بخشی از مقاله
چکیده
استفاده از سیستم های ایمنی بر اساس دو مشخصه عملکرد سریع و دقت در گزارش اندازه گیری و تشخیص داده های دینامیکی نظیر نیرو، انتقال بار و اصطکاک مسیر شکل می گیرند و حد اکثر اصطکاک موجود میان سطوح درگیر، اندازه گیری پارامترهایی از این دست بطور مستقیم از تایر می تواند برای افزایش ایمنی بسیار مفید باشد. در این مقاله ساختار و اصول بکارگرفته شده در طراحی یک شبکه سنسوری به منظور افزایش سطح ایمنی وسیله نقلیه مورد بررسی قرار می گیرد.
مقدمه
تلفات ناشی از تردد جاده ای در حدود % 25 از مرگ و میر را شامل می شود. وسایل ایمنی غیر فعال نظیر کمربند ایمنی، کیسه هوا و مانند آن ها می توانند تا حدودی به افزایش سطح ایمنی بیانجامد و تبدیل به استاندارد شوند. اما پیشگیری و در نهایت جلوگیری از تصادفات قبل از وقوع می تواند به افزایش سطح ایمنی بطور قابل توجهی کمک کند.[5] به وضوح می توان گفت که استاندارد ایمنی غیر فعالمی تواند صرفاً در سطح کاهش تلفات انسانی پس از بروز حادثه عمل کند، در حالیکه تفکر بکارگیری و ارتقای سطح ایمنی فعال با دیدگاه افزایش ایمنی قبل از وقوع حادثه دنبال می شود!
.2 متغیر های خروجی حاصل از بکارگیری شتاب سنج ها
اطلاعات ضروری در افزایش سطح ایمنی فعال و بکارگیری سیستم های ایمنی دینامیکی با بکارگیری الگوریتم های پردازش داده در دو سطح مجزا قابل اعمال است که عبارتند از:
-1 در سطح تایر مانند دما، فشار، رطوبت و نیروهای عرضی اعمالی به تایر و ...
-2 در سطح وسیله نقلیه مانند توزیع بار و تخمین میزان اصطکاک موجود میان سطح جاده و خودرو
در این مقاله به مطالعه ی بر روی داده های حاصل از خروجی سنسور بر روی دو سطح فوق پرداخته می شود. در شکل 1، شبیه سازی تمامی نیروهای اصطکاک جنبشی و نیروی محرکه خودرو انجام می گردد. در مرحله اول به تحلیل معادلات حرکتی بر اساس خروجی حاصل از شتاب سنج ها پرداخته و با توجه به برخی از مشخصه های تایر، می توان محاسبات دینامیکی در ناحیه تماس تایر با سطح زمین را به دست آورده تا بتوان معادله و چگونگی نیروی موثر را تخمین زد. بدست آوردن دیگر پارامتر های حائز اهمیت نظیر اصطکاک بالقوه، در حدود نسبتاً مناسبی می تواند مشخصه ها را توصیف کند.
شکل: 1 نمودار انتقال بار هنگام حرکت خودرو در مسیر مارپیچ[7]
.3 زیر سیستم تغذیه
از آنجا که وظیفه دریافت و انتقال داده با سنسورهای تعبیه شده در تایر می باشد، پردازش اولیه داده بر روی خروجی های سنسورها اتفاق می افتد لذا، بهتر است که مجموعه سنسورهای تعبیه شده در تایر در مدت زمان کارکرد تایر از عمر عملکردی لازم برخوردار باشند. بنابراین از نخستین عوامل تاثیر گذار بر روی عملکرد تایر به تاثیر میزان شتاب خودرو و بازه دمایی در ناحیه نصب سنسور بر می گردد.
.4 سنسورها و زیر مجموعه های اکتساب داده
در حقیقت سنسور یک شتاب سنج چند محوره بوده که در تایر در بخش فوقانی محور افقی تایر تعبیه می شوند و باید توانایی اندازه گیری میزان شتاب حول سه محور را دارا باشند و دارای سه خروجی عمده تشکیل دهنده ورودی های پردازشگر به منظور پردارزش داده هستند. اما در حقیقت تکنولوژی انتخابی برای شتاب سنج ها همزمان از ناحیه این عناصر با چند مشکل مواجه است که عبارتند از : هزینه، اندازه، توان اتلافی و دقت در اندازه گیری.[9]
.1,4 میکروپروسسور
این زیر سیستم شامل پردازشگر سیگنال دیجیتال - - 2DSP می باشد که مسوولیت مدیریت پروتکل مخابراتی، تمامی توابع کنترل فعالیت شبکه سنسور ها، دستورالعمل های اجرایی، سیستم رصد تصویری و عیب یابی می باشد.
.2,4 سیستم رادیویی انتقال داده
سیستم مزبور دو وظیفه به شرح زیر را دنبال می کند:
-1 انتقال داده دیجیتال برای دریافت این داده توسط سیستم PAN
-2 دریافت داده های حاصل از سیستم شبکه سنسورها این سیستم در بازه فرکانسی مخصوص خود فعالیت کرده و از مهمترین چالش های پیش رو است، لذا عمده ترین و مهمترین بخش مسائل فنی به تامین انرژی لازم در سیستم رادیویی انتقال داده می پردازد.
.3,4 مونتاژ سیستم
شرایط عملیاتی محل قرار گیری سنسورها از لحاظ سخت افزاری حائز اهمیت است. از آنجا که محل نصب سنسورها نباید بر نوع عملکرد تایر و میزان دقت شتاب سنج تاثیر بگذاردعمدتاً، تلاش می شود که محل نصب سنسورها در تایر از یک سانتیمتر مکعب تجاوز نکند.
.4,4 بررسی سیستم رادیویی
بهترین روش ایجاد ارتباط به تجربه حاصل از ارسال و دریافت داده های مخابرات زمینی و ماهواره ای بر می گردد، چرا که می توان میزان چرخش تایر و انتقال داده از تایر در حال چرخش را به انتقال داده از ماهواره در حال گردش به دور زمین به سطح زمین و برعکس تشبیه نمودکه عمدتاً تحت عنوان روش ارسال و دریافت داده موسوم به UWB از آن یاد می شود.
.5,4 ارسال داده بر اساس مخابرات Uplink
فن آوری موسوم به UWB طی سالهای اخیر در راستای کاهش توان ارسالی، کاهش هزینه در توان ارسالی و نهایتاً دسترسی به فرستندگی کم حجم پیشنهاد می شود.
ارسال سیگنال می تواند به دو روش زیر اتفاق بیافتد.
الف: شکل پالس
هر گونه شکل پالسی می تواند در روش مبتنی بر ارسال UWB موثر و مفید واقع شود که از انواع آن می توان به سیگنال ذوزنقه ای متناوب و یا سیگنال مثلثی متناوب اشاره کرد. از آنجا که به صورت تجربی روش پالس مثلثی متناوب بهتر می تواند در روش UWB موثر واقع شود. لذا روش پالس مثلثی متناوب، مبنای پژوهش قرار داده شده است.
ب: مدولاسیون
تنها مدولاسیون باینری برای سیستم تایر هوشمند مورد استفاده قرار می گیرد، چرا که سایر مدولاسیون ها می تواند باعث اتلاف توان الکتریکی در مدولاسیون و انتقال داده شود.
.6,4 کاهش نویز پذیری
برای کاهش تاثیرگذار نویز هنگام ارسال داده پیشنهاد می شود که روش کاهش نویز موسوم به PPM متناظر با نوع فعالیت شبکه انتقال داده داخلی PAM اعمال شود.[5] رعایت و کد گذاری فاز و تاخیر فاز سیگنال دریافتی از سنسورها در مدولاسیون از طریق کدینگ بالا رونده یا پایین رونده موسوم به BPSK محقق می شود.
شکل :2 فرستنده [10] UWB
.5 معماری ارسال داده به روش UWB
الف: فرستنده front end
داده های رادیویی از نوع UPLINK نیازمند به ارسال داده در سرعت انتقال بالایی هستند. تلاش عمده ما انتخاب یک معماری ارسال داده است که از طریق اعمال و بکارگیری یک حلقه نوسان ساز می توان سیگنال حامل را دائما تولید نموده و فعالیت مدولاسیون را به صورت حلقه بسته دنبال نمود.
ب: گیرنده front end
محدودیتهای شامل تامین توان مورد نیاز شبکه سنسورها به ما اجازه می دهد که با انتخابهای محدودی برای بلوک فرستنده مواجه شویم. البته، گیرنده موجود بر روی هماهنگ کننده
