СПОСОБ ВЫЧИСЛЕНИЯ СКОРОСТИ КОЛЕСА И СООТВЕТСТВУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ
METHOD FOR CALCULATING WHEEL SPEED AND RELATED MEASUREMENT DEVICE

Настоящее изобретение в целом относится к области автомобилей и, в частности, касается вычисления скорости колес транспортного средства на низкой скорости.
Системы контроля давления шин, ставшие обязательными на транспортных средствах, используют либо напрямую датчики давления, находящиеся в шинах, либо применяют опосредованные методы определения недостаточного давления или прокола, причем эти опосредованные методы включают в себя, в частности, измерение скоростей колес транспортного средства.
Такое измерение осуществляет устройство измерения скорости колеса, как правило, использующее магнитный датчик, содержащий зубчатое кольцо, приводимое во вращение с той же скоростью, что и колесо, и неподвижную чувствительную часть, связанную с вычислительным устройством. Известно выпускаемое в продажу устройство измерения скорости колеса, в котором зубчатое кольцо содержит 96 зубцов, и прохождение этого зубчатого кольца перед магнитным чувствительным элементом приводит к появлению электрического импульса. Буферная память сохраняет значения тактового генератора, соответствующие приему каждого электрического импульса. Тактовый генератор, работающий на частоте 4 МГц (мегагерц), дискретно увеличивает значение, закодированное на 16 бит. Очистку буферной памяти производят каждые 100 мс (миллисекунд).
В настоящее время эти устройства измерения не работают, если число электрических импульсов, принимаемых за период заполнения буферной памяти, меньше или равно числу шагов тактового генератора от нулевого значения за этот период. Это связано с тем, что записываемые значения тактового генератора невозможно позиционировать на периоде буферной памяти, так как его последовательные инкременты больше не могут считываться в соответствии с принимаемыми электрическими импульсами. Таким образом, в случае вышеупомянутого устройства измерения, поскольку тактовый генератор семь раз возвращается на ноль за период 100 миллисекунд для обновления буферной памяти, ни одно измерение скорости не доступно, если число электрических импульсов, принятых за 100 миллисекунд, меньше или равно семи. Однако даже на очень низкой скорости, то есть ниже 2 м/с (метров в секунду), надежное измерение скорости колеса позволило бы системе контроля давления шин обнаружить прокол или недостаточное давление шин, что позволило бы быстрее предупредить водителя о проблеме давления в его шинах.
Изобретение призвано устранить по меньшей мере часть вышеупомянутых недостатков известных технических решений и предложить способ вычисления скорости колеса транспортного средства и устройство измерения такой скорости, позволяющие получать надежное значение скорости колеса на очень низкой скорости.
В связи с этим изобретением предложен способ вычисления скорости колеса транспортного средства, содержащий следующие этапы:
- в течение заранее определенного периода в буферной памяти сохраняют значения, отмечаемые тактовым генератором, закодированным на число Nb бит, во время приема по меньшей мере двух последовательных электрических импульсов k-1 и k,
- вычисляют скорость колеса.
Когда число электрических импульсов, принятых в течение указанного заранее определенного периода, меньше числа переходов тактового генератора на нулевое значение в течение указанного заранее определенного периода, на указанном этапе вычисления скорости колеса применяют формулу:
где:
V(n) - скорость колеса, вычисляемая на указанном этапе вычисления,
R - ранее записанное в памяти значение радиуса колеса,
N - число зубцов датчика скорости колеса, используемого в рамках указанного способа,
k
k-1
k
Nb
Δt(n) = [top - top + (2 - 1)n]*T, где top является значением тактового генератора, сохраненным во время приема k-го электрического импульса, и Т является значением периода указанного тактового генератора,
при этом значение n определяют таким образом, что  , где i является числом электрических импульсов, принятых в течение указанного заранее определенного периода.
Благодаря изобретению, система контроля давления шин может получать измерение скорости, когда в течение периода записи электрических импульсов число электрических импульсов, принятых магнитным датчиком, меньше, чем число инкрементов тактового генератора, начиная с нуля. Таким образом, водитель может быть быстро предупрежден о недостаточном давлении или о проколе его шин.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, значение числа Nb бит равно 16, значение периода Т указанного тактового генератора равно 0,25 мкс, и значение N числа зубцов равно 96, при этом значение n определяют следующим образом:
- когда в течение указанного заранее определенного периода принято 7 электрических импульсов, n=1,
- когда число i электрических импульсов, принятых в течение указанного заранее определенного периода, равно 4, 5 или 6, то n=1, если , в противном случае n=2,
- когда число i электрических импульсов, принятых в течение указанного заранее определенного периода, равно 2 или 3, то n=2, если , в противном случае n=3.
Этот вариант осуществления изобретения является недорогим, так как позволяет использовать уже существующее устройство измерения скорости, изменяя лишь его программу вычисления.
Согласно предпочтительному признаку изобретения, скорость колеса V(n) вычисляют для каждого интервала времени, заключенного между каждым принятым электрическим импульсом.
Этот признак позволяет системе контроля давления шин получать скорость колеса, более точную во времени, чем в известных технических решениях, и, следовательно, выдавать более надежную информацию о состоянии шин.
k
Согласно другому предпочтительному признаку, заявленный способ содержит дополнительный этап итеративного вычисления момента приема t k-го электрического импульса по формуле:
k
k-1
t = t + Δt(n)
Эти моменты приема принимаемых электрических импульсов позволяют системе контроля давления шин обрабатывать сигнал скорости колеса в зависимости от очень точного времени для обнаружения проколов и недостаточного давления, что повышает ее надежность.
Объектом изобретения является также устройство измерения скорости колеса транспортного средства, содержащее средства для осуществления заявленного способа вычисления. Это устройство содержит, в частности, буферную память, выполненную с возможностью сохранения в течение заранее определенного периода значений, отмечаемых тактовым генератором, закодированным на число Nb бит, во время приема по меньшей мере двух последовательных электрических импульсов k-1 и k, выдаваемых магнитным чувствительным элементом при прохождении зубцов зубчатого колеса магнитного датчика, при этом указанное устройство дополнительно содержит средства вычисления скорости колеса, при этом, когда число электрических импульсов, принятых в течение указанного заранее определенного периода, меньше числа переходов тактового генератора на нулевое значение в течение указанного заранее определенного периода, указанные средства вычисления скорости колеса могут вычислить указанную скорость колеса по формуле:
где:
V(n) - скорость колеса, вычисляемая указанными средствами вычисления,
R - ранее записанное в памяти значение радиуса колеса,
N - число зубцов указанного зубчатого колеса,
k
k-1
k
Nb
Δt(n) = [top - top + (2 - 1)n]*T, где top является значением тактового генератора, сохраненным во время приема k-го электрического импульса, и Т является значением периода указанного тактового генератора,
при этом значение n определяют таким образом, что  , где i является числом электрических импульсов, принятых в течение указанного заранее определенного периода.
Это заявленное устройство измерения имеет преимущества, аналогичные преимуществам заявленного способа вычисления.
Другие признаки и преимущества будут более очевидны из описания предпочтительного варианта выполнения со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых:
Фиг. 1 - заявленное устройство измерения скорости колеса согласно предпочтительному варианту выполнения.
Фиг. 2 - этапы заявленного способа вычисления скорости колеса согласно предпочтительному варианту осуществления.
Фиг. 3 - таблица, в которой приведен пример значений тактового генератора, соответствующих приему электрических импульсов, сохраняемых в буферной памяти устройства измерения скорости колеса.
Фиг. 4 - значения тактового генератора на временной диаграмме, при этом каждый электрический импульс представлен во времени с соответствующей инкрементацией тактового генератора.
Согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения, представленному на фиг. 1, заявленное устройство DIS измерения скорости колеса транспортного средства содержит:
- магнитный датчик, содержащий зубчатое колесо AD с 96 зубцами, приводимое во вращение вместе с колесом транспортного средства, и магнитный чувствительный элемент DET, неподвижный относительно рамы транспортного средства,
- тактовый генератор Н, инкрементирующий значение, закодированное на 16 бит, на частоте 4 МГц,
- буферную память МТ,
- и центральный блок CPU, исполняющий программу, команды которой позволяют осуществлять этапы заявленного способа вычисления скорости колеса.
Когда транспортное средство движется, магнитный чувствительный элемент DET обнаруживает перед собой прохождение зубца зубчатого колеса AD. При каждом обнаруженном прохождении магнитный чувствительный элемент DET передает электрический импульс в тактовый генератор Н. При этом тактовый генератор передает свое текущее значение, составляющее от 0 до 65535, в буферную память МТ. Буферная память МТ сохраняет принятые значения тактового генератора, каждое из которые соответствует приему электрического импульса, и стирает сохраненные значения через каждые 100 мс.
На фиг. 2 заявленный способ вычисления скорости колеса, осуществляемый устройством измерения DIS, представлен в виде алгоритма, содержащего этапы Е1-Е3.
На этапе Е1 в течение заранее определенного периода в 100 мс в буферной памяти МТ сохраняют значения, отмечаемые тактовым генератором Н во время приема электрических импульсов, передаваемых магнитным датчиком.
Эти значения тактового генератора сохраняются, например, в виде таблицы, показанной на фиг. 3. Эта таблица содержит пятнадцать входов, соответствующих пятнадцати электрическим импульсам, принятым во время периода записи 100 мс в буферной памяти МТ. В этой записи во время приема первого электрического импульса тактовый генератор Н имел значение 4, во время приема второго электрического импульса тактовый генератор Н имел значение 65535, и во время приема третьего электрического импульса тактовый генератор Н имел значение 15. Таким образом, если принято достаточное количество электрических импульсов, увеличение или уменьшение последовательных значений тактового генератора позволяет расположить электрические импульсы по времени в виде соответствующей «последовательности тактового генератора», то есть в виде инкрементации тактового генератора, начиная от нуля.
На фиг. 4 показаны принятые электрические импульсы из таблицы на фиг. 3 на временной диаграмме, показывающей семь последовательностей тактового генератора, которые протекают в течение периода записи в 100 мс, при этом в конце этого периода седьмая последовательность тактового генератора оказывается не завершенной. На этой диаграмме видно, что, когда два значения тактового генератора, соответствующие двум электрическим импульсам, следуют друг за другом в порядке возрастания, эти два электрических импульса находятся в одной последовательности тактового генератора.
k-1
k
Следующий этап Е2 представляет собой вычисление скорости колеса. Как известно, когда число электрических импульсов, принятых в течение периода записи 100 мс, превышает или равно восьми, достаточно идентифицировать два последовательных возрастающих значения тактового генератора top и top, чтобы вычислить скорость V колеса за этот период по следующей формуле:
где:
- R является ранее сохраненным значением радиуса колеса транспортного средства,
k
k-1
- Δt = (top - top)*T, где Т является периодом тактового генератора Н.
Согласно изобретению, на этом этапе Е2, если число электрических импульсов, принятых в течение периода записи в 100 мс, превышает или равно восьми, предпочтительно вычисление скорости колеса осуществляют для каждого интервала времени, заключенного между двумя импульсами, принятыми в течение периода записи 100 мс, используя формулу:
где:
- Δt = (top
- top
)*T , когда два последовательных значения top
и top
тактового генератора, соответствующих двум принятым импульсам, являются такими при которых:
k
k
-
1
k
-
1
k
k
k-1
top - top > 0
- или Δt = (top
- top
+ 65535)*T , когда два последовательных значения top
и top
тактового генератора, соответствующих двум принятым импульсам, являются такими при которых:
k
k
-
1
k
-
1
k
k
k-1
top - top ≤ 0
Действительно, автор изобретения установил, что, когда два последовательных значения тактового генератора являются убывающими, тогда как принято по меньшей мере восемь электрических импульсов, это значит, что соответствующие электрические импульсы находятся в двух следующих друг за другом последовательностях тактового генератора.
Кроме того, согласно изобретению, когда число электрических импульсов, принятых за период записи 100 мс, меньше или равно числу возвратов тактового генератора к нулевому значению, то есть 7 в этом варианте осуществления изобретения, на этапе Е2 вычисления скорости колеса применяют формулу:
где:
V(n): скорость колеса, соответствующая интервалу времени Δt(n),
R: ранее записанное в памяти значение радиуса колеса,
N=96: число зубцов используемого датчика скорости колеса,
k
k-1
k
Nb
Δt(n) = [top - top + (2 - 1)n]*T, где top является значением тактового генератора, сохраненным во время приема k-го электрического импульса, Т является значением периода тактового генератора Н, то есть 0,25 мкс (микросекунд), и Nb является числом бит, кодирующих значение тактового генератора, то есть 16 в этом варианте осуществления изобретения,
при этом значение n определяют таким образом, что  , где i является числом электрических импульсов, принятых в течение периода записи 100 мс.
k-1
k
Значение n соответствует числу последовательностей тактового генератора, «разделяющих» два принятых импульса, соответствующих значениям тактового генератора top и top (когда n=1, два принятых электрических импульса находятся в двух следующих друг за другом последовательностях тактового генератора).
Таким образом, на этом этапе Е2:
- если в течение указанного заранее определенного периода приняты 7 электрических импульсов, n=1
- если число i электрических импульсов, принятых в течение указанного заранее определенного периода, равно 4, 5 или 6, то n=1, если , в противном случае n=2,
- если число i электрических импульсов, принятых в течение указанного заранее определенного периода, равно 2 или 3, то n=2, если , в противном случае n=3.
Эта формула в соответствии с изобретением использует первую оценку, образованную интервалом , вычисляемой скорости колеса, чтобы определить число последовательностей тактового генератора, разделяющих два принятых электрических импульса.
На следующем этапе Е3 вычисляют моменты приема электрических импульсов в течение периода записи 100 мс. Это вычисление производят итеративно с применением формулы:
k
k-1
t = t + Δt(n)
k
k-1
k
k-1
где t и t являются моментами приема электрических импульсов, соответствующими значениям тактового генератора top и top.
0
Следует отметить, что для определения t необходимо, чтобы транспортное средство двигалось со скоростью, превышающей 2 м/с, для установки начала отсчета времени. Алгоритм позволяет получить значения продолжительности между различными моментами tops, как только транспортное средство начинает двигаться быстрее этого порога скорости.
Необходимо отметить, что этот предпочтительный вариант осуществления изобретения можно обобщить для других значений числа Nb бит, кодирующих тактовый генератор Н, периода тактового генератора Н или числа N зубцов магнитного датчика. Кроме того, в этом варианте осуществления этапы Е2 и Е3 следуют друг за другом, но в других вариантах эти этапы осуществляют параллельно или еще в одном варианте осуществляют только этап Е2.