CN100558568C - 一种行驶中汽车轮胎气压的监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种行驶中汽车轮胎气压的监测方法，其特征是：对轮速传感器输出的脉冲信号进行分析、比较和判断，判断车辆转弯、驱动轮打滑和制动工况，并在判定轮胎气压存在异常时发出报警信息。该发明通过对行驶中汽车各个轮速传感器输出的脉冲信号进行采集、整理、分析、比较、判断，能够判断出诸如转弯、制动拖滑、驱动轮滑转等行驶工况，提出了检测参数(脉冲数)的比较分析方法，设计了监测参数多次超过阈值才作出轮胎气压异常的报警模式。本发明能够准确、有效地预报行驶中汽车轮胎气压的异常情况。

Description

一种行驶中汽车轮胎气压的监测方法

技术领域

本发明涉及一种对行驶中的汽车轮胎气压进行实时监测的方法。

背景技术

汽车在行驶时，爆胎是引起恶性交通事故的重要原因之一。轮胎在非正常气压下，尤其是在低气压下长时间行驶，易造成轮胎温度急剧升高，最终导致轮胎帘子线断裂而造成爆胎。轮胎在爆胎之前都有不断增强的信息。检测并分析这些信息，就能对轮胎的工作状况作出判断，并在爆胎之前作出预报。车轮的转速和车轮的滚动半径的变化就是重要信息。轮胎充气压力变化直接影响轮胎滚动半径的大小和车轮转速的快慢，而轮胎滚动半径的大小和车轮转速的快慢直接反应车轮传感器发出的脉冲数量。因而，检测并比较定时间(或者定距离)内各个车轮传感器发出的脉冲数，即可间接监测轮胎气压。

在现有技术中，轮胎气压监测与报警装置主要有直接式和间接式两大类：直接式是在轮胎内或气门嘴上设置机械装置或者电子装置等监测装置，直接检测轮胎气压，并在认为存在异常时给予报警。间接式是通过检测受轮胎气压影响的其它物理量的变化来判断轮胎气压。例如检测车轮的滚动半径、车轮的转动速度、轮胎的弹性、轮胎的振动等参数的变化。实现的方式有机械式、电子式和材料式等多种。

日本国住友橡胶工业株式会社公开了一种轮胎气压异常报警装置、方法和程序(中国专利，申请号：200610169358.2)，是一种间接式轮胎气压监测装置的代表。该方法通过检测并比较各个车轮的转速，能够检测出某一个车轮气压是否异常，但在车辆转弯或者轮胎换位、更换后，容易发生误报警或漏报警。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种行驶中的汽车轮胎气压监测方法，该发明通过对行驶中汽车各个轮速传感器输出的脉冲信号进行采集、整理、分析、比较、判断，能够准确、有效地预报行驶中汽车轮胎气压的异常情况。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述方法是一种间接式监测轮胎气压的方法，其监测方法的步骤如下：

(1)本发明采用汽车轮速传感器发出的脉冲数来间接表征轮胎的充气压力，或者用脉冲数折算的车轮转速、或者用脉冲数折算的车轮半径来表征轮胎的充气压力。三者都随轮胎充气压力的大小而变化，一般关系为：

${\mathrm{\ω}}_L=\frac{2\mathrm{\π}\·N}{z\·t}$ 和 $r=\frac{s\·z}{2\mathrm{\π}\·N}$

其中：

ω_L-车轮转速；

r-车轮滚动半径；

N-轮速传感器输出的脉冲数；

z-轮速传感器齿盘的齿数；

t-行驶时间；

s-行驶距离。

上述公式为脉冲数、车轮转速、车轮半径表征充气压力的转换公式。

(2)汽车轮胎在正常气压、正常载荷、正常磨损范围内和常用速度时的标定和修正方法，或者自学习方法。经过标定和修正(自学习)之后的脉冲数，消除了轮胎由于制造、磨损和规定气压的差异造成的滚动半径不相等的影响。标定的方法是：选择路面良好、平直的道路，载荷和轮胎气压为生产厂家规定的数值。汽车以常用速度匀速驶过一段距离，在同一路段行驶不少于一个往返，记录各个轮速传感器发出的脉冲数。

设记录下4个车轮的传感器输出的脉冲数分别为N₁、N₂、N₃、N₄(其中1为左前轮，2为右前轮，3为右后轮，4为左后轮)，则各轮的脉冲修正系数为：

k_i＝∑N_i/4N_i    i＝1～4

修正方法是：

SN_i＝k_i×N_i     i＝1～4，

SN_i-修正后的标准脉冲数

所述脉冲数和标准脉冲数及其相对变化量用脉冲数、车轮转速或者车轮半径表征充气压力的转换公式代替。

(3)各个轮速传感器输出的脉冲数进行比较、分析和判断的方法，包括如下4个步骤：

(3.1)五种脉冲数比较法

①四均值比较法，判断某个轮胎气压可能异常。

计算： $\mathrm{\Δ}{\mathrm{SN}}_i=\frac{{\mathrm{SN}}_i-\stackrel{\‾}{\mathrm{SN}}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{SN}}}$

其中 $\stackrel{\‾}{\mathrm{SN}}=\frac{1}{4}\mathrm{\Σ}{\mathrm{SN}}_i$ i＝1～4

②三均值比较法，判断某个轮胎气压可能异常。

计算 $\mathrm{\Δ}{\mathrm{SN}}_i^{\′}=\frac{{\mathrm{SN}}_i-\stackrel{\‾}{{\mathrm{SN}}_i}}{\stackrel{\‾}{{\mathrm{SN}}_i}}$

其中 $\stackrel{\‾}{{\mathrm{SN}}_i}=\frac{1}{3}\underset{j=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{SN}}_j$ j≠i  i＝1～4

③左右轮比较法，判断车辆是否处于转弯工况。

计算： $\mathrm{\Δ}{N}_{1/2}=\frac{{\mathrm{SN}}_1-{\mathrm{SN}}_2}{{\mathrm{SN}}_2}$ 以及 $\mathrm{\Δ}{N}_{4/3}=\frac{{\mathrm{SN}}_4-{\mathrm{SN}}_3}{{\mathrm{SN}}_3}$

④前后轮比较法，判定车轮是否存在驱动轮打滑现象。

计算： $\mathrm{\Δ}{N}_{1/4}=\frac{{\mathrm{SN}}_1-{\mathrm{SN}}_4}{{\mathrm{SN}}_4}$ 以及 $\mathrm{\Δ}{N}_{2/3}=\frac{{\mathrm{SN}}_2-{\mathrm{SN}}_3}{{\mathrm{SN}}_3}$

⑤交叉轮比较法，判断汽车处于转弯状态时某个轮胎气压异常的现象。

计算： $\mathrm{\ΔX}=\frac{({\mathrm{SN}}_1+{\mathrm{SN}}_3)-({\mathrm{SN}}_2+{\mathrm{SN}}_4)}{\stackrel{\‾}{\mathrm{SN}}}$

(3.2)轮胎气压可能异常的判定方法

ΔN_1/2＜0且ΔN_4/3＜0，则汽车左转弯；

ΔN_1/2＞0且ΔN_4/3＞0，则汽车右转弯。

ΔN_1/4＞0且ΔN_2/3＞0，则前驱动轮打滑；

ΔN_1/4＜0且ΔN_2/3＜0，则后驱动轮打滑。

ΔX＞ε₁且ΔSN₁≥ε₂(或ΔSN′₁≥ε₃)则轮1可能气压不足；

ΔX＞ε₁且ΔSN₃≥ε₂(或ΔSN′₃≥ε₃)则轮3可能气压不足；

ΔX＜-ε₁且ΔSN₂≥ε₂(或ΔSN′₂≥ε₃)则轮2可能气压不足；

ΔX＜-ε₁且ΔSN₄≥ε₂(或ΔSN′₄≥ε₃)则轮4可能气压不足。

ε₁～ε₃为设定的报警灵敏度决定。

所述脉冲数和标准脉冲数及其相对变化量用脉冲数、车轮转速或者车轮半径表征充气压力的转换公式代替。

(4)断定某个轮胎气压确实异常的判定方法

当多次采样、检测和判定结论中，判定某个轮胎气压可能存在异常的结论占有一定比例时，即确定该轮胎气压确实异常。

设定一个正整数M作为统计样本的容量。微处理器存储最近M次采样的分析判断结果。设正整数A_i(i＝1～4)为第i个车轮被判断为可能气压异常的次数，当C_i＝A_i/M≥q时，即断定第i个车轮的轮胎确实存在异常。

其中：

C-各车轮轮胎气压异常次数比例；

A_i-气压异常次数；

M-统计样本容量；

q-设定的轮胎气压异常次数比例阈值；

(5)两级报警方法

当断定某个车轮C_i≥q，给出一般气压异常报警，报警灯以一种方式闪烁；当C_i＝100％时，给出严重气压异常报警，报警灯以另一种方式闪烁。

本发明的有益效果是：该发明通过对行驶中汽车各个轮速传感器输出的脉冲信号进行采集、整理、分析、比较、判断，能够判断出诸如转弯、制动拖滑、驱动轮滑转等行驶工况，提出了检测参数(脉冲数)的比较分析方法，设计了监测参数多次超过阈值才作出轮胎气压异常的报警模式。本发明能够准确、有效地预报行驶中汽车轮胎气压的异常情况。

图1是独立设计的轮胎气压监测装置的电路结构框图；

图2是与车辆其它装置共用传感器的轮胎气压监测装置的电路结构框图；

图3是与车辆其它装置共用传感器、信号处理电路与微处理器的轮胎气压监测装置的电路结构框图；

图4是行驶中汽车轮胎气压的监测方法的程序框图。

具体实施方式

三种实施方式如图1、图2、图3所示，上述附图中轮速传感器将车轮的旋转转化成准正弦信号或方波信号，经过信号处理电路的整形、滤波放大等功能送入到微处理器中进行计数。经过判断、分析与比较得到转弯、打滑、制动等工况信息及胎压异常信息。胎压异常时，由状态指示与报警电路给出警示。功能选择开关是设置当前操作是标定还是监测。

实施例1：

当汽车车轮上没有安装轮速传感器时，要独立安装轮速传感器、信号处理电路、微处理器、功能选择开关电路、状态指示与报警输出等硬件部分，经过微处理器的处理，实现轮胎气压的监测功能，如图1所示。

以两轴4个车轮、2个前轮为驱动轮或两个后轮为驱动轮的轿车为例说明

具体实施方式。

(1)标定实施方式

按照前述方法标定时，记录下的4个车轮的脉冲数分别为：

N₁＝9990，N₂＝10000，N₃＝10010，N₄＝10020

则各轮的修正系数分别为：

k₁＝1.0015  k₂＝1.0005  k₃＝0.9995  k₄＝0.9985

(2)修正实施方式

设在某个采样周期内，记录下的4个车轮的脉冲数分别为：

N₁＝1009，N₂＝1000，N₃＝1001，N₄＝1002

经过修正后的标准脉冲数分别为：

SN₁＝k₁×N₁＝1010.5  SN₂＝k₂×N₂＝1000.5

SN₃＝k₃×N₃＝1000.5  SN₄＝k₄×N₄＝1000.5

(3)比较方法实施方式

①四均值比较法计算的各轮脉冲误差：

ΔSN_1～4＝0.75％，-0.25％，-0.25％，-0.25％

三均值比较法计算的各轮脉冲误差：

ΔSN′_1～4＝0.999％，-0.32％，-0.32％，-0.32％

②左右轮比较法的误差

$\mathrm{\Δ}{N}_{1/2}=\frac{{\mathrm{SN}}_1-{\mathrm{SN}}_2}{{\mathrm{SN}}_2}=0.009995$ 以及 $\mathrm{\Δ}{N}_{4/3}=\frac{{\mathrm{SN}}_4-{\mathrm{SN}}_3}{{\mathrm{SN}}_3}=0$

由此可以判断汽车并非转弯工况。

③前后轮比较法

$\mathrm{\Δ}{N}_{1/4}=\frac{{\mathrm{SN}}_1-{\mathrm{SN}}_4}{{\mathrm{SN}}_4}=0.009995$ $\mathrm{\Δ}{N}_{2/3}=\frac{{\mathrm{SN}}_2-{\mathrm{SN}}_3}{{\mathrm{SN}}_3}=0$

由此可以判定车辆并非存在打滑现象。

④交叉轮比较法

$\mathrm{\ΔX}=\frac{({\mathrm{SN}}_1+{\mathrm{SN}}_3)-({\mathrm{SN}}_2+{\mathrm{SN}}_4)}{\stackrel{\‾}{\mathrm{SN}}}=0.00997$

分析判定实施方式

取ε₁＝ε₂＝ε₃＝0.5％，

ΔX＞ε₁且ΔSN₁＞ε₂并且ΔSN′₁＞ε₃所以轮1可能气压不足；

ΔX＞ε₁但ΔSN₃＜ε₂并且ΔSN′₃＜ε₃所以轮3气压正常；

同样可以判定轮2和轮4气压正常。

本次采集脉冲数比较结果：轮1可能气压不足。

(4)最终判定实施方式

上述类似判断在所存储的5次采样中出现4次，故判定轮1确实存在气压异常(见图4)。

实施例2：

当汽车车轮上安装有轮速传感器时，本发明可以共用轮速传感器，独立安装信号处理电路、微处理器、功能选择开关电路、状态指示与报警输出等硬件部分，经过微处理器的处理，实现轮胎气压的监测功能，如图2所示。

以两轴4个车轮、2个前轮为驱动轮或两个后轮为驱动轮的轿车为例说明具体实施方式。其标定实施方式、修正实施方式、比较方法实施方式、最终判定实施方式均与实施例1相同。

实施例3：

当汽车上安装有ABS、ESC、TCS等电控装置时，本发明可以与这些装置共用轮速传感器、信号处理电路和微处理器，独立安装功能选择开关电路、状态指示与报警输出等硬件部分，经过微处理器的处理，实现轮胎气压的监测功能，如图3所示。

以两轴4个车轮、2个前轮为驱动轮或两个后轮为驱动轮的轿车为例说明具体实施方式。其标定实施方式、修正实施方式、比较方法实施方式、最终判定实施方式均与实施例1相同。

Claims (9)

1.一种行驶中的汽车轮胎气压监测方法，其特征是：所述监测方法的步骤如下：

(1)输入初始参数及判定功能

(1.1)输入车辆及轮胎相关参数和修正系数；

(1.2)设定需要监测的轮胎气压的报警灵敏度，以及不同比较方法的阈值；

(1.3)判断功能选择开关是否是处于标定功能，若是，则执行标定程序(2)；否则，执行监测程序(3)；

(2)执行标定程序

(2.1)标定时不断检测车速，车速大于标定设定值时开始采集轮速传感器的脉冲信号并存储，采样时间超过设定的最小采样时间后，并且出现制动信号时，本次采集结束；

(2.2)计算修正系数，然后进行下一次采样和计算；重复这样的操作，达到规定的次数；

(2.3)计算平均修正系数作为本次标定的修正系数，存储更新修正系数；给出提示信息，标定结束；

(2.4)回到判断功能选择开关；执行(1.3)步骤；

(3)执行监测程序

(3.1)判断当前车速，确定当车速大于设定车速时开始对各个车轮传感器采集信号，当采集的脉冲数达到设定的最小限、或者达到设定的采集时间、或者达到设定的行驶距离，停止本次采样，存储各个车轮传感器的脉冲数；

(3.2)用标定的修正系数修正各车轮的脉冲数，得到各车轮标准脉冲数；

(3.3)采用各种比较方法进行计算，得到各种比较方法的相对误差；

(3.4)根据各车轮标准脉冲数之间的差异对车辆的行驶工况进行判定，若处于转弯或者驱动轮滑转状态，返回(1.3)步骤；

(3.5)根据各种比较法的比较结果，判断各个车轮的气压是否存在可能的异常；若是，存储气压异常的车轮编号；若非，返回(1.3)步骤；

(3.6)根据最近M次判定的结果，统计各个车轮气压异常的次数A_i并计算C_i＝A_i/M，当C_i≥q时，给出声光报警信号；否则，返回(1.3)步骤；

式中：

C_i-各车轮轮胎气压异常次数比例；

A_i-气压异常次数；

M-统计样本容量；

q-设定的轮胎气压异常次数比例阈值。

2.根据权利要求1所述的一种行驶中的汽车轮胎气压监测方法，其特征是：所述步骤(1.1)输入车辆及轮胎相关参数和默认修正系数：包括车轮数、轮胎尺寸参数、车轮转速传感器齿数、轮胎的正常气压、正常载荷、标定程序设定的最小车速、监测程序设定的最小车速、标定次数、监测程序的计数最小限、报警灵敏度和不同比较方法的阈值。

3.根据权利要求1所述的一种行驶中的汽车轮胎气压监测方法，其特征是：所述步骤(2.1)和(3.1)用所记录的车轮转速传感器输出的脉冲数来间接表征轮胎充气压力，或者用脉冲数折算的车轮转速、或者用脉冲数折算的车轮半径来表征充气压力；三者都随轮胎充气压力的大小而变化，三者的关系为：

${\mathrm{\ω}}_L=\frac{2\mathrm{\π}\·N}{z\·t}$ 和 $r=\frac{s\·z}{2\mathrm{\π}\·N}$

式中：

ω_L-车轮转速；

r-车轮半径；

N-轮速传感器输出的脉冲数；

z-轮速传感器齿盘的齿数；

t-行驶时间；

s-行驶距离；

上述公式为脉冲数、车轮转速、车轮半径表征充气压力的转换公式。

4.根据权利要求1所述的一种行驶中的汽车轮胎气压监测方法，其特征是：所述步骤(2.2)设记录下4个车轮的传感器发出的脉冲数分别为N₁、N₂、N₃、N₄，则各轮的脉冲修正系数为：

k_i＝∑N_i/4N_i    i＝1～4

修正方法是：SN_i＝k_i×N_i   i＝1～4，

式中：

SN_i-修正后的标准脉冲数；

i＝1-左前轮；

i＝2-右前轮；

i＝3-右后轮；

i＝4-左后轮。

5.根据权利要求1所述的一种行驶中的汽车轮胎气压监测方法，其特征是：所述步骤(3.3)采用五种脉冲数比较方法进行计算，得到各种比较方法的相对误差；

(1)四均值比较法，判断某个轮胎气压可能异常：

计算： ${\mathrm{\ΔSN}}_i=\frac{{\mathrm{SN}}_i-\stackrel{\‾}{\mathrm{SN}}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{SN}}},$ 其中： $\stackrel{\‾}{\mathrm{SN}}=\frac{1}{4}\mathrm{\Σ}{\mathrm{SN}}_i$ i＝1～4；

(2)三均值比较法，判断某个轮胎气压可能异常：

计算： ${\mathrm{\ΔSN}}_i^{\′}=\frac{{\mathrm{SN}}_i-\stackrel{\‾}{{\mathrm{SN}}_i}}{\stackrel{\‾}{{\mathrm{SN}}_i}},$ 其中： $\stackrel{\‾}{{\mathrm{SN}}_i}=\frac{1}{3}\underset{j=1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{SN}}_j$ j≠i i＝1～4；

(3)左右轮比较法，判断车辆是否处于转弯工况：

计算： ${\mathrm{\ΔN}}_{1/2}=\frac{{\mathrm{SN}}_1-{\mathrm{SN}}_2}{{\mathrm{SN}}_2}$ 以及 ${\mathrm{\ΔN}}_{4/3}=\frac{{\mathrm{SN}}_4-{\mathrm{SN}}_3}{{\mathrm{SN}}_3}$

(4)前后轮比较法，判定车轮是否存在驱动轮打滑现象：

计算： ${\mathrm{\ΔN}}_{1/4}=\frac{{\mathrm{SN}}_1-{\mathrm{SN}}_4}{{\mathrm{SN}}_4}$ 以及 ${\mathrm{\ΔN}}_{2/3}=\frac{{\mathrm{SN}}_2-{\mathrm{SN}}_3}{{\mathrm{SN}}_3}$

(5)交叉轮比较法，计算：

$\mathrm{\ΔX}=\frac{({\mathrm{SN}}_1+{\mathrm{SN}}_3)-({\mathrm{SN}}_2+{\mathrm{SN}}_4)}{\stackrel{\‾}{\mathrm{SN}}}.$

6.根据权利要求5所述的一种行驶中的汽车轮胎气压监测方法，其特征是：所述步骤(3.4)对行驶工况和可能的气压异常进行判定；判定汽车的行驶状态和某个轮胎气压可能存在异常：

ΔN_1/2＜0且ΔN_4/3＜0，则汽车左转弯；

ΔN_1/2＞0且ΔN_4/3＞0，则汽车右转弯；

ΔN_1/4＞0且ΔN_2/3＞0，则前驱动轮打滑；

ΔN_1/4＜0且ΔN_2/3＜0，则后驱动轮打滑；

ΔX＞ε₁且ΔSN₁≥ε₂则轮1可能气压不足；

ΔX＞ε₁且ΔSN₃≥ε₂则轮3可能气压不足；

ΔX＜-ε₁且ΔSN₂≥ε₂则轮2可能气压不足；

ΔX＜-ε₁且ΔSN₄≥ε₂则轮4可能气压不足；

ε₁～ε₃为设定的报警灵敏度决定。

7.根据权利要求5所述的一种行驶中的汽车轮胎气压监测方法，其特征是：所述步骤(3.4)对行驶工况和可能的气压异常进行判定；判定汽车的行驶状态和某个轮胎气压可能存在异常：

ΔN_1/2＜0且ΔN_4/3＜0，则汽车左转弯；

ΔN_1/2＞0且ΔN_4/3＞0，则汽车右转弯；

ΔN_1/4＞0且ΔN_2/3＞0，则前驱动轮打滑；

ΔN_1/4＜0且ΔN_2/3＜0，则后驱动轮打滑；

ΔX＞ε₁且ΔSN′₁≥ε₃则轮1可能气压不足；

ΔX＞ε₁且ΔSN′₃≥ε₃则轮3可能气压不足；

ΔX＜-ε₁且ΔSN′₂≥ε₃则轮2可能气压不足；

ΔX＜-ε₁且ΔSN′₄≥ε₃则轮4可能气压不足；

ε₁～ε₃为设定的报警灵敏度决定。

8.根据权利要求1所述的一种行驶中的汽车轮胎气压监测方法，其特征是：所述步骤(3.6)设定一个正整数M作为统计样本的容量；微处理器存储最近M次采样的分析判断结果；设正整数A_i为第i个车轮被判断为可能气压异常的次数，计算各个轮胎气压异常的次数比例：

C_i＝A_i/M；i＝1～4。

9.根据权利要求7所述的一种行驶中的汽车轮胎气压监测方法，其特征是：对于轮胎气压异常的次数比例C_i大于设定值的情况给出不同级别报警，当某个车轮C_i≥q，给出一般气压异常报警，报警灯以一种方式闪烁；当C_i＝100％，给出严重气压异常报警，报警灯以另一种方式闪烁。

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