CN103153656B

CN103153656B - 对机动车辆车轮的加速度测量进行采样的方法

Info

Publication number: CN103153656B
Application number: CN201080069493.4A
Authority: CN
Inventors: N.吉纳尔
Original assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Automotive France SAS
Current assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Automotive France SAS
Priority date: 2010-10-08
Filing date: 2010-10-08
Publication date: 2015-12-16
Anticipated expiration: 2030-10-08
Also published as: WO2012045917A1; US9459275B2; EP2655102B1; US20130179113A1; CN103153656A; EP2655102A1

Abstract

一种对机动车辆（1）的车轮（10、20、30、40）的加速度测量进行采样的方法，其中所述车辆（1）具有胎压监测系统并装配有电子中央单元（2），所述车轮（10、20、30、40）中的每个都包括：车轮单元（A、B、C、D），其被固定到半径为R的轮辋（J10、J20、J30、J40）并具有至少一个加速度计，所述至少一个加速度计测量车轮的径向加速度F₁；以及微处理器，所述方法包括：由径向加速度计以给定时间间隔（T_测量）针对每个车轮转动测量一定数目（N）的径向加速度值。本发明提出：给每个车轮转动固定最小数目（N）的加速度测量；以及借助以下关系来确定两次径向加速度测量之间的时间间隔（T_测量）：（I）。

Description

对机动车辆车轮的加速度测量进行采样的方法

技术领域

本发明涉及一种对装配有胎压监测系统的机动车辆的车轮的加速度测量进行采样的方法。

背景技术

机动车辆出于安全目的而越来越普遍地具有胎压监测系统，其中这些系统中的每个都具有在车辆的每个车轮上安装的传感器，这些传感器用于测量在这些车轮上装配的轮胎的诸如压力和/或温度之类的参数，其目的在于向驾驶员通知所测量的参数的任何异常变化。

一方面，通常给这些监测系统提供在车辆的每个车轮上安装的电子模块（也被称为车轮单元），除了上述传感器之外，电子模块还并入有微处理器、射频（RF）发射机和LF（低频）天线，另一方面，每个系统还具有用于接收由发射机发送的信号的中央单元（安装在车辆上），中央单元包括并入有与天线相连接的射频接收机的电子计算机。

在这些监测系统中，不得不将由中央单元的接收机接收到的每个信号与涉及发射电子模块的位置且由此涉及信号所源自的车轮的位置的数据元件相关联。在车辆的整个使用寿命中，该要求保持存在，并且因此，甚至在车轮改变之后，或者更简单地，在车轮位置颠倒之后，也必须符合该要求。

目前，多种用于确定车辆上的车轮的位置的方法是可用的。因此，例如，出于该目的，可能使用位于车轮单元附近的三个低频（LF）无线电天线，其中，这些天线中的一个处于驾驶员的车门的把手中，一个处于乘客车门的把手中，以及一个处于汽车的行李箱的把手中。

中央单元接连向这些天线中的每个发送低频信号，以便激励这些天线。根据该过程，在被激励的天线附近的车轮上安装的电子模块向中央单元发送包括所述模块的标识码的应答信号，使得对这三个天线的接连激励得到在与这些天线相邻的车轮上安装的三个电子模块的位置，以及通过推导，得到第四模块的位置。

然而，该定位系统相对高成本且复杂，因为该定位系统要求三个LF天线。

可以在具有ABS（德语为“AntiBlockierSystem”，或者防抱死制动系统）传感器的车辆中使用不要求附加LF天线的用于定位车辆的车轮的另一种系统，并且，该另一种系统在于给每个车轮单元装配径向加速度传感器。

如图1所示，装配有ABS系统和胎压监测系统的车辆1包括：

·对于ABS系统：ABS传感器100、200、300和400，其被定位为面向车辆1的车轮10、20、30和40中的每个，测量这些车轮中的每个的旋转速度V_A、V_B、V_C和V_D，并通过CAN（“控制局域网”或串行系统总线）网络被链接到中央单元2；

·对于胎压监测系统：车轮单元A、B、C和D，其位于车轮10、20、30和40的具有半径R的每个轮辋J10、J20、J30和J40上，测量这些车轮的径向加速度，并通过RF被链接到中央单元2。

被定位为面向车轮的ABS传感器标识位于车轮上的齿状目标的每个齿，其中这些齿是等距的，并因此表示车轮在给定时刻的角位置。

车轮单元在车轮上的固定位置处发送意图用于中央单元的信号。

在相同车辆1上装配的车轮10、20、30和40并不均以相同速度V_A、V_B、V_C和V_D旋转，其中所述速度主要取决于车辆1的轨迹（在本情况下用于转弯的轨迹），但还取决于轮胎的磨损和压力以及取决于（在制动和/或加速中的）滑移效应。因此，车轮单元的初始固定发送位置在数个车轮转动（revolution）之后对于每个车轮变得偏移。

通过将车轮的由ABS传感器供给的角位置与车轮单元发送时的时刻进行相关，中央单元2由此推导车轮单元在车轮的转动期间的发送位置以及车轮单元A、B、C和D的右前位置AVD、右后位置ARD、左前位置AVG和左后位置ARG。这是因为车轮单元属于以下车轮：该车轮的ABS传感器不断地标识出车轮单元在车轮上的相同发送位置，其中ABS传感器100、200、300和400的位置在车辆1上固定并为中央单元2所知。

因此，车轮单元确定指示相同角发送位置的对（ABS传感器和车轮单元）。在以本申请人的名义提交的US6,112,587中描述了使用ABS传感器的该定位方法。

该车轮定位方法是可靠且稳健的，但是，在确保车轮单元始终在车轮上的相同位置处进行发送方面存在较大困难。为了确定该固定发送位置，车轮单元的径向加速度传感器在车轮的一个转动期间测量径向加速度数次。在图2中图示了这一点。在图2a中，位于车轮10的轮辋J10上的车轮单元A包括加速度计（未示出），该加速度计测量该车轮在该车轮沿旋转方向W转动时的车轮转动期间的各个位置（即位置Pi、P2、Pj、P3、Pk、P4、Pl）处经历的径向加速度F₁。优选地，以固定频率进行这些测量。

如图3所示，由车轮单元A的径向加速度计测量的加速力是以下两个径向分量的合力，这两个径向分量即为：力，其为重力g在径向加速度计的测量方向Z上的投影；以及力，其为离心力在径向加速度计A的相同测量方向Z上的投影，如下所示：

应当注意，离心力在径向加速度计的测量方向Z上的投影等于离心力自身，因为该测量方向Z是关于车轮径向的，并且离心力是在车轮处径向施加的。因此：

在时刻t处重力在径向加速度计的测量方向上的投影的值被表达如下：

（1）

其中：

·g表示万有引力常数，其为具有值-9.81m/s²的垂直向下向量；

·w(t)是径向加速度计在时刻t处的角旋转速度；以及

·t是以秒表示的时间单位。

离心力的值被表达如下：

（2）

其中，R是加速度计与车轮的旋转轴之间的距离，换言之为轮辋的半径。

因此：

（3）

以及：（4）

其中，v(t)是车辆的线速度，R_P是包括轮胎的车轮的半径。

因此，径向加速度F₁(t)的作为时间的函数的曲线是正弦曲线（参见图2b），该曲线的最大值MAX和最小值MIN点分别与在位置P3的轮辋底部处的加速度计的位置和在位置P1的轮辋顶部处的加速度计的位置相对应。清楚地，在位置P1和P3的径向加速度的最小值和最大值不是固定的，而是取决于车轮的旋转速度，并且因此，该最小值和最大值仅可以在每个车轮转动时局部确定，并且不是关于具有固定值的阈值被绝对确定。

可以使用这里未详述但本领域技术人员公知的由车轮单元对这些径向加速度测量进行数字处理的方法，以确定径向加速度的最小值MIN并因此确定加速度计经过位置P1的行程（passage），和/或确定径向加速度的最大值MAX并因此确定加速度计经过位置P3的行程。

因此，基于这些径向加速度测量数据F₁，通过使用适当的数字处理，可能发现车轮单元经过车轮上的位置P1和/或P3的行程。接着，在完成该数字处理时，车轮单元可以在这些所确定的固定位置处（或者由于数字处理所耗费的时间而在稍稍偏移的位置处，如下所说明）将信号发送至中央单元。

应当注意，用于确定这些位置的径向加速度测量的处理不是立即的，并且因此，在发送位置的确定与车轮单元对信号的发送之间存在（处理）时间。因此，将固定发送位置定位为沿车轮的旋转方向紧接在每个所确定的位置之后。

清楚地，通过倍增加速度测量，可以改进车轮单元的固定发送位置的确定的精度，并可以减少上述数字处理时间；然而，相应地，将缩短给车轮单元供电的电池的寿命。

然而，如果在两次径向加速度测量之间提供足够长的时间间隔以避免对电池的不必要的需要，则该时间间隔可以证明为足以在低旋转速度下在一个车轮转动期间进行最小数目的径向加速度测量，或者对于具有大轮辋半径的车轮是足够的，但是该时间间隔可能对高旋转速度来说或对更小轮辋半径来说太长。这是因为：如果该间隔太长，则在一个车轮转动期间的径向加速度测量的数目不足以使得能够快速（换言之，在一个车轮转动期间）且可靠地确定最小或最大径向加速度、换言之车轮单元的固定发送位置。

因此，固定由径向加速度计供给的两次接连加速度测量之间的预定时间间隔是不明智的。该测量时间随着车轮的旋转速度变化，并因此随着车辆的速度变化，以及随着车轮轮辋的半径变化。这是因为：当半径减小时，完成车轮的转动所需的时间也减小，并且因此，这些测量必须更紧密地在一起。

发明内容

本发明的目的在于通过以下操作来克服该缺陷：计算适于车轮的旋转速度的、在两次接连径向加速度测量之间的时间间隔，以便以可靠且快速的方式确定车轮单元在车轮上的固定发送位置。应当注意，这里图示的本发明的目的之一是要确定径向加速度计（换言之，车轮单元）在车轮上的绝对固定位置，而不是相对位置。

所提出的本发明涉及一种对机动车辆的车轮的加速度测量进行采样的方法，所述车辆具有胎压监测系统并装配有电子中央单元，所述车轮中的每个包括：

·车轮单元，所述车轮单元被固定到半径为R的轮辋并具有至少一个加速度计，所述至少一个加速度计测量车轮的径向加速度F₁；以及

·微处理器，

所述方法包括：由径向加速度计以给定时间间隔（T_测量）针对每个车轮转动测量一定数目（N）的径向加速度值，

以及，根据本发明的方法在于：

·给每个车轮转动固定最小数目（N）的加速度测量；以及

·借助以下关系来确定两次径向加速度测量之间的时间间隔（T_测量）：

。

在一个实施例中，加速度计是径向加速度计。

在不同实施例中，

·对于给定轮辋半径（R），每个车轮转动的加速度测量的数目（N）被固定在15；以及

·对于所估计的轮辋半径（R），每个车轮转动的加速度测量的数目（N）大于15。

本发明还提出：借助高通和/或低通滤波器来对加速度测量进行滤波，以便消除由寄生噪声引起的测量并消除加速度的连续分量（换言之，离心力），从而改进对由加速度计发送的信号的形状（换言之，对表示重力在径向加速度计的测量方向上的投影的值（即，）的曲线）的处理。

本发明还涉及用于应用如上所述的加速度测量采样方法的设备。

附图说明

参照附图，通过阅读借助实例且不出于限制意图而提供的以下详细描述，将发现本发明的其他目的、特性和优点，在附图中：

·如上所说明，图1是根据现有技术的装配有ABS系统的车辆的胎压监测系统的示意性表示；

·如上所说明，图2（2a和2b）图示了根据现有技术的出于确定车轮单元的固定发送位置的目的而对径向加速度测量的采样；

·如上所说明，图3图示了根据现有技术的作用于径向加速度计的力的分解。

具体实施方式

已知由径向加速度计测量的径向加速度F₁的值由下式给出：

（3）

由于因sin(w(t)·t)从-1变化至+1，公式（3）的表达式从+9.81m/s²变化至-9.81m/s²，所以本发明提出：忽视该表达式的值，以支持针对其部分与车辆的线速度的平方成比例的离心力。因此，表达式（3）可以被简化为：

（5）

在一个车轮转动期间，角速度由下式计算：

（6）

其中，T等于完成一个车轮转动的时间。

那么，表达式（6）变为：

其中，是由径向加速度计A在一个车轮转动期间所测量的加速度的值。

完成一个车轮转动所需的时间T变为：

因此，在一个车轮转动内耗费的时间T根据由径向加速度计测量的在一个车轮转动内的加速度F₁的值以及还根据轮辋的半径R被给出。

根据本发明，如果要对每个车轮转动执行N次加速度测量，那么因此，两次测量之间的时间间隔T_测量将为：

（7）

因此，由于本发明，可能在已经固定径向加速度测量的数目N之后，根据车轮的轮辋半径R以及根据车轮的速度（换言之，根据径向加速度F₁），确定两次径向加速度测量之间的时间。

因此，本发明的优点在于：两次测量之间的时间间隔T_测量可以根据诸如轮辋的半径R或车辆速度之类的外部条件例如在位置Pj和P3（参见图3）之间变化。对加速度测量进行采样的方法可以用于维持预定数目N，该预定数目N被视为足以在每个车轮转动时找到径向加速度的最大值MAX和最小值MIN，使得车轮单元可以始终在车轮上的相同固定位置处进行发送。

清楚地，可以（利用高通或低通滤波器）对径向加速度测量进行滤波，以避免例如由轮胎的突然滑动、由车轮表面所造成的振动或由轮轴所造成的振动导致的寄生测量。

查看图2b，可能出现的情况是：每个车轮转动的四个径向加速度测量会足以确定径向加速度的最大值和最小值，换言之确定位置P1和P3。然而，明显不可能通过测量例如仅在位置Pi、Pj、Pk和Pl处的径向加速度来确定这些值。此外，已经出于说明本发明的目的而简化了图2b，并且表示在一个车轮转动期间的径向加速度测量的实际曲线受噪声影响而且包括必须与真正对应于位置P1和P3的绝对最小值和最大值区分的多个局部最大值和最小值。因此，确定位置P1和P3所需的径向加速度测量的数目一般大于4。

在本实例中，对于15英寸的轮辋半径和3至20Hz的车轮旋转频率，加速度测量的数目N被固定在15。对于所估计的且未知的轮辋半径，加速度测量的数目N大于15。清楚地，对于所销售的具有一个以上的可能轮辋半径的一类车辆，数字处理被设计为容忍每个车轮转动的径向加速度测量的数目N（换言之，样本的数目）的变化，这可以是多达30%（换言之，N可以等于10而不是15）。

对N的确定是至关重要的。该确定可以是凭经验的，或者可以取决于用于处理来自车轮单元的信号的容量；这是因为：由于车轮单元必须能够快速确定与径向加速度的最大值和/或最小值相对应的（多个）位置，所以必须限制数据的量，换言之，必须限制要被处理的加速度测量的数目N。

清楚地，本发明并不限于已仅借助实例被提供的所描述的和所图示的实施例。在本实例中，采样方法的目的是确定车轮单元的固定发送位置，但采样方法也可以被用于确定其他参数。

Claims

1.一种对机动车辆（1）的车轮（10、20、30、40）的加速度测量进行采样的方法，其中所述车辆（1）具有胎压监测系统并装配有电子中央单元（2），所述车轮（10、20、30、40）中的每个都包括：

·车轮单元（A、B、C、D），所述车轮单元（A、B、C、D）被固定到半径为R的轮辋（J10、J20、J30、J40）并具有至少一个加速度计，所述至少一个加速度计测量车轮的径向加速度F₁；以及

·微处理器，

所述方法包括：由径向加速度计以给定时间间隔T_测量针对每个车轮转动测量一定数目N的径向加速度值，

并且，所述方法的特征在于，所述方法还包括：

·给每个车轮转动固定最小数目N的加速度测量；以及

·借助以下关系来确定两次径向加速度测量之间的时间间隔T_测量：

。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加速度计是径向加速度计。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于给定轮辋半径R，每个车轮转动的加速度测量的数目N被固定在15。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于所估计的轮辋半径R，每个车轮转动的加速度测量的数目N大于15。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述加速度测量由高通和/或低通滤波器滤波，以便消除由寄生噪声导致的测量。

6.一种用于对机动车辆（1）的车轮（10、20、30、40）的加速度测量进行采样的设备，其中所述车辆（1）具有胎压监测系统并装配有电子中央单元（2），所述车轮中的每个都包括：

·微处理器，

所述设备包括用于由径向加速度计以给定时间间隔T_测量针对每个车轮转动测量一定数目N的径向加速度值的装置，

所述设备的特征在于，所述设备还包括：

·用于通过使用根据前述权利要求中的任一权利要求所述的方法给每个车轮转动固定最小数目N的加速度测量的装置；以及

·用于通过使用根据前述权利要求中的任一权利要求所述的方法借助以下关系来确定两次径向加速度测量之间的时间间隔T_测量的装置：

。