專(zhuān)利名稱(chēng)：?jiǎn)屋S陀螺的車(chē)輪轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于單軸陀螺的車(chē)輪轉(zhuǎn)速的測(cè)量系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種增大陀螺測(cè)量范圍后的車(chē)輪轉(zhuǎn)速測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
隨著公路運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，汽車(chē)列車(chē)具有的高承載，經(jīng)濟(jì)，效率等特征受到行業(yè)關(guān)注，漸漸成為長(zhǎng)途物流的主要車(chē)型。研究汽車(chē)列車(chē)的剎車(chē)制動(dòng)協(xié)調(diào)性對(duì)于汽車(chē)列車(chē)的安全駕駛，規(guī)范操作等都具有非常重要的意義。通過(guò)測(cè)量記錄汽車(chē)列車(chē)在剎車(chē)過(guò)程中的各輪輪速，觀察各輪輪速隨著時(shí)間變化的曲線，測(cè)量各軸制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間，是ー種有效的研究制動(dòng)協(xié)調(diào)性的方法。所以如何快速準(zhǔn)確地測(cè)量得到車(chē)輪轉(zhuǎn)速是這種研究方法的基礎(chǔ)。車(chē)輪轉(zhuǎn)速的測(cè)量方法有很多，一般可以分為兩類(lèi)ー類(lèi)是直接法，即直接觀測(cè)機(jī)械或者電機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，測(cè)量特定時(shí)間內(nèi)機(jī)械旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，從而測(cè)出機(jī)械運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速；另ー類(lèi)是間接法，即測(cè)量由于機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致其其它物理量的變化，從這些物理量的變化與轉(zhuǎn)速的關(guān)系來(lái)得到轉(zhuǎn)速。目前國(guó)內(nèi)外常用的測(cè)速方法有光電碼盤(pán)測(cè)速法、霍爾元件測(cè)速法、離心式轉(zhuǎn)速表測(cè)量法、測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速法、磁性測(cè)速法和閃光測(cè)速法。這些方法都有各自?xún)?yōu)缺點(diǎn)光電碼盤(pán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，但是不能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，容易損壞；霍爾元件靈敏度高、體積小，但是互換性差，信號(hào)隨溫度變化，且是非線性輸出，需要進(jìn)行非線性和溫度校正；離心式測(cè)量法具有準(zhǔn)確直觀、設(shè)備可靠耐用的特點(diǎn)，但是其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；測(cè)速發(fā)電機(jī)需要對(duì)汽車(chē)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行ー些改造，操作復(fù)雜；磁性元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，但是抗干擾能力差，輸出信號(hào)不標(biāo)準(zhǔn)；閃光方法可以測(cè)量非常小物體的轉(zhuǎn)速或在不能靠近的位置中測(cè)量，但是價(jià)格昂
蟲(chóng)
貝ο

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上問(wèn)題本發(fā)明結(jié)合汽車(chē)列車(chē)剎車(chē)制動(dòng)協(xié)調(diào)性研究的實(shí)際エ況要求，運(yùn)用了一種基于單軸陀螺的車(chē)輪轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)及方法，并針對(duì)單軸陀螺測(cè)量范圍較窄的缺點(diǎn)，提出來(lái)一種增大陀螺測(cè)量范圍的方法，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、測(cè)量準(zhǔn)確等特點(diǎn)。為了解決以上問(wèn)題本發(fā)明提供了一種單軸陀螺的車(chē)輪轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于包括MEMS陀螺儀，即單軸陀螺，還包括微處理器、無(wú)線發(fā)射模塊；
MEMS陀螺儀采集車(chē)輪的角速度將其變換為電壓參數(shù)傳送至微處理器的AD轉(zhuǎn)換模塊，再由微處理器通過(guò)串ロ/SIP接ロ將數(shù)據(jù)傳給無(wú)線發(fā)射模塊，最后由無(wú)線發(fā)射模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，由計(jì)算機(jī)或者儀表顯示。單軸陀螺的車(chē)輪轉(zhuǎn)速測(cè)量方法，其特征在于包括以下步驟
第一歩單軸陀螺以?xún)A斜角度Θ，即單軸陀螺和車(chē)輪轉(zhuǎn)軸的偏轉(zhuǎn)角度，安裝于車(chē)輪轉(zhuǎn)軸上，利用單軸陀螺在車(chē)輪轉(zhuǎn)軸方向的投影來(lái)增大單軸陀螺I的測(cè)量范圍；
第二步無(wú)線發(fā)射模塊在接收到采集指令后，單軸陀螺I將車(chē)輪的角速度轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電壓參數(shù)，再經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊傳給微處理器；第三歩微處理器將接收到的電壓參數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，經(jīng)內(nèi)部處理后將數(shù)據(jù)保存在外部存儲(chǔ)器中；
第四步無(wú)線發(fā)射模塊在接收到數(shù)據(jù)上傳指令后，將數(shù)據(jù)通過(guò)2. 4gHz的無(wú)線頻段發(fā)送出去。最后在汽車(chē)儀表中的終端模塊將會(huì)接收、處理和顯示車(chē)輪轉(zhuǎn)速。如第一步所述，單軸陀螺所感知的車(chē)輪轉(zhuǎn)速為《*cos Θ，即單軸陀螺旋轉(zhuǎn)速度在車(chē)輪轉(zhuǎn)軸上的投影，其中ω為車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度；只要將傾斜角度Θ調(diào)整到適合的值就能測(cè)量高轉(zhuǎn)速，傾斜角度Θ通過(guò)以下公式來(lái)確定5 = arccos(80*3601 (3,6* r*l*200))。有益效果本發(fā)明將單軸陀螺應(yīng)用到了車(chē)輪轉(zhuǎn)速的測(cè)量當(dāng)中，并且解決了陀螺量程過(guò)窄的問(wèn)題。單軸陀螺能夠測(cè)量沿一個(gè)軸或幾個(gè)軸運(yùn)動(dòng)的角速度，利用單軸陀螺測(cè)量角 速度具有極高的精度和響應(yīng)速度，本發(fā)明選用的MEMS陀螺儀可以感知微小的振動(dòng)，與光電碼盤(pán)等其他傳統(tǒng)測(cè)速方法相比可以測(cè)量極低的車(chē)輪轉(zhuǎn)速且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。本發(fā)明通過(guò)無(wú)線發(fā)射模塊來(lái)傳送數(shù)據(jù)，減少了車(chē)身內(nèi)的連接線束，具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。


圖I為本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖2為陀螺儀偏離角度安裝示意；
圖3為電壓與轉(zhuǎn)速的線性關(guān)系。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步的描述。如圖I所示，本單軸陀螺的車(chē)輪轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)包括MEMS陀螺儀(即，單軸陀螺)、微處理器、(遠(yuǎn)距離)無(wú)線發(fā)射模塊；
MEMS陀螺儀(S卩，單軸陀螺)采集車(chē)輪的角速度將其變換為電壓參數(shù)傳送至微處理器的AD轉(zhuǎn)換模塊，再由微處理器通過(guò)串ロ /SIP接ロ將數(shù)據(jù)傳給無(wú)線發(fā)射模塊，最后由無(wú)線發(fā)射模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，由計(jì)算機(jī)或者儀表顯示。如圖I、圖2所示，本單軸陀螺的車(chē)輪轉(zhuǎn)速測(cè)量方法，包括以下步驟
第一歩單軸陀螺I以?xún)A斜角度Θ (S卩，單軸陀螺I和車(chē)輪轉(zhuǎn)軸2的偏轉(zhuǎn)角度)安裝于車(chē)輪轉(zhuǎn)軸2上，利用單軸陀螺I在車(chē)輪轉(zhuǎn)軸2方向的投影來(lái)增大單軸陀螺I的測(cè)量范圍；第二步無(wú)線發(fā)射模塊在接收到采集指令后，單軸陀螺I將車(chē)輪的角速度轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電壓參數(shù)，再經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊傳給微處理器；
第三歩微處理器將接收到的電壓參數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，經(jīng)內(nèi)部處理后將數(shù)據(jù)保存在外部存儲(chǔ)器中；
第四步無(wú)線發(fā)射模塊在接收到數(shù)據(jù)上傳指令后，將數(shù)據(jù)通過(guò)2. 4gHz的無(wú)線頻段發(fā)送出去。最后在汽車(chē)儀表中的終端模塊將會(huì)接收、處理和顯示車(chē)輪轉(zhuǎn)速。如第一步所述，此時(shí)單軸陀螺I所感知的車(chē)輪轉(zhuǎn)速為《*cos Θ ( ω為車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度)，即單軸陀螺I旋轉(zhuǎn)速度在車(chē)輪轉(zhuǎn)軸2上的投影，只要將傾斜角度Θ調(diào)整到適合的值就能測(cè)量高轉(zhuǎn)速；例如卡車(chē)車(chē)輪的直徑是I米，時(shí)速80公里/小時(shí)，此時(shí)車(chē)輪每秒鐘大約轉(zhuǎn)7圈，普通MEMS陀螺儀量程約為200° /s,則陀螺儀和車(chē)輪轉(zhuǎn)軸需要偏轉(zhuǎn)約86°，即傾斜角度Θ為86°。傾斜角度Θ通過(guò)以下公式來(lái)確定5 = arCCOS(8(^360/(3.6，rm00))
OMEMS陀螺儀隨著車(chē)輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，感知自身旋轉(zhuǎn)的科里奧利力，利用科里奧利原理將MEMS陀螺儀輸入部分施加的角速度轉(zhuǎn)化成一個(gè)專(zhuān)用電路可以檢測(cè)的電壓參數(shù)。此電壓信號(hào)與車(chē)輪的轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系如圖3所示，當(dāng)陀螺達(dá)到最大正向轉(zhuǎn)速時(shí)其輸出的電壓值約為4. 75V，當(dāng)陀螺反向轉(zhuǎn)速達(dá)到最大轉(zhuǎn)速時(shí)其輸出電壓值約為O. 25V。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不限制于本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.單軸陀螺的車(chē)輪轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于包括MEMS陀螺儀，即單軸陀螺，還包括微處理器、無(wú)線發(fā)射模塊;MEMS陀螺儀采集車(chē)輪的角速度將其變換為電壓參數(shù)傳送至微處理器的AD轉(zhuǎn)換模塊，再由微處理器通過(guò)串口 /SIP接口將數(shù)據(jù)傳給無(wú)線發(fā)射模塊，最后由無(wú)線發(fā)射模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，由計(jì)算機(jī)或者儀表顯示。
2.單軸陀螺的車(chē)輪轉(zhuǎn)速測(cè)量方法，其特征在于包括以下步驟 第一步單軸陀螺(I)以?xún)A斜角度e，即單軸陀螺(I)和車(chē)輪轉(zhuǎn)軸(2)的偏轉(zhuǎn)角度，安裝于車(chē)輪轉(zhuǎn)軸(2 )上，利用單軸陀螺(I)在車(chē)輪轉(zhuǎn)軸(2 )方向的投影來(lái)增大單軸陀螺(I)的測(cè)量范圍； 第二步無(wú)線發(fā)射模塊在接收到采集指令后，單軸陀螺(I)將車(chē)輪的角速度轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電壓參數(shù)，再經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊傳給微處理器； 第三步微處理器將接收到的電壓參數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，經(jīng)內(nèi)部處理后將數(shù)據(jù)保存在外部存儲(chǔ)器中； 第四步無(wú)線發(fā)射模塊在接收到數(shù)據(jù)上傳指令后，將數(shù)據(jù)通過(guò)2. 4gHz的無(wú)線頻段發(fā)送出去； 最后在汽車(chē)儀表中的終端模塊將會(huì)接收、處理和顯示車(chē)輪轉(zhuǎn)速。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單軸陀螺的車(chē)輪轉(zhuǎn)速測(cè)量方法，其特征在于如第一步所述，單軸陀螺(I)所感知的車(chē)輪轉(zhuǎn)速為《*cos0，即單軸陀螺(I)旋轉(zhuǎn)速度在車(chē)輪轉(zhuǎn)軸(2)上的投影，其中《為車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度；只要將傾斜角度0調(diào)整到適合的值就能測(cè)量高轉(zhuǎn)速，傾斜角度0通過(guò)以下公式來(lái)確定·0 = arccos(80^360/ (3.6木木I木200))。
全文摘要
一種單軸陀螺的車(chē)輪轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)及方法，其系統(tǒng)的軸陀螺采集車(chē)輪的角速度將其變換為電壓參數(shù)傳送至微處理器的AD轉(zhuǎn)換模塊，再由微處理器通過(guò)串口/SIP接口將數(shù)據(jù)傳給無(wú)線發(fā)射模塊，最后由無(wú)線發(fā)射模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。其方法包括一單軸陀螺以一定的傾斜角度安裝于車(chē)輪轉(zhuǎn)軸上，利用單軸陀螺在車(chē)輪轉(zhuǎn)軸方向的投影來(lái)增大單軸陀螺的測(cè)量范圍二無(wú)線發(fā)射模塊在接收到采集指令后，單軸陀螺將車(chē)輪的角速度轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電壓參數(shù)，再經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊傳給微處理器；三微處理器將接收到的電壓參數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，經(jīng)內(nèi)部處理后將數(shù)據(jù)保存在外部存儲(chǔ)器中；四無(wú)線發(fā)射模塊在接收到數(shù)據(jù)上傳指令后，將數(shù)據(jù)通過(guò)2.4gHz的無(wú)線頻段發(fā)送出去。
文檔編號(hào)G01P3/44GK102680725SQ20121017918
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者張仲寧, 張學(xué)禮, 張紅衛(wèi), 朱雷雷, 林國(guó)余, 董金松 申請(qǐng)人:交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所, 南京智真電子科技有限公司