精确测量汽车车轮滑移率装置

摘要

本发明公开了一种所述的精确测量汽车车轮滑移率装置，为克服现有轮速测量装置测量车轮轮速和车速传感器测量车轮轮心速度不准确与在汽车领域没有直接测量汽车车轮滑移率装置的问题，其包括可伸缩调整机构(1)、传感器采集处理单元(2)、传感器转动部件(3)和车轮连接部件(4)。传感器转动部件(3)包括转动轴(14)和连接圆盘(15)；转动轴(14)和连接圆盘(15)底面连成一体，转动轴(14)下端与传感器采集处理单元(2)中装置外壳(19)底板转动连接，车轮连接部件(4)安装在连接圆盘(15)螺栓连接，可伸缩调整机构(1)中的D螺杆(13)的右端与传感器采集处理单元(2)中的装置外壳(19)的左侧焊接连接。

说明书

技术领域

本发明涉及一种属于汽车行驶参数测试技术领域的测量装置，确切地说， 本发明涉及一种精确测量汽车车轮滑移率装置。

背景技术

车轮滑移率是指车轮相对于纯滑动状态的偏离程度，车轮滑移率 s＝(v-wr)/v×100％，v表示车轮轮心速度(m/s)，ω表示车轮角速度(rad/s)，r 表示车轮滚动半径(m)。车轮滑移率是汽车制动控制及稳定性控制的关键参数， 是评价制动控制与稳定性控制的重要指标，被广泛应用于汽车主动安全技术， 例如制动防抱死装置ABS通过将滑移率维持在15％-20％的范围内来提高汽车的方 向稳定性和转向操纵能力，因此滑移率的精确测量显得至关重要。

通过测定车轮转速和车轮轮心速度以及车轮半径即可得到当前状态的车轮 滑移率，车轮半径容易获得，由此车轮滑移率的精确性取决于车轮转速和车轮 轮心速度测量的准确性。现有汽车测试用轮速测量装置来测定轮速，主要结构 为传感器转动部件连接车轮轮毂螺栓，传感器固定部件通过挡泥板夹或者吸盘 连接车身，但由于车轮和车身通过悬架连接，悬架的振动使得车轮与车身之间 产生相对位移，从而导致传感器产生额外转动，造成了轮速测量的不准确性。 车速一般通过两种方法得到，一种是用非驱动轮轮速代替车速，该方法虽简单 易于实现，但这种方法仅适用于两轮驱动汽车，对于四轮驱动汽车具有一定的 局限性，而且这种方法也不适用于汽车测试。通常情况下，汽车行驶车速利用 车速传感器测量，但是车速传感器一般测量的是车身速度，由于测量点与车轮 轮心位置的不同，使测量的车速与所需的轮心速度有一定的偏差。结合上面所 述理论，现有的轮速和车轮轮心速度的测量方法是不够准确的，主要是因为测 量过程中轮速传感器的安装位置使得车轮与车身产生相对位移以及车速传感器 安装位置不在车轮轮心上。因此只要保证轮速测量装置和车速测量装置同时位 于车轮轮心上，并且尽量消除装置测量过程中因位置变化而产生系统误差，这 样就可保证滑移率的测量值与实际值的一致性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中轮速测量装置测量车轮轮速和车速传感器 测量车轮轮心速度不准确而且在汽车领域内没有直接测量滑移率的装置的技术 缺陷，而提供一种精确测量汽车车轮滑移率装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术的轮速测量装置测量车轮轮 速和车速传感器测量车轮轮心速度不准确而且在汽车领域内没有直接测量汽车 车轮滑移率装置的问题，提供了一种精确测量汽车车轮滑移率装置。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的精确测 量汽车车轮滑移率装置包括有可伸缩调整机构、传感器采集处理单元、传感器 转动部件和车轮连接部件。

所述的传感器转动部件由转动轴和连接圆盘组成。

转动轴的上端和连接圆盘的底面连成一体，转动轴的下端采用滚动轴承与 传感器采集处理单元中的装置外壳的底板转动连接，车轮连接部件安装在连接 圆盘上并采用螺栓连接，可伸缩调整机构中的D螺杆的右端与传感器采集处理 单元中的装置外壳的左侧焊接连接，车轮连接部件、传感器转动部件与装置外 壳的回转轴线共线。

技术方案中所述的车轮连接部件由连接圆盘与5个结构相同的卡爪组成。 所述的5个结构相同的卡爪皆为L形的钩状结构件，卡爪的钩状结构处成直角， 成直角的端部加工有安装螺栓的光孔，5个结构相同的卡爪垂直地均匀地安装在 圆盘上表面的同一圆周上，5个结构相同的卡爪所分布的圆周的回转中心线与圆 盘的回转中心线共线。

技术方案中所述的可伸缩调整机构包括有A螺杆、1号螺管、B螺杆、2号 螺管、C螺杆、3号螺管及D螺杆。A螺杆的左端与1号螺管的右端螺纹连接，1 号螺管的左端与B螺杆的上端螺纹连接，B螺杆的下端与2号螺管的上端螺纹连 接，2号螺管的下端与C螺杆的上端螺纹连接，C螺杆的下端与3号螺管的左端 螺纹连接，3号螺管的右端与D螺杆的左端螺纹连接。

技术方案中所述的A螺杆的左端为实心圆横截面的圆柱体杆件，圆柱体杆 件的左端设置有外螺纹，A螺杆的右端设置为横截面为矩形的椭圆形锁扣，椭圆 形锁扣分为上、下两部分，即分别设置为上弧形体锁扣与下弧形体锁扣，椭圆 形锁扣的左端即和圆柱体杆件的连接处采用圆柱销轴连接使得下弧形体锁扣相 对于上弧形体锁扣成转动连接，椭圆形锁扣的右端加工有安装螺栓的圆形通孔。

技术方案中所述的B螺杆为实心圆横截面的直角形结构的圆柱体结构件，B 螺杆的上端与下端均设置有外螺纹；所述的C螺杆与B螺杆的结构相同；所述 的D螺杆为实心圆横截面的圆柱体式结构件，D螺杆的左端设置有外螺纹，D螺 杆的右端为光杆。

技术方案中所述的1号螺管、2号螺管及3号螺管的结构相同，1号螺管、 2号螺管及3号螺管的两端皆设置为正反螺纹，A螺杆、B螺杆、C螺杆及D螺 杆的螺纹旋向依次和所连接的1号螺管、2号螺管及3号螺管的螺纹旋向相同。

技术方案中所述的传感器采集处理单元包括有轮速传感器、GPS车速传感 器、滑移率计算单元及装置外壳。所述的GPS车速传感器选用型号SL-SG101的 传感器。滑移率计算单元选用型号为MC9S12DP512的单片机，型号为MC9S12DP512 单片机的PAD1引脚与轮速传感器的输出端电线连接，型号为MC9S12DP512单片 机的PAD2引脚与GPS车速传感器的输出端电线连接，轮速传感器、GPS车速传 感器与滑移率计算单元安装在装置外壳内。

技术方案中所述的轮速传感器选用型号为HQ90007B的电磁感应式传感器， 包括有传感器信号触发齿圈和传感器信号探头；所述的传感器信号触发齿圈通 过键安装在随车轮一起转动的传感器转动部件中转动轴的下端上，传感器信号 探头安装在固定不动的装置外壳的内侧，传感器信号探头的安装位置要使其探 头对准传感器信号触发齿圈的齿面并使探头对准传感器信号触发齿圈的旋转轴 心。

技术方案中滑移率计算单元选用型号为MC9S12DP512的单片机，型号为 MC9S12DP512单片机的PAD1引脚与轮速传感器即传感器信号探头的输出端电线 连接，型号为MC9S12DP512单片机的PAD2引脚与GPS车速传感器的输出端电线 连接。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的精确测量汽车车轮滑移率装置将现有的轮速测量装置和车 速传感器集成改进后形成专门用于测量汽车车轮滑移率的装置，目前汽车领域 内还没有直接测量滑移率的装置，从而体现了本发明的创新性。

2.本发明所述的精确测量汽车车轮滑移率装置安装位置在车轮上，消除了 因悬架振动而产生的车轮和车身相对位移对于滑移率精度的影响，同时，轮速 传感器和车速传感器的测量点位于车轮轮心位置，保证了两者测量点的一致性， 从而使得滑移率测量值与滑移率的实际值更加接近，更加适用于汽车制动性控 制与稳定性控制的评价测试与测量。

3.本发明所述的精确测量汽车车轮滑移率装置结构简单，安装比较方便， 单靠螺栓连接就可固定在车轮上，同时所需要的材料易得，成本较低。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明所述的精确测量汽车车轮滑移率装置安装有被测车轮时结构 组成的主视图；

图2是本发明所述的精确测量汽车车轮滑移率装置没有安装有被测车轮并 拆去悬架导向臂、A螺杆、1号螺管、B螺杆与2号螺管时结构组成的俯视图；

图3是本发明所述的精确测量汽车车轮滑移率装置中所采用的车轮连接部 件结构组成的主视图；

图4是本发明所述的精确测量汽车车轮滑移率装置中所采用的A螺杆结构 组成的俯视图；

图5是本发明所述的精确测量汽车车轮滑移率装置中所采用的传感器采集 处理单元结构组成的俯视图；

图6是本发明所述的精确测量汽车车轮滑移率装置的控制流程框图。

图中：1.可伸缩调整机构，2.传感器采集处理单元，3.传感器转动部件， 4.车轮连接部件，5.车轮，6.悬架导向臂，7.A螺杆，8.1号螺管，9.B螺杆； 10.2号螺管，11.C螺杆；12.3号螺管，13.D螺杆，14.转动轴，15.连接圆盘； 16.轮速传感器，17.GPS车速传感器，18.滑移率计算单元，19.装置外壳，20. 传感器信号触发齿圈，21.传感器信号探头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

参阅图1与图2，本发明所述的精确测量汽车车轮滑移率装置包括可伸缩调 整机构1、传感器采集处理单元2、传感器转动部件3和车轮连接部件4。

转动轴14的上端和连接圆盘15的底面连成一体，转动轴14的下端采用轴 承与传感器采集处理单元2中的装置外壳19的底板转动连接，车轮连接部件4 安装在连接圆盘15上并采用螺栓连接，可伸缩调整机构1中的D螺杆13的右 端与传感器采集处理单元2中的装置外壳19的左侧焊接连接，车轮连接部件4、 传感器转动部件3与装置外壳19的回转轴线共线。

所述的传感器转动部件3包括转动轴14和连接圆盘15；

转动轴14的上端和连接圆盘15底面的中心处连成一体成T字形的结构件， 转动轴14和连接圆盘15的回转轴线共线，连接圆盘15上加工有三个螺纹孔， 通过螺栓和车轮连接部件4连接，转动轴14的下端采用滚动轴承与传感器采集 处理单元2中的装置外壳19的底板转动连接，车轮旋转时转动轴14和转动连 接圆盘15同步转动。

参阅图3，所述的车轮连接部件4由连接圆盘与5个结构相同的卡爪组成； 车轮连接部件4是对应于车轮轮毂螺栓所设计的结构件，一般汽车车轮上有5 个轮毂螺栓，因此，所述车轮连接部件4设计为有5个结构相同的卡爪的圆盘 结构件，5个结构相同的卡爪皆为L形的钩状结构件，5个结构相同的卡爪垂直 地均匀地安装在圆盘上表面的同一圆周上，5个结构相同的卡爪所分布的圆周的 回转中心线与圆盘的回转中心线共线，为了便于车轮连接部件4与车轮5连接， 在卡爪成直角的端部加工有光孔，通过车轮轮毂螺栓紧固。

所述的可伸缩调整机构1主要由A螺杆7、1号螺管8、B螺杆9、2号螺管 10、C螺杆11、3号螺管12及D螺杆13构件组成。所述的可伸缩调整机构1中 的各零部件的材质均采用质量较轻的铝合金。

参阅图4，所述的A螺杆7的左端为实心圆横截面的圆柱体杆件，圆柱体杆 件的左端设置有外螺纹，A螺杆7的右端设置为横截面为矩形的椭圆形锁扣，椭 圆形锁扣分为上下两部分，即分别设置为上弧形体锁扣与下弧形体锁扣，椭圆 形锁扣的左端(即和圆柱体杆件的连接处)采用圆柱销轴连接使得上弧形体锁 扣与下弧形体锁扣成转动连接，椭圆形锁扣的右端即连接端加工有圆形通孔， 通过螺栓将上弧形体锁扣与下弧形体锁扣即椭圆形锁扣固定在车轮后部的悬架 导向臂6上；

所述的B螺杆9为实心圆横截面的成直角形的圆柱体结构件，其两端均设 置有外螺纹；所述的C螺杆11与B螺杆9的结构相同；所述的D螺杆13为实 心圆横截面的圆柱体式结构件，其一(左)端设置有外螺纹，另一(右)端通 过焊接的方式与装置外壳19的左侧固定连接。

所述的1号螺管8、2号螺管10以及3号螺管12的结构相同，其横截面为 圆环形截面，两端设置为正反丝扣(螺纹)；因此，A螺杆7的一(左)端、1 号螺管8及B螺杆9的一(右)端，B螺杆9的另一(下)端、2号螺管10及C 螺杆11的一(上)端，C螺杆11的另一(下)端、3号螺管12及D螺杆13的 一(左)端形成三处双头螺管螺杆结构，螺杆的螺纹旋向与所连接的螺管的螺 纹旋向相同，便于双头螺管螺杆结构能够同时拧紧或者松开，通过同时旋转1 号螺管8和3号螺管12可实现所述的可伸缩调整机构1的左右长度调整，通过 旋转2号螺管10可实现所述的传感器采集处理单元2的上下调整，这样可以适 应不同车型不同轮胎的需求。

参阅图5，所述的传感器采集处理单元2包括有轮速传感器16、GPS车速传 感器17、滑移率计算单元18及装置外壳19。

所述的轮速传感器16选用型号为HQ90007B的电磁感应式传感器，包括有 传感器信号触发齿圈20和传感器信号探头21。所述的传感器信号触发齿圈20 通过键安装在随车轮5一起转动的转动轴14的下端上，所述的传感器信号探头 21安装在固定不动的装置外壳19的内侧，传感器信号探头21的安装位置要使 其探头对准传感器信号触发齿圈20的齿面并使探头对准传感器信号触发齿圈20 的旋转轴心，这样的安装位置保证轮速测量的准确性。轮速传感器16的主要工 作原理为：汽车运行过程中，车轮5的旋转使得传感器转动部件3中的转动轴 14转动，从而带动传感器信号触发齿圈20转动，引起传感器信号探头21磁通 量的变化，产生与车轮转速成正比的电压脉冲，从而得到车轮转速。

所述的GPS车速传感器17选用型号SL-SG101的传感器，发送和接收频率 为100HZ，选用的频率越高其测量精确性越好。所述的GPS车速传感器17是GPS 接收天线与GPS接收芯片二合一的传感器，GPS车速传感器17的主要工作原理 为：利用多普勒效应即GPS卫星与GPS车速传感器存在相对运动，使得GPS车 速传感器17接收到的频率与GPS卫星发出的频率不相同的原理，计算出多普勒 频移，根据多普勒频移得到所需要的车轮轮心速度。

所述的装置外壳19采用质量相对较轻的铝合金材质，其结构为薄壁圆筒结 构，所述的装置外壳19通过焊接方式与可伸缩调整机构1中的D螺杆13的右 端连接，传感器转动部件3中的转动轴14的下端通过滚动轴承与装置外壳19 底板的中心处转动连接，这样可以保证在传感器转动部件3的转动轴14转动的 同时，装置外壳21固定不动。

滑移率计算单元18选用型号为MC9S12DP512的单片机，晶振频率为16MHz。 芯片包括ETC模块、PWM模块、ATD模块、主程序定时调用数据处理模块和数据 发送模块。型号为MC9S12DP512单片机的PAD1引脚与轮速传感器16即传感器 信号探头21的输出端电线连接，型号为MC9S12DP512单片机的PAD2引脚与GPS 车速传感器17的输出端电线连接，型号为MC9S12DP512的单片机的VCC引脚接 电源+5v端。轮速传感器16和GPS车速传感器17的输出信号为数字信号，经过 处理后输入到型号为MC9S12DP512的单片机的存储器中，型号为MC9S12DP512 的单片机的存储器中装有自编的计算机程序，通过型号为MC9S12DP512的单片 机计算处理得到所需的滑移率。

所述的GPS车速传感器17和滑移率计算单元18安装在装置外壳19的底板 上。

所述的精确测量汽车车轮滑移率装置的工作过程：

参阅图6，汽车运行过程中轮速传感器16采集轮速信号，GPS车速传感器 17采集车轮轮心速度信号，滑移率计算单元18将轮速信号和车轮轮心速度信号 经过处理后得到当前状态的滑移率，滑移率的计算公式为：s＝(v-wr)/v×100％， 其中，v表示车轮轮心速度(m/s)，ω表示车轮角速度(rad/s)，r表示车轮滚 动半径(m)，滑移率为实时变化的数据，本发明所述的精确测量汽车车轮滑移 率装置会持续的采集滑移率并实时输出。