關(guān)6的啟動電平隨之消失，制動感知觸發(fā)供電電子開關(guān)6斷開，切斷輪胎內(nèi)部電源7對制動數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射單元4的供電，使發(fā)射工作停止，從而能節(jié)省電源消耗。
如圖4所示，兩維坐標系中，縱軸表示輪胎運動的線速度v，橫軸表示時間t。從運動開始到t1時段，線速度v向上增加；在t1到t2時段表示勻速運動；從制動過程發(fā)生的t2時刻到運動終止的制動時段內(nèi)，輪胎線速度v下降急劇。制動特性通?？梢圆捎弥苿訒r段內(nèi)輪胎最大減速度a的平均值作為衡量標準，而減速度a理論上可以通過線速度v的關(guān)系換算出來。
如圖5所示，輪轂上的單維加速度傳感器因在垂直方向受到重力的影響，其輸出的徑向加速度信號ar的波形隨輪胎的轉(zhuǎn)動而呈現(xiàn)出周期性的峰谷交變波動狀態(tài)，同時徑向加速度的頻率會隨輪胎運動的速度而變化。圖中所示在輪胎勻速運動時輸出信號的頻率和曲線形狀在水平方向保持恒定；制動時運動速度下降越快，則徑向加速度信號頻率變化越疏且曲線形狀下降越快，圖中虛線所示是徑向加速度信號ar的包絡(luò)線形狀，與圖4所示的輪胎線速度v形狀基本一致。本發(fā)明把其中從汽車制動啟動時刻t2至終止的時段內(nèi)信號的包絡(luò)線所表征的輪胎線速度v向外傳送，備作后續(xù)的加速度換算處理和為制動性能的安全性判斷提供數(shù)值依據(jù)。
本實施例中，單維加速度傳感器8采用ADXL190型，模擬信號運算放大器9和幅度調(diào)節(jié)射隨隔離級10為雙運放LM2904型；振動傳感器11可采用ADXL311型，脈動限幅施密特整形級12為CD4093型，電平輸出阻容平滑濾波器13由純電阻和電容組成，電平觸發(fā)式電子開關(guān)14為TWH8778型；數(shù)/模轉(zhuǎn)換單元2為AD7705型，輪速轉(zhuǎn)換中央控制處理單元3為P89LPC936型，制動數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射單元4為CC1000型，制動感知觸發(fā)供電電子開關(guān)6為TWH8778型，輪胎內(nèi)部電源7可采用鋰鈕扣電池組合供電。采用匯編語言編制輪速轉(zhuǎn)換中央控制處理單元3中的處理程序，然后把整個系統(tǒng)安置在輪胎內(nèi)的輪轂上，進行實地運行試驗，便能較好地實施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種汽車輪胎內(nèi)置非接觸式制動傳感系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)由安裝在汽車輪胎內(nèi)輪轂上的加速度傳感信號單元、模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元、輪速轉(zhuǎn)換中央控制處理單元、制動數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射單元、運動感知觸發(fā)供電單元、制動感知觸發(fā)供電電子開關(guān)、輪胎內(nèi)部電源電氣構(gòu)成；所述加速度傳感信號單元通過輸出信號線與模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元相連接；模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元通過輸出信號線與輪速轉(zhuǎn)換中央控制處理單元相連接；輪速轉(zhuǎn)換中央控制處理單元通過輸出信號線分別與制動數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射單元、制動感知觸發(fā)供電電子開關(guān)相連接；輪胎內(nèi)部電源分別與運動感知觸發(fā)供電單元、制動感知觸發(fā)供電電子開關(guān)相連接；運動感知觸發(fā)供電單元的輸出信號線分別與加速度傳感信號單元、模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元、輪速轉(zhuǎn)換中央控制處理單元的供電端相連接；制動感知觸發(fā)供電電子開關(guān)的輸出信號線與制動數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射單元的供電端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽車輪胎內(nèi)置非接觸式制動傳感系統(tǒng)，其特征在于加速度傳感信號單元由單維加速度傳感器、模擬信號運算放大級、幅值調(diào)節(jié)射隨隔離級共同電氣構(gòu)成；所述單維加速度傳感器通過輸出信號線與模擬信號運算放大級相連接；所述模擬信號運算放大級通過輸出信號線與幅值調(diào)節(jié)射隨隔離級相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種汽車輪胎內(nèi)置非接觸式制動傳感系統(tǒng)，其特征在于運動感知觸發(fā)供電單元由振動傳感器、脈動限幅施密特整形級、電平輸出阻容平滑濾波器、電平觸發(fā)式電子開關(guān)共同電氣構(gòu)成；所述振動傳感器通過輸出信號線與脈動限幅施密特整形級相連接；所述脈動限幅施密特整形級通過輸出信號線與電平輸出阻容平滑濾波器相連接；所述電平輸出阻容平滑濾波器通過輸出信號線與電平觸發(fā)式電子開關(guān)相連接。
全文摘要
本發(fā)明是汽車輪胎內(nèi)置非接觸式制動傳感系統(tǒng)。屬動態(tài)汽車制動性能傳感和狀態(tài)安全監(jiān)測技術(shù)。本發(fā)明的汽車輪胎內(nèi)置非接觸式制動傳感系統(tǒng)由安裝在汽車輪胎內(nèi)輪轂上的加速度傳感信號單元、模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元、輪速轉(zhuǎn)換中央控制處理單元、制動數(shù)據(jù)傳輸發(fā)射單元、運動感知觸發(fā)供電單元、制動感知觸發(fā)供電電子開關(guān)、輪胎內(nèi)部電源共同電氣連接構(gòu)成。本發(fā)明從汽車輪胎內(nèi)部由加速度傳感器通過非接觸方式向外部傳送制動特性數(shù)據(jù)，能提供低速和高速狀態(tài)下動態(tài)汽車制動性能的安全性預(yù)警和監(jiān)測，有利于避免和減少交通事故的發(fā)生。
文檔編號G08C19/00GK1744145SQ20051003755
公開日2006年3月8日 申請日期2005年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月28日
發(fā)明者林土勝, 潘夢鷂, 鄭亦斌 申請人:華南理工大學(xué)