[发明专利]单轴陀螺的车轮转速测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于单轴陀螺的车轮转速的测量系统及方法，尤其涉及一种增大陀螺测量范围后的车轮转速测量方法。

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，测量各轴制动协调时间，是一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。

车轮转速的测量方法有很多，一般可以分为两类：一类是直接法，即直接观测机械或者电机的机械运动，测量特定时间内机械旋转的圈数，从而测出机械运动的转速；另一类是间接法，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、离心式转速表测量法、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，但是互换性差，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；离心式测量法具有准确直观、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一些改造，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测量，但是价格昂贵。

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工况要求，运用了一种基于单轴陀螺的车轮转速测量系统及方法，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、测量准确等特点。

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。

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1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1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。

如第一步所述，单轴陀螺所感知的车轮转速为ω*cosθ，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测量高转速，倾斜角度θ通过以下公式来确定：                                                。

有益效果：本发明将单轴陀螺应用到了车轮转速的测量当中，并且解决了陀螺量程过窄的问题。单轴陀螺能够测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，减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。

附图说明

图1为本发明系统的结构示意图；

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。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本单轴陀螺的车轮转速测量系统包括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（即，单轴陀螺）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，由计算机或者仪表显示。