无线轮速传感器
阅读说明：本技术 无线轮速传感器 (Wireless wheel speed sensor ) 是由 张容容 刘金龙 陈金鹏 于 2019-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种无线轮速传感器,包括能量获取单元、能量管理单元、轮速检测单元、信号处理单元、信号发送单元与信号接收单元,其中,能量获取单元产生电能；能量管理单元存储电能,并且向轮速检测单元、信号处理单元和/或信号发送单元提供电能；轮速检测单元采集轮速信号；信号处理单元将轮速信号转换为方波信号；信号发送单元通过无线网络将方波信号发送至信号接收单元；信号接收单元将来自信号发送单元的方波信号发送至车辆的电子控制单元。本发明中,无线轮速传感器采用无线通讯技术实现信号传输,因此无需进行线束设计,另外,无线轮速传感器通过能量获取单元产生电能从而实现自供电,无需外接电源。(The invention discloses a wireless wheel speed sensor which comprises an energy acquisition unit, an energy management unit, a wheel speed detection unit, a signal processing unit, a signal sending unit and a signal receiving unit, wherein the energy acquisition unit generates electric energy; the energy management unit stores electric energy and provides the electric energy to the wheel speed detection unit, the signal processing unit and/or the signal sending unit; a wheel speed detection unit acquires a wheel speed signal; the signal processing unit converts the wheel speed signal into a square wave signal; the signal sending unit sends the square wave signal to the signal receiving unit through a wireless network; the signal receiving unit transmits the square wave signal from the signal transmitting unit to an electronic control unit of the vehicle. In the invention, the wireless wheel speed sensor adopts a wireless communication technology to realize signal transmission, so that the wire harness design is not needed, and in addition, the wireless wheel speed sensor generates electric energy through the energy acquisition unit to realize self power supply without an external power supply.)
技术领域
本发明涉及汽车领域，具体而言，涉及一种无线轮速传感器。
背景技术
轮速传感器作为汽车重要的基础传感器之一，其不仅可以监测车轮当前的运动状态，而且经过与一些参数整合经过一定算法后可表示出车轮的行驶情况。目前，防锁死刹车系统(即，ABS)已成为车辆的标配，这意味着轮速传感器在车辆上的应用不可或缺。但是，轮速传感器所产生的信号需要通过线束进行传输，车辆底盘的设计、车辆其他系统的零部件(例如减震器、油管等)以及车辆运动过程中的跳动等可能与轮速传感器的线束干涉，进而发生电缆线磨损，导致传感器的损坏。也就是说，迥异的轮速传感器安装环境对轮速传感器的适配性和通用性提出了更高的要求，需要能够在满足使用要求的同时灵活匹配实车环境，进而为不同的车型和不同的底盘安装环境需求提供完整的解决方案。
轮速传感器的设计周期一般要有很大一部分花费在与主机厂关于布置走线的交流中，包括线束的长度、支架的选择和安装位置等。同时，后期底盘结构和底盘安装件的干涉等情况还会导致线束部分的更改与变更，进而导致设计时间延误。
因此，现有的轮速传感器由于需要线束进行信号传输从而导致其适配性和通用性存在着的缺陷。
发明内容
本发明的出发点在于，提供一种无线轮速传感器，从而解决了现有技术中存在的上述问题。
本发明的实施例提供了一种无线轮速传感器，所述无线轮速传感器包括能量获取单元、能量管理单元、轮速检测单元、信号处理单元、信号发送单元与信号接收单元，其中，
所述能量获取单元产生电能，
所述能量管理单元存储所述能量获取单元产生的电能，并且向轮速检测单元、信号处理单元和/或信号发送单元提供电能，
所述轮速检测单元采集轮速信号，
所述信号处理单元将所述轮速检测单元采集到的轮速信号转换为方波信号，
所述信号发送单元通过无线网络将方波信号发送至所述信号接收单元，
所述信号接收单元接收来自所述信号发送单元的方波信号，并且将方波信号发送至车辆的电子控制单元。
可选地，所述能量获取单元包括磁性铁芯和围绕所述磁性铁芯的线圈，所述磁性铁芯的一端设置成邻近测试轮，测试轮的转动使得线圈中产生感应电压，从而产生电能。
可选地，所述测试轮的轮齿具有交替设置的凸起部分和凹陷部分，测试轮的转动使得轮齿的凸起部分和凹陷部分依次接近所述磁性铁芯从而导致磁通量随时间变化而变化，使得线圈中感应出交流电压。
可选地，所述能量管理单元包括充电电池和超级电容。
可选地，所述信号处理单元对所述轮速检测单元输入的正弦轮速信号进行波形调制、稳压、滤波以及补偿调节，以获得与正弦轮速信号同频率的方波信号。
可选地，所述信号发送单元在发送方波信号之前，对方波信号进行选频、信号调制和功率放大，以利于无线传输；所述信号接收单元对来自所述信号发送单元的信号进行解调、去噪、选频和滤波处理。
可选地，所述能量获取单元、能量管理单元、轮速检测单元、信号处理单元和信号发送单元设置在车辆的转向节或后桥处。
可选地，所述信号接收单元设置在车辆的电子控制单元的接口处。
本发明的实施例的无线轮速传感器至少具有以下优点：
本发明中，无线轮速传感器采用无线通讯技术实现信号传输，因此无需进行线束设计，降低了设计人员的时间花费和资金花费，并且具有更好的适配性和通用性。
本发明中，无线轮速传感器可以通过能量获取单元产生电能，从而实现自供电，无需外接电源。
附图说明
本发明的其他细节及优点将通过下文提供的详细描述而变得显而易见。应理解的是，下列附图仅仅是示意性的且并非按比例绘制，因而不能视为对本申请的限制，下文将参照附图来进行详细描述，其中：
图1示出了根据本发明的一个
具体实施方式
的无线轮速传感器的示意图。
图2示出了根据本发明的一个具体实施方式的无线轮速传感器的能量获取单元的结构示意图。
图3示出了根据本发明的一个具体实施方式的无线轮速传感器的能量获取单元和能量管理单元的等效电路图。
图4示出了根据本发明的一个具体实施方式的无线轮速传感器的信号发送单元的示意图。
图5示出了根据本发明的一个具体实施方式的无线轮速传感器的信号接收单元的示意图。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解和实现本发明。但是，对所属技术领域的技术人员明显的是，本发明的实现可不具有这些具体细节中的一些。此外，应当理解的是，本发明并不局限于所介绍的特定实施例。相反，可以考虑用下面所述的特征和要素的任意组合来实施本发明，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的方面、特征、实施例和优点仅作说明之用，而不应看作是权利要求的要素或限定，除非在权利要求中明确提出。
本发明提供了一种自供电式无线轮速传感器。本发明意图解决因轮速传感器在车身安装过程中线束带来的问题，包括前期的设计投入和后期的路试故障。通过自供电技术为轮速传感器提供供电电源，以满足有源传感器和信号发射的需要。通过设置无线收发模块，实现信号的传输。
本发明提供一种无线轮速传感器系统，该系统能实时智能化、低能耗地无线监测轮速信息。图1示出了根据本发明的一个具体实施方式的无线轮速传感器的示意图。如图1所示，该无线轮速传感器系统主要包括：能量获取单元、能量管理单元、轮速检测单元、信号处理单元、信号发射单元与信号接收单元。其中，能量获取单元、能量管理单元、轮速检测单元、信号处理单元和信号发射单元位于车辆的测试轮位置的转向节或后桥处，以实现轮速信号的生成和发射，信号接收单元位于车辆的电子控制单元的接口处，以接收轮速信号并将轮速信号传递给车辆的电子控制单元(例如车辆的CAN总线或ECU)。
能量获取单元用于获取电能，能量获取单元与能量管理单元连接，从而为能量管理单元供电。图2示出了根据本发明的一个具体实施方式的无线轮速传感器的能量获取单元的结构示意图。如图2所示，能量获取单元包括磁性铁芯和围绕磁性铁芯的线圈，磁性铁芯的一端设置成邻近测试轮，测试轮的转动使得线圈中产生感应电压，从而产生电能。测试轮的轮齿具有交替设置的凸起部分和凹陷部分，轮齿的凸起部分和凹陷部分依次接近磁性铁芯从而导致磁通量随时间变化的变化，使得线圈中感应出交流电压。
能量管理单元可以采用充电电池与超级电容搭配的混合储能技术，以作为供电端为轮速检测单元、信号处理单元和/或信号发射单元供电，以满足各单元的基本工作用电要求。超级电容特点是充电速度快，循环使用寿命长，满足轮速传感器工作环境的要求(如工作环境温度范围宽)。图3示出了根据本发明的一个具体实施方式的无线轮速传感器的能量获取单元和能量管理单元的等效电路图。当车轮满足某一轮速值时，能够满足整个设备的用电需求，为各部分电路提供稳定电能，同时其本身相当于储能装置，对于能量获取单元提供的能量进行升压处理和电量保存。在轮速较低时，释放这些储存的能量以供给各用电单元使用。能量获取单元输送的电压不稳时，能量管理单元需要对电压进行管理，主要是对低电压进行升压处理、对高电压进行降压处理和全电流稳压处理，目的是使输出的电流稳定。能量管理单元输出端可以连接到轮速检测单元、信号处理单元和信号发射单元，以保障各单元运行。
轮速检测单元进行轮速信号的采集。轮速检测单元的电源端与能量管理单元连接，使得轮速检测单元能够正常工作。轮速检测单元的信号输出端可以与信号处理单元直接连接，信号处理单元对轮速信号进行处理，将轮速检测单元测试获得的正弦轮速信号转换为同频率的方波信号，然后，信号处理单元将处理后的方波信号传递给信号发射单元。
如果信号处理单元是有源模块，其接电端可以与能量管理单元相连。如果信号处理单元的全部元件都是无源元件，则也可以不需连接至能量管理单元。信号处理单元主要是对轮速检测单元的输入的正弦轮速信号进行处理，处理方式包括波形调制、稳压、滤波以及补偿调节等，以获得同频率的方波信号。信号处理单元处理后的信号进入信号发射模块。
信号发射单元是有源模块，其接电端与能量管理单元相连，以通过无线网络发射处理后的轮速信号。图4示出了根据本发明的一个具体实施方式的无线轮速传感器的信号发送单元的示意图。如图4所示，信号发射单元可以对方波信号进行频率挑选、信号调制和功率放大，以利于无线传输。
信号接收单元是有源模块，其接电端通过接插件从车辆获得供电，信号接收单元的信号输出端经由接插件与车辆的电子控制单元连接。图5示出了根据本发明的一个具体实施方式的无线轮速传感器的信号接收单元的示意图。如图5所示，信号接收单元接收到来自信号发射单元的信号后，可以对信号进行解调处理，以恢复轮速信号信息(频率、相位等)。另外，信号接收单元可以对信号进行LNA处理和LPF处理，以提高信噪比。之后，处理后的轮速信号经由接插件直接进入车辆的电子控制单元，如车辆的CAN总线或ECU等。
如上所述，本发明中，无线轮速传感器的能量获取单元、能量管理单元、轮速检测单元、信号处理单元、信号发射单元安装在测试轮位置的转向节或后桥处，信号接收单元通过接插件连接至车辆的电子控制单元的接口处。各单元电路可以采用MEMS技术，以浓缩电路体积、降低耗能和缩短信号传递时间。能量管理单元的整流器具有功耗影响，可以应采用低功耗肖特基整流器(推荐CTLSH10-60M856，或直接采用LTC3588-1电源芯片)。能量管理单元采用低功耗线性稳压器(推荐LTC1540)来管理电压电流的输出。信号处理单元采用低功耗高性能芯片(推荐PL1167)。能量管理单元不仅限于蓄电池搭配超级电容的混合储能技术，一些新兴的微纳尺度的“发电即用”方式也是未来的应用方向之一。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内所作的各种更动与修改，均应纳入本发明的保护范围内，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
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