【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及传感器和智能轮胎，特别涉及一种基于单轴双轮对车辆的路面检测装置。
技术介绍
1、大型车辆(货车、客车)相较于民用车辆，对于燃油经济性、车辆安全性要求较高，排除车辆自身设计影响，交通环境是影响车辆的最主要因素。路面为车辆提供了前进的动力，同时路面情况对车辆行驶安全性、操控稳定性、燃油经济性、关键部件寿命有着显著的影响。因此如果能够精确感知路面的地形、附着情况、平整度等信息，就能够为车辆的控制策略提供输入数据，基于此数据优化控制策略、行驶速度和路径规划，能够有效提升大型车辆的燃油经济性和安全性。
2、目前对于路面的感知还停留在间接感知的层面，一是通过摄像头等视觉方法，通过对道路图像信息的分析识别路面不平度、路面种类和坡度信息，但由于视觉受到天气、光照等影响较大，且不能够准确对路面情况进行感知，这种方法不能稳定、实时、准确地感知路面信息。二是主要通过传统的轮速传感器对轮速进行感知，通过与车速、发动机输出功率等信息进行融合计算，对当前路面滑移率、附着率、不平度进行估计，由于传感器的误差以及融合算法的复杂性，这种方法估计获得的路面信息准确度较低。三是目前传统轮胎上通过传感器单元的感知方法存在着路面输入信号不明显导致测量准确性不高、传感器与轮胎材质无法可靠嵌入导致传感器耐用性差等问题。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提出一种基于单轴双轮对车辆的路面检测装置，设置车轴以及同轴并行设置的普通车轮和弹簧车轮构建特定结构的单轴双轮对，并在弹簧车轮外轮圈内
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种基于单轴双轮对车辆的路面检测装置，其特征在于，包括单轴双轮对、传感矩阵、单片机、无线传输单元和整车控制器，所述单轴双轮对包括车轴以及同轴并行设置的普通车轮和弹簧车轮，
4、所述普通车轮用于为车辆提供侧向刚度和垂直刚度；所述弹簧车轮的内外轮圈均为钢材质，所述内外轮圈通过大于等于刚度阈值的若干弹簧固定相连，所述若干弹簧沿周向从内到外呈放射状排布且各弹簧的一端连接内轮圈，另一端连接外轮圈，所述弹簧车轮用于为车辆提供垂直刚度；所述车轴为连接普通车轮和弹簧车轮的承载车轴，用于为车辆车身提供承载力；所述传感矩阵为沿周向布置在弹簧车轮外轮圈内壁的若干不同类型的传感器，用于感知弹簧车轮外轮圈受到路面作用产生的形变，进而实时将应力应变信号转化为路面信息电信号传递至单片机；所述单片机设置在弹簧车轮中心并随弹簧车轮一起旋转，在接收到传感矩阵发出的路面信息电信号后经信号调理再由无线传输单元传输至整车控制器；所述整车控制器在接收到无线传输单元传输的调理后的电信号后，通过深度学习算法进行信号处理，检测分析当前路面种类、坡度、滑移率、附着率信息，进而对整车进行动力控制。
5、优选地，所述普通车轮和弹簧车轮构成双轮同轴并行设置于车轴的单侧，且所述弹簧车轮位于双轮中的内侧。
6、优选地，所述普通车轮和弹簧车轮构成两对双轮同轴并行设置于车轴的两侧，每对双轮均包括外侧的普通车轮和内侧的弹簧车轮。
7、优选地，所述普通车轮为驱动轮，用于提供驱动力；或所述普通车轮为转向轮，用于提供转向功能。
8、优选地，所述车轴为驱动轴，用于为普通车轮提供转矩以驱动车辆。
9、优选地，所述传感矩阵包括均与弹簧车轮外轮圈内壁紧密相连的应力传感器和应变传感器，所述应力传感器和应变传感器沿周向相互间隔且均匀分布。
10、优选地，当车辆行驶过程中，路面的坡度信息和不平度信息会对普通车轮和弹簧车轮产生作用力，弹簧车轮发生形变产生应力，传感器矩阵对形变数据进行采集分析，感知路面的滑移率、摩擦因数、粗糙度、不平度信息。
11、优选地，所述单片机在接收到传感矩阵发出的路面信息电信号后经信号调理电路进行滤波降噪后再由无线传输单元传输至整车控制器。
12、优选地，所述整车控制器内置已训练完成的深度学习算法，对路面信息数据进行识别检测，最终获得路面种类、路面不平度、坡度信息、路面异常情况、滑移率、附着率信息，从而控制整车减速或提前激活abs系统，并优化动力输出策略。
13、本专利技术的有益效果为：
14、本专利技术提出一种基于单轴双轮对车辆的路面检测装置，包括单轴双轮对、传感矩阵、单片机、无线传输单元和整车控制器，所述单轴双轮对包括车轴以及同轴并行设置的普通车轮和弹簧车轮，基于单轴双轮对特点和弹簧车轮的研制现状，本专利技术提出在车辆(卡车或客车)的某个单轴的双轮内侧添加弹簧车轮，或者说是将双轮内侧的车辆原车轮替换为弹簧车轮，使得普通车轮和弹簧车轮共同构成双轮，再将传感矩阵分布在弹簧车轮外轮圈内壁，弹簧车轮的内外轮圈均为钢材质且其外轮圈可直接接触地面，无需橡胶轮胎，弹簧车轮可以通过弹簧的压缩在降低车辆载静压力的同时提升整体载荷量，满足更高承载需求。同时由于使用单轴双轮对的车辆一般为中大型车辆，设计侧向加速度较小，外侧正常车轮即可满足侧向刚度需求，提供足够侧向力，故内侧安置弹簧车轮不会影响车辆动力性和安全性需求。此外，由于弹簧车轮在纵向受到冲击载荷时，其内部的弹簧支撑结构能够拥有相比于普通充气轮胎更大的形变量，能够为传感矩阵提供更明显的输入数据，较普通车轮对路面轮廓和不平度的感知也更为敏感，能够提升感知精度。当车辆行驶过程中，路面的摩擦状态信息和不平度信息会对车轮产生作用力，弹簧车轮发生形变产生应力，通过在弹簧车轮外轮圈内壁沿周向布置传感矩阵可以感知弹簧车轮外轮圈受到路面作用产生的形变，传感矩阵对形变数据进行采集分析，感知路面的滑移率、摩擦因数、粗糙度、不平度等信息，再通过后续的单片机及整车控制器针对数据进行进一步分析处理，从而优化控制，形成新型智能轮胎，提高车辆行驶安全性和经济性。
15、普通车轮需安装轮胎，轮胎作为车辆和路面接触的唯一部件，在车轮内布置相应传感器来感知路面情况是最直观的方式，但是如果将传感器布置在轮胎外侧，由于大量磨损，传感器寿命较短，但如果将传感器布置在轮胎内部，大型车辆较厚的轮胎壁会影响传感器传感精度。本专利技术的弹簧车轮无需轮胎，其钢材质的外轮圈直接接触地面，或者理解为是将轮胎与轮辋(轮圈)进行一体化设计，较普通车轮具有免爆胎、高稳定的特点，由于结构的简化，且迟滞效应产生的能量损失大幅度减小，提升了燃油经济性，同时由于运动过程中较为稳定，耐磨程度较普通车轮提升了3倍。本专利技术基于单轴双轮对车辆的路面检测装置，能够在保证车辆承载力和安全性的同时，准确稳定地采集路面信息，为控制提供有效输入。概括来讲，优点包括：
16、1.提升感知敏感性：本专利技术所提出的基于单轴双轮对车辆的路面检测装置能够直接感受路面状态，其弹簧车轮的弹簧作支撑的结构受到纵向冲击载荷时形变量较普通车轮更大，对路面轮廓和不平度感知更为敏感，能够有效增加感知数据输入。
17、2.提高车辆安全性：本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于单轴双轮对车辆的路面检测装置，其特征在于，包括单轴双轮对、传感矩阵、单片机、无线传输单元和整车控制器，所述单轴双轮对包括车轴以及同轴并行设置的普通车轮和弹簧车轮，
2.根据权利要求1所述的基于单轴双轮对车辆的路面检测装置，其特征在于，所述普通车轮和弹簧车轮构成双轮同轴并行设置于车轴的单侧，且所述弹簧车轮位于双轮中的内侧。
3.根据权利要求1所述的基于单轴双轮对车辆的路面检测装置，其特征在于，所述普通车轮和弹簧车轮构成两对双轮同轴并行设置于车轴的两侧，每对双轮均包括外侧的普通车轮和内侧的弹簧车轮。
4.根据权利要求1至3之一所述的基于单轴双轮对车辆的路面检测装置，其特征在于，所述普通车轮为驱动轮，用于提供驱动力；或所述普通车轮为转向轮，用于提供转向功能。
5.根据权利要求4所述的基于单轴双轮对车辆的路面检测装置，其特征在于，所述车轴为驱动轴，用于为普通车轮提供转矩以驱动车辆。
6.根据权利要求1至3之一所述的基于单轴双轮对车辆的路面检测装置，其特征在于，所述传感矩阵包括均与弹簧车轮外轮圈内壁紧密相连的应力传感器
7.根据权利要求6所述的基于单轴双轮对车辆的路面检测装置，其特征在于，当车辆行驶过程中，路面的坡度信息和不平度信息会对普通车轮和弹簧车轮产生作用力，弹簧车轮发生形变产生应力，传感器矩阵对形变数据进行采集分析，感知路面的滑移率、摩擦因数、粗糙度、不平度信息。
8.根据权利要求7所述的基于单轴双轮对车辆的路面检测装置，其特征在于，所述单片机在接收到传感矩阵发出的路面信息电信号后经信号调理电路进行滤波降噪后再由无线传输单元传输至整车控制器。
9.根据权利要求7所述的基于单轴双轮对车辆的路面检测装置，其特征在于，所述整车控制器内置已训练完成的深度学习算法，对路面信息数据进行识别检测，最终获得路面种类、路面不平度、坡度信息、路面异常情况、滑移率、附着率信息，从而控制整车减速或提前激活ABS系统，并优化动力输出策略。
...【技术特征摘要】
1.一种基于单轴双轮对车辆的路面检测装置，其特征在于，包括单轴双轮对、传感矩阵、单片机、无线传输单元和整车控制器，所述单轴双轮对包括车轴以及同轴并行设置的普通车轮和弹簧车轮，
2.根据权利要求1所述的基于单轴双轮对车辆的路面检测装置，其特征在于，所述普通车轮和弹簧车轮构成双轮同轴并行设置于车轴的单侧，且所述弹簧车轮位于双轮中的内侧。
3.根据权利要求1所述的基于单轴双轮对车辆的路面检测装置，其特征在于，所述普通车轮和弹簧车轮构成两对双轮同轴并行设置于车轴的两侧，每对双轮均包括外侧的普通车轮和内侧的弹簧车轮。
4.根据权利要求1至3之一所述的基于单轴双轮对车辆的路面检测装置，其特征在于，所述普通车轮为驱动轮，用于提供驱动力；或所述普通车轮为转向轮，用于提供转向功能。
5.根据权利要求4所述的基于单轴双轮对车辆的路面检测装置，其特征在于，所述车轴为驱动轴，用于为普通车轮提供转矩以驱动车辆。
6.根据权利要求1至3之一所述的基于单轴双轮对车...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨世春，南照博，曹耀光，陈昱伊，王锐，李卓阳，童泽翔，闫啸宇，彭朝霞，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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