CN103223830A - 汽车轮胎气压的复合式监测装置及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种汽车轮胎气压的复合式监测装置及其监测方法。所述装置在汽车的1个车轮轮胎内安装压力传感器（1），直接测得该车轮轮胎气压的准确值；若汽车上安装有ABS等电控装置，本发明可与该装置共用轮速传感器（2、3、4、5）；若汽车的CAN总线上具有轮速传感器的信号数据，也可以从CAN总线上读取轮速数据。所述方法根据1号车轮的压力传感器测得的轮胎压力P₁和1号车轮的轮速传感器采集的车轮脉冲数N ₁，计算出相应的车速V _a，根据计算出的车速V _a和各车轮脉冲数对应的1号车轮脉冲数，由1号车轮MAP图所拟合多项式计算各个车轮的轮胎气压。该发明结合了直接式和间接式胎压监测系统的优点，成本低，可靠性高。

Description

汽车轮胎气压的复合式监测装置及其监测方法

技术领域

本发明涉及一种汽车行驶时轮胎气压的复合式监测装置及其监测方法。

背景技术

 轮胎气压是影响汽车安全行驶的重要因素之一。气压过低，轮胎变形增大，行驶阻力增大，易造成轮胎温度急剧升高，轮胎强度下降，可能导致轮胎帘子布断裂而造成爆胎；气压过高，使轮胎接地面积减小，附着系数和附着力减小，使轮胎安全性降低。因此，保持轮胎气压在正常的范围，不仅能够保障行驶安全，还能节省燃油和延长轮胎寿命。

轮胎气压监测系统（TPMS）具有在汽车行驶中检测轮胎气压，并在气压异常时给与报警，能够确保汽车行驶安全。在现有技术中，TPMS主要有直接式和间接式两大类。直接式TPMS是利用安装在每一个轮胎里的以锂离子电池为电源的压力传感器来测量轮胎的气压和温度。这些传感器用射频信号将压力和温度信息传送到中央接收主机里，中央主机对信息进行处理后在仪表板上显示出来，从而实现对各轮胎气压进行监测。直接式TPMS测量轮胎气压精度较高，但是成本较高，无线传输受天气和环境影响大，使用寿命受电池寿命限制。间接式TPMS则是通过采集和处理ABS轮速传感器信号，分析计算出受轮胎气压影响的其它物理量及其变化来间接判断轮胎气压。如燕山大学韩宗奇教授公开了一种行驶中汽车轮胎气压的检测方法（专利号：ZL2008 1 0054917.4）。该方法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、判断等处理步骤来预报行驶中汽车轮胎气压的异常状况。间接式TPMS成本低，安装容易，寿命长。但检测精度和实时性不如直接式TPMS。

发明内容

为了综合上述两种TPMS的优点，克服技术上的不足，本发明提供一种汽车轮胎气压的复合式监测装置及其监测方法，该发明能实时的、动态的、较准确的监测行驶中的轮胎气压。在汽车行驶过程中，即直接检测1号车轮的轮胎气压，又同时采集4个车轮轮速传感器的脉冲数，利用上述两种关系，得到另外3个车轮较准确的轮胎气压。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种汽车轮胎的复合式气压监测装置，包括压力传感器1、轮速传感器（2、3、4、5）和TPMS主机（8）。所述装置在其中一个车轮的轮胎内安装压力传感器1、无线发射天线（6），主机接收天线（7）安装在轮罩的内侧，所述压力传感器1直接检测该轮胎的气压和温度，并且通过无线发射天线、主机接收天线将射频（RF）信号，经过无线接收处理电路传输到TPMS主机（8），TPMS主机（8）将信号处理成轮胎充气压力；同时，使用轮速传感器（2、3、4、5），采用间接式方法检测另外几个车轮的轮胎气压。

一种使用汽车轮胎的复合式气压监测装置的监测方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：

用实车试验得到1号车轮轮胎气压与该车轮脉冲数与汽车行驶速度之间的关系，画出MAP图，并将MAP图拟合成多项式：

式中：

P ₁—1号车轮轮胎气压；

—1号车轮脉冲数；

—汽车行驶车速；

、

、

、

、

、

—拟合系数；

步骤2：

将4个车轮的ABS轮速传感器（2、3、4、5）的信号进行采集，或者从汽车的CAN总线上读取ABS轮速传感器数据；通过标定找出1号车轮脉冲数与2、3、4号车轮脉冲数之间在不同车速、不同轮胎气压时的数学关系；

步骤2.1：

保持4个车轮的轮胎气压为正常值，使汽车匀速直线行驶，采集4个车轮轮速传感器的脉冲，当1号车轮脉冲数达到一定值时停止采集，4个车轮的脉冲数分别为:

、

、

、

，计算各车轮脉冲数与1号车轮脉冲数之间的比例系数：

其中：

、

、、

——其中右上角“1”表示第一次试验，右下角“1~4”分别为左前轮、右前轮、右后轮和左后轮4个车轮，下同；

——为该特定车速时第j号车轮脉冲数与1号车轮脉冲数的比例系数，j = 1~4；

步骤2.2：

改变汽车行驶车速，重复步骤2.1所述试验，分别得到相应车速下4个车轮脉冲数与1号车轮脉冲数的比例系数

，由

组成比例系数矩阵[K]:

其中：

j = 1~4，表示4个车轮；i = 1~m，表示m种不同的车速的第i种车速；

步骤2.3：

将系数矩阵[K]的每一行拟合成车速的函数，得到

、

、、

与车速的关系：

               

其中：

—第j号车轮脉冲数与1号车轮脉冲数的比例关系，j = 2~4；

       、

—拟合系数,    j = 2~4；  

各车轮脉冲数与1号车轮脉冲数之间的数学关系式：

    j=1~4

式中：

—第j号车轮脉冲数；

       

—1号车轮脉冲数；

步骤2.4：

将步骤1中拟合的多项式系数及步骤2.2和步骤2.3计算得到的[K]、{K}数据储存于TPMS的存储器中；

步骤3：

在汽车行驶过程中，监测4个车轮的轮胎气压：

步骤3.1：

由压力传感器（1）直接测得1号车轮轮胎气压，记作

；由1号车轮的轮速传感器（2）采集1号车轮脉冲数

；根据步骤1拟合出的多项式，求出相应的；

步骤3.2：

采集4个车轮的ABS轮速传感器（2、3、4、5）的信号，或者从汽车的CAN总线上读取ABS轮速传感器（2、3、4、5）数据；根据步骤2.4存储的{K}值，计算各车轮对应的1号车轮的脉冲数：

    

其中：

N _1j —第j号车轮脉冲数对应的1号车轮脉冲数；

步骤3.3 

根据车速V _a 和N _1j ，由步骤1所拟合多项式计算2、3、4号车轮的轮胎气压P₂、P₃、P₄：

其中：

—1-4号车轮轮胎气压。

本发明的有益效果是：该发明既包括直接式与间接式的复合，又包括间接式中各种算法的复合，具有快速、准确、高速的优点。该方法直接式和间接式兼收并蓄，扬长避短，为开发具有自主知识产权、性能优越、价格低廉的TPMS产品提供了理论基础。同时，该发明结合了直接式和间接式胎压监测系统的优点，生产成本低，可靠性高。

附图说明

图1是汽车轮胎气压的复合式监测装置及其监测方法的组成原理图；

图2是MAP图。

在图1中，1.压力传感器，2、3、4、5.轮速传感器。

具体实施方式

实施例

本实施例以两轴4个车轮、2个前轮为驱动轮的轿车为例说明具体实施方式。

附图1中，若汽车上安装有ABS、ESP、DSC等安全电控装置，本发明可以与该装置共用轮速传感器、信号处理电路和微处理器；若汽车的CAN总线上具有轮速传感器的信号数据，可以从CAN总线上读取轮速数据。

 1）、在靠近司机（或仪表台）的 1号车轮的轮胎内安装压力传感器1，1号车轮的轮胎内安装的压力传感器1的型号为MPX8020A，其内部集成了压力传感器、温度传感器和数字接口电路。压力检测范围：0kpa~637kpa；温度检测范围：-40℃~125℃。气门嘴为无线发射天线，主机接收天线布置在轮罩内侧，距传感器天线（气门嘴）20 cm 左右。4个车轮的轮速传感器（2、3、4、5）类型为磁电式，齿圈齿数z=44，车轮每转一周发出44个正弦波。

2）、由实车道路试验得到1号车轮轮胎气压与行驶车速和车轮脉冲数之间的MAP图（如图2所示），并拟合成如下的2次多项式：

  3）、首先对汽车进行标定。保持轮胎气压正常，使汽车以20 km/h、40 km/h、60 km/h、80 km/h、100 km/h、120 km/h、140 km/h和160km/h的速度匀速直线行驶，采集（或读取）每一车速下4个车轮的脉冲数

、、，计算[K]和{K}：

3.1）、每一车速下各车轮脉冲数与1号车轮脉冲数之间的比例系数矩阵[K]:

3.2）、将系数矩阵[K]的每一行拟合成车速的函数，得到

、

、

、与车速的关系：

    3.3）、将第2项中多项式的系数及上述计算得到的[K]、{K}数据储存于TPMS的存储器中。

4）、监测4个车轮的轮胎气压。

4.1）、在汽车某一次直线匀速行驶过程中，由1号车轮轮胎内的压力传感器测得1号车轮的轮胎气压P ₁=2.09bar；由1号车轮的轮速传感器采集1号车轮脉冲数

=5001，根据拟合成的2次多项式，计算得：

=80.2km/h。

4.2）由2号、3号、4号车轮中轮速传感器测得

=5006、

=4996、=4632，计算

、

、

分别对应的1号车轮脉冲数

、

、

：

                

            

4.3）、根据车速V _a 和N _1j ，由所拟合2次多项式计算各个车轮的轮胎气压：

    

综上，1号车轮的轮胎气压由传感器直接测得为P ₁=2.09bar，2号、3号、4号车轮的轮胎气压由脉冲数和

间接计算得：

=2.19bar、=2.20bar、

=2.07bar。

Claims (2)

1.一种汽车轮胎的复合式气压监测装置，包括压力传感器（1）、轮速传感器（2、3、4、5）和TPMS主机（8），其特征是：其中一个车轮的轮胎内安装压力传感器（1）、无线发射天线（6），主机接收天线（7）安装在轮罩的内侧，所述压力传感器（1）直接检测该轮胎的气压和温度，并且通过无线发射天线、主机接收天线将射频信号，经过无线接收处理电路传输到TPMS主机（8），TPMS主机（8）将信号处理成轮胎充气压力；同时，采用间接式方法，使用轮速传感器（2、3、4、5）来间接计算另外3个车轮的轮胎气压。

2.一种使用如权利要求1所述的汽车轮胎的复合式气压监测装置的监测方法，其特征是：所述方法包括以下步骤：

步骤1：

用实车试验得到1号车轮轮胎气压与该车轮脉冲数与汽车行驶速度之间的关系，画出MAP图，并将MAP图拟合成多项式：

式中：

P ₁—1号车轮轮胎气压；

—1号车轮脉冲数；

—汽车行驶车速；

、、

、

、

、

—拟合系数；

步骤2：

将4个车轮的ABS轮速传感器（2、3、4、5）的信号进行采集，或者从汽车的CAN总线上读取ABS轮速传感器数据；通过标定找出1号车轮脉冲数与2、3、4号车轮脉冲数之间在不同车速、不同轮胎气压时的数学关系；

步骤2.1：

保持4个车轮的轮胎气压为正常值，使汽车匀速直线行驶，采集4个车轮轮速传感器的脉冲，当1号车轮脉冲数达到一定值时停止采集，4个车轮的脉冲数分别为:

、

、

、，计算各车轮脉冲数与1号车轮脉冲数之间的比例系数：

其中：

、、、

——其中右上角“1”表示第一次试验，右下角“1~4”分别为左前轮、右前轮、右后轮和左后轮4个车轮，下同；

——为该特定车速时第j号车轮脉冲数与1号车轮脉冲数的比例系数，j = 1~4；

步骤2.2：

改变汽车行驶车速，重复步骤2.1所述试验，分别得到相应车速下4个车轮脉冲数与1号车轮脉冲数的比例系数

，由组成比例系数矩阵[K]:

其中：

j = 1~4，表示4个车轮；i = 1~m，表示m种不同的车速的第i种车速；

步骤2.3：

将系数矩阵[K]的每一行拟合成车速的函数，得到、

、

、

与车速的关系：

           

    

其中：

—第j号车轮脉冲数与1号车轮脉冲数的比例关系，j = 2~4；

       

、

—拟合系数,    j = 2~4；  

各车轮脉冲数与1号车轮脉冲数之间的数学关系式：

    j=1~4

式中：

—第j号车轮脉冲数；

       

—1号车轮脉冲数；

步骤2.4：

将步骤1中拟合的多项式系数及步骤2.2和步骤2.3计算得到的[K]、{K}数据储存于TPMS的存储器中；

步骤3：

在汽车行驶过程中，监测4个车轮的轮胎气压：

步骤3.1：

由压力传感器（1）直接测得1号车轮轮胎气压，记作；由1号车轮的轮速传感器（2）采集1号车轮脉冲数

；根据步骤1拟合出的多项式，求出相应的

；

步骤3.2：

采集4个车轮的ABS轮速传感器（2、3、4、5）的信号，或者从汽车的CAN总线上读取ABS轮速传感器（2、3、4、5）数据；根据步骤2.4存储的{K}值，计算各车轮对应的1号车轮的脉冲数：

     

其中：

N _1j —第j号车轮脉冲数对应的1号车轮脉冲数；

步骤3.3 

根据车速V _a 和N _1j ，由步骤1所拟合多项式计算各个车轮的轮胎气压：

其中：

—1-4号车轮轮胎气压。

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