本發(fā)明涉及車(chē)輛測(cè)試領(lǐng)域，尤指一種車(chē)輛穩(wěn)定性及輪胎面內(nèi)作用力集成測(cè)量系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

事故現(xiàn)場(chǎng)輪胎痕跡反映了事故前-后車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)軌跡、行駛速度、輪胎狀態(tài)和制動(dòng)措施，通過(guò)分析輪胎痕跡可判定車(chē)輛碰撞前-后的瞬時(shí)速度、碰撞特性、接觸部位和碰撞點(diǎn)位置。因此，勘測(cè)并分析現(xiàn)場(chǎng)輪胎痕跡就成為事故處理的最常用手段。然而，道路交通事故現(xiàn)場(chǎng)的輪胎印跡經(jīng)常表現(xiàn)出一定的顯隱特性，如圖1所示。這種具有顯隱特征的輪胎痕跡是車(chē)輛緊急制動(dòng)工況下輪胎與粗糙路面接觸并發(fā)生相對(duì)滑移時(shí)，在載荷、接觸應(yīng)力和摩擦生熱等多因素耦合作用下使胎面橡膠微粒脫落并沿輪胎寬度和周向不均勻粘附的直觀表現(xiàn)(三維全局磨損)，是車(chē)輛、輪胎和路面系統(tǒng)綜合作用的結(jié)果。這種印跡當(dāng)中隱藏著豐富的交通事故信息，解析印跡與車(chē)輛穩(wěn)定性的關(guān)聯(lián)特性是之后交通事故判定的重要方向。

分析輪胎印跡特性的關(guān)鍵是獲得輪胎面內(nèi)作用力動(dòng)態(tài)變化特性與車(chē)輛非穩(wěn)態(tài)動(dòng)態(tài)參數(shù)的關(guān)聯(lián)機(jī)理，而如何同時(shí)獲得車(chē)輛非穩(wěn)態(tài)動(dòng)態(tài)參數(shù)和輪胎面內(nèi)作用力時(shí)變特性是基礎(chǔ)。于此同時(shí)，針對(duì)車(chē)輛穩(wěn)定性及輪胎面內(nèi)作用力分析、性能評(píng)估這個(gè)特殊的領(lǐng)域，傳統(tǒng)的測(cè)評(píng)方法已不適用。為高效推進(jìn)交通事故判定中關(guān)于輪胎印跡特性判定的發(fā)展，有必要針對(duì)車(chē)輛穩(wěn)定性測(cè)量及輪胎面內(nèi)動(dòng)態(tài)力進(jìn)行研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種車(chē)輛穩(wěn)定性及輪胎面內(nèi)作用力集成測(cè)量系統(tǒng)及方法，能夠同時(shí)對(duì)車(chē)輛穩(wěn)定性及輪胎面內(nèi)作用力進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。

為了達(dá)到本發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種車(chē)輛穩(wěn)定性及輪胎面內(nèi)作用力集成測(cè)量系統(tǒng)，包括定位系統(tǒng)、車(chē)輛穩(wěn)定性測(cè)量系統(tǒng)、輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)、以及數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，其中：

所述定位系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)記錄車(chē)輛的行駛位置信息、運(yùn)動(dòng)時(shí)間及時(shí)基信息；

所述車(chē)輛穩(wěn)定性測(cè)量系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)測(cè)量車(chē)輛質(zhì)心穩(wěn)定性參數(shù)、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)向角參數(shù)和制動(dòng)踏板力參數(shù)；

所述輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)測(cè)量輪胎的轉(zhuǎn)速、加速度以及輪轂和胎面應(yīng)變信息；

所述數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)用于采集所述定位系統(tǒng)、車(chē)輛穩(wěn)定性測(cè)量系統(tǒng)、輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理并存儲(chǔ)。

可選地，所述定位系統(tǒng)進(jìn)一步用于采用通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)GPRS技術(shù)，接收衛(wèi)星信號(hào)，采用差分的方式記錄車(chē)輛的運(yùn)行軌跡、運(yùn)行時(shí)間和制動(dòng)距離。

可選地，所述車(chē)輛穩(wěn)定性測(cè)量系統(tǒng)包括陀螺儀、方向盤(pán)轉(zhuǎn)角測(cè)量?jī)x和制動(dòng)踏板力測(cè)量?jī)x，其中，

所述陀螺儀位于車(chē)輛質(zhì)心處，用于實(shí)時(shí)測(cè)量車(chē)輛質(zhì)心穩(wěn)定性參數(shù)；

所述方向盤(pán)轉(zhuǎn)角測(cè)量?jī)x位于方向盤(pán)處，用于實(shí)時(shí)測(cè)量方向盤(pán)轉(zhuǎn)角和力矩；

所述制動(dòng)踏板力測(cè)量?jī)x用于檢測(cè)對(duì)踩踏制動(dòng)踏板的力。

可選地，所述制動(dòng)踏板力測(cè)量?jī)x進(jìn)一步用于當(dāng)檢測(cè)到踩踏制動(dòng)踏板的力時(shí)，觸發(fā)所述定位系統(tǒng)、陀螺儀、方向盤(pán)轉(zhuǎn)角測(cè)量?jī)x和輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)開(kāi)始記錄。

可選地，所述車(chē)輛穩(wěn)定性測(cè)量系統(tǒng)還包括與所述制動(dòng)踏板力測(cè)量?jī)x相連的無(wú)線觸發(fā)裝置，

所述無(wú)線觸發(fā)裝置用于根據(jù)所述制動(dòng)踏板力測(cè)量?jī)x的觸發(fā)信息，通過(guò)無(wú)線方式發(fā)送觸發(fā)信號(hào)至所述輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)。

可選地，所述輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)包括：安裝在輪轂上的應(yīng)變傳感器裝置、安裝在輪胎內(nèi)部的PVDF裝置和輪速傳感器測(cè)量裝置，其中

所述應(yīng)變傳感器裝置用于測(cè)量輪轂應(yīng)力；

所述PVDF裝置用于測(cè)量胎面應(yīng)力；

所述輪速傳感器測(cè)量裝置用于測(cè)量輪胎的轉(zhuǎn)速和加速度信息。

可選地，所述輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)還包括：數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)裝置，

所述數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)裝置用于通過(guò)紫蜂協(xié)議Zigbee無(wú)線傳輸方式接收觸發(fā)信號(hào)，并將所述觸發(fā)信號(hào)發(fā)送至應(yīng)變傳感器裝置、PVDF裝置和輪速傳感器測(cè)量裝置，以及，通過(guò)Zigbee無(wú)線傳輸方式將測(cè)量的數(shù)據(jù)發(fā)送至所述數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。

可選地，所述輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)還包括：能量自給裝置，

所述能量自給裝置用于為所述應(yīng)變傳感器裝置、PVDF裝置、輪速傳感器測(cè)量裝置和數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)裝置供電。

本發(fā)明還提供一種車(chē)輛穩(wěn)定性及輪胎面內(nèi)作用力集成測(cè)量方法，包括：

當(dāng)檢測(cè)到踩踏制動(dòng)踏板的力時(shí)，實(shí)時(shí)測(cè)量車(chē)輛的運(yùn)行軌跡、運(yùn)行時(shí)間和制動(dòng)距離，以及實(shí)時(shí)測(cè)量車(chē)輛質(zhì)心穩(wěn)定性參數(shù)、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)向角參數(shù)、輪胎的轉(zhuǎn)速、加速度以及輪轂和胎面應(yīng)變信息；

對(duì)測(cè)量得到數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理并存儲(chǔ)。

可選地，所述當(dāng)檢測(cè)到踩踏制動(dòng)踏板的力時(shí)，實(shí)時(shí)測(cè)量車(chē)輛的運(yùn)行軌跡、運(yùn)行時(shí)間和制動(dòng)距離，以及實(shí)時(shí)測(cè)量車(chē)輛質(zhì)心穩(wěn)定性參數(shù)、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)向角參數(shù)、輪胎的轉(zhuǎn)速、加速度以及輪轂和胎面應(yīng)變信息的步驟中，

通過(guò)定位系統(tǒng)采用通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)GPRS技術(shù)，接收衛(wèi)星信號(hào)，采用差分的方式記錄車(chē)輛的運(yùn)行軌跡、運(yùn)行時(shí)間和制動(dòng)距離；

通過(guò)位于車(chē)輛質(zhì)心處的陀螺儀實(shí)時(shí)測(cè)量車(chē)輛質(zhì)心穩(wěn)定性參數(shù)；

通過(guò)位于方向盤(pán)處的方向盤(pán)轉(zhuǎn)角測(cè)量?jī)x實(shí)時(shí)測(cè)量方向盤(pán)轉(zhuǎn)角和力矩；

通過(guò)制動(dòng)踏板力測(cè)量?jī)x檢測(cè)對(duì)踩踏制動(dòng)踏板的力；

通過(guò)應(yīng)變傳感器裝置測(cè)量輪轂應(yīng)力；

通過(guò)PVDF裝置測(cè)量胎面應(yīng)力；

通過(guò)輪速傳感器測(cè)量裝置測(cè)量輪胎的轉(zhuǎn)速和加速度信息。

通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例，能夠快速準(zhǔn)確、同步的檢測(cè)車(chē)輛非穩(wěn)態(tài)輸入下的穩(wěn)定性參數(shù)及輪胎面內(nèi)作用力時(shí)變特性，對(duì)于分析交通事故現(xiàn)場(chǎng)輪胎印跡產(chǎn)生機(jī)理具有很高的理論價(jià)值，同時(shí)對(duì)車(chē)輛穩(wěn)定性和輪胎作用力分析及測(cè)試應(yīng)用帶來(lái)很大的方便。為車(chē)輛穩(wěn)定性、輪胎印跡機(jī)理分析的研究工作打下了良好的基礎(chǔ)。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書(shū)中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

附圖說(shuō)明

附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與本申請(qǐng)的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明的技術(shù)方案，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限制。

圖1是輪胎顯隱印跡特性圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的車(chē)輛穩(wěn)定性及輪胎面內(nèi)作用力集成測(cè)量系統(tǒng)的組成示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的車(chē)輛穩(wěn)定性測(cè)量系統(tǒng)組成示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例的輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)組成示意圖；

圖5(a)是PVDF裝置縱向布局及測(cè)量原理；

圖5(b)是PVDF薄膜測(cè)量原理；

圖5(c)是PVDF裝置橫向布局示意圖；

圖6是本發(fā)明實(shí)施例的能量自給裝置組成示意圖；

圖7是本發(fā)明應(yīng)用示例的車(chē)輛穩(wěn)定性及輪胎面內(nèi)作用力集成測(cè)量系統(tǒng)的組成示意圖；

圖8是本發(fā)明實(shí)施例的車(chē)輛穩(wěn)定性及輪胎面內(nèi)作用力集成測(cè)量方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下文中將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互任意組合。

目前，通過(guò)室內(nèi)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)可測(cè)量并驗(yàn)證基于點(diǎn)接觸模型的輪胎力的大小和變化特性，通過(guò)擬合對(duì)輪胎動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行全面分析，其主要作用為分析車(chē)輛的穩(wěn)定性，但車(chē)輛在運(yùn)行過(guò)程中輪胎的動(dòng)態(tài)特性變化無(wú)法通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行精確測(cè)量；采用輪胎面內(nèi)應(yīng)力測(cè)試設(shè)備(Tirescan)能夠?qū)喬ッ鎯?nèi)三向作用力進(jìn)行詳細(xì)的分析，但是只能分析固定路段輪胎經(jīng)過(guò)時(shí)的瞬態(tài)接觸特性；基于ABAQUS的有限元分析模型雖然能夠全面的分析輪胎力學(xué)、輪胎接觸面內(nèi)動(dòng)態(tài)特性等，但是獲取輪胎參數(shù)較困難，有些參數(shù)仍然需要擬合，影響了輪胎力學(xué)分析的精度。

近年來(lái)，PVDF測(cè)量技術(shù)的發(fā)展為輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變實(shí)時(shí)測(cè)量提供了可能。PVDF很柔軟，能很好適應(yīng)輪胎橡膠變形大的特點(diǎn)，同時(shí)因其剛度小，對(duì)輪胎橡膠的干擾很小，測(cè)量更準(zhǔn)確。目前PVDF薄膜的機(jī)械性能、物理性能等指標(biāo)可以滿足輪胎胎內(nèi)測(cè)試環(huán)境要求。從高速旋轉(zhuǎn)的輪胎內(nèi)部傳輸胎內(nèi)傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)只能通過(guò)無(wú)線的方式，而無(wú)線局域網(wǎng)通訊技術(shù)的快速發(fā)展使非接觸測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)收發(fā)成為可能。Zigbee(紫蜂協(xié)議)數(shù)據(jù)傳輸是一種近距離、低功耗、低速率、低成本的雙向無(wú)線通信技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)250kbps速率的數(shù)據(jù)傳輸，適合輪胎內(nèi)傳感器的數(shù)據(jù)傳輸，為輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)傳輸、車(chē)輛穩(wěn)定性能和輪胎面內(nèi)作用力測(cè)量系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)開(kāi)發(fā)提供了基礎(chǔ)。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種能夠同時(shí)對(duì)車(chē)輛穩(wěn)定性和輪胎面內(nèi)作用力進(jìn)行測(cè)量及評(píng)價(jià)的測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、運(yùn)算量小、便于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。此系統(tǒng)可以對(duì)車(chē)輛穩(wěn)定性及輪胎面內(nèi)作用力進(jìn)行高精度實(shí)時(shí)測(cè)量和評(píng)價(jià)，對(duì)應(yīng)用帶來(lái)很大的簡(jiǎn)便。

如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的車(chē)輛穩(wěn)定性及輪胎面內(nèi)作用力集成測(cè)量系統(tǒng)，可在測(cè)量車(chē)輛穩(wěn)定性參數(shù)的同時(shí)對(duì)輪胎面內(nèi)作用力進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，包括定位系統(tǒng)11、車(chē)輛穩(wěn)定性測(cè)量系統(tǒng)12、輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)13、以及數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)14，其中：

所述定位系統(tǒng)11用于實(shí)時(shí)記錄車(chē)輛行駛位置信息、運(yùn)動(dòng)時(shí)間及時(shí)基信息；

所述車(chē)輛穩(wěn)定性測(cè)量系統(tǒng)12用于實(shí)時(shí)測(cè)量車(chē)輛質(zhì)心穩(wěn)定性參數(shù)、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)向角參數(shù)和制動(dòng)踏板力參數(shù)；

所述輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)13用于實(shí)時(shí)測(cè)量輪胎的轉(zhuǎn)速、加速度以及輪轂和胎面應(yīng)變信息；

所述數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)14用于采集所述定位系統(tǒng)、車(chē)輛穩(wěn)定性測(cè)量系統(tǒng)、輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理并存儲(chǔ)。

通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例，能夠快速準(zhǔn)確、同步的檢測(cè)車(chē)輛非穩(wěn)態(tài)輸入下的穩(wěn)定性參數(shù)及輪胎面內(nèi)作用力時(shí)變特性，對(duì)于分析交通事故現(xiàn)場(chǎng)輪胎印跡產(chǎn)生機(jī)理具有很高的理論價(jià)值，同時(shí)對(duì)車(chē)輛穩(wěn)定性和輪胎作用力分析及測(cè)試應(yīng)用帶來(lái)很大的方便。為車(chē)輛穩(wěn)定性、輪胎印跡機(jī)理分析的研究工作打下了良好的基礎(chǔ)。

下面對(duì)車(chē)輛穩(wěn)定性及輪胎面內(nèi)作用力集成測(cè)量系統(tǒng)的每個(gè)組成部分進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

一、定位系統(tǒng)11

所述定位系統(tǒng)11進(jìn)一步用于采用GPRS(General Packet Radio Service，通用分組無(wú)線業(yè)務(wù))技術(shù)，接收衛(wèi)星信號(hào)，采用差分的方式記錄車(chē)輛運(yùn)行軌跡、運(yùn)行時(shí)間和制動(dòng)距離。

制動(dòng)距離由車(chē)輛穩(wěn)定性測(cè)量系統(tǒng)12中制動(dòng)踏板力測(cè)量?jī)x觸發(fā)，經(jīng)差分計(jì)算得出。經(jīng)過(guò)GPRS定位系統(tǒng)11，將車(chē)輛運(yùn)行坐標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，經(jīng)過(guò)后期數(shù)據(jù)處理即可實(shí)現(xiàn)車(chē)輛軌跡的多模式顯示。同時(shí)，基于GPRS定位系統(tǒng)11為整個(gè)系統(tǒng)提供時(shí)基，所有測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量時(shí)序嚴(yán)格按照此時(shí)基進(jìn)行。

二、車(chē)輛穩(wěn)定性測(cè)量系統(tǒng)12

如圖3所示，所述車(chē)輛穩(wěn)定性測(cè)量系統(tǒng)12包括陀螺儀121、方向盤(pán)轉(zhuǎn)角測(cè)量?jī)x122和制動(dòng)踏板力測(cè)量?jī)x123，其中，

所述陀螺儀121位于車(chē)輛質(zhì)心處，用于實(shí)時(shí)測(cè)量車(chē)輛質(zhì)心穩(wěn)定性參數(shù)；

其中，所述陀螺儀121可以采用IMU02陀螺儀；

所述方向盤(pán)轉(zhuǎn)角測(cè)量?jī)x122位于方向盤(pán)處，用于實(shí)時(shí)測(cè)量方向盤(pán)轉(zhuǎn)角和力矩；

所述制動(dòng)踏板力測(cè)量?jī)x123用于檢測(cè)對(duì)踩踏制動(dòng)踏板的力。

本實(shí)施例中，通過(guò)方向盤(pán)轉(zhuǎn)角測(cè)量?jī)x122及制動(dòng)踏板力測(cè)量?jī)x123測(cè)量車(chē)輛模型的輸入?yún)?shù)，由陀螺儀121測(cè)量車(chē)輛質(zhì)心穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)參數(shù)的變化。

本實(shí)施例中，所述制動(dòng)踏板力測(cè)量?jī)x123進(jìn)一步用于當(dāng)檢測(cè)到踩踏制動(dòng)踏板的力時(shí)，觸發(fā)所述定位系統(tǒng)11、陀螺儀121、方向盤(pán)轉(zhuǎn)角測(cè)量?jī)x122和輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)13開(kāi)始記錄。

所述制動(dòng)踏板力測(cè)量?jī)x123進(jìn)一步用于當(dāng)檢測(cè)不到踩踏制動(dòng)踏板的力時(shí)，觸發(fā)所述定位系統(tǒng)11、陀螺儀121、方向盤(pán)轉(zhuǎn)角測(cè)量?jī)x122和輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)13停止記錄記錄。

在其他實(shí)施方案中，也可以是當(dāng)所述踩踏制動(dòng)踏板的力大于等于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，觸發(fā)所述定位系統(tǒng)11、陀螺儀121、方向盤(pán)轉(zhuǎn)角測(cè)量?jī)x122和輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)13開(kāi)始記錄，當(dāng)所述踩踏制動(dòng)踏板的力小于預(yù)設(shè)閾值時(shí)，觸發(fā)所述定位系統(tǒng)11、陀螺儀121、方向盤(pán)轉(zhuǎn)角測(cè)量?jī)x122和輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)13停止記錄。

所述車(chē)輛穩(wěn)定性測(cè)量系統(tǒng)12還可包括與所述制動(dòng)踏板力測(cè)量?jī)x123相連的無(wú)線觸發(fā)裝置124，

所述無(wú)線觸發(fā)裝置124用于根據(jù)所述制動(dòng)踏板力測(cè)量?jī)x123的觸發(fā)信息，通過(guò)無(wú)線方式發(fā)送觸發(fā)信號(hào)至所述輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)13。

所述無(wú)線觸發(fā)裝置124可采用Zigbee數(shù)據(jù)傳輸方式發(fā)送觸發(fā)信號(hào)至輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)13。

在本實(shí)施例中，方向盤(pán)轉(zhuǎn)角測(cè)量?jī)x122對(duì)方向盤(pán)轉(zhuǎn)角和力矩進(jìn)行測(cè)量，制動(dòng)踏板力測(cè)量?jī)x123對(duì)踩踏制動(dòng)踏板的力進(jìn)行測(cè)量，車(chē)輛質(zhì)心處的穩(wěn)定性參數(shù)由IMU02陀螺儀121進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為質(zhì)心處的動(dòng)態(tài)參數(shù)。三個(gè)測(cè)量裝置由制動(dòng)踏板力測(cè)量?jī)x123觸發(fā)，并作為基準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析，所測(cè)得的數(shù)據(jù)直接傳輸至數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)14，可以經(jīng)快速總線技術(shù)傳輸至數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)14中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記錄儀當(dāng)中，可以進(jìn)一步由上位機(jī)及其軟件系統(tǒng)統(tǒng)一進(jìn)行處理和分析。

三、輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)13

如圖4所示，輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)13包括：安裝在輪轂上的應(yīng)變傳感器裝置131、安裝在輪胎內(nèi)部的PVDF裝置132和輪速傳感器測(cè)量裝置133，其中

所述應(yīng)變傳感器裝置131用于測(cè)量輪轂應(yīng)力；

其中，應(yīng)變傳感器裝置131可包括多個(gè)安裝在輪轂上的應(yīng)變傳感器。

所述PVDF裝置132用于測(cè)量胎面應(yīng)力；

如圖5(a)～圖5(c)所示，PVDF裝置132可包括安裝在輪胎內(nèi)部的多個(gè)PVDF裝置。其中，L_p表示輪胎接地長(zhǎng)度，T_x表示傳感器接地長(zhǎng)度，v表示車(chē)輛行駛速度，ω表示車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，r表示傳感器和輪胎半徑，R(x,y)表示傳感器在對(duì)應(yīng)點(diǎn)處的曲率半徑，θ表示傳感器表面夾角，F(xiàn)表示在x方向上的受力。當(dāng)PVDF裝置收到x方向的力時(shí)，PVDF薄膜曲率發(fā)生變化，此時(shí)可通過(guò)測(cè)量PVDF薄膜變形量求解受力大小。

所述輪速傳感器測(cè)量裝置133用于測(cè)量輪胎的轉(zhuǎn)速和加速度信息。

所述輪速傳感器測(cè)量裝置133可采用Kisler WPT輪速傳感器。

本實(shí)施例中，通過(guò)在輪轂周?chē)贾脩?yīng)變傳感器對(duì)輪轂在車(chē)輛穩(wěn)定性過(guò)程中的應(yīng)變進(jìn)行測(cè)量；對(duì)胎面應(yīng)力的測(cè)量則使用PVDF裝置，適當(dāng)?shù)陌惭b在輪胎內(nèi)部，安裝位置如圖5(c)所示，其密度由研究目的決定。在車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中，輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)13在制動(dòng)踏板力測(cè)量?jī)x123的觸發(fā)下開(kāi)始對(duì)輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變進(jìn)行測(cè)量。

雖然目前的PVDF裝置已可以實(shí)現(xiàn)輪胎胎內(nèi)變形和加速度信息的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，其中的變形數(shù)據(jù)與加速度數(shù)據(jù)互為等效，通過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)處理可以互相轉(zhuǎn)化，但測(cè)量過(guò)程中噪聲較大且存在一定的誤差。因此，為對(duì)車(chē)輪加速度進(jìn)行精確的測(cè)量，采用Kisler輪速傳感器測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)輪胎的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角加速度進(jìn)行測(cè)量和對(duì)比驗(yàn)證。

在本實(shí)施例中，所述輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)還包括：數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)裝置134，

所述數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)裝置134用于通過(guò)無(wú)線方式接收觸發(fā)信號(hào)，并將所述觸發(fā)信號(hào)發(fā)送至應(yīng)變傳感器裝置131、PVDF裝置132和輪速傳感器測(cè)量裝置133，以及，通過(guò)無(wú)線方式將測(cè)量的數(shù)據(jù)發(fā)送至所述數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)14。

所述數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)裝置134可采用紫蜂協(xié)議Zigbee無(wú)線傳輸技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)。

所采集數(shù)據(jù)不經(jīng)存儲(chǔ)直接由Zigbee無(wú)線傳輸技術(shù)進(jìn)行傳輸，通過(guò)數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)裝置134將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞至數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)14，由此方式完成應(yīng)變信息的采集和無(wú)線傳輸。

可選地，所述輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)13還包括：能量自給裝置135，

所述能量自給裝置135用于為所述應(yīng)變傳感器裝置131、PVDF裝置132、輪速傳感器測(cè)量裝置133和數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)裝置134供電。如圖6所示，能量自給裝置135包括依次相連的充電管理電路、鋰電池、放電保護(hù)電路和開(kāi)關(guān)控制電路，充電電源分別與充電管理電路和開(kāi)關(guān)控制電路相連，開(kāi)關(guān)控制電路輸出電壓為所述應(yīng)變傳感器裝置131、PVDF裝置132、輪速傳感器測(cè)量裝置133和數(shù)據(jù)無(wú)線收發(fā)裝置134供電。

四、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)14

所述數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)14用于采集所述定位系統(tǒng)、車(chē)輛穩(wěn)定性測(cè)量系統(tǒng)、輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理并存儲(chǔ)，可包括數(shù)據(jù)采集和處理模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記錄儀。

其中，數(shù)據(jù)采集和處理模塊可采用DEWEsoft，經(jīng)傳感器采集到的數(shù)據(jù)存在一定的噪聲，且數(shù)據(jù)格式也可能需要轉(zhuǎn)換，因此數(shù)據(jù)采集和處理模塊需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)處理。對(duì)所采集到的輪胎動(dòng)態(tài)參數(shù)、車(chē)輛穩(wěn)定性參數(shù)及輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變信息進(jìn)行統(tǒng)一采集和處理，最后經(jīng)高速總線技術(shù)將采集參數(shù)傳輸至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記錄儀當(dāng)中，用于后期的數(shù)據(jù)分析和處理。至此，完成整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量和數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和分析工作。

如圖7所示，為本發(fā)明應(yīng)用示例的車(chē)輛穩(wěn)定性及輪胎面內(nèi)作用力集成測(cè)量系統(tǒng)的組成示意圖。車(chē)輛穩(wěn)定性參數(shù)由方向盤(pán)轉(zhuǎn)角測(cè)量?jī)x、制動(dòng)踏板力測(cè)量?jī)x和IMU02陀螺儀進(jìn)行測(cè)量，車(chē)輪動(dòng)態(tài)特性由Kistler WPT輪速傳感器測(cè)量，GPRS/北斗衛(wèi)星測(cè)量模塊實(shí)施測(cè)量車(chē)輛的運(yùn)行軌跡、制動(dòng)時(shí)間和制動(dòng)距離；輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)對(duì)輪轂應(yīng)力和胎面應(yīng)力進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，經(jīng)局域無(wú)線傳輸技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸；所有系統(tǒng)觸發(fā)都由制動(dòng)踏板力測(cè)量?jī)x觸發(fā)條觸發(fā)，所測(cè)得的數(shù)據(jù)經(jīng)衛(wèi)星系統(tǒng)所提供的時(shí)基傳輸至數(shù)據(jù)采集與處理模塊，最后經(jīng)高速總線技術(shù)匯總至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記錄儀當(dāng)中，用于后期的數(shù)據(jù)分析和研究。

如圖7所示，為本發(fā)明實(shí)施例的車(chē)輛穩(wěn)定性及輪胎面內(nèi)作用力集成測(cè)量方法，包括：

步驟201，當(dāng)檢測(cè)到踩踏制動(dòng)踏板的力時(shí)，實(shí)時(shí)測(cè)量車(chē)輛的運(yùn)行軌跡、運(yùn)行時(shí)間和制動(dòng)距離，以及實(shí)時(shí)測(cè)量車(chē)輛質(zhì)心穩(wěn)定性參數(shù)、轉(zhuǎn)向盤(pán)轉(zhuǎn)向角參數(shù)、輪胎的轉(zhuǎn)速、加速度以及輪轂和胎面應(yīng)變信息；

其中，在本步驟中，通過(guò)定位系統(tǒng)采用GPRS技術(shù)，接收衛(wèi)星信號(hào)，采用差分的方式記錄車(chē)輛的運(yùn)行軌跡、運(yùn)行時(shí)間和制動(dòng)距離。

通過(guò)GPRS定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄車(chē)輛行駛位置信息、運(yùn)動(dòng)時(shí)間及時(shí)基等信息，這是本技術(shù)方案需要處理的時(shí)間基準(zhǔn)和對(duì)象。

通過(guò)位于車(chē)輛質(zhì)心處的陀螺儀實(shí)時(shí)測(cè)量車(chē)輛質(zhì)心穩(wěn)定性參數(shù)；通過(guò)位于方向盤(pán)處的方向盤(pán)轉(zhuǎn)角測(cè)量?jī)x實(shí)時(shí)測(cè)量方向盤(pán)轉(zhuǎn)角和力矩；通過(guò)制動(dòng)踏板力測(cè)量?jī)x檢測(cè)對(duì)踩踏制動(dòng)踏板的力。

車(chē)輛行駛過(guò)程中的質(zhì)心穩(wěn)定性參數(shù)可由安裝在近質(zhì)心處的IMU02陀螺儀進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，方向盤(pán)轉(zhuǎn)向角輸入由方向盤(pán)轉(zhuǎn)角測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量，制動(dòng)力由制動(dòng)踏板力進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。

通過(guò)應(yīng)變傳感器裝置測(cè)量輪轂應(yīng)力；通過(guò)PVDF裝置測(cè)量胎面應(yīng)力；通過(guò)輪速傳感器測(cè)量裝置測(cè)量輪胎的轉(zhuǎn)速和加速度信息。

其中，輪胎的轉(zhuǎn)速、加速度和輪胎路面的整體接觸信息，可通過(guò)Kisler輪速傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量；在輪胎內(nèi)部進(jìn)行PVDF裝置的布局和無(wú)線數(shù)據(jù)采集、傳輸系統(tǒng)的固定，組成輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)，在車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中對(duì)輪胎作用力進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量和數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。其中時(shí)間的標(biāo)定采用無(wú)線觸發(fā)的方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)同步，此無(wú)線觸發(fā)系統(tǒng)由制動(dòng)踏板力測(cè)量?jī)x進(jìn)行觸發(fā)。

步驟202，對(duì)測(cè)量得到數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理并存儲(chǔ)。

通過(guò)車(chē)載數(shù)據(jù)采集和處理模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記錄儀對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和處理，通過(guò)數(shù)據(jù)采集和處理模塊將數(shù)據(jù)通過(guò)高速總線技術(shù)實(shí)時(shí)傳送給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)記錄儀，便于后期對(duì)車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一采集、處理和顯示。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、有效的將GPRS數(shù)據(jù)采集，無(wú)線模塊間數(shù)據(jù)傳送，數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)融合于一個(gè)系統(tǒng)，為簡(jiǎn)單有效的評(píng)價(jià)車(chē)輛穩(wěn)定性和輪胎面內(nèi)作用力動(dòng)態(tài)特性提供了一個(gè)良好的平臺(tái)。

2、輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確的測(cè)量輪胎非穩(wěn)態(tài)工況接地過(guò)程中的三向作用力變化特性，使用方便、測(cè)量精度和實(shí)時(shí)性高。

3、有效的填補(bǔ)了車(chē)輛穩(wěn)定性及輪胎作用力實(shí)時(shí)測(cè)量與評(píng)價(jià)的空洞，為今后車(chē)輛穩(wěn)定性及輪胎作用力測(cè)量、輪胎印跡機(jī)理解析打下良好的基礎(chǔ)。

通過(guò)以上分析可知，結(jié)合輪胎動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量技術(shù)的車(chē)輛穩(wěn)定性及輪胎面內(nèi)作用力集成測(cè)量系統(tǒng)為車(chē)輛穩(wěn)定性及輪胎面內(nèi)作用力同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試提供了一種簡(jiǎn)單有效、快速準(zhǔn)確的方法。本發(fā)明實(shí)施例的方法可以延伸到車(chē)輛穩(wěn)定性分析、輪胎印跡形成、輪胎磨損等相關(guān)的領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的本發(fā)明實(shí)施例的模塊或步驟可以用通用的計(jì)算裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，它們可以集中在單個(gè)的計(jì)算裝置上，或者分布在多個(gè)計(jì)算裝置所組成的網(wǎng)絡(luò)上，可選地，它們可以用計(jì)算裝置可執(zhí)行的程序代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而，可以將它們存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置中由計(jì)算裝置來(lái)執(zhí)行，并且在某些情況下，可以以不同于此處的順序執(zhí)行所示出或描述的步驟，或者將它們分別制作成集成電路模塊，或者將它們中的多個(gè)模塊或步驟制作成單個(gè)集成電路模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣，本發(fā)明實(shí)施例不限制于任何特定的硬件和軟件結(jié)合。

雖然本發(fā)明所揭露的實(shí)施方式如上，但所述的內(nèi)容僅為便于理解本發(fā)明而采用的實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實(shí)施的形式及細(xì)節(jié)上進(jìn)行任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書(shū)所界定的范圍為準(zhǔn)。