专利名称：单轴陀螺的车轮转速测量系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种基于单轴陀螺的车轮转速的測量系统及方法，尤其涉及一种增大陀螺测量范围后的车轮转速測量方法。
背景技术：
随着公路运输的快速发展，汽车列车具有的高承载，经济，效率等特征受到行业关注，渐渐成为长途物流的主要车型。研究汽车列车的刹车制动协调性对于汽车列车的安全驾驶，规范操作等都具有非常重要的意义。通过测量记录汽车列车在刹车过程中的各轮轮速，观察各轮轮速随着时间变化的曲线，測量各轴制动协调时间，是ー种有效的研究制动协调性的方法。所以如何快速准确地测量得到车轮转速是这种研究方法的基础。车轮转速的測量方法有很多，一般可以分为两类ー类是直接法，即直接观测机械或者电机的机械运动，測量特定时间内机械旋转的圈数，从而测出机械运动的转速；另ー类是间接法，即测量由于机械转动导致其其它物理量的变化，从这些物理量的变化与转速的关系来得到转速。目前国内外常用的测速方法有光电码盘测速法、霍尔元件测速法、离心式转速表測量法、测速发电机测速法、磁性测速法和闪光测速法。这些方法都有各自优缺点光电码盘结构简单、价格便宜，但是不能长时间连续工作，容易损坏；霍尔元件灵敏度高、体积小，但是互換性差，信号随温度变化，且是非线性输出，需要进行非线性和温度校正；离心式測量法具有准确直观、设备可靠耐用的特点，但是其结构较复杂；测速发电机需要对汽车内部结构进行ー些改造，操作复杂；磁性元件结构简单、体积小，但是抗干扰能力差，输出信号不标准；闪光方法可以测量非常小物体的转速或在不能靠近的位置中測量，但是价格昂
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发明内容
针对以上问题本发明结合汽车列车刹车制动协调性研究的实际エ况要求，运用了一种基于单轴陀螺的车轮转速測量系统及方法，并针对单轴陀螺测量范围较窄的缺点，提出来一种增大陀螺测量范围的方法，具有结构简单、安装方便、測量准确等特点。为了解决以上问题本发明提供了一种单轴陀螺的车轮转速測量系统，其特征在于包括MEMS陀螺仪，即单轴陀螺，还包括微处理器、无线发射模块；
MEMS陀螺仪采集车轮的角速度将其变换为电压參数传送至微处理器的AD转换模块，再由微处理器通过串ロ/SIP接ロ将数据传给无线发射模块，最后由无线发射模块将数据发送出去，由计算机或者仪表显示。单轴陀螺的车轮转速測量方法，其特征在于包括以下步骤
第一歩单轴陀螺以倾斜角度Θ，即单轴陀螺和车轮转轴的偏转角度，安装于车轮转轴上，利用单轴陀螺在车轮转轴方向的投影来增大单轴陀螺I的測量范围；
第二步无线发射模块在接收到采集指令后，单轴陀螺I将车轮的角速度转换成对应的电压參数，再经过AD转换模块传给微处理器；第三歩微处理器将接收到的电压參数转换成数字值，经内部处理后将数据保存在外部存储器中；
第四步无线发射模块在接收到数据上传指令后，将数据通过2. 4gHz的无线频段发送出去。最后在汽车仪表中的終端模块将会接收、处理和显示车轮转速。如第一步所述，单轴陀螺所感知的车轮转速为《*cos Θ，即单轴陀螺旋转速度在车轮转轴上的投影，其中ω为车轮的转动角速度；只要将倾斜角度Θ调整到适合的值就能測量高转速，倾斜角度Θ通过以下公式来确定5 = arccos(80*3601 (3,6* r*l*200))。有益效果本发明将单轴陀螺应用到了车轮转速的測量当中，并且解决了陀螺量程过窄的问题。单轴陀螺能够測量沿一个轴或几个轴运动的角速度，利用单轴陀螺测量角 速度具有极高的精度和响应速度，本发明选用的MEMS陀螺仪可以感知微小的振动，与光电码盘等其他传统测速方法相比可以测量极低的车轮转速且结构简单。本发明通过无线发射模块来传送数据，減少了车身内的连接线束，具有体积小、抗干扰能力强、安装方便等优点。


图I为本发明系统的结构示意 图2为陀螺仪偏离角度安装示意；
图3为电压与转速的线性关系。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进ー步的描述。如图I所示，本单轴陀螺的车轮转速測量系统包括MEMS陀螺仪(即，单轴陀螺)、微处理器、(远距离)无线发射模块；
MEMS陀螺仪(S卩，单轴陀螺)采集车轮的角速度将其变换为电压參数传送至微处理器的AD转换模块，再由微处理器通过串ロ /SIP接ロ将数据传给无线发射模块，最后由无线发射模块将数据发送出去，由计算机或者仪表显示。如图I、图2所示，本单轴陀螺的车轮转速測量方法，包括以下步骤
第一歩单轴陀螺I以倾斜角度Θ (S卩，单轴陀螺I和车轮转轴2的偏转角度)安装于车轮转轴2上，利用单轴陀螺I在车轮转轴2方向的投影来增大单轴陀螺I的測量范围；第二步无线发射模块在接收到采集指令后，单轴陀螺I将车轮的角速度转换成对应的电压參数，再经过AD转换模块传给微处理器；
第三歩微处理器将接收到的电压參数转换成数字值，经内部处理后将数据保存在外部存储器中；
第四步无线发射模块在接收到数据上传指令后，将数据通过2. 4gHz的无线频段发送出去。最后在汽车仪表中的終端模块将会接收、处理和显示车轮转速。如第一步所述，此时单轴陀螺I所感知的车轮转速为《*cos Θ ( ω为车轮的转动角速度)，即单轴陀螺I旋转速度在车轮转轴2上的投影，只要将倾斜角度Θ调整到适合的值就能测量高转速；例如卡车车轮的直径是I米，时速80公里/小时，此时车轮每秒钟大约转7圈，普通MEMS陀螺仪量程约为200° /s,则陀螺仪和车轮转轴需要偏转约86°，即倾斜角度Θ为86°。倾斜角度Θ通过以下公式来确定5 = arCCOS(8(^360/(3.6，rm00))
OMEMS陀螺仪随着车轮一起转动，感知自身旋转的科里奥利力，利用科里奥利原理将MEMS陀螺仪输入部分施加的角速度转化成一个专用电路可以检测的电压參数。此电压信号与车轮的转速成线性关系如图3所示，当陀螺达到最大正向转速时其输出的电压值约为4. 75V，当陀螺反向转速达到最大转速时其输出电压值约为O. 25V。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不限制于本发明，对于本领域的技术 人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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权利要求范围之内。
权利要求
1.单轴陀螺的车轮转速测量系统，其特征在于包括MEMS陀螺仪，即单轴陀螺，还包括微处理器、无线发射模块;MEMS陀螺仪采集车轮的角速度将其变换为电压参数传送至微处理器的AD转换模块，再由微处理器通过串口 /SIP接口将数据传给无线发射模块，最后由无线发射模块将数据发送出去，由计算机或者仪表显示。
2.单轴陀螺的车轮转速测量方法，其特征在于包括以下步骤 第一步单轴陀螺(I)以倾斜角度e，即单轴陀螺(I)和车轮转轴(2)的偏转角度，安装于车轮转轴(2 )上，利用单轴陀螺(I)在车轮转轴(2 )方向的投影来增大单轴陀螺(I)的测量范围； 第二步无线发射模块在接收到采集指令后，单轴陀螺(I)将车轮的角速度转换成对应的电压参数，再经过AD转换模块传给微处理器； 第三步微处理器将接收到的电压参数转换成数字值，经内部处理后将数据保存在外部存储器中； 第四步无线发射模块在接收到数据上传指令后，将数据通过2. 4gHz的无线频段发送出去； 最后在汽车仪表中的终端模块将会接收、处理和显示车轮转速。
3.根据权利要求2所述的单轴陀螺的车轮转速测量方法，其特征在于如第一步所述，单轴陀螺(I)所感知的车轮转速为《*cos0，即单轴陀螺(I)旋转速度在车轮转轴(2)上的投影，其中《为车轮的转动角速度；只要将倾斜角度0调整到适合的值就能测量高转速，倾斜角度0通过以下公式来确定·0 = arccos(80^360/ (3.6木木I木200))。
全文摘要
一种单轴陀螺的车轮转速测量系统及方法，其系统的轴陀螺采集车轮的角速度将其变换为电压参数传送至微处理器的AD转换模块，再由微处理器通过串口/SIP接口将数据传给无线发射模块，最后由无线发射模块将数据发送出去。其方法包括一单轴陀螺以一定的倾斜角度安装于车轮转轴上，利用单轴陀螺在车轮转轴方向的投影来增大单轴陀螺的测量范围二无线发射模块在接收到采集指令后，单轴陀螺将车轮的角速度转换成对应的电压参数，再经过AD转换模块传给微处理器；三微处理器将接收到的电压参数转换成数字值，经内部处理后将数据保存在外部存储器中；四无线发射模块在接收到数据上传指令后，将数据通过2.4gHz的无线频段发送出去。
文档编号G01P3/44GK102680725SQ20121017918
公开日2012年9月19日 申请日期2012年6月4日 优先权日2012年6月4日
发明者张仲宁, 张学礼, 张红卫, 朱雷雷, 林国余, 董金松 申请人:交通运输部公路科学研究所, 南京智真电子科技有限公司