【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及汽车行车状态监测与预警领域，特别涉及一种fsae赛车轮胎动态载荷的监测与预警系统。
技术介绍
1、车辆行驶过程中轮胎所受的载荷受到多种因素的影响，如车辆负载大小、路面颠簸情况、车辆行驶速度、轮胎是否打滑等，各轮载荷大小也能够直观反映与其对应的悬架杆件、阻尼弹簧的受力等参数，为悬架系统设计以及优化提供依据。
2、fsae(formula student automotive engineering)方程式赛车比赛是一项面向大学生和工程技术人员的竞赛，fsae赛事的主要目的是培养和锻炼参赛者的汽车设计、制造、成本控制和团队协作等方面的能力。比赛项目包括赛车加速、制动、操控、燃油经济性等方面的性能测试，以及成本报告、设计报告、商业报告等文档评审。轮胎动态载荷的监测与预警对于保证车辆行驶平顺性、操作稳定性、行驶安全性、提高比赛成绩具有重要作用。
3、轮胎载荷的实时监测通常包括车辆速度、加速度、轮胎压力、轮胎下沉量、阻尼弹簧形变量等多种数据的测量，并通过仪表盘实时显示，使得驾驶员充分了解车辆行驶状况，并在爆胎等极端情况即将发生时提前做出反应。
4、现有相关技术中大多采用线位移传感器并联于阻尼弹簧测量阻尼弹簧形变、通过应变片测量悬架杆件受力，同时安装加速度传感器测量车辆加速度，后解算出轮胎动态载荷。但其安装难度大，安装成本高，对传感器的安装精度如平行度、夹具同心性要求很高，对应变片的粘接方式、粘接表面粗糙度均有较高要求。
技术实现思路
1、本专
2、为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，一种fsae赛车轮胎动态载荷的监测与预警系统，包括传感器模块、数据解算模块、数据应用模块和数据交互模块。
3、所述传感器模块包括压力传感器、摇臂转角传感器、姿态传感器、激光测距传感器和胎压传感器。
4、所述压力传感器安装在赛车座椅下端固定螺丝处和车手放置双脚的踏板固定支座处。所述压力传感器用于测定压力。所述摇臂转角传感器与悬架摇臂的转轴连接。所述摇臂转角传感器用于采集摇臂转动角度，记录往复转动循环次数。所述姿态传感器安装在车架前环底部的水平面。所述姿态传感器用于实时记录赛车姿态。所述赛车姿态包括三轴加速度、侧倾角、俯仰角和横滚角。所述激光测距传感器安装于悬架下叉臂上，用于测量赛车轮胎下沉量。所述胎压传感器安装于轮胎气门上，用于测量轮胎实际气压。
5、所述数据解算模块包括车手支撑力解算单元、悬架力与运动解算单元和轮胎状态解算单元。所述悬架力与运动解算单元连接摇臂转角传感器和姿态传感器。
6、所述数据应用模块包括悬架自适应调节模块、主控制器和动态监测与预警模块。
7、所述数据交互模块包括仪表盘显示模块、本地储存模块、车载通信模块和云服务器监控模块。所述仪表盘显示模块、本地储存模块均与主控制器连接。所述仪表盘显示模块用于实时显示赛车状态和预警信息。
8、工作时，所述传感器模块采集赛车静态和动态数据。所述数据解算模块按照理论模型提取传感器模块的数据进行解算实时状态。所述车手支撑力解算单元通过对支撑力、各悬架杆件轴力和各悬架杆件角度进行解算，得出最佳避震器预紧力与主销倾角。所述车手支撑力解算单元是针对车手对悬架系统的影响，其主要体现在所述悬架系统的弹簧刚度和避震器调节上。车手的重量会改变车辆的载荷分布，导致所述四个车轮所受到的载荷也会发生变化。而悬架系统的主销倾角和弹簧避震器的调节是为了适应不同的载荷分布而进行的，因此需要根据车手的重量进行相应的调整，以保证车辆的稳定性和操控性能。所述悬架力与运动解算单元实时计算出悬架跳动量和悬架受力，记录悬架阻尼弹簧的受力的应力幅和受力循环次数，并将数据传输给主控制器，用于零件寿命监测和保养提醒。所述轮胎姿态解算单元通过分析激光测距传感器和胎压传感器的数据，评估轮胎当前状态。所述动态监测与预警模块分析轮胎姿态解算单元的数据，建立轮胎的下沉量h和轮胎的气压p之间的数学关系，设置两个轮胎气压模拟数据的门限值。当轮胎气压分别超过两个不同的门限值时会分别发出黄色警报和红色警报。当发出红色警报时，主控制器会强制驾驶员减速。所述数据应用模块用于评估数据解算模块的状态结果，进行自适应调节，实现动态监测和预警。计算数据和结果通过仪表盘显示模块反馈给车手并储存到本地储存模块，同时通过车载通信模块将数据发送到云服务器便于工程师云端监控实时状态。
9、进一步，所述压力传感器为双螺杆拉压传感器。
10、进一步，所述摇臂转角传感器为非接触式霍尔磁性角度传感器。
11、进一步，所述姿态传感器为多轴加速度传感器。
12、进一步，所述激光测距传感器为tof激光测距模块。
13、进一步，所述仪表盘显示模块选用仪表盘oled显示屏。仪表盘oled显示屏vcc引脚与主控制器vcc引脚相连，仪表盘oled显示屏gnd引脚与主控制器gnd引脚相连，仪表盘oled显示屏第三、第四引脚分别与主控制器p6、p7引脚相连。
14、进一步，所述本地储存模块选用基于半导体快闪记忆器。所述本地储存模块通过sd卡的读写协议实现数据的正确储存。其中读写协议包括主控制器和sd卡之间互相传递末尾附有crc校验码的一个或多个数据，当主控制器或sd卡累计接收数据达到block长度的时候，主控制器或sd卡将后续数据当作crc校验码进行数据校验。
15、进一步，所述中主控制器采用stm32核心控制板。
16、本专利技术还公开一种fsae赛车，包括上述任意一项fsae赛车轮胎动态载荷的监测与预警系统。
17、本专利技术的技术效果是毋庸置疑的：
18、a.针对不同体重的车手，发车前解算最佳的悬架参数，对悬架的主销倾角、避震弹簧的预紧力进行自适应调整；
19、b.通过角度传感器测量摇臂转角，进而解算悬架跳动量，结构简单、安装方便、质量更轻、风阻更小。现有的悬架运动测量方法多为在避震弹簧两边并联线位移传感器，其夹具复制、加工成本大、要求安装精度高，运行风阻大；
20、c.解算轮胎和悬架各个零件进行力与运动，对循环应力大小和次数进行分析，计算各个零件寿命状态以及避震弹簧的保养时间；
21、d.设置动态监测与预警模块，当轮胎下沉量为一定值时，设置两个对应的轮胎气压模拟数据的门限值，当轮胎气压分别超过两个不同的门限值时会分别发出黄色警报和红色警报。当发出红色警报时，主控制器会强制驾驶员减速；
22、e.采用云端实时监控，能让赛车工程师在赛场外实时监控赛车状态，便于及时调整赛车参数，优化车手驾驶策略，发挥最佳赛车性能；
23、f.通过传感器模块测量车辆行驶过程中各项数据，数据解算模块解算车手支撑力、悬架力与运动、轮胎状态，数据应用模块实现悬架自适应调节和动态监测与预警，数据交互模块实现仪表实时显示、本地储存、车载本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种FSAE赛车轮胎动态载荷的监测与预警系统，其特征在于：包括传感器模块、数据解算模块、数据应用模块和数据交互模块；
2.根据权利要求1所述的一种FSAE赛车轮胎动态载荷的监测与预警系统，其特征在于：所述压力传感器(1)为双螺杆拉压传感器。
3.根据权利要求1所述的一种FSAE赛车轮胎动态载荷的监测与预警系统，其特征在于：所述摇臂转角传感器(2)为非接触式霍尔磁性角度传感器。
4.根据权利要求1所述的一种FSAE赛车轮胎动态载荷的监测与预警系统，其特征在于：所述姿态传感器(3)为多轴加速度传感器。
5.根据权利要求1所述的一种FSAE赛车轮胎动态载荷的监测与预警系统，其特征在于：所述激光测距传感器(4)为TOF激光测距模块。
6.根据权利要求1所述的一种FSAE赛车轮胎动态载荷的监测与预警系统，其特征在于：所述仪表盘显示模块(9)选用仪表盘OLED显示屏。
7.根据权利要求1所述的一种FSAE赛车轮胎动态载荷的监测与预警系统，其特征在于：所述本地储存模块(10)选用基于半导体快闪记忆器。
8.
9.根据权利要求1所述的一种FSAE赛车轮胎动态载荷的监测与预警系统，其特征在于：建立轮胎的下沉量H和轮胎的气压P之间P＝K×H+B的数学关系；其中，K1＝K×a,B1＝B×b(a＜1,b＜1),在P＝K1×H+B1时，轮胎处于安全状态的概率为0.95；在P＜K1×H+B1时，主控制器(7)会处于不报警状态；在P＞K1×H+B1且P＜K×H+B时，主控制器(7)会发出黄色预警；在P＞K×H+B时，主控制器(7)会处于红色预警；在P＞2K×H+2B时，汽车位于极端危险的情况下，主控制器(7)将会强制性发出减速指令。
10.一种FSAE赛车，其特征在于：包括权利要求1～9中任意一项所述的一种FSAE赛车轮胎动态载荷的监测与预警系统。
...【技术特征摘要】
1.一种fsae赛车轮胎动态载荷的监测与预警系统，其特征在于：包括传感器模块、数据解算模块、数据应用模块和数据交互模块；
2.根据权利要求1所述的一种fsae赛车轮胎动态载荷的监测与预警系统，其特征在于：所述压力传感器(1)为双螺杆拉压传感器。
3.根据权利要求1所述的一种fsae赛车轮胎动态载荷的监测与预警系统，其特征在于：所述摇臂转角传感器(2)为非接触式霍尔磁性角度传感器。
4.根据权利要求1所述的一种fsae赛车轮胎动态载荷的监测与预警系统，其特征在于：所述姿态传感器(3)为多轴加速度传感器。
5.根据权利要求1所述的一种fsae赛车轮胎动态载荷的监测与预警系统，其特征在于：所述激光测距传感器(4)为tof激光测距模块。
6.根据权利要求1所述的一种fsae赛车轮胎动态载荷的监测与预警系统，其特征在于：所述仪表盘显示模块(9)选用仪表盘oled显示屏。
7.根据权利要求1所述的一种fsae赛车轮胎动...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗力恒，张烨，赖浪，姜淑瑶，李帅，康哲，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。