[發明專利]單軸陀螺的車輪轉速測量系統及方法

無效

• 申請號: 201210179187.7
• 申請日: 2012-06-04
• 公開（公告）號: CN102680725A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 董金松;張紅衛;張仲寧;朱雷雷;張學禮;林國余
• 申請（專利權）人: 交通運輸部公路科學研究所;南京智真電子科技有限公司
• 主分類號: G01P3/44
• 分類號: G01P3/44
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明涉及一種基于單軸陀螺的車輪轉速的測量系統及方法，尤其涉及一種增大陀螺測量范圍后的車輪轉速測量方法。

背景技術

隨著公路運輸的快速發展，汽車列車具有的高承載，經濟，效率等特征受到行業關注，漸漸成為長途物流的主要車型。研究汽車列車的剎車制動協調性對于汽車列車的安全駕駛，規范操作等都具有非常重要的意義。通過測量記錄汽車列車在剎車過程中的各輪輪速，觀察各輪輪速隨著時間變化的曲線，測量各軸制動協調時間，是一種有效的研究制動協調性的方法。所以如何快速準確地測量得到車輪轉速是這種研究方法的基礎。

車輪轉速的測量方法有很多，一般可以分為兩類：一類是直接法，即直接觀測機械或者電機的機械運動，測量特定時間內機械旋轉的圈數，從而測出機械運動的轉速；另一類是間接法，即測量由于機械轉動導致其其它物理量的變化，從這些物理量的變化與轉速的關系來得到轉速。目前國內外常用的測速方法有光電碼盤測速法、霍爾元件測速法、離心式轉速表測量法、測速發電機測速法、磁性測速法和閃光測速法。這些方法都有各自優缺點：光電碼盤結構簡單、價格便宜，但是不能長時間連續工作，容易損壞；霍爾元件靈敏度高、體積小，但是互換性差，信號隨溫度變化，且是非線性輸出，需要進行非線性和溫度校正；離心式測量法具有準確直觀、設備可靠耐用的特點，但是其結構較復雜；測速發電機需要對汽車內部結構進行一些改造，操作復雜；磁性元件結構簡單、體積小，但是抗干擾能力差，輸出信號不標準；閃光方法可以測量非常小物體的轉速或在不能靠近的位置中測量，但是價格昂貴。

發明內容

針對以上問題本發明結合汽車列車剎車制動協調性研究的實際工況要求，運用了一種基于單軸陀螺的車輪轉速測量系統及方法，并針對單軸陀螺測量范圍較窄的缺點，提出來一種增大陀螺測量范圍的方法，具有結構簡單、安裝方便、測量準確等特點。

為了解決以上問題本發明提供了一種單軸陀螺的車輪轉速測量系統，其特征在于：包括MEMS陀螺儀，即單軸陀螺，還包括微處理器、無線發射模塊；

MEMS陀螺儀采集車輪的角速度將其變換為電壓參數傳送至微處理器的AD轉換模塊，再由微處理器通過串口/SIP接口將數據傳給無線發射模塊，最后由無線發射模塊將數據發送出去，由計算機或者儀表顯示。

單軸陀螺的車輪轉速測量方法，其特征在于：包括以下步驟：

第一步：單軸陀螺以傾斜角度θ，即單軸陀螺和車輪轉軸的偏轉角度，安裝于車輪轉軸上，利用單軸陀螺在車輪轉軸方向的投影來增大單軸陀螺1的測量范圍;

第二步：無線發射模塊在接收到采集指令后，單軸陀螺1將車輪的角速度轉換成對應的電壓參數，再經過AD轉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轉換成數字值，經內部處理后將數據保存在外部存儲器中；

第四步：無線發射模塊在接收到數據上傳指令后，將數據通過2.4gHz的無線頻段發送出去。

最后在汽車儀表中的終端模塊將會接收、處理和顯示車輪轉速。

如第一步所述，單軸陀螺所感知的車輪轉速為ω*cosθ，即單軸陀螺旋轉速度在車輪轉軸上的投影，其中ω為車輪的轉動角速度；只要將傾斜角度θ調整到適合的值就能測量高轉速，傾斜角度θ通過以下公式來確定：????????????????????????????????????????????????。

有益效果：本發明將單軸陀螺應用到了車輪轉速的測量當中，并且解決了陀螺量程過窄的問題。單軸陀螺能夠測量沿一個軸或幾個軸運動的角速度，利用單軸陀螺測量角速度具有極高的精度和響應速度，本發明選用的MEMS陀螺儀可以感知微小的振動，與光電碼盤等其他傳統測速方法相比可以測量極低的車輪轉速且結構簡單。本發明通過無線發射模塊來傳送數據，減少了車身內的連接線束，具有體積小、抗干擾能力強、安裝方便等優點。

附圖說明

圖1為本發明系統的結構示意圖；

圖2為陀螺儀偏離角度安裝示意；

圖3為電壓與轉速的線性關系。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步的描述。

如圖1所示，本單軸陀螺的車輪轉速測量系統包括MEMS陀螺儀（即，單軸陀螺）、微處理器、（遠距離）無線發射模塊；

MEMS陀螺儀（即，單軸陀螺）采集車輪的角速度將其變換為電壓參數傳送至微處理器的AD轉換模塊，再由微處理器通過串口/SIP接口將數據傳給無線發射模塊，最后由無線發射模塊將數據發送出去，由計算機或者儀表顯示。