CN102472635B

CN102472635B - 用于横向定位车辆车轮的方法

Info

Publication number: CN102472635B
Application number: CN201080031588.7A
Authority: CN
Inventors: N.古恩尔特
Original assignee: Siemens VDO Automotive SAS
Current assignee: Continental Automotive France SAS
Priority date: 2009-07-15
Filing date: 2010-07-08
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2030-07-08
Also published as: CN102472635A; US20120116607A1; WO2011006619A2; FR2948189B1; WO2011006619A3; FR2948189A1; US8576121B2

Abstract

用于定位车辆车轮的横向位置的方法，该车辆配备有轮胎压力监控系统。车辆的每个车轮都包括固定到半径为R的轮辋上的电子单元。每个单元尤其包括两个加速度计（5a，5b），这两个加速度计（5a，5b）彼此垂直地布置并且一个加速度计测量加速度的径向分量F₁，而另一个加速度计测量加速度的切向分量F₂。这些分量异相预定的相移角α。该方法的类型在于：I）对于每次车轮旋转，由所述加速度计（5a，5b）中的每个以给定的时间间隔（T_测量）进行加速度值的多（N）次测量，II）计算表示两个加速度计之间的相移角α的符号的物理值（P），III）基于表示相移角的符号的物理值（P），确定车轮的横向位置。根据本发明，在步骤I）期间，固定对于每次车轮旋转计算相移角的符号所需的加速度测量的最小次数（N），并且通过下式确定两次加速度测量之间的时间间隔（T_测量）：。

Description

用于横向定位车辆车轮的方法

技术领域

本发明涉及一种用于横向定位配备有轮胎压力监控系统的车辆的车轮的方法。

背景技术

出于安全原因，汽车车辆日益装备有包括传感器的轮胎压力监控系统，其中所述传感器被安装在车辆的每个车轮上，专用于测量诸如配备这些车轮的轮胎的压力和/或温度的参数并且被设计来向驾驶员通知所测量的参数的任何异常变化。

这些监控系统常规地一方面包括电子单元（也被称为车轮单元），所述电子单元被安装在车辆的每个车轮上并且除前述传感器之外并入有微处理器、RF发射机，而另一方面，这些监控系统包括用于接收由发射机传输的信号的（安装在车辆上的）中央处理单元，所述中央处理单元包括并入有连接到天线的射频接收机的电子处理器。

这样的监控系统需要与发射机电子单元的位置相关、并且因此与产生该信号的车轮相关的信息，以与中央处理单元的接收机接收到的每个信号相关联，该职责（obligation）在车辆的使用寿命期间持续，换言之，即使在更换车轮之后或者更简单地在交换这些车轮的位置之后，仍需要应用该职责。

当前存在允许确定车辆上的车轮的定位的若干种方法。因此，例如，为此目的可以使用三个低频无线电天线，这些低频无线电天线毗邻车轮单元，换言之，这些低频无线电天线分别位于驾驶员侧的门的把手中、乘客侧的门的把手中以及汽车后备箱（coffre de la voiture）的把手中。

中央处理单元相继地向这些天线中的每个天线发送低频信号，以便激励这些天线。根据该过程，安装在毗邻所激励的天线的车轮上的电子单元作为响应向中央处理单元传输包括针对所述单元的识别码的信号，使得三个天线的相继激励的结果是安装在这些天线附近的车轮上的三个电子单元的定位，并且通过推导，结果是第四单元的定位。

然而，这个定位系统是相对高成本的和复杂的，因为该定位系统要求3个LF天线。而且，RF信号有时是有噪声的，从而致使定位困难。

在FR 2 847 667中描述的另一定位系统在于给每个车轮单元配备两个加速度计，使这两个加速度计在加速度测量方向的垂直平面中的分量偏移给定的相移角α。通过确定该相移角α的符号、即正的或负的，可以确定这两个加速度计之间的相移方向，换言之，可以确定车轮的旋转方向。因此，使用中央处理单元已知的车辆行进方向，可以确定车轮的横向位置。随后可以基于中央处理单元接收到的RF信号的强度来进行纵向位置的确定。实际上，如果后者相对于车辆的前轴和后轴是不平衡的，例如如果其所处位置较之后轴更接近前轴，那么前轮的车轮单元发送的信号将具有比后轮的车轮单元发送的信号更高的强度，因此允许车轮单元的纵向定位。

这种用于使用加速度计来定位车轮的方法具有快速和稳健的优点。

然而，在车轮的一次旋转期间需要进行次数充分的加速度测量，以便能够确定相移角α的符号。这是因为，根据在车轮圆周周围的两个加速度计的位置，相移角α的符号的确定可能经受例如来自道路上的障碍的干扰，或者由于诸如在车轮打滑或者防滑系统操作的情况下的不适时的和非预期的加速或减速引起的干扰。因此，为了快速地确定相移角α的符号的可靠值，两个加速度计提供的这些加速度测量必须对于每次车轮旋转重复若干次，随后被取平均或被加起来，以便确定车轮旋转方向。

然而，如果加速度测量和两个加速度计之间的相移角的符号的计算以连续的方式进行，或者高频地（例如每隔2 ms）进行，则极大地减小为单元供电（并且因此为集成到单元中并且执行计算的加速度计和微处理器供电）的电池的寿命。

另一方面，如果在两次加速度测量之间设定相当长的时间间隔，其中所述时间间隔长到足以不会不必要地加载电池，那么该时间间隔可以证实足以在低旋转速度下或者对于轮辋半径大的车轮，对于每次车轮旋转进行最小次数的加速度测量，但是对于高旋转速度或者对于较小的轮辋半径，该时间间隔可能结果弄清楚是过长的。实际上，如果该间隔过长，则每次车轮旋转的加速度测量次数不足以能够快速地（换言之，在小数目的车轮旋转期间）和可靠地确定相移角的符号。

因此，固定由两个加速度计提供的两次相继的加速度测量之间的预定的时间间隔不是所期望的。这随着车轮的旋转速度变化，并且因此随着车辆的速度变化，而且还随着车轮的轮辋半径变化。实际上，半径越小，则进行一次车轮旋转所需的时间越短，并且因此测量必须靠得越近。

发明内容

本发明的目的在于通过计算两次相继的加速度测量之间的适合车轮旋转速度的时间间隔来克服该缺陷，以便可靠地和快速地确定相移角的符号。

本发明提供了一种用于定位车辆车轮的横向位置的方法，所述车辆配备有轮胎压力监控系统，并且配备有电子中央处理单元，所述车轮均包括：

- 电子单元，所述电子单元被固定到半径为R的轮辋上并且包括两个加速度计，这两个加速度计彼此垂直地布置并且测量车轮的加速度，使得一个加速度计测量加速度的径向分量F₁，而另一个加速度计测量加速度的切向分量；来自两个加速度计的加速度测量异相预定的相移角，

- 微处理器，

所述方法包括如下步骤：

I）对于每次车轮旋转，由每个加速度计以给定的时间间隔T测量进行加速度值的N次测量，

II）由微处理器计算表示两个加速度计之间的相移角的符号的物理值，

III）由车辆的中央处理单元使用表示相移角的符号的物理值确定车轮的横向位置，

该方法是值得注意的，因为在步骤I）期间：

- 对于每次车轮旋转，设定计算相移角的符号所需的加速度测量的最小次数N，以及

- 两次加速度测量之间的时间间隔T_测量由下式确定：

。

在第一实施例中，本发明有利地包括：对于给定的轮辋半径，将每次车轮旋转的加速度测量的次数设定为4（N=4）。

因此，本发明允许在与径向加速度计所测量的车轮的离心加速度一起考虑车轮的轮辋半径的情况下直接计算两次加速度测量之间的时间间隔。

此外，通过对于任何旋转速度和任何给定的轮辋半径，对于每次车轮旋转仅执行4次加速度测量，本发明允许快速地确定两个加速度计之间的相移角的符号，换言之，快速地确定车轮的旋转方向。因此，这限制了来自对电子单元供电的电池的能耗。

在第二实施例中，估计轮辋半径并且使用大于4的每次车轮旋转的加速度测量次数。

在第三实施例中，对于一组配备有不同半径的轮辋的车轮，针对这些车轮中的每个车轮，每次车轮旋转的加速度测量的次数被固定在5，并且选择用于确定时间间隔的轮辋半径，使得所述轮辋半径表示被考虑的该组轮辋半径的平均值。

此外，对于前述实施例中的任何一个，本发明包括在车辆起动之后重复步骤I至III预定的次数，直至物理值达到表示相移角的符号的阈值。

有利地，例如通过高通和/或低通滤波器对加速度测量结果进行滤波，以便消除来自寄生噪声源的信号。

本发明进一步包括如下可能性：如果所计算的物理值大于参考物理值，则在步骤II处停止定位方法。

该参考物理值可以有利地与在车辆的最大加速期间获得的物理值对应。

本发明还涉及实施上述方法的用于横向定位车辆车轮的位置的任何设备。本发明同样适用于包括该设备的任何汽车车辆。

附图说明

在阅读下文作为非限制性实例的描述时和参照附图，本发明的其他目的、特征和优点将变得明显，在附图中：

- 图1是根据本发明的用于横向定位车辆车轮的设备的示意图，

- 图2图示了根据其相应的测量方向的由每个加速度计经历的加速力的分解，

- 图3图示了在不同时间由每个加速度计供给的加速度信号，

- 图4图示了根据本发明的、由于重力引起的力在两个加速度计形成的正交参考系中的变化。

具体实施方式

在图1中图示了根据本发明的用于横向定位车辆车轮的设备。车辆（未示出）配备有安装在半径为R的轮辋2上的车轮1。该车轮1配备有固定到其轮辋2上的车轮单元4。两个加速度计5a和5b被布置在车轮单元4之内。这两个加速度计5a和5b彼此垂直，使得第一加速度计5a相对于车轮切向布置并且测量加速度的切向分量（该加速度计将被称为切向加速度计5a），而第二加速度计5b相对于车轮径向布置并且测量加速度的径向分量（该加速度计将被称为径向加速度计5b）。因此，由箭头F₁和F₂表示的它们相应的车轮加速度测量结果偏移值为的相移角。

如图2中所示，径向加速度计5b测量的加速力是两个径向分量的合力：力，所述力是重力g沿加速度计5b的测量方向的投影；以及力，所述力是离心力沿加速度计5b的测量方向的投影，因此：

应当注意，离心力沿加速度计5b的测量方向的投影等于离心力，因为该测量方向相对于车轮径向指向，并且应当注意，离心力被径向地施加到车轮。因此：。

在时间t，重力沿径向加速度计5b的测量方向的投影的值以如下方式来表达：

（1）

其中：

- g：表示值为-9.81 m/s²的重力常数，该重力常数是向下指向的垂直向量。

- w(t)：是时间t处的径向加速度计5b的旋转角速度。

- t：是以秒为单位的时间单元。

离心力的值以如下方式表达：

（2）

其中R：加速度计和车轮旋转轴之间的距离，换言之，轮辋半径。

因此：

（3）

并且：，其中v(t)是车辆的线性速度。

切向加速度计5a测量的加速力仅具有一个分量、即力，所述力是重力沿切向加速度计5a的测量方向的投影（参见图2）。这是因为切向加速度计5a测量加速度沿其为切向的测量方向的投影，并且给定离心加速度被径向地施加到车轮，则其沿切向加速度计5b的切向测量方向的投影是零。因此，离心加速度的径向分量是零，因此：

（4）

式（3）中的表达式从+9.81变化到-9.81，因为sin(w(t).t)从-1变化到+1，因此该表达式的值较之与车辆的线性速度的平方成比例的离心力的值是可忽略的。因此，表达式（3）可以被简化，从而给出了：

（5）

在一次车轮旋转期间，角速度被计算为：

（6）

其中，T等于一次车轮旋转的时间。

表达式（6）随后变为：

其中是径向加速度计5b在一次车轮旋转期间测量的加速度值。

执行一次车轮旋转所需的时间T变为：

因此，根据径向加速度计5b测量的针对一次车轮旋转的加速度值F₁和根据轮辋半径R，给出了一次车轮旋转的持续时间T。

因此，如果期望对于每次车轮旋转进行N次加速度测量，则两次测量之间的时间间隔T_测量将等于：

（7）

为了使两个加速度计对于每次车轮旋转进行的加速度测量的次数N最优化，本发明包括在如下预定时间测量这些值：在这些预定时间中，两个相继的加速度测量时间之间的变化最大。

换言之，不是使在一次车轮旋转期间的来自两个加速度计的加速度测量的样本数目倍增，为了以可靠的方式获得两个加速度计之间的相移角的符号，本发明的思想是仅采取少量测量，但是在一次车轮旋转期间的策略性位置进行测量，在这些策略性位置，两个加速度计之间的相移角的符号的表达式是最明确的（prononcée）。因此，根据本发明的用于定位车轮的方法允许尽可能快地确定车轮的横向位置。

为了确定这些最优位置，本发明的思想是考虑由两个加速度计在三个不同的时间(换言之，在时间i=1、i=2和i=3)处进行的三对相继的测量（参见图3）。

在图3中示出了两个加速度计5a和5b在不同时间（i=1，i=2，i=n和i=n+1）递送的加速度信号。曲线50a表示由切向加速度计5a供给的加速度信号。曲线50b表示由径向加速度计5b供给的加速度信号。为了便于信号的显示，由于径向加速度计5b经受的离心力引起的分量未在曲线图50b上示出。在该图3中示出了四对测量结果：在时间i=1，加速度计测得（分别针对加速度计5a和5b的）加速度值X₁和Z₁；在时间i=2，加速度计测得X₂和Z₂；在时间n，加速度计测得X_n、Z_n；并且在时间n+1，加速度计测得X_n+1和Z_n+1。

如果在由两个加速度计5a和5b形成的正交参考系中考虑重力随时间的变化，其中该正交参考系具有轴X和Z（参见图4），则重力向量在参考系(X, Z)中的不同时间i（其中i=1、2和3）处的分量实际上是两个加速度计在这些相同的时间测得的值(X₁, Z₁)、(X₂, Z₂)和(X₃, Z₃)。

因此，在这些时间的重力向量的坐标是：对于i=1：；对于i=2：以及对于i=3：，并且这些重力向量与平行于横坐标轴X的轴X'分别形成角度、、（参见图4）。

如前文所解释的那样，X_i和Z_i是在不同时间i的来自加速度计5a和5b的加速度测量结果。

因此，在时间i=1：

（3′）

并且

（4′）

通过考虑在时间i=1和i=2之间的、换言之为向量和之间的重力向量的位置变化，获得了如下向量：

以相同的方式，在时间i=2和i=3之间，从到的重力向量的位置变化可以由向量表达：

通过将向量积应用于重力向量在参考系(X, Z)中的位置的两个相继变化，获得了下式：

该积等于：

（8）

其中是在向量和之间形成的角度的正弦。该角度将被称为α。

积是正的，因为该积是向量dG₁和dG₂的范数的积。相反地，积(X₂-X₁).(Z₃-Z₂)-(Z₂-Z₁).(X₃-X₂)的符号与重力向量在参考系(X, Z)中的时间i=1、2和3之间的坐标变化。该积(X₂-X₁).(Z₃-Z₂)-(Z₂-Z₁).(X₃-X₂)的符号可以是正的或负的。因此，该积的符号是的符号，并且该积提供了在时间i=1和i=3之间的关于向量朝向的旋转方向的信息，换言之，提供了关于重力向量相对于参考系(X, Z)的旋转方向的信息。因此，表达式(X₂-X₁).(Z₃-Z₂)-(Z₂-Z₁).(X₃-X₂)的符号允许确定在这些时间之间的车轮旋转方向。

因此，理想地，如式（8）所表明的那样，在相继时间处的三对加速度测量结果足以确定车轮的旋转方向。然而，在真实使用条件下，这3个加速度测量结果证实是不够的。这是因为许多寄生噪声源（道路状态、驾驶条件、碰撞等）连同车轮的（例如由于车轮打滑引起的）短瞬间可能不连续的、负的或正的加速度轮廓（profil）一起干扰这些测量。因此，只有当在分布在一次车轮旋转上的若干个时间i处生成若干个物理值P时，表示旋转方向的所获得的物理值P才是可靠的和稳健的，并且在车辆起动之后，这重复给定次数k。根据本发明，这些物理值加在一起，直至达到如下阈值S（正的或负的与车轮的旋转方向有关）：该阈值S确定由两个加速度计形成的相移角的符号。因此：

（9）

为了尽可能快地确定旋转方向并且避免使样本倍增，物理值P_i在总和S中的贡献必须尽可能高，以便尽可能快地达到阈值S。为此，的值必须尽可能大并且是非零的，换言之是+1或-1。这等同于在向量和之间（换言之，在向量和之间以及在向量和之间）的角度是的倍数。因此，由加速度计执行的成对的加速度测量必须被隔开车轮旋转的四分之一，这等同于每次车轮旋转的加速度测量的次数N等于4。因此，允许确定两次加速度测量之间的时间间隔的式（7）变为：

（10）

因此，在其中轮辋半径R已知的情况下，两次加速度测量之间的时间间隔的计算是立即的。

另一方面，如果轮辋半径R是未知的，则根据本发明，加速度测量的次数N被设定为大于4，例如等于5，并且轮辋半径R的值被估计为表示所讨论的车辆的可能的轮辋半径的值。这的目的在于具有足够次数的用于确定车轮旋转方向的测量，而与安装在车辆上的车轮的轮辋半径R的真实值无关。

在其中针对一组具有不同的轮辋半径R的车轮确定两次测量之间的时间间隔的情况下，可以通过应用式（10）来确定两次测量之间的时间间隔，其中轮辋半径R的一个值等同于所讨论的轮辋半径的平均值。因此，对于轮辋半径R大于平均半径的车轮，两次测量之间的时间间隔T_测量将是足够的。然而，对于小于平均半径的轮辋半径，必须验证：对于最小的轮辋半径，这样计算的时间间隔足以用于对于每次车轮旋转执行至少4次测量。

为了避免物理值P不表示真实的车轮旋转方向，例如通过高通和/或低通滤波器对两个加速度计5a和5b测量的加速度值进行滤波，以便不考虑可能是有噪声的测量（车轮打滑或者防滑系统的运转，等等）的加速度测量。实际上，这些现象可能极大地影响加速度测量，并且短瞬间使车轮旋转方向反转。

因此，为了消除异常值，如果所计算的物理值P在表示在时间i=1和i=3之间的车辆的最大加速度的物理值阈值P_ref以上，那么忽略该物理值P，并且停止定位方法，直至下一个物理值P在物理值阈值P_ref以下。

因此，该方法在于定位车辆车轮的横向位置，其中该车辆配备有轮胎压力监控系统。该车辆配备有电子中央处理单元。车轮均包括：

- 电子单元，所述电子单元被固定到半径为R的轮辋上并且包括两个加速度计5a、5b，这两个加速度计5a、5b彼此垂直地布置并且测量车轮的加速度，使得一个加速度计5a测量加速度的径向分量F₁，而另一个加速度计5b测量加速度的切向分量F₂；来自两个加速度计的加速度测量异相预定的相移角α，

- 微处理器，

所述方法包括如下步骤：

I）对于每次车轮旋转，由每个加速度计5a、5b以给定的时间间隔（T测量）进行加速度值的N次测量，

II）由微处理器计算表示在两个加速度计之间的相移角的符号的物理值P，

III）由车辆的中央处理单元使用表示相移角的符号的物理值P确定车轮的横向位置，

该方法是值得注意的，因为在步骤I）期间：

- 两次加速度测量之间的时间间隔（T测量）由下式确定：

因此，本发明允许根据为N的期望次数的加速度测量来快速地确定车轮旋转方向。因此，这允许节省车轮单元的电池能量。此外，该方法识别其中加速度测量结果不表示车辆的可能加速度的情况（消除异常值），并且在该情况下，该方法并不确定车轮的横向位置。

不言而喻，本发明并不限于所描述和描绘的仅作为实例呈现的实施例。

例如，可能使用彼此垂直的两个加速度计，但是这两个加速度计不在径向的或切向的位置。在那种情况下，两个加速度计经受离心力并且修改等式（4），以便考虑针对加速度测量的表达式中的离心力的非零分量。然而，应当注意，在任何情况下，当使用重力向量的变化而非重力向量自身时，和彼此抵消。

Claims

1.一种用于定位车辆车轮的横向位置的方法，所述车辆配备有轮胎压力监控系统并且配备有电子中央处理单元，所述车轮均包括：

- 电子单元，所述电子单元被固定到半径为R的轮辋上并且包括两个加速度计（5a，5b），所述加速度计（5a，5b）彼此垂直地布置并且测量车轮的加速度，使得一个加速度计（5a）测量加速度的径向分量F₁，而另一个加速度计（5b）测量加速度的切向分量F₂；来自所述两个加速度计的加速度测量异相预定的相移角α，

- 微处理器，

所述方法包括如下步骤：

I）对于每次车轮旋转，由所述加速度计（5a，5b）中的每个以给定的时间间隔（T_测量）进行加速度值的多（N）次测量，

II）由所述微处理器计算表示所述两个加速度计之间的相移角的符号的物理值（P），

III）由所述车辆的所述中央处理单元使用表示相移角的符号的物理值（P）确定所述车轮的横向位置，

所述方法的特征在于，在步骤I）期间：

- 对于每次车轮旋转，设定计算相移角的符号所需的加速度测量的最小次数（N），以及

- 两次加速度测量之间的时间间隔（T_测量）由下式确定：

。

2.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，对于给定的轮辋半径（R），将每次车轮旋转的加速度测量的次数（N）固定为4。

3.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，对于所估计的轮辋半径（R），每次车轮旋转的加速度测量的次数（N）大于4。

4.根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，对于一组配备有不同半径（R）的轮辋的车轮，对于这些车轮中的每个车轮，每次车轮旋转的加速度测量的次数被固定为5，并且选择用于确定时间间隔（T_测量）的轮辋半径（R），使得所述用于确定时间间隔（T_测量）的轮辋半径（R）表示被考虑的该组轮辋半径（R）的平均值。

5.根据前述权利要求中任一项所述的定位方法，其特征在于，在车辆起动之后重复步骤I至III预定的次数（k），直至物理值（P）达到表示相移角的符号的阈值（S）。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的定位方法，其特征在于，通过高通滤波器和/或低通滤波器对加速度测量结果进行滤波，以便消除来自寄生噪声源的测量结果。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的定位方法，其特征在于，如果所计算的物理值（P）大于参考物理值（P_ref），则在步骤II处停止所述定位方法。

8.根据权利要求7所述的定位方法，其特征在于，在所述车辆的最大加速期间确定所述参考物理值（P_ref）。

9.一种用于横向定位车辆车轮的位置的设备，所述车辆配备有轮胎压力监控系统并且配备有电子中央处理单元，所述车轮均包括：

- 微处理器，

所述设备进一步包括：

· 加速度计（5a，5b），所述加速度计（5a，5b）被设计用于对于每次车轮旋转以给定的时间间隔（T_测量）进行加速度值的多（N）次测量，

· 中央处理单元，所述中央处理单元被设计用于使用表示相移角的符号的物理值（P）确定所述车轮的横向位置，

· 其中所述微处理器被设计用于计算表示所述两个加速度计之间的相移角的符号的物理值（P），

所述设备的特征在于，所述设备进一步包括：

· 用于固定对于每次车轮旋转计算相移角的符号所需的加速度测量的最小次数（N）的装置，以及

· 用于通过下式确定两次加速度测量之间的时间间隔（T_测量）的装置：

所述设备实施根据前述权利要求中任一项所述的方法。