CN100463811C - 一种轮胎监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轮胎监测系统，其中包括：安装在轮胎里的远程轮胎监测单元、中央控制器、语音提示单元和制动减速机构。其中远程轮胎监测单元用于对轮胎气压、温度进行监测采样，生成轮胎状态采样数据信号并通过无线传输方式发送给中央控制器；中央控制器无线接收轮胎状态采样数据信号，并对接收的数据信号进行运算处理，生成语音提示指令和/或制动减速指令，将语音提示指令发送给语音提示单元，将制动减速指令发送给制动减速机构；语音提示单元，用于接收所述的语音提示指令并输出语音提示信息；制动减速机构，用于接收所述的制动减速指令并执行制动减速动作，以对短时间内的快速泄气和爆胎提供有效的安全保护。

Description

一种轮胎监测系统

技术领域

本发明涉及汽车行车安全技术领域，特别涉及轮胎气压、温度监测与行车控制技术，具体指一种轮胎监测系统。

背景技术

轮胎对汽车行车安全的影响一直受到汽车业界和社会公众的关注，美国于2003年开始强制实施轮胎气压监测系统(TPMS)为汽车标准配置后，TPMS已经成为汽车技术专有名词，世界范围内的TPMS研发生产出现快速增长趋势。

现有TPMS的主流技术方案是：TPMS由两部分组成：安装在汽车轮胎里的远程轮胎压力监测模块(RTPM：Remote Tire Pressure Monitoring)和安装在汽车驾驶台上的中央监视器(LCD显示器)。安装在每个轮胎内的远程压力监测模块由锂亚电池供电，对轮胎压力和温度进行监测采样，采样数据通过高频无线电波(RF)发射，一套TPMS系统有4个或5个(包括备用胎)RTPM模块。中央监视器接收远程轮胎压力监测模块发射的信号，将各个轮胎压力和温度数据依次显示在液晶屏上，供驾驶员参考。如果轮胎压力或温度出现异常，中央监视器根据异常情况，发出不同的报警信号，提醒驾驶者采取必要的措施。其典型技术路线或原理框图如图1所示。

其中，远程轮胎压力监测模块由多个部分组成：(1)具有压力、温度、加速度、电压检测和后信号处理ASIC芯片组合的智能传感器；(2)4-8位单片机(MCU)；(3)RF射频发射芯片；(4)锂亚电池；(5)天线。

智能传感器是硅显微机械加工(MEMS)技术制作的片上系统模块，包括压力传感器、温度传感器、加速度计、电池电压检测、内部时钟和一个包含模数转换器(ADC)、取样/保持(S/H)、SPI口、校准(Calibration)、数据管理(Data)、ID码的数字信号处理ASIC单元，模块具有掩膜可编程性，即客户可以利用专用软件进行配置。

现有技术TPMS采用锂亚电池对RTPM供电，RTPM由于受电池容量的制约，电池管理的最小化功率设计采用采样后睡眠和定时唤醒方案，以满足电池使用5～10年时间的要求。在TPMS方式下，压力温度等数据采用大间隔采样的方式，一般地，压力数据采样频率为1/3Hz～1/8Hz，数据发送频率为1/30Hz～1/80Hz，由RTPM微处理器电源管理程序进行精确控制，RTPM定时唤醒时间间隔一般固定设置为3～8秒范围，两次采样间隔期间RTPM模块处于睡眠状态。

TPMS对保持轮胎正常气压、预防和减少爆胎事故具有积极作用和效果。但现有的TPMS系统由于轮胎气压数据采样间隔达3000～8000毫秒，而存在一定的局限或缺陷，仅有轮胎气压、温度信息提示功能，作用局限在预警预防方面，无法对突发的爆胎或快速泄气即时作出响应和提供有效救助，这是现有技术TPMS的特征。从严格意义上说，现有TPMS应定义为信息提示预警系统。

现有相关研究资料表明，爆胎是突发性事件，事前无明显或确定的征兆，无法从根本上避免。引发爆胎的原因是轮胎气体压力、温度升高，特别是轮胎气压偏低引发的轮胎内部(橡胶与钢丝帘布间)摩擦，造成轮胎橡胶层局部高温，橡胶与帘布层剥离、脆化，最终导致轮胎爆裂。轮胎气压偏低、长时间高速行驶是爆胎的重要诱因。

美国学者Wesley D.Grimes发表的《车辆对爆胎反应的三维仿真》(3-Dimensional Simultion of Vehicle Response to Tire Blow-outs)研究报告表明，爆胎发生时，胎内气压在100毫秒内丧失，爆胎车轮滚动半径减小、爆胎车轮滚动阻力增加为爆胎前的30倍以上，爆胎车轮和处于对角线位置的车轮对地面的正压力Fz下降，侧向摩擦力也随之下降，过程继续则爆胎车轮出现轮辋对轮胎的碾压，碾压直至轮胎撕裂与轮辋分离，导致侧向摩擦力大幅下降。在轮胎被碾压和撕裂的过程中，轮胎与地面滚动阻力大幅增大甚至导致车轮由滚动转为滑动(当爆胎车轮为从动轮时)，形成一侧向作用力，使汽车发生偏离行驶方向的运动。

Wesley D.Grimes的研究报告同时表明，单纯的爆胎并非必然导致事故的发生，驾驶员对爆胎信息作出的反应操作是否正确和爆胎时车辆所处的具体路况，对爆股后是否引发交通事故有直接关联，特别指出驾驶员过度转向和过度制动(制动抱死)均有可能导致事故的发生，相反，驾驶员适当的操控(调整维持行驶轨迹和适度制动)，将可能避免事故的发生。

该研究报告结论揭示了一个极为重要的事实：在爆胎发生2～3秒后的时刻，驾驶员能够做出反应时间起，驾驶员对汽车的适度操控仍然被认为是必要的和必需的，对化解爆胎危险具有重要作用。

发明内容

本发明目的在于提供一种轮胎监测系统，将现有TPMS信息预警系统改进扩展为信息预警和自动行车控制系统，成为主动型行车安全保障系统。

本发明的技术方案为，一种轮胎监测系统，其中包括：安装在轮胎里的远程轮胎监测单元、中央控制器、语音提示单元和制动减速机构；其中，

所述的远程轮胎监测单元，以5Hz～20Hz的采样频率对轮胎气压进行监测采样，并将采样数据包信号无线传输至所述的中央控制器；

所述的中央控制器无线接收所述的轮胎状态采样数据包信号，并对接收的数据包信号进行解码和运算处理，生成语音提示指令和/或制动减速指令，将所述的语音提示指令发送给所述的语音提示单元，将所述的制动减速指令发送给所述的制动减速机构；

所述语音提示单元用于接收所述语音提示指令并输出语音提示信息；

所述制动减速机构用于接收所述制动减速指令并执行制动减速动作。

根据所述的系统，其特征是，所述的远程轮胎监测单元包括：传感器，用于对轮胎状态进行监测采样，输出采样数据信号；信号处理单元，接收并处理所述的采样数据信号，输出轮胎状态数据包信号；射频发射单元，对所述的轮胎状态数据包信号进行发射；定时唤醒电路单元，用于使传感器、信号处理单元和射频发射单元在两次采样间隔期间睡眠，降低远程轮胎监测单元电能消耗。

根据所述的系统，其特征是，所述的定时唤醒电路单元唤醒间隔为50～200毫秒。

根据所述的系统，其特征是，所使用的射频频率为315MHz或433MHz或866MHz或其他许可民用微波波段。

根据所述的系统，其特征是，所述传感器包括压力传感器和/或温度传感器。

根据所述的系统，其特征是，所述的中央控制器包括：

射频接收单元，用于接收所述的轮胎状态数据包信号；

信号处理控制单元，对接收的轮胎状态数据包信号进行解码和运算处理，生成轮胎状态数据，将所述的轮胎状态数据与预设的轮胎状态阈值范围进行比较，如果所述的轮胎状态数据符合预设阈值范围，则输出所述的语音提示指令和/或制动减速指令。

根据所述的系统，其特征是，所述的轮胎状态数据包括：

爆胎或快速泄气数据；严重缺气数据；缺气数据；正常气压数据和超压范围数据，

所述的轮胎状态预设阈值范围是指：

爆胎或快速泄气范围≤轮胎正常气压值30％；

轮胎正常气压值30％<严重缺气范围≤轮胎正常气压值60％；

轮胎正常气压值60％<缺气范围≤轮胎正常气压值80％；

轮胎正常气压值80％<正常气压范围≤轮胎正常气压值120％；

超压范围>轮胎正常气压值120％；

如果所述的轮胎状态采样数据处于>轮胎正常气压值的30％范围，则仅输出语音提示指令，所述的语音提示单元接收到所述的语音提示指令后，以预设的提示频率输出相应语音提示信息，

如果所述的轮胎状态采样数据处于≤轮胎正常气压值的30％，则输出语音提示指令和制动减速指令。

根据所述的系统，其特征是，所述的信号处理控制单元具有制动减速指令与爆胎气压采样数据信号随动功能，爆胎或快速泄气采样数据中断则制动减速指令中断。

根据所述的系统，其特征是，所述的语音提示单元包括语音合成电路，该语音合成电路接收所述中央控制器发出的语音提示指令，利用预先录制固化的语音合成，发出语音报警提示。

本发明具有以下有益效果：

第一，以语音提示报警取代LCD实时信息显示，减轻了驾驶员行车信息量负荷，对行车安全具有积极作用；

第二，语音提示可以合理的频率进行，对爆胎或快速泄气状态以外的轮胎缺气、过压和温度过高，语音提示频率可设为1/60Hz～1/600Hz，减少报警信息对驾驶员的干扰和影响；

第三，在具备轮胎气压监测的基础上，对短时间内的快速泄气和爆胎，能够提供有效的安全保护，特别是对驾驶员制动反应时间局限的弥补，对化解爆胎危险具有极为重要的作用，该功能较现有TPMS系统功能有创造性改进和实质性进步。

本发明技术方案保持并改进了TPMS轮胎气压监测的功能，同时具备爆胎后的主动救助功能，是集预防和救助功能于一体的综合系统，属于主动型行车安全保障系统。

附图说明

图1为现有TPMS技术方案框图；

图2为本发明技术方案框图；

图3是本发明技术方案控制程序流程图。

具体实施方式

以下根据附图对本发明技术方案的实施作具体说明。

本发明的技术方案为，一种轮胎监测系统，其中包括：安装在轮胎里的远程轮胎监测单元、中央控制器、语音提示单元和制动减速机构；其中，

所述的远程轮胎监测单元，以5Hz～20Hz的采样频率对轮胎气压进行监测采样，并将采样数据包信号无线传输至所述的中央控制器；

所述的中央控制器无线接收所述的轮胎状态采样数据包信号，并对接收的数据包信号进行解码和运算处理，生成语音提示指令和/或制动减速指令，将所述的语音提示指令发送给所述的语音提示单元，将所述的制动减速指令发送给所述的制动减速机构；

所述语音提示单元用于接收所述语音提示指令并输出语音提示信息；

所述制动减速机构用于接收所述制动减速指令并执行制动减速动作。

根据本发明的远程轮胎监测单元包括：传感器，用于对轮胎状态进行监测采样，输出采样数据信号；信号处理单元，接收并处理所述的采样数据信号，输出轮胎状态数据包信号；射频发射单元，对所述的轮胎状态数据包信号进行发射；定时唤醒电路单元用于使传感器、信号处理单元和射频发射单元在两次采样间隔期间睡眠，降低远程轮胎监测单元电能消耗。

根据所述的系统，所使用的射频频率为微波315MHz或433MHz或866MHz或其他许可民用微波波段。

如图2所示，本发明技术方案与现有TPMS技术方案相比，在远程轮胎监测单元1′部分，保持了TPMS技术方案的基础。本发明技术方案在TPMS的基础上，保留中央监视器的气压信息预警提示功能，增加行车干预控制功能，使中央监视器扩展成为中央控制器。由于轮胎气压采样频率的提高，轮胎远程监测单元可对爆胎或快速泄气等突发信号及时采样并传送，中央控制器接收到爆胎信号数据后，迅即给出控制指令，驱动行车干预机构实施制动减速和减小节气门开度措施，降低汽车速度以化解爆胎危险。

本发明在轮胎气压采样频率和定时唤醒电路上进行了创造性改进。发生爆胎等突发事件时，轮胎气压在100毫秒左右全部丧失，要求气压传感器监测采样频率与之相适应，将TPMS现有采样频率1/3Hz～1/8Hz提高为10Hz，确保对泄气时间100毫秒左右的爆胎气压信号的及时采样。一般地，采样频率10Hz是最低下限，但若牺牲较少的反应时间，达到大幅度延长电池使用寿命的目的，仍然是合理和适当的，如本发明的远程轮胎监测单元1’(图2所示)采样频率设置范围为5～20Hz。采样频率过低不能保证对爆胎气压信号的及时采样，过高则无谓消耗电能，造成电池使用寿命缩短。因此，例如，本实施例将采样频率可以设置为10Hz，保证对爆胎等突发事件的轮胎气压数据及时采样。

特别地，为了降低远程轮胎压力监测模块的电能消耗，TPMS技术方案采用两次采样间隔期间使远程轮胎监测单元睡眠的工作模式，并以定时唤醒方式唤醒，但现有TPMS远程模块预置固定的3～8秒唤醒一次显然不能适应高采样频率工作模式，本发明实施例将模块定时唤醒间隔改进为50～200毫秒范围，例如可设置为100毫秒，实现10Hz采样频率下的两次采样间隔期间模块睡眠，达到了高采样频率下的省电功能要求。

除远程轮胎监测单元1′之外，本发明的轮胎监测系统还包括：中央控制器、语音提示单元和制动减速机构。该中央控制器包括：射频接收单元，用于接收所述的轮胎状态数据包信号；信号处理控制单元，对接收的轮胎状态数据包信号进行解码和运算处理，生成轮胎状态数据，将所述的轮胎状态数据与预设的轮胎状态阈值范围进行比较，如果所述的轮胎状态数据符合预设阈值范围，则输出所述的语音提示指令和/或制动减速指令。所述的轮胎状态数据包括：爆胎或快速泄气数据；严重缺气数据；缺气数据；正常气压数据和超压数据。

所述的轮胎状态预设阈值范围是指：爆胎或快速泄气范围≤轮胎正常气压值30％；轮胎正常气压值30％<严重缺气范围≤轮胎正常气压值60％；轮胎正常气压值60％<缺气范围≤轮胎正常气压值80％；轮胎正常气压值80％<正常气压范围≤轮胎正常气压值120％；超压范围>轮胎正常气压值120％；

如果轮胎状态采样数据处于>轮胎正常气压值的30％范围(该范围数据称为“预警数据”)，则仅输出语音提示指令，语音提示单元接收到该语音提示指令后，以预设的提示频率输出相应语音提示信息；

如果轮胎状态采样数据处于≤轮胎正常气压值的30％(该范围数据称为“控制数据”)，则输出语音提示指令和制动减速指令。

由于现有TPMS远程轮胎气压监测模块均来自世界上几个专业性大公司，模块的运行程序(或具体功能指标)设计是以二次开发的方式进行，因此，本发明在运行程序中气压异常特征点设计上，按照上述轮胎状态预设阈值范围进行设计，中央控制器(ECU)对接收到的气压数据进行分析处理，将数据按照上述阈值划进行划分。另外，气压区域划分依车型、轮胎气压差异可作调整，若需要提高气压预警范围精度，可将气压范围作更多个和更细的划分。

语音间隔提示驱动功能直接由ECU实现，ECU对接收到的气压采样数据信息进行运算判别，达到信息提示条件时，按照设定的时间间隔向语音合成电路发出驱动信号，语音合成电路预先录制固化相应的语音合成，按照驱动指令发出语音报警提示。

本发明技术方案采用语音提示而排除LCD显示方式，除了避免过多信息干扰驾驶员行车安全作用外，也简化了产品的安装难度，中央控制器安装在车内适当的隐蔽处，对汽车的内部装饰不造成任何影响。

中央控制器的信号处理控制单元具有制动减速指令与爆胎气压采样数据信号随动功能，爆胎或快速泄气采样数据中断则制动减速指令中断。

自动控制状态下制动减速功能的实现应考虑信号干扰可能造成的误触发问题，这是采用无线信号传输方式技术方案尤其应注意的问题，在实际的交通状况中，汽车可能行驶于任何环境条件下，信号干扰可能招致的直接后果，是自动控制系统的误操作，可能带来误制动的后果。因此，必须考虑或防范可能后果的出现和抑制后果的危害，本发明在ECU控制程序上，设计专门的信号干扰误触发抑制程序，即制动减速指令与爆胎气压采样数据随动，爆胎气压采样数据中断时，中央控制器(ECU)的制动减速指令也随即中断，因此，个别干扰信号即使造成系统的误制动，也由于干扰信号不连续或无规律，ECU将很快予以甄别，抑制或消除误制动的影响，避免误制动持续产生危害后果。

本发明技术方案自动制动减速功能的制动执行机构，可采用现有技术的自动减速机构，如汽车追尾避撞系统的自动制动减速机构来实现，也可以设置专门的具有制动力蓄能的制动减速机构，如中国专利ZL00101579.6所公开的自动减速机构，实现自动减速的目的。

本发明的语音提示单元包括语音合成电路，该语音合成电路接收所述ECU发出的语音提示指令，利用预先录制固化的语音合成，发出语音报警提示。

本发明的实施例中的气压采样数据中的预警数据(>30％P，P为轮胎正常气压值)发送频率设置为1/60Hz，控制数据(≤30％P)的发送频率设置为极小间隔或连续发送，持续10秒。

本发明系统控制程序流程图如图3所示，系统启动后先执行自检程序，确定系统工作状态正常后，进入接收数据分析处理程序。若数据传送异常，系统进行远程监测模块异常轮位号识别，并作出语音提示；若传送正常则执行下面的处理：

ECU接收到≤30％P(爆胎或快速泄气范围)气压采样数据时，对汽车实施行车干预控制措施，包括制动减速和减小节气门开度，同时实施语音提示；

ECU接收到>30％P且≤60％P气压(严重欠压范围)采样数据时，实施提示频率为1/60Hz的重度欠压语音提示；

ECU接收到>60％P且≤80％P气压(欠压范围)采样数据时，实施提示频率为1/600Hz的欠压语音提示；

ECU接收到>80％P且≤120％P气压(气压正常范围)采样数据时，实施提示频率为1/3600Hz的气压正常语音提示；

ECU接收到>120％P气压(超压范围)采样数据时，实施提示频率为1/600Hz的超压语音提示。

以上具体实施方式仅用于说明本发明，而非用于限定本发明。

Claims (9)

1.一种轮胎监测系统，其中包括:中央控制器、语音提示单元、制动减速机构和安装在轮胎里的远程轮胎监测单元；其中，

所述的远程轮胎监测单元，以5Hz～20Hz的采样频率对轮胎气压进行监测采样，并将采样数据包信号无线传输至所述的中央控制器；

所述的中央控制器无线接收所述采样数据包信号，并对接收的采样数据包信号进行解码和运算处理，生成语音提示指令和/或制动减速指令，将所述语音提示指令发送给所述语音提示单元，将所述制动减速指令发送给所述制动减速机构；

所述的语音提示单元，用于接收所述语音提示指令并输出语音提示信息；

所述的制动减速机构，用于接收所述制动减速指令并执行制动减速动作。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的远程轮胎监测单元包括:

传感器，用于对轮胎状态进行监测采样，输出采样数据信号；

信号处理单元，接收并处理所述采样数据信号，输出采样数据包信号；

射频发射单元，对所述采样数据包信号进行发射；

定时唤醒电路单元，用于使传感器、信号处理单元和射频发射单元在两次采样间隔期间睡眠，降低远程轮胎监测单元电能消耗。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征是，所述的定时唤醒电路单元唤醒间隔为50～200毫秒。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征是，所使用的射频频率为315MHz或433MHz或866MHz或其他许可民用微波波段。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征是，所述的传感器包括压力传感器和/或温度传感器。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的中央控制器包括:

射频接收单元，用于接收所述采样数据包信号；

信号处理控制单元，对接收的采样数据包信号进行解码和运算处理，生成轮胎状态数据，将所述的轮胎状态数据与预设的轮胎状态阈值范围进行比较，如果所述的轮胎状态数据符合预设阈值范围，则输出所述的语音提示指令和/或制动减速指令。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征是，所述的轮胎状态数据包括:

爆胎或快速泄气数据；

严重缺气数据；

缺气数据；

正常气压数据；

超压范围数据；

所述的轮胎状态预设阈值范围是指:

爆胎或快速泄气范围≤轮胎正常气压值30％；

轮胎正常气压值30％<严重缺气范围≤轮胎正常气压值60％；

轮胎正常气压值60％<缺气范围≤轮胎正常气压值80％；

轮胎正常气压值80％<正常气压范围≤轮胎正常气压值120％；

超压范围>轮胎正常气压值120％；

如果所述的轮胎状态数据处于>轮胎正常气压值的30％范围，则仅输出语音提示指令，所述的语音提示单元接收到所述的语音提示指令后，以预设的提示频率输出相应语音提示信息，

如果所述的轮胎状态数据处于≤轮胎正常气压值的30％，则输出语音提示指令和制动减速指令。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征是，所述的信号处理控制单元具有制动减速指令与爆胎气压采样数据信号随动功能，爆胎或快速泄气采样数据中断则制动减速指令中断。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的语音提示单元包括语音合成电路，该语音合成电路接收所述中央控制器发出的语音提示指令，利用预先录制固化的语音合成，发出语音报警提示。

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