CN100493935C - 用gps信息警报轮胎内压降低的方法,装置及其程序 - Google Patents

用gps信息警报轮胎内压降低的方法,装置及其程序 Download PDF

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Abstract

提供一种方法，其即使在当不能接收GPS信号时也不会陷入不能检测出轮胎内压降低的状况，且能精确检测出轮胎内压降低。用于警报轮胎内压降低的方法，它包含接收用于GPS的卫星电波然后利用卫星电波信息检测出轮胎内压降低的步骤，以及利用车轮速度信息检测出轮胎内压降低的步骤，上述方法还包含判断是否采用各步骤中检测出的轮胎内压降低的判断结果的步骤。

Description

用GPS信息警报轮胎内压降低的方法，装置及其程序
技术领域
本发明涉及用于实现以低成本并准确地检测出轮胎内压降低的装置的方法。
背景技术
从由GPS(全球定位系统)信息和轮胎转速计算的车辆速度和距离检测出轮胎内压降低的方法已在JP-A-2005-186739，JP-A-2003-146037，JP-A-2003-94920等等中惯常地公开。然而，为了根据GPS信息所计算出的车辆速度和轮胎转速来检测出轮胎内压降低，需要检测出仅由于内压降低而引起的轮胎转速变化。即，需要排除取决于车辆行驶状况的转速变化。
JP-A-2003-94920公开了通过比较由轮胎旋转信息计算得到的车辆行驶轨迹与由GPS等车辆位置信息获得的车辆行驶轨迹来检测出轮胎内压降低的方法，但是其未指出排除取决于车辆行驶状况的转速变化。此外，JP-A-2005-186739和JP-A-2003-146037由比较相互的轮胎的旋转状况指定行驶状况，但是当轮胎内压降低时，四轮相互的转速关系已经失衡，所以不能指定精确的行驶状况。
此外，可知可通过计算根据GPS信息计算的移动距离和轮胎转速计算出的轮胎动载半径来检测轮胎内压降低，但是因为对取决于车辆行驶状况的转速变化排除不充分，精确度也不足。
因此，设计了通过利用用于GPS的卫星电波计算车辆行驶速度并通过从速度信息和轮胎旋转角速度信息计算轮胎动载半径检测出轮胎内压降低的方法(见JP-A-2005-230791)。然而，该方法存在当不能接收GPS信号(处于建筑物阴影，木质区域等之中)时，则不能计算动载半径从而不能检测出轮胎内压降低的问题。
发明内容
本发明的目标是提供一种方法，即，即使当不能接收GPS信号时也不会陷入不能检测出轮胎内压降低的状况，并能精确检测出轮胎内压降低的方法。
本发明者已研究解决上面提到的问题的方法，发现当不能接收GPS信号时，通过仅仅由车轮速度信息进行内压降低判断来防止陷入不能检测出轮胎内压降低的状况，并在能接收GPS信号的情况下，可通过用于按照同时使用这两种方法接收GPS信号的情况判断哪个判断是优先的第三程序提高判断可靠性，以完善本发明。
即，本发明涉及一种用于警报轮胎内压降低的方法，包含接收用于GPS的卫星电波然后利用所述卫星电波的信息检测出轮胎内压降低的步骤，和利用车轮速度信息检测出轮胎内压降低的步骤，其中该方法包含判断是否采用上述各步骤中检测出的轮胎内压降低判断结果的步骤。
利用卫星电波信息检测出轮胎内压降低的步骤较理想的是包括：通过GPS装置取得的信息计算行驶中车辆的速度；通过逐次比较所述GPS装置取得的信息计算出的车辆速度和由安装在车辆四个车轮的轮胎旋转部分的轮胎转速检测装置获得的轮胎转速，而计算行驶中的轮胎的动载半径；仅当从GPS定位信息判断行驶状况为在平坦道路上匀速直行时才判断该动载半径有效；通过将有效的动载半径与预先存为在正常内部压力下的动载半径初始值相比较；并根据动载半径变化的大小判断轮胎内压降低。
利用车轮速度信息检测出轮胎内压降低的步骤理想的是包含检测出各轮胎旋转信息的步骤，从各轮胎的旋转信息计算车轮速度的步骤，以及通过比较四轮相互的车轮速度而判断轮胎内压降低的步骤。
此外，本发明涉及一种用于警报轮胎内压降低的装置，包含接收用于GPS的卫星电波然后利用所述卫星电波的信息检测出轮胎内压降低的单元，和利用车轮速度信息检测出轮胎内压降低的单元，还包含判断是否采用上述各单元所检测出的轮胎内压降低判断结果的单元。所述利用卫星电波信息检测出轮胎内压降低的步骤包括：通过GPS装置取得的信息计算行驶中车辆的速度；通过逐次比较所述GPS装置取得的信息计算出的车辆速度和由安装在车辆四个车轮的轮胎旋转部分的轮胎转速检测装置获得的轮胎转速，而计算行驶中的轮胎的动载半径；仅当从GPS定位信息判断行驶状况为在平坦道路上匀速直行时才判断该动载半径有效；并通过将有效的动载半径与预先存为在正常内部压力下的动载半径初始值相比较；并根据动载半径变化的大小判断轮胎内压降低。
附图说明
图1是表示通过信号检测出轮胎内压降低的程序流程图；
图2是表示检测出轮胎内压降低的装置实施例的框图；
图3是表示图2的检测出轮胎内压降低的装置的电结构的框图；
图4是表示通过车轮速度检测出轮胎内压降低的程序流程图；
图5是表示通过GPS信号检测出轮胎内压降低的程序和通过车轮速度检测出轮胎内压降低的程序的哪个结果为优先的第三程序流程图。
具体实施方式
本发明的警报轮胎内压降低的方法包含接收用于GPS的卫星电波然后利用卫星电波信息检测出轮胎内压降低的步骤，以及利用车轮速度信息检测出轮胎内压降低的步骤。
在这里，作为利用卫星电波信息检测出轮胎内压降低的步骤，理想地应为这样的步骤，例如，根据由GPS装置获取的信息算出行驶中车辆的速度，通过逐次比较该由GPS装置算出的车辆速度与由安装在车辆四个车轮的轮胎旋转部分上的轮胎转速探测装置所获得的轮胎转速，而计算行驶中轮胎的动载半径，仅当根据GPS定位信息判断行驶状况为在平坦道路上以等速直行时，才判断该动载半径有效，将该动载半径与预先存为正常内压时的动载半径存储的初始值进行比较，根据动载半径变化的大小来判断轮胎内压的降低。随着汽车导航的普及GPS装置已经被安装在许多车辆上。从而，GPS装置定位方法也已经改进并且专用计算速度的装置(例如，英国Race Logic公司制造的GPS型速度计VBOX)也是目前市场上可买到的。可以使用GPS装置根据速度计计算的速度(以下称为GPS速度)检测出轮胎内压降低。
假定轮胎没有滑动，可通过将GPS速度作为车辆速度并把它与轮胎转速(每单位时间转数)相比较来计算轮胎动载半径(R)。
V(m/s)＝2πR(m)·Freq(Hz)/N(个)
N是轮胎转速检测器的轴的每转齿数。Freq(Hz)是每秒计算出的转速检测器的齿的数字。
在此，当V重写入GPS速度计的输出Vgps(km/h)时，
Vgps(km/h)＝2πR(m)·Freq(Hz)·3.6/N(个)
因此，
R(m)＝(N/2π·3.6)·Vgps(km/h)/freq(Hz)---(1)
在N＝48的情况下，
动载半径R(m)＝2.122066·Vgps(km/h)/Freq(Hz)---(1)’
在此，当可排除直线行驶时的滑移率的影响时，可以测量(计算)行驶时的轮胎动载半径。此外，当内压下降，轮胎动载半径减少；所以如果可以精确测量行驶时的轮胎动载半径，则可以检测出轮胎内压降低。
关于输出频率和GPS速度计的输出精度，在上面提到的VBOX中20Hz输出时可达到0.01km/h精度。根据该精度，当速度至少为10km/h时，获得至少0.1％的精度；由于当轮胎内压减少25％时轮胎的动载半径的变化为百分之几十，检测精度是足够的。
然而，为精确测量(计算)轮胎动载半径，需要防止除轮胎内压变化外的原因所引起的轮胎转速变化影响。即，需要将由轮胎内压之外的因素影响的轮胎转速测量数据作为无效数据排除，使其不用于动载半径计算。
当车辆加速或减速时滑移率发生显著变化，但是当车辆行驶在坡道上时，即使在等速行驶时驱动轮的滑移率也会由于重力加速度的影响而变化。此外，因为转向时的行驶轨迹的内轮侧和外轮侧的转速不同，动载半径测量结果也会受影响。
作为对策，可以利用GPS定位信息。判断是否直线行驶，可通过GPS定位信息获得行驶方向并且可以从其每单位时间的变化量判断是否直线驾驶。此外，确定是否行驶在平坦道路上，可以类似地从GPS定位信息获得高度，并且可以从每单位时间的变化量判断马路是否平坦。关于加速和减速，可以通过时间微分GPS速度信息，根据加速度大小判断是否匀速行驶。
这样，可以利用高精度GPS信息判断车辆行驶状况，通过设定一定的基准限定其轮胎转速数据适于动载半径计算的行驶状况范围。
图1显示用于根据这里说明的技术项目测量(计算)轮胎动载半径并检测出轮胎内压降低的计算程序流程图，其中使用了用测定值的平均值改进动载半径测量(计算)精度的方法并且使用了用于选择用于平均值计算的数据的统计方法。
在图1中，在步骤S1和S2中根据车轮(轮胎)转速检测器输出信号获得(计算)各车轮的转速。
在步骤S3和S4中根据GPS信息获得车辆行驶速度。
在步骤S5中由各车轮的转速和车辆GPS速度计算各车轮的动载半径。
在步骤S6，S7和S8中计算GPS定位信息时间变化率，其中通过处理计算关于行驶状况的数值，例如坡道上的上升和下降速度以及通过操作向右和向左旋转的角速度。关于加速度和减速度的数值可以在步骤S4或S8任意一个中计算。
在步骤S9中，在各种行驶状况下获得动载半径，GPS速度，定位信息变化率等的组合以存为数据库并进行数据库初始化。各种判断基准值也和数据库存在一起。
在步骤S10中，为判断行驶状况是否满足例如匀速行驶，平坦道路行驶和直线行驶的条件，将行驶状况与各判断基准值相比较，并且判断实际行驶时获得的数据是否是适于轮胎内压检测的数据。当数据是不恰当数据时，它们不作为检测轮胎内压的数据，被排除并回到测量程序。
在步骤S11中，动载半径测定值被按照GPS速度的等级分层(分类)。
在步骤S12中，在步骤S11由每个GPS速度等级分层的动载半径数据的不均匀由总体方差判定并且当离差值(σ2)小于基准值时，它称为有效数据。
在步骤S13中，在步骤12中被判断为有效的动载半径数据平均值与初始值相比较并且当相差较大时，在步骤S14发出内压(降低)警报。
在步骤S15中，在步骤S12被判为有效的动载半径数据平均值的前轮平均值与其后轮平均值相比较并且当前轮和后轮间的差别较大时，则假定路面低摩擦系数(μ)或载荷异常，在步骤S16，发出路面或载荷异常警报。
利用车轮速度信息检测出轮胎内压降低的步骤的例子理想地包含检测出各轮胎旋转信息的步骤，从各轮胎旋转信息计算车轮速度的步骤，以及通过比较四轮的相互的车轮速度判断轮胎内压降低的步骤。
如图2所示，关于本发明一个实施例的轮胎内压降低警报装置检测出安装在四轮车辆的例如FL，FR，RL和RR(以下，总称为Wi，其中，i＝1至4，1：前左胎，2：前右胎，3：后左胎和4：后右胎)四轮胎上的内压是否降低，并其具备相关于每一轮胎Wi而配备的常用的旋转信息检测单元1。
可使用以电磁传感器等产生旋转脉冲并从脉冲数目测量车轮速度(转速)的轮速度传感器，或包括那些像发电机一样利用旋转产生电能并从所获电压测量车轮速度的角速度传感器，等等作为旋转信息检测单元1。旋转信息检测单元1的输出提供至ABS(防抱死制动系统)计算机等控制单元2。与控制单元2相连接的是由液晶显示元件，等离子显示元件或CRT组成的用于告知内压降低的轮胎Wi的警报显示器3和可由驾驶员操作的初始化开关4。
如图3所示，控制单元2由与外部装置发送和接收信号所必需的I/O接口2a，起计算中枢作用的CPU 2b，其中存储CPU 2b控制操作程序的ROM 2c，和当CPU 2b进行控制操作时在其中可暂时写入数据并可读出所述写入数据的RAM 2d所组成。
对应各轮胎Wi转速的脉冲信号(以下，称为车轮速度脉冲)在旋转信息检测单元1中输出。此外，在CPU 2b中根据从旋转信息检测单元1输出的车轮速度脉冲计算固定采样周期△T(秒)例如，△T＝1秒中各轮胎Wi的旋转角速度Fi。
在此，由于轮胎Wi的生产包括技术规格内的波动(初始差值)，各轮胎Wi的有效滚动半径(通过用2π除以转动一圈前进的距离获得的值)就并不总是同样的，即使所有轮胎Wi都处于正常内部压力。相应的，各轮胎Wi的旋转角速度Fi是波动的。因此，计算为消除由初始差值造成的波动而校正的旋转角速度F1i。具体地说，它们作如下校正。
Fl1＝F1
F12＝mF2
F13＝F3
F14＝nF4
例如，在车辆直线行驶的情况下计算旋转角速度Fi并且基于算得的旋转角速度Fi由m＝F1/F2和n＝F3/F4获得上面提到的校正系数m和n。各轮轮胎的车轮速度Vi基于F1i计算。
可以通过互相比较用于ABS控制的四个轮胎的各自的车轮速度进行四轮胎减压判断。即，设计通过比较相互的速度而不用绝对速度来检测各轮内压降低。因此，不能检测四轮同时的减压。
然后，根据图4，说明轮胎内压下降检测装置的操作。
首先，在某一时间利用从例如ABS传感器的传感器获得的车辆各轮胎的车轮速度数据计算车辆四个轮胎的各自的车轮速度Vi(i：1至4)(步骤S1)。然后，通过，例如，ITS计算车辆速度V。此外，计算车辆加速度和车辆旋转半径(步骤S2)。
在此，轮胎旋转角速度不仅因为初始差值，而且因为，例如，当车辆在转弯时转角内侧轮胎旋转半径和转角外侧轮胎旋转半径间的差值以及车辆的载荷运动而波动。因此，当判断车辆处于低速，加速，减速或急转时，不应进行减压判断(步骤S3)。在不对应它们任何一个的情况下，计算减压判断值(步骤S4)并且当车辆速度Vi(i＝1)在至少T时间，例如，在至少10秒内超过绝对速度SV一定值并且差值超过0.03时，判断轮胎正在减压并发出警报(步骤S5和S6)。如果到T时间已过去时车辆速度Vi(i＝1)等于绝对速度SV，则判断轮胎没有减压。
本发明警报轮胎内压降低的程序的特征为有两个过程，一过程为接收用于GPS的卫星电波并利用卫星电波信息测轮胎内压降低(称为过程A)，一过程为利用车轮速度信息检测出轮胎内压降低(称为过程B)，并且此外有判断哪个判断结果优先的第三程序。
如图5所示，在第三程序进行下列判断。
1.在分别执行过程A和B(步骤S1和S4)之后，在过程A中当不能接收GPS信号或根据GPS信号的内压降低判断值大大偏离基准值(步骤S2)时，通过车轮速度信息的判断结果(步骤S5)作为真实状态(步骤S10或S11)(当拒绝通过车轮速度判断时，不进行判断(步骤S7))。
2.当能接收GPS信号但通过GPS信号的内压判断(步骤S3)不能进行(拒绝状态)(步骤S6)时，通过车轮速度信息的判断结果作为真实状态(步骤S10或S11)(当通过车轮速度判断也被拒绝时，则不进行判断(步骤S7))。
3.当能接收GPS信号并进行通过GPS信号的判断为内压降低(步骤S8)时，将它与通过车轮速度信息的判断相比，并且
3-1.当通过车轮速度信息的判断也是内压降低(步骤S11)时，发出内压降低警报(步骤S12)；并且
3-2.当通过车轮速度信息的判断为正常(步骤S10)时，选择发出警报/不警报/发出提醒的任何一个(步骤S14和S15)。
4.当能接收GPS信号并通过GPS信号判断内压为正常(步骤S9)时，将它与通过车轮速度信息的判断相比，并且
4-1.当通过车轮速度信息的判断也为正常(步骤S10)时，判断它为正常并且不发出警报(步骤S16)；并且
4-2.当通过车轮速度信息的判断为内压降低(步骤S11)时，选择发出警报/不警报/发出提醒的任何一个(步骤S18和S19)。
5.在3-2和4-2情况下，能在第三程序中任意地设置选择发出警报/不警报/发出提醒中的哪个警报(步骤S13和S17)。例如，当GPS信号接收状况不稳定时，通过车轮速度的结果为优先，当接收状况正常时，通过GPS信号的结果可以为优先。在此，接收卫星数目和与卫星高度(角度)相关的信息能被用于GPS信号接收状况判断。
此外，不能接收GPS的情况意味着不能接收为计算作为GPS信息的位置和速度所必需的最小信号数的状态。通常，4个或4个以上3点定位和时间信息为必需，并且一般认为数目越多，精度越高。因此，当卫星获得数目为定值(例如，6)或定值以上时，通过GPS的结果为优先并且在其它情况下，仅通过车轮速度的判断为优先。此外，当在仅通过车轮速度判断的情况下由噪音引起明显异常值时，需要设计通过车轮速度的判断程序以排除异常的结果。
实例
下面根据实例具体地说明本发明，但本发明不只限于这些实例。
用于证实本发明轮胎内压降低警报方法性能的实际行驶测试条件与测试场一起表示。
测试车辆类型：奥迪A4
GPS速度计：V-BOX II(Race Logic公司制造)
测试地点：住友财团橡胶工业有限公司冈山试验场以及周边的普通道路
试验条件
轮胎类型：205/55R16 SP9000
基本内压：220千帕(前轮)，210千帕(后轮)
减压40％：132千帕(前轮)，126千帕(后轮)
动载半径初始值
@40±20千米/小时  前轮：304.9毫米  后轮：304.5毫米
@80±20千米/小时  前轮：305.2毫米  后轮：304.8毫米
@120±20千米/小时  前轮：306.0毫米  后轮：305.6毫米
@160±20千米/小时  前轮：307.4毫米  后轮：307.0毫米
行驶状况判断标准
直线行驶：一秒内行驶方向信息(0至360度)变化在一度以内
坡道判断：5秒内的高度信息变化在1米内
加速和减速：GPS速度的时间微分在0.1G内
分层速度：20至60千米/小时，60至100千米/小时，100至140千米/小时和140至180千米/小时
总体方差判断：30个累积σ2<0.1
前后轮之间比较的基准值：至少1％
计算方法＝((前轮测量平均值/前轮初始平均值)-(后轮测量平均值/后轮初始平均值))×100
行驶状况
车上2人。车辆在环形道路上以110至130千米/小时的速度行驶。车辆在各种处理道路上以至多60千米/小时的速度行驶。
<第三程序>
通过GPS的内压测量的可靠性判断条件：用于GPS的俘获卫星数目至少为6
当以上条件成立时，通过GPS的判断为优先并且在其它情况下，通过车轮速度信息的轮胎内压降低判断结果为优先。判断结果如表1所示。
表1
Figure C200610137352D00111
根据本发明的轮胎内压降低警报方法，证实了根据表1结果的检测精度和频率比分别通过利用GPS信号检测出轮胎内压降低的程序和利用车轮速度信息检测出轮胎内压降低的程序的单个程序的检测有所改进，且不发生误报。

Claims (3)

1.一种警报轮胎内压降低的方法，其特征在于，该方法包含：
接收用于GPS的卫星电波然后利用所述卫星电波的信息检测出轮胎内压降低的步骤，
和利用车轮速度信息检测出轮胎内压降低的步骤，
其中所述方法包含判断是否采用上述各步骤中检测出的轮胎内压降低判断结果的步骤；
所述利用卫星电波信息检测出轮胎内压降低的步骤包括：通过GPS装置取得的信息计算行驶中车辆的速度；通过逐次比较所述GPS装置取得的信息计算出的车辆速度和由安装在车辆四个车轮的轮胎旋转部分的轮胎转速检测装置获得的轮胎转速，而计算行驶中的轮胎的动载半径；仅当从GPS定位信息判断行驶状况为在平坦道路上匀速直行时才判断该动载半径有效；并通过将有效的动载半径与预先存为在正常内部压力下的动载半径初始值相比较；并根据动载半径变化的大小判断轮胎内压降低。
2.根据权利要求1所述的警报轮胎内压降低的方法，其特征在于，
所述利用车轮速度信息检测出轮胎内压降低的步骤包含：检测出各轮胎旋转信息的步骤，从各轮胎的旋转信息计算车轮速度的步骤，以及通过比较四轮相互的车轮速度而判断轮胎内压降低的步骤。
3.一种用于警报轮胎内压降低的装置，其特征在于，该装置包含接收用于GPS的卫星电波然后利用所述卫星电波的信息检测出轮胎内压降低的单元，
和利用车轮速度信息检测出轮胎内压降低的单元，
其中所述用于警报轮胎内压降低的装置还包含判断是否采用上述各单元所检测出的轮胎内压降低判断结果的单元；
所述利用卫星电波信息检测出轮胎内压降低的步骤包括：通过GPS装置取得的信息计算行驶中车辆的速度；通过逐次比较所述GPS装置取得的信息计算出的车辆速度和由安装在车辆四个车轮的轮胎旋转部分的轮胎转速检测装置获得的轮胎转速，而计算行驶中的轮胎的动载半径；仅当从GPS定位信息判断行驶状况为在平坦道路上匀速直行时才判断该动载半径有效；并通过将有效的动载半径与预先存为在正常内部压力下的动载半径初始值相比较；并根据动载半径变化的大小判断轮胎内压降低。
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