一种车辆动态胎压采集系统及方法

技术领域

本发明创造属于道路路面检测领域，具体涉及了一种车辆动态胎压采集系统及方法。

背景技术

目前，道路路面检测评价主要是传统工程学的路面技术评定方法，路面损坏状况的检测是通过视觉技术识别路面病害状况，路面行驶质量、路面跳车和路面磨耗是利用激光位移技术测量路面的纵向高程变化和路面构造状况，路面车辙是采用断面激光高程技术测量路面的横向高程状况。传统的工程学路面检测评价方法均未从道路路面行车舒适度的维度检测分析路面技术状况，其技术装备需要对车辆进行深度定制改装，较大的增加车辆长度、高度和重量，导致较高的装备生产成本。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明创造提出了一种车辆动态胎压采集系统及方法。采用基于动态胎压传感器采集轮胎内胎压动态变化量并通过相关计算得到包络颠簸曲线，以此从轮胎/路面颠簸维度量化由路面有效接触构造引起的路面行车舒适度，通过微观角度动态检测方法评价出道路路面的行车安全性和舒适性。

为了实现上述目的，本发明创造所采用的技术方案是，一种车辆动态胎压采集系统及方法，通过安装有路面探测装置的车辆来采集路面状况，并上传到中心服务器；所述的路面探测装置用于采集车辆的胎压变化、车底盘悬架的震动、车辆行驶路线和车辆行驶的姿态来对车辆行驶的路面信息进行采集。

作为优选，所述的路面探测装置包括：动态胎压信号采集单元、陀螺仪传感器、里程测量模块和加速度传感器；所述的动态胎压信号采集单元用于采集车辆在行驶时的胎压变化；所述的陀螺仪传感器用于采集车辆在行驶过程的车辆行驶姿态；所述的里程测量模块用于确定车辆行驶路线；所述的加速度传感器用于测量车底盘悬架的震动。

作为优选，所述的路面探测装置还包括：通信模块，安装在车辆内，与中心服务器通信连接；中央控制单元，安装在车辆内，与中央控制单元通信连接；电源模块，安装在车辆上，与中央控制单元电连接；导航模块，安装在车辆上，与中央控制单元电连接，用于对车辆所处位置进行定位；所述的陀螺仪传感器安装在车底盘上，与中央控制单元通信连接；固定结构，安装在轮毂上，与轮毂固定安装，且与轮毂同心转动；所述的加速度传感器固定安装在测量车底悬架上，与中央控制单元通信连接；所述的里程测量结构固定安装在固定结构上。

作为优选，所述的固定结构包括：砝码盘，一面与轮毂固定连接，且与轮毂同心转动；延长轴，设置在砝码盘的另一面，与砝码盘固定连接，且与砝码盘同心转动；限位环，安装在车身上，与车身固定连接，位于车轮正上方；固定杆，穿过限位环，与限位环滑动连接，能在限位环内上下滑动。

作为优选，所述的里程测量模块包括：导电滑环，安装在车辆的延长轴上，与中央控制单元通信连接，与电源模块电连接；编码器，套在延长轴上，内环与延长轴固定连接，编码器本体与固定杆的一端固定连接；脉冲计数器，安装在编码器上，与中央控制单元通信连接，监测编码器的脉冲信号，将脉冲信号转换为数字信号。

作为优选，所述的动态胎压信号采集单元包括：Y字接头，具有三个相互连通的端部，分别为第一端、第二端和第三端，其中第一端与车轮连接；固定帽，为两端开口结构，一端套在Y字接头的第一端，与Y字接头转动连接，用于与车轮连接；压力传感器，固定安装在Y字接头的第二端，与导电滑环电连接；气门嘴，固定安装在Y字接头的第三端，用于给轮胎充气。

作为优选，所述的导电滑环上还设置有调制隔离模块和模数转化模块；所述的调制隔离模块用于压力传感器和加速度传感器提供直流恒流源，对动态压力传感器采集到的胎压模拟信号和加速度采集的车辆震动模拟信号进行滤波、增益和隔离，输出稳定的模拟信号；所述的模数转化模块用于将胎压模拟信号和车辆震动模拟信号转换为胎压数字信号和车辆震动数字信号，传送给中央控制单元。

作为优选，所述的电源模块采用车辆电源供电。

作为优选，所述的陀螺仪传感器在采集车辆在道路路面行驶过程中的姿态中，通过建立基于欧拉角坐标系的车辆偏航α、俯仰β和翻滚γ空间姿态变化，并将数据传输中央控制单元。

作为优选，所述的编码器和脉冲计数器用于计算车辆纵向行驶的相对累计距离长度，为胎压数据提供高精度空间定位；所述的编码器用于将车辆在道路行驶的位移转换为TTL脉冲信号；脉冲计数器用于监测编码器的TTL脉冲信号，将脉冲信号转换为数字信号，并将数字信号传输到中央控制单元。

本发明创造有益效果：本申请所述采集方法所采用的具体结构简单、改装方便、对车辆本身重量影响较小，且改装成本低廉。但是其可以通过与常规道路路面信息采集方法不同的方式采集到更加完善的道路路面信息。

附图说明

为了更清楚地说明本发明创造具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为路面探测装置整体连接关系示意图

图2为车辆与固定结构的正面示意图

图3为轮毂与固定结构的结构示意图

图4为动态胎压信号采集单元结构示意图

附图标记：

1-中心服务器，2-中央控制单元，3-加速度传感器，4-电源模块，5-导航模块，6-里程测量模块，61-导电滑环，62-编码器，63-动态胎压信号采集单元，631-气门嘴，632-压力传感器，633-Y字接头，634-固定帽，7-陀螺仪传感器，8-车身，9-车轮，91-轮毂，101-砝码盘，102-延长轴，103-固定杆，104-限位环。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明创造技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明创造的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明创造的保护范围。

如图1所示，一种车辆动态胎压采集系统及方法，通过安装有路面探测装置的车辆来采集路面状况，并上传到中心服务器1。路面探测装置用于采集车辆的胎压变化、车底盘悬架的震动、车辆行驶路线和车辆行驶的姿态来对车辆行驶的路面信息进行采集。其中的车辆行驶路线可以确定车辆所采集到信息对应的路面位置，而车辆胎压变化、车底盘悬架的震动和车辆行驶的姿态属于车辆在行驶中的舒适度变化。

如图1所示，路面探测装置包括：动态胎压信号采集单元63、陀螺仪传感器7、里程测量模块6和加速度传感器3。陀螺仪传感器7用于采集车辆在行驶过程的车辆行驶姿态。陀螺仪传感器7在采集车辆在道路路面行驶过程中的姿态中，通过建立基于欧拉角坐标系的车辆偏航α、俯仰β和翻滚γ空间姿态变化，并将数据传输中央控制单元2。陀螺仪传感器7可以采集到路面出现低洼区或者隆起区的情况，当车辆行驶到一个与平整路面分界不明显的低洼区或者凹陷区的时候，此时由于没有突变，所以胎压变化以及车底盘悬架也不会出现震动，但是此时车身8与路面水平面之间的角度发生了变化，此时便可以通过陀螺仪传感器7检测到路面上的低洼或者隆起的部分。

路面探测装置还包括：通信模块、中央控制单元2、电源模块4、固定结构和导航模块5。通信模块安装在车辆内，与中心服务器1通信连接。中央控制单元2，安装在车辆内，与中央控制单元2通信连接。电源模块4安装在车辆上，与中央控制单元2电连接，电源模块4采用车辆电源供电。导航模块5安装在车辆上，与中央控制单元2电连接，用于对车辆所处位置进行定位。陀螺仪传感器7安装在车底盘上与中央控制单元2通信连接。

如图2和图3所示，固定结构安装在车轮9上，与车轮9的中心固定连接。固定结构包括：砝码盘101、延长轴102、限位环104和固定杆103。砝码盘101的一面与轮毂91固定连接，且与轮毂91同心转动。延长轴102设置在砝码盘101的另一面，与砝码盘101固定连接，且与砝码盘101同心转动。限位环104安装在车身8上，与车身8固定连接，位于车轮9正上方。固定杆103穿过限位环104，与限位环104滑动连接，能在限位环104内上下滑动。

里程测量模块6用于确定车辆行驶路线。里程测量结构固定安装在固定结构上里程测量模块6包括：导电滑环61、编码器62和脉冲计数器。导电滑环61安转在延长轴102上，与中央控制单元2通信连接，与电源模块4电连接。编码器62内环套在延长轴102上，与延长轴102固定连接。编码器62的本体与固定杆103的一端固定连接，且与中央控制单元2通信连接。脉冲计数器安装在编码器62上，与中央控制单元2通信连接，监测编码器62的脉冲信号，将脉冲信号转换为数字信号。编码器62和脉冲计数器用于计算车辆纵向行驶的相对累计距离长度，为胎压数据提供高精度空间定位。编码器62用于将车辆在道路行驶的位移转换为TTL脉冲信号。脉冲计数器用于监测编码器62的TTL脉冲信号，将脉冲信号转换为数字信号，并将数字信号传输到中央控制单元2。

如图4所示，动态胎压信号采集单元63用于采集车辆在行驶时的胎压变化。动态胎压信号采集单元63包括：Y字接头633、固定帽634、压力传感器632和气门嘴631。Y字接头633具有三个相互连通的端部，分别为第一端、第二端和第三端，其中第一端与车轮9连接。固定帽634为两端开口结构，一端套在Y字接头633的第一端，与Y字接头633转动连接，用于与车轮9连接。压力传感器632固定安装在Y字接头633的第二端，与导电滑环61电连接。气门嘴631固定安装在Y字接头633的第三端，用于给轮胎充气。当车辆行驶的过程中出现了小坑，在车轮9经过小坑的时候，由于坑比较小，由于车轮9的弹性补偿，所以并不会对车底盘悬挂产生震动，但是会引起轮胎内胎压的变化，进而可以通过胎压的变化来路面出现的坑洞。

加速度传感器3用于测量车底盘悬架的震动。加速度传感器3固定安装在测量车底悬架上，与中央控制单元2通信连接。如果车轮9所经过的坑洞较大，那么在车轮9进入到坑洞的时候，会产生胎压的变化，以及车底盘悬挂同样开始震动，此时便可以检测到路面上较大的坑洞信息。所以通过采集胎压变化和车底盘悬挂震动变化，可以准确的得知，车轮9所行驶过的路面具有大坑以及小坑的情况，更加有利于对路面情况进行评价以及对路面可能出现的健康问题进行预防处理。

导电滑环61安装在车辆的轮轴上，与中央控制单元2通信连接，与电源模块4电连接。导电滑环61上还设置有调制隔离模块和模数转化模块。调制隔离模块用于压力传感器632和加速度传感器3提供直流恒流源，对动态压力传感器632采集到的胎压模拟信号和加速度采集的车辆震动模拟信号进行滤波、增益和隔离，输出稳定的模拟信号。模数转化模块用于将胎压模拟信号和车辆震动模拟信号转换为胎压数字信号和车辆震动数字信号，传送给中央控制单元2。

本申请所述采集方法所采用的具体结构简单、改装方便、对车辆本身重量影响较小，且改装成本低廉。但是其可以通过与常规道路路面信息采集方法不同的方式采集到更加完善的道路路面信息。

所以在本申请中，车辆在道路纵向行驶，轮胎与路面的有效接触，由路面不同构造引起的舒适度变化，其中舒适度变化包括：车辆轮胎内胎胎压变化、车底盘悬架的震动以及由于车辆行驶时与路面的平行情况，可以实时的反应车辆所行驶路面的具体情况，能反应出路面的坑洞、低洼、高凸或者裂痕，这些路面情况。将这些数据上传到中心服务器，进而实现了对行驶的道路路面情况进行采集。

以上实施例仅用以说明本发明创造的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述各实施例对本发明创造进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明创造各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明创造的权利要求和说明书的范围当中。