CN104655872A - 汽车车速测控方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车车速测控方法及系统，通过实时测量两个前轮的速度及偏转角度，同时根据四个轮轴处重力传感器的值、汽车的轴距及轮距确定汽车的重心，将汽车左右两个前轮在汽车转弯时绕瞬心的移动的速度，分别换算成汽车重心处的移动速度，并将汽车重心处两个汽车速度的平均值作为汽车转弯时的实际行驶速度，同时可以根据四个轮子的受力情况控制车速。它有效解决了现有技术的汽车测速装置采用变速箱输出轴转速换算车速，存在汽车转弯时车速准确度不高、导致控制精度降低而易引发行车事故的问题，具有很高的实用价值。

Description

汽车车速测控方法及系统

技术领域

本发明涉及汽车控制领域，尤其是涉及一种可以有效对汽车转弯时的车速进行测控的汽车车速测控方法及系统。

背景技术

现有技术的汽车主要是通过测量变速箱输出轴的转速来换算成汽车车速的，但变速箱输出轴的转速代表汽车车轮的速度，当汽车直线行驶时，汽车车轮的移动速度与汽车整体的移动速度一致，而汽车在转弯时，汽车整体的运动轨迹与汽车驱动轮的轨迹并不一致，因此用汽车的车轮速度来代替汽车整体速度则存在误差。随着现代汽车智能化水平的不断提高，对汽车的各项参数的精确性要求也越来越高，尤其是汽车在转弯时更容易出现发生安全事故，因此对于汽车行驶主要指标车速的精确性要求也越来越高，以便实现对汽车转弯行驶状态的精密控制。因此，如何精确测量汽车在转弯时的速度及根据车速进行有效控制，减少由于转弯时车速不准导致错误判断而引发的行车事故，确保行车安全，是一个日益重要的课题。公开日为2012年2月15日，公开号为CN102662077A的中国专利文献公开了一种车速测量及限速报警装置，该装置由用于测量车速的磁电传感器、单片机、车速设定模块、报警单元组成，所述磁电传感器、车速设定模块分别与单片机的信号输入端连接，单片机的信号输出端与报警单元连接。本发明通过磁电传感器检测车轮转速信号输入单片机，单片机通过对信号进行处理计算出车速后在显示器上显示，对于不同地区可通过车速设定模块选择对应车速，当实际车速超过设定值后，进行语音报警，增加行车安全性。但该方案没有考虑汽车转弯时的实际速度与车轮速度不一致的问题，没有解决汽车转弯时的汽车车速准确测量及控制问题。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术的汽车测速装置采用变速箱输出轴转速换算车速，存在汽车转弯时车速准确度不高、导致控制精度降低而易引发行车事故的问题，提供一种可实时准确测量汽车转弯时的速度，并对汽车进行有效控制的汽车车速测控方法及系统。

本发明为解决上述技术问题而采用的具体技术方案是，一种汽车车速测量方法，包括以下步骤：

A、获取四轮汽车的固有参数，汽车固有参数包括汽车的轴距L、汽车的轮距B；实时测量并获取分别安装在左前轮、右前轮、右后轮及左后轮轮轴上的四个重力传感器的值F₁、F₂、F₃及F₄，实时测量左前轮偏角θ₁和左前轮速度v₁，右前轮偏角θ₂和右前轮速度v₂，汽车重心G与右前轮和右后轮轴心连线的距离为a，重心G与两个前轮轴心连线的距离为b。

B、计算重心G与异侧前轮和异侧后轮轴心连线的距离a，计算公式为：

$a=\frac{(F_1+F_4)\·B}{F_1+F_2+F_3+F_4}.$

C、计算重心G与两个前轮轴心连线的距离b，计算公式为：

$b=\frac{(F_3+F_4)\·L}{F_1+F_2+F_3+F_4}.$

D、测定汽车前轮的偏角及偏转方向，当左右前轮的偏角平均值小于2度时，汽车重心处的车速按汽车左前轮速度v₁与右前轮速度v₂的平均值确定；当左右前轮的偏角平均值大于等于2度时，根据汽车转向状态并分别以左前轮和右前轮为基准计算汽车重心处的速度。

E、以左前轮为基准计算汽车重心处的速度v_G1：

①、计算左前轮与瞬心O的距离r₁，计算公式为：

$r_1=\frac{L}{\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)}.$

②、计算汽车重心G、瞬心O与后轮轴心线之间形成的重心角θG，计算公式为： ${\mathrm{\θ}}_G={\tan }^{-1}\left(\frac{L-b}{r_1\·\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)+i\·(B-a)}\right),$ 其中汽车左转时，i＝1，汽车右转时，i＝-1。

③、计算瞬心O与重心G的距离r_G,计算公式为：

$r_G=\frac{L-b}{\sin \left({\mathrm{\θ}}_G\right)}.$

④、计算汽车重心处的速度v_G1，计算公式为：

$v_{G1}=\frac{v_1}{r_1}\·r_G.$

F、以右前轮为基准计算汽车重心处的速度v_G2：

①、计算右前轮与瞬心O的距离r₂，计算公式为：

$r_2=\frac{L}{\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)}.$

②、计算汽车重心G、瞬心O与后轮轴心线之间形成的重心角θ_G，计算公式为：其中汽车左转时，i＝1，汽车右转时，i＝-1。

③、计算瞬心O与重心G的距离r_G,计算公式为：

$r_G=\frac{L-b}{\sin \left({\mathrm{\θ}}_G\right)}.$

④、计算汽车重心处的速度v_G2，计算公式为：

$v_{G2}=\frac{v_2}{r_2}\·r_G.$

G、计算汽车转向时的重心处平均车速v_G为：

$v_G=\frac{v_{G1}+v_{G2}}{2}.$

本发明通过安装在汽车两个前轮上的两个速度测量装置及车轮偏转角度测量装置实时测量两个前轮的速度(车轮相对于路面的平移速度)及偏转角度，同时根据安装在汽车四个轮子轮轴上的四个重力传感器的值、汽车的固有参数轴距L(即汽车前后两轴之间的距离)及轮距B(即汽车左右两轮之间的距离，通常前后轮距相同)确定汽车的重心G，将汽车左右两个前轮在汽车转弯时绕瞬心O的移动的速度，分别换算成汽车重心处的移动速度。汽车转弯时要求系统保证各车轮作纯滚动，这里的瞬心就是各车轮作纯滚动时所围绕的同一中心点，但实际上汽车转弯时左前轮与右前轮所围绕的中心点并不是同一个点，即可能出现具有两个瞬心的情况，因此本发明采用左前轮与右前轮分开计算，并将汽车重心处两个汽车速度的平均值作为汽车转弯时的实际行驶速度，这样更接近于实际情况，并具有更高的准确性。与现有技术的变速箱输出轴转速直接换算车速相比，本发明在汽车转弯时所测的车速具有更高的准确性，可以为现代的智能汽车或自动化汽车提供更准确的数据，从而实现更精确更有效的控制，确保行车安全。另外，用本发明方法所测的车速来确定汽车行驶里程，也具有更高的准确性。

本发明的方法在汽车两个前轮的偏角平均值小于2度时直接按两个前轮速度的平均值确定车速，这样可以避免当汽车转弯半径太大时造成计算困难，降低系统成本，同时前轮偏角过小时其车速与轮速相差很小，不会影响测量精度。

一种基于上述车速测量方法的车速控制方法，当汽车车速v_G≥8m/s时，计算四个重力传感器中的重力最大值与重力最小值之比K，即K＝F_max/F_min，当K≥10时，车速控制器控制汽车降低车速，使四个重力传感器检测到的重力最大值与重力最小值之比K＜5。本发明通过检测四个重力传感器的重力最大值与重力最小值之比来判断汽车是否可能向一侧翻倒，汽车重量在四个轮子上的分配出现重大变化是汽车可能出现侧翻的前兆，车速控制器与汽车的刹车系统和发动机系统连接，可以通过刹车系统和发动机系统智能降低车速，及时采取减速措施可以有效防止这种侧翻的发生。本发明主要是针对汽车转弯时车速较快而引起的汽车侧翻，因此仅在车速大于等于8米每秒时才检测四个重力传感器中的重力最大值与重力最小值之比。而车速较慢时发生的侧翻通常是汽车重心过高或路面不平引起，此时采取减速措施通常效果不佳。

作为优选，当10＞K≥5或|v_G1-v_G2|/v_G≥0.1时，车速控制器通过报警器报警。其中10＞K≥5代表汽车具有向某一侧运动的趋势，通过报警器提醒车内人员注意，驾驶员可以采取适当的应对措施；而|v_G1-v_G2|/v_G≥0.1表示以左前轮及右前轮为基准分别计算的两个汽车重心速度之间的差值与这两个速度平均值之比相差较大，这种情况通常是汽车存在机械故障，因此需要提醒车内人员注意，因为在正常情况下，以左前轮及右前轮为基准分别计算的两个汽车重心速度相差不大。

一种基于上述车速控制方法的车速测控系统，包括车速控制器、安装在汽车两个前轮上的车轮偏角测量仪、安装在四个车轮轮轴上的重力传感器、安装在汽车两个前轮上的车轮速度测量仪，所述车轮偏角测量仪、车轮速度测量仪及重力传感器均与车速控制器电连接。

车轮偏角测量仪测量车轮的偏转角并发送到车速控制器；车轮速度测量仪检测车轮的速度并发送到车速控制器；重力传感器检测车身重力值并发送到车速控制器。重力传感器下方的车身结构的重量是检测不到的，但是这部分重量属于固定值，可以对a和b值进行修正，也可以忽略不计。

作为优选，车速测控系统还包括报警器，报警器连接车速控制器，所述报警器包括声音报警器和/或灯光报警器，所述声音报警器安装在驾驶室内，所述灯光报警器安装在仪表板上。

本发明的有益效果是，它有效地解决了现有技术的汽车测速装置采用变速箱输出轴转速换算车速，存在汽车转弯时车速准确度不高、导致控制精度降低而易引发行车事故的问题，本发明可实时准确测量汽车转弯时的速度，并对汽车速度进行有效的控制，确保行车安全，具有很高的实用价值。

附图说明

图1是本发明汽车车速测控系统的一种结构框图；

图2是本发明汽车车速测控系统的另一种结构框图；

图3是本发明在汽车左转弯时的一种参数示意图；

图4是本发明在汽车右转弯时的一种参数示意图。

图中：1.车速控制器，2.车轮偏角测量仪，3.重力传感器，4.车轮速度测量仪，5.报警器。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1

在如图1所示实施例1中，一种汽车车速测控系统，包括车速控制器1、安装在汽车两个前轮上的车轮偏角测量仪2、安装在四个车轮轮轴上的重力传感器3、安装在汽车两个前轮上的车轮速度测量仪4。车轮偏角测量仪分别安装在汽车左前轮及右前轮上，用于测量汽车在转弯过程中左前轮的偏转角θ₁及右前轮的偏转角θ₂大小；车轮速度测量仪分别安装在汽车左前轮及右前轮上，用于测量汽车左前轮的实时速度v₁及右前轮的实时速度v₂，重力传感器有四个，分别安装在四个车轮轮轴上，用于测量四个车轮轮轴所受的重力或压力。车轮偏角测量仪、车轮速度测量仪及重力传感器均与车速控制器电连接。车速控制器与汽车的刹车系统和发动机系统连接，可以通过刹车系统和发动机系统智能降低车速。安装在左前轮轮轴上的重力传感器测得的值为F₁，安装在右前轮轮轴上的重力传感器测得的值为F₂，安装在右后轮轮轴上的重力传感器测得的值为F₃，安装在左后轮轮轴上的重力传感器测得的值为F₄。

本发明汽车车速测控系统的一种汽车车速测量方法，包括以下步骤：

A、获取四轮汽车的固有参数，汽车固有参数包括汽车的轴距L、汽车的轮距B；实时测量并获取分别安装在左前轮、右前轮、右后轮及左后轮轮轴上的四个重力传感器的重力值F₁、F₂、F₃及F₄，实时测量左前轮偏角θ₁和左前轮速度v₁，右前轮偏角θ₂和右前轮速度v₂，汽车重心G与右前轮和右后轮轴心连线的距离为a，重心G与两个前轮轴心连线的距离为b。

B、计算重心G与异侧前轮和异侧后轮轴心连线的距离a，计算公式为：

$a=\frac{(F_1+F_4)\·B}{F_1+F_2+F_3+F_4}.$

C、计算重心G与两个前轮轴心连线的距离b，计算公式为：

$b=\frac{(F_3+F_4)\·L}{F_1+F_2+F_3+F_4}.$

D、测定汽车前轮的偏角及偏转方向，当左右前轮的偏角平均值小于2度时，汽车重心处的车速按汽车左前轮速度v₁与右前轮速度v₂的平均值确定；当左右前轮的偏角平均值大于等于2度时，根据汽车转向状态并分别以左前轮和右前轮为基准计算汽车重心处的速度。

E、以左前轮为基准计算汽车重心处的速度v_G1：

①、计算左前轮与瞬心O的距离r₁，计算公式为：

$r_1=\frac{L}{\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)}.$

②、计算汽车重心G、瞬心O与后轮轴心线之间形成的重心角θ_G，计算公式为：

${\mathrm{\θ}}_G={\tan }^{-1}\left(\frac{L-b}{r_1\·\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)+i\·(B-a)}\right),$ 其中汽车左转时，i＝1，汽车右转时，i＝-1。

③、计算瞬心O与重心G的距离r_G,计算公式为：

$r_G=\frac{L-b}{\sin \left({\mathrm{\θ}}_G\right)}.$

④、计算汽车重心处的速度v_G1，计算公式为：

$v_{G1}=\frac{v_1}{r_1}\·r_G.$

F、以右前轮为基准计算汽车重心处的速度v_G2：

①、计算右前轮与瞬心O的距离r₂，计算公式为：

$r_2=\frac{L}{\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)}.$

②、计算汽车重心G、瞬心O与后轮轴心线之间形成的重心角θ_G，计算公式为：其中汽车左转时，i＝1，汽车右转时，i＝-1。

③、计算瞬心O与重心G的距离r_G,计算公式为：

$r_G=\frac{L-b}{\sin \left({\mathrm{\θ}}_G\right)}.$

④、计算汽车重心处的速度v_G2，计算公式为：

$v_{G2}=\frac{v_2}{r_2}\·r_G.$

G、计算汽车转向时的重心处平均车速v_G为：

$v_G=\frac{v_{G1}+v_{G2}}{2}.$

一种基于上述汽车车速测量方法的汽车车速控制方法，当汽车车速v_G≥8m/s时，计算四个重力传感器中的重力最大值与重力最小值之比K，即K＝F_max/F_min，当K≥10时，车速控制器控制汽车降低车速，使四个重力传感器检测到的重力最大值与重力最小值之比K＜5。

实施例2

在实施例2中，汽车车速测控系统还包括报警器5(见图2)，报警器连接车速控制器，所述报警器包括声音报警器和灯光报警器，所述声音报警器安装在驾驶室内，所述灯光报警器安装在仪表板上。

在实施例2中，当汽车车速v_G≥8m/s时，计算四个重力传感器中的重力最大值与重力最小值之比K，即K＝F_max/F_min，当10＞K≥5或|v_G1-v_G2|/v_G≥0.1时，车速控制器通过报警器报警，其余和实施例1相同。

本发明通过实时测量两个前轮的速度及偏转角度，同时根据四个重力传感器的值、汽车的轴距L及轮距B确定汽车的重心G，将汽车左右两个前轮在汽车转弯时绕瞬心O的移动的速度，分别换算成汽车重心处的移动速度。本发明采用左前轮与右前轮分开计算，并将汽车重心处两个汽车速度的平均值作为汽车转弯时的实际行驶速度，具有更高的准确性。与现有技术的变速箱输出轴转速直接换算车速相比，本发明在汽车转弯时所测的车速具有更高的准确性，可以为现代的智能汽车或自动化汽车提供更准确的数据，并对汽车速度进行有效的控制，可以确保行车安全。

除上述实施例外，在本发明的权利要求书及说明书所公开的范围内，本发明的技术特征或技术数据可以进行重新选择及组合，从而构成新的实施方式，这些本发明没有详细描述的实施方式是本领域技术人员无需创造性劳动就可以轻易实现的，因此这些未详细描述的实施方式也应视为本发明的具体实施例而在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种汽车车速测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、获取四轮汽车的固有参数，汽车固有参数包括汽车的轴距L、汽车的轮距B；实时测量并获取分别安装在左前轮、右前轮、右后轮及左后轮轮轴上的四个重力传感器的重力值F₁、F_2、F₃及F₄，实时测量左前轮偏角θ₁和左前轮速度v₁，右前轮偏角θ₂和右前轮速度v₂，汽车重心G与右前轮和右后轮轴心连线的距离为a，重心G与两个前轮轴心连线的距离为b；

B、计算重心G与异侧前轮和异侧后轮轴心连线的距离a，计算公式为：

$a=\frac{(F_1+F_4)\·B}{F_1+F_2+F_3+F_4};$

C、计算重心G与两个前轮轴心连线的距离b，计算公式为：

$b=\frac{(F_3+F_4)\·L}{F_1+F_2+F_3+F_4};$

D、测定汽车前轮的偏角及偏转方向，当左右前轮的偏角平均值小于2度时，汽车重心处的车速按汽车左前轮速度v₁与右前轮速度v2的平均值确定；当左右前轮的偏角平均值大于等于2度时，根据汽车转向状态并分别以左前轮和右前轮为基准计算汽车重心处的速度；

E、以左前轮为基准计算汽车重心处的速度v_G1：

①、计算左前轮与瞬心O的距离r₁，计算公式为：

$r_1=\frac{L}{\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)};$

②、计算汽车重心G、瞬心O与后轮轴心线之间形成的重心角θ_G，计算公式为：

${\mathrm{\θ}}_G={\tan }^{-1}\left(\frac{L-b}{r_1\·\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)+i\·(B-a)}\right),$ 其中汽车左转时，i＝1，汽车右转时，i＝-1_；

③、计算瞬心O与重心G的距离r_G,计算公式为：

$r_G=\frac{L-b}{\sin \left({\mathrm{\θ}}_G\right)};$

④、计算汽车重心处的速度v_G1，计算公式为：

$v_{G1}=\frac{v_1}{r_1}\·r_G;$

F、以右前轮为基准计算汽车重心处的速度v_G2：

①、计算右前轮与瞬心O的距离r₂，计算公式为：

$r_2=\frac{L}{\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)};$

②、计算汽车重心G、瞬心O与后轮轴心线之间形成的重心角θ_G，计算公式为：

其中汽车左转时，i＝1，汽车右转时，i＝-1；

③、计算瞬心O与重心G的距离r_G,计算公式为：

$r_G=\frac{L-b}{\sin \left({\mathrm{\θ}}_G\right)};$

④、计算汽车重心处的速度v_G2，计算公式为：

$v_{G2}=\frac{v_2}{r_2}\·r_G;$

G、计算汽车转向时的重心处平均车速v_G为：

$v_G=\frac{v_{G1}+v_{G2}}{2}.$

2.一种基于权利要求1所述车速测量方法的车速控制方法，其特征是，当汽车车速v_G≥8m/s时，计算四个重力传感器中的重力最大值与重力最小值之比K，即K＝F_max/F_min，当K≥10时，车速控制器控制汽车降低车速，使四个重力传感器检测到的重力最大值与重力最小值之比K＜5。

3.根据权利要求2所述的车速控制方法，其特征是，当10＞K≥5或|v_G1-v_G2|/v_G≥0.1时，车速控制器通过报警器报警。

4.一种基于权利要求2所述车速控制方法的车速测控系统，其特征在于，包括车速控制器(1)、安装在汽车两个前轮上的车轮偏角测量仪(2)、安装在四个车轮轮轴上的重力传感器(3)、安装在汽车两个前轮上的车轮速度测量仪(4)，所述车轮偏角测量仪、车轮速度测量仪及重力传感器均与车速控制器电连接。

5.根据权利要求4所述的车速测控系统，其特征在于，车速测控系统还包括报警器(5)，报警器连接车速控制器，所述报警器包括声音报警器和/或灯光报警器，所述声音报警器安装在驾驶室内，所述灯光报警器安装在仪表板上。