基于數(shù)字信號處理的新型車載減震檢測方法研究

　　1汽車輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)

　　隨著集成電路的發(fā)展和微處理器的廣泛應(yīng)用，汽車電子產(chǎn)品得到了飛速發(fā)展。目前，汽車電子產(chǎn)品大致可歸納為以下幾類：汽車發(fā)動機電子控制系統(tǒng)、汽車傳動和行駛控制系統(tǒng)、汽車安全和故障診斷系統(tǒng)、汽車信息顯示系統(tǒng)、汽車用多路傳輸總線、汽車環(huán)保類電子產(chǎn)品、電動汽車等，種類繁多，可以說已經(jīng)形成了自己獨立的汽車電子產(chǎn)業(yè)。TPMS是汽車安全和故障診斷系統(tǒng)中主要的汽車安全報警設(shè)備。他的功能是對輪胎壓力/溫度/加速度等信號進行實時檢測和顯示，并當壓力出現(xiàn)異常情況時產(chǎn)生報警信號。TPMS有助于提高輪胎使用壽命與車輛駕駛安全性。

　　TPMS由若干個安裝于輪胎（真空胎）內(nèi)部的無線數(shù)字傳感器（下位機）和一臺帶無線收發(fā)電路的主機系統(tǒng)組成，其結(jié)構(gòu)如圖１所示。上位機與各下位機之間采用主從式異步無線串行通信方式。

　　下位機負責檢測輪胎內(nèi)部信息，上位機顯示信息，并當壓力與溫度等狀態(tài)達到危險值時，產(chǎn) 生報警信號。下

　　2本方法的設(shè)計目的與功能

　　目前安裝TPMS的多為中高檔汽車，在這些汽車中很多都具有根據(jù)路面狀況自動調(diào)節(jié)減震裝置特性的功能?，F(xiàn)有路況檢測方法基于安裝在車身上的加速度傳感器。當汽車在不同路況下行駛時，控制系統(tǒng)根據(jù)車身震動狀況對汽車的減震裝置進行相應(yīng)的調(diào)整，使行駛更安全、更舒適。

　　本方法根據(jù)TPMS檢測到的輪轂邊緣加速度信號工作，利用數(shù)字信號處理方法分離出車輪由路面波動引起的震動加速度值。

　　本方法的優(yōu)勢在于車輪加速度信號沒有經(jīng)過懸掛裝置過濾，因此對路況的反應(yīng)更直接、更靈敏。同時通過對比車輪震動加速度與車身震動加速度，可對懸掛裝置的性能進行評價并及時定位懸掛系統(tǒng)的故障。

　　3理論推導

　　傳感器位于輪轂邊緣其運動加速度模型如下：

　　3.1理想平整路面行駛時的輪子邊緣一點的運動模型

　　在理想平整路面行駛時的輪子邊緣一點的運動模型，如圖3所示。

　　設(shè)輪子半徑為R，沿平面做無滑滾動，圓心C點的速度Vc=v，加速度為α，方向均沿y軸，并設(shè)x軸與y軸方向為i，j，以C為基點，得P點總加速度為：

　　原來P點總加速度由車輪本身前進方向的線加速度、輪子邊緣點的向心加速度與傳感器本身重力加速度合成。這里只考慮前兩項的原因是：傳感器本身重力加速度是一個常量，在傅里葉變換后，能量集中在頻率為零的區(qū)域，而所要提取的震動加速度信號是個快速變化的量，其能量不可能集中于這一區(qū)域。

　　離散化處理：

　　設(shè)車輪角速度為Ω0，車輪模擬角頻率為Ω=Ω0/2π，取采樣周期為T，則數(shù)字角頻率ω0=2πΩT=Ω0T。

　　假設(shè)在一次采樣時間內(nèi)v與α為常數(shù)。

　　對式（2）離散化處理后得：

　　故可說明，|αP2(n)|其頻域展開只有3個脈沖。稱此方程式（4）為頻域展開方程。此3個脈沖分別是：

　　從物理意義上來講，他是與車輪車速直接相關(guān)的。

　　3.2引入路況震動條件下提取震動加速度值

　　假設(shè)汽車在正常路面行駛狀態(tài)下，下位機檢測的總加

　　難點在于，采樣周期T要隨著角速度變化而變化：

　　(2)車速過低時，T太大造成系統(tǒng)能耗浪費。

　　解決方法：將T按Ω0值分為幾個等級。

　　假設(shè)一個采樣正確與否的判據(jù)：若系統(tǒng)頻域展開為單個或3個脈沖，則采樣正確。

　　3.3程序框圖

　　由系統(tǒng)生成可以自動循環(huán)調(diào)用采樣周期T的程序。T的初值可根據(jù)需要設(shè)為上次正確采樣時的T值，這樣可減少循環(huán)次數(shù)。若采樣錯誤則繼續(xù)調(diào)用T的最小值，依次循環(huán)下去，直至最后一個值。若都錯誤，則這次采樣失敗，程序框圖如圖4所示。

　　4仿真分析

　　4.1仿真條件說明

　　采樣頻率取最高頻率的2π倍；

　　T值分布：

當v為0～18 km/h時，T＝200 ms；
當v為18～36 km/h時，T＝100 ms；
當v為36～72 km/h時，T＝50 ms；
當v為72～144 km/h時，T＝25 ms。
設(shè)R＝0.3 m，震動加速度是幅值為10v的隨機噪聲信號。

　　4.2仿真結(jié)果

　　(1)勻速狀態(tài)下，對各v值仿真分析。由于篇幅限制，本文僅用最小速度與最大速度值說明問題，如圖5所示。

　　由圖5可發(fā)現(xiàn)，當車在勻速行駛狀態(tài)下，本方法所提取震動加速度信號是很有效的，并且不會受汽車駕駛速度的影響。

　　(2)取α=0.5 m/s2時，對各v值仿真分析，如圖6所示。

　　隨著車速增大，效果會變差一點，但是對減震裝置來說是可以接受的。

    5結(jié)語

　　本方法在提取震動信號的同時也分離出了車輪的轉(zhuǎn)動信號，如果能提高檢測的可靠性甚至 可以取代汽車ABS系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速檢測傳感器。

　　目前TPMS從安裝于汽車翼子板上的無線饋電裝置獲取電能，在車輪轉(zhuǎn)動時傳感器需多次重復(fù)接近充電線圈才能累積足夠的工作能量，因此測量是斷續(xù)進行的，目前還不能取代對實時性要求很高的ABS轉(zhuǎn)速檢測傳感器。要實現(xiàn)此功能必須使下位機自主發(fā)電或?qū)ふ移渌咝实哪芰總魉头椒?。目前正在研究這方面的技術(shù)方案。

　　參考文獻

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