CN105480029B - 轮胎压力监测系统及其轮胎压力发射机定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轮胎压力监测系统，能够定位分别布置在汽车的各个轮胎上的轮胎压力发射机，该轮胎压力监测系统包括多个分别布置在汽车的各个轮胎上的轮胎压力发射机和一接收机。每一轮胎压力发射机包括：加速度传感器，用以采集对应轮胎的加速度，获得加速度信号；第一处理器，根据加速度信号生成加速度曲线且确定加速度信号的频率；以及射频发射模块，发送该加速度信号的频率。该接收机包括：射频接收模块，接收各轮胎压力发射机发出的各加速度信号的频率；通信模块，接收汽车的转向信号；以及第二处理器，连接该射频接收模块和该通信模块，该第二处理器在转向信号指示的转向期间，根据各加速度信号的频率关系，确定各加速度传感器所在的轮胎位置。

Description

轮胎压力监测系统及其轮胎压力发射机定位方法

技术领域

本发明涉及汽车电子设备，尤其是涉及一种轮胎压力监测系统及其轮胎压力发射机定位方法。

背景技术

压力是轮胎的最关键的参数，轮胎压力过高或者过低均会增加每公里耗油量和减少轮胎的寿命。数据显示，轮胎压力低于正常值的25％，轮胎寿命降低为60％，油耗增加3％。另外，轮胎压力的大小直接影响汽车行驶的安全。所以对轮胎安装电子传感产品，用于实时监测轮胎气压非常必要。轮胎压力监测系统(TPMS)就是为此提出的一种汽车电子设备。

TPMS系统通常包括安装在汽车的各个轮胎的轮胎压力发射机和安装在汽车车身内的接收机。当汽车的四个轮胎都安装有轮胎压力发射机时，汽车上的接收机会接收到来自各压力发射机的信号。因此TPMS系统需要有定位或识别各个压力发射机的功能。这一功能也被称为轮胎定位。这一功能不仅仅在汽车生产过程中应用，而且在售后市场上轮胎换位或者更换时也会用到。因此，定位功能的可靠、简易程度直接关系到产品的可靠性以及用户的满意度。

目前主要以下几种发射机定位方法：

1、低频唤醒式。TPMS系统通过低频唤醒的设备或者工具，依次选择轮胎位置并唤醒记录轮胎内部发射机的识别码(ID)，然后再通过工具或者设备写入到控制器中，从而实现轮胎的位置识别。该方法需要特定的工具和设备，虽然可靠，但操作麻烦。

2、场强识别(WAL)。通过控制器的不对称安装，来监测发射机发送的无线信号的场强强弱来实现不同位置的发射机识别。该方法原理简单，但是由于发射机在旋转过程中，不同位置发出来的信号场强变化较大，很容易产生定位错误。

3、利用车辆上的轮速信号和加速度传感器配合实现(PAL)。通过控制器端接收到发射机信号后，读取轮速信号，在一定时间内某一轮胎胎压传感器和该位置的轮速传感器信号时间差相对固定，而其他轮胎的胎压传感器的时间差不固定的原理来区分和定位传感器位置和ID。该方法较为可靠，但是计算方法复杂，需要控制器端具备大容量存储，而且定位周期较长。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种轮胎压力发射机及其轮胎压力发射机的定位方法，其定位方式可靠且简便。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种轮胎压力监测系统，能够定位分别布置在汽车的各个轮胎上的轮胎压力发射机，该轮胎压力监测系统包括多个轮胎压力发射机和一接收机。各个轮胎压力发射机分别布置在汽车的各个轮胎上。每一轮胎压力发射机包括：加速度传感器，用以采集对应轮胎的加速度，获得加速度信号；第一处理器，根据该加速度信号生成加速度曲线，且根据该加速度曲线确定加速度信号的频率；以及射频发射模块，用以发送该加速度信号的频率。该接收机包括：射频接收模块，接收各轮胎压力发射机发出的各加速度信号的频率；通信模块，接收汽车的转向信号；以及第二处理器，连接该射频接收模块和该通信模块，该第二处理器在该转向信号指示的转向期间，根据各加速度信号的频率关系，确定各加速度传感器所在的轮胎位置。

在本发明的一实施例中，当该转向信号指示汽车为左转时，该第二处理器确定加速度频率最大的加速度传感器位于右前轮，加速度频率最小的加速度传感器位于左后轮，当该转向信号指示汽车为右转时，该第二处理器确定加速度频率最大的加速度传感器位于左前轮，加速度频率最小的加速度传感器位于右后轮。

在本发明的一实施例中，该通信模块还接收汽车的防锁死刹车系统的各轮胎频率信号，且当该转向信号指示汽车为左转时，该第二处理器确定加速度频率最大且与右前轮频率信号最接近的加速度传感器位于右前轮，确定加速度频率最小且与左后轮频率信号最接近的加速度传感器位于左后轮；当该转向信号指示汽车为右转时，该第二处理器确定加速度频率最大且与左前轮频率信号最接近的加速度传感器位于左前轮，确定加速度频率最小且与右后轮频率信号最接近的加速度传感器位于右后轮。

在本发明的一实施例中，该第二处理器设定一学习模式及一学习时间，在该学习模式被触发后，该第二处理器在该学习时间内确定各加速度传感器所在的轮胎位置。

本发明另提出一种轮胎压力发射机的定位方法，用以定位分别布置在汽车的各个轮胎上的轮胎压力发射机，该定位方法包括以下步骤：通过布置在对应的轮胎上且连接各轮胎上的轮胎压力发射机的多个加速度传感器采集对应轮胎的加速度，获得加速度信号；在各轮胎压力发射机中根据各加速度信号生成各加速度曲线，且根据各加速度曲线确定各加速度信号的频率；从各轮胎压力发射机发送各加速度信号的频率；在汽车的接收机上接收各轮胎压力发射机发出的各加速度信号的频率；在该接收机上接收汽车的转向信号；以及在该转向信号指示的转向期间，在该接收机上根据各加速度信号的频率关系，确定各加速度传感器所在的轮胎位置。

在本发明的一实施例中，当该转向信号指示汽车为左转时，确定加速度频率最大的加速度传感器位于右前轮，加速度频率最小的加速度传感器位于左后轮，当该转向信号指示汽车为右转时，确定加速度频率最大的加速度传感器位于左前轮，加速度频率最小的加速度传感器位于右后轮。

在本发明的一实施例中，前述方法还包括在该接收机上接收汽车的防锁死刹车系统的各轮胎频率信号，并且，当该转向信号指示汽车为左转时，确定加速度频率最大且与右前轮频率信号最接近的加速度传感器位于右前轮，确定加速度频率最小且与左后轮频率信号最接近的加速度传感器位于左后轮；当该转向信号指示汽车为右转时，确定加速度频率最大且与左前轮频率信号最接近的加速度传感器位于左前轮，确定加速度频率最小且与右后轮频率信号最接近的加速度传感器位于右后轮。

在本发明的一实施例中，前述方法还包括设定一学习模式及一学习时间，在该学习模式被触发后，在该学习时间内确定各加速度传感器所在的轮胎位置。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有如下显著优点：

1、算法简单：本发明只需要在传感器端通过测量值来计算周期，不需要复杂的数学变换公式计算；接收机端只需要进行简单的对比分析，不需要大量数据存储和分析工作，节约接收机存储空间；相应的对发射机和接收机的处理器要求降低，进而成本将会降低。

2、定位快速：通过算法的简单易行，可以有效缩短定位时间，使得定位可靠性和速度得到保证。

3、抗干扰能力强：由于只需要短时间内的数据采集，因而不需要长时间保持相对稳定的车速车况，因而对定位时车辆的运行工况要求降低，即相比现有技术而言，本发明具有抗干扰能力强的优点。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1示出根据本发明一实施例的轮胎压力监测系统的布置示意图。

图2示出根据本发明一实施例的轮胎压力监测系统的结构示意图。

图3示出根据本发明一实施例的轮胎轮速变化的加速度传感器的加速度曲线图。

图4示出根据本发明一实施例的轮胎速度恒定时加速度传感器的加速度曲线图。

图5示出根据本发明一实施例的车轮转向位置简图。

图6示出根据本发明一实施例的轮胎压力发射机的定位方法流程。

图7示出根据本发明一实施例的发射机定位学习流程。

图8A-8C示出根据本发明一实施例的接收机定位学习流程。

具体实施方式

图1示出根据本发明一实施例的轮胎压力监测系统的布置示意图。图2示出根据本发明一实施例的轮胎压力监测系统的结构示意图。参考图1和图2所示，轮胎压力监测系统100可包括多个(图中示出4个)轮胎压力发射机101、102、103、104和接收机120。轮胎压力发射机101-104分别布置在汽车的各个轮胎11、12、13、14上。这些轮胎11、12、13、14分别为左前轮11、右前轮12、左后轮13和右后轮14。本实施例的目的是可靠地定位布置各个轮胎11-14上的轮胎压力发射机101-104。这一定位既可视为对轮胎压力发射机101-104的定位，也可视为对轮胎11-14的定位。经过定位后，一旦接收机120接收到某一轮胎压力或温度信号，即可知晓这是来自哪一轮胎上的轮胎压力发射机。

各个轮胎压力发射机101-104的结构可以设置为相同，分别包括处理器(MCU)111、压力和温度传感器112、加速度传感器113、射频发射模块114以及电池115。除了加速度传感器113之外，处理器111、压力和温度传感器112、射频发射模块114和电池115均为轮胎压力发射机的常规配置，在此不再展开描述。加速度传感器113可为双轴加速度传感器，其中定义沿着汽车行进方向的轴为X轴，竖直方向为Z轴。X轴亦为轮胎的切向，而Z轴亦为轮胎的径向。

轮胎在旋转时，径向加速度(Z轴)和切向加速度(X轴)的数据都是一个正弦波，如图3所示。Z轴加速度值的基础值随着车速的提高而提高。相同速度下，随着基础值在±1g(g为重力加速度)之间变化，X轴则是基础值基本不变，而幅值在±1g之间变化。Z轴、X轴的周期均随着车速的提高而缩短。

在本实施例中，使用轮胎行进时加速度频率差异来进行轮胎的定位。如果以足够的采样频率采样加速度，可以获得一系列加速度信号，并据此描绘出加速度的曲线。图4示出根据本发明一实施例的轮胎上的加速度传感器的X轴加速度曲线图。处理器111会根据在一定的时间内以一定的采样率获得的加速度信号，生成这一加速度的曲线。然后处理器111可以进一步测量出加速度的幅值和频率。各个轮胎压力发射机101-104内所获得的加速度信号的频率，会经对应的轮胎压力发射机101-104发出，以供接收机120进行后续的处理。

接收机120可包括射频接收模块121、处理器122、通信模块123、存储模块124和电源模块125。射频接收模块121可以接收各轮胎压力发射机发出的各种信息，例如前述的各个轮胎11-14中的各加速度信号的频率。在汽车直线行驶时，各个轮胎的加速度信号的频率是基本一致的。不过，当汽车转向时，各个轮胎的加速度信号的频率出现了分化，表现出一定程度的差异。这一差异与轮胎所处的位置有关，因而可以利用汽车转向中的加速度信号频率来进行轮胎定位。

更具体而言，汽车在转向时，为了避免在汽车转向时产生路面对汽车行驶的附加阻力和轮胎过快磨损，转向轮偏转角之间应满足一定的理想关系式(也称之为阿克曼转向几何学关系)，如图5所示。下表1示出一个示例性的汽车转向参数：

轮距B	1440mm
		轴距L	2750mm
最小转弯半径	6.9m
		转向梯形臂	200mm

表1

转向轮侧偏角计算：

得到α＝23.4876°。

得到β＝29.3607°。

通过以上公式可以计算出汽车向左转时，各轮胎的转弯半径R的关系是：

R(右前轮)>R(左前轮、右后轮)>R(左后轮)。

反之，汽车向右旋转时，各轮胎的转弯半径的关系是：

R(左前轮)>R(右前轮、左后轮)>R(右后轮)。

由于转弯半径R越大，则轮胎的线速度v越大。根据公式v＝wr＝2πfr(r表示轮胎半径)，也就得出两个轮胎(轮胎的半径基本相同)旋转的周期或者频率之间的关系。频率f和转弯半径R成正比，周期和转弯半径R成反比。因此转弯半径R越大，频率f越大，周期越小。

另外，根据上述公式以及示例参数，大概可以计算出Rmax＝Rmin*1.2，即两个轮胎的线速度的关系v_max＝v_min*1.2，那么两个轮胎的频率关系f_max＝f_min*1.2。这一数据有助于判别所测量的频率关系是否在正常范围内，从而排除异常的测量错误。

据此，可以根据各加速度信号的频率或周期之间的关系来确定其所对应的轮胎的位置。由于频率与周期的等效性，以下仅以频率为例进行说明。

在接收机120中，通信模块123会接收汽车的转向信号。通信模块123可采用汽车中常见的CAN总线模块，以从汽车的其它电子设备处获得转向信号。转向信号指示汽车是否转向，以及是左转还是右转。通信模块123以较高的频率请求或者接收汽车的转向信号。

处理器122连接射频接收模块121和通信模块122。处理器122会在转向信号指示的转向期间，根据汽车转向期间各加速度信号的频率关系，确定各加速度传感器所在的轮胎位置。

举例来说，当转向信号指示汽车为左转时，处理器122确定加速度频率最大的加速度传感器位于右前轮12，而加速度频率最小的加速度传感器位于左后轮13。当该转向信号指示汽车为右转时，处理器122确定加速度频率最大的加速度传感器位于左前轮11，而加速度频率最小的加速度传感器位于右后轮14。

在较佳实施例中，为减少不同路况的影响，可以采用数字滤波技术对加速度幅度、频率异常进行处理，增加处理的准确性，提高定位成功的概率。

由于传感器的加速度曲线中，加速度周期可能会有变化，因此在一实施例中，在各轮胎压力发射机111-114中可以通过一定的持续时间来得到较稳定的加速度曲线周期，周期稳定意味着频率稳定。

由于目前不同传感器的加速度误差较大，很难直接通过加速度的大小来可靠地区分出传感器位置。但是，本实施例利用同一个传感器的同比误差小的特点，可以得到较稳定的加速度曲线周期，从而获得较为准确的加速度曲线频率。

尽管如此，为了提高加速度信号频率比较的可靠性，还可引入其它信息，例如来自防锁死刹车系统(ABS)的轮胎频率信号。在一实施例中，通信模块123还接收汽车的ABS系统的各轮胎频率信号，且当转向信号指示汽车为左转时，处理器122确定加速度频率最大且与右前轮频率信号最接近的加速度传感器位于右前轮12，而确定加速度频率最小且与左后轮频率信号最接近的加速度传感器位于左后轮13。当转向信号指示汽车为右转时，处理器122确定加速度频率最大且与左前轮频率信号最接近的加速度传感器位于左前轮11，而确定加速度频率最小且与右后轮频率信号最接近的加速度传感器位于右后轮14。

图6示出根据本发明一实施例的轮胎压力发射机的定位方法流程。参考图6所示，定位方法包括以下步骤：

步骤601，通过多个加速度传感器113采集对应轮胎的加速度，获得加速度信号；

步骤602，在各轮胎压力发射机111-114中根据各加速度信号生成各加速度曲线，且根据各加速度曲线确定各加速度信号的频率；

在步骤603，从各轮胎压力发射机发送各加速度信号的频率；

在步骤604，在汽车的接收机120上接收各轮胎压力发射机发出的各加速度信号的频率；

在步骤605，在接收机120上接收汽车的转向信号；

在步骤606，在该转向信号指示的转向期间，在接收机120上根据各加速度信号的频率关系，确定各加速度传感器所在的轮胎位置。

在一实施例中，为了让TPMS系统能够及时定位各轮胎，设置一学习模式。该学习模式可在汽车启动后较短时间内触发。在该学习模式被触发后，TPMS系统确定各加速度传感器所在的轮胎位置。此外，为避免TPMS系统进入学习模式后无法退出，设置一学习时间，在该学习时间后，无论是否完成了轮胎定位，TPMS系统都退出该学习模式。在经历过首次学习后，如果汽车熄火超过一定时间，再次启动后，仍需进行学习。因为在此过程中，汽车的轮胎可能被更换过。

图7示出根据本发明一实施例的发射机定位学习流程。参考图7所示，在步骤701进行初始化，然后各轮胎压力发射机111-114内的加速度传感器113在步骤702开始进行加速度采样。在步骤703，判断汽车的启动速度是否大于设定值，如果是则在步骤704进入学习模式，否则在步骤705进入停车模式。在步骤704中，判断汽车的停车计时是否大于设定时间，例如10分钟，如果是则进入步骤706，否则在步骤707进入运行模式。在步骤706，判断学习模式计时是否大于学习时间，如果是则在步骤709进入运行模式，否则进入步骤708。

在步骤708，各轮胎压力发射机111-114内的加速度传感器113进行加速度采样。在步骤710，寻找加速度的最高点，计算出阈值。在步骤711，判断其余加速度采样值是否大于阈值，如果是则在步骤712保存采样点，否则返回步骤706。在步骤713，计算采样点的平均值。在步骤714，计算加速度信号的稳定周期。在步骤715，发送加速度信号的频率。

图8A-C示出根据本发明一实施例的接收机定位学习流程。参考图8A-C所示，在步骤801进行初始化，然后在步骤802确定是否启动学习(例如汽车已经启动且前次停车超过计时)，如果是则在步骤803进入学习模式，否则在步骤804进入正常模式。在步骤803，判断学习模式计时是否大于学习时间(例如10分钟)，如果是则在步骤805进入正常模式，否则进入步骤806。在步骤806判断是否做过左转学习，如果未做过则进入步骤807开始左转学习，否则进入步骤808判断是否做过右转学习，在步骤808如果判断未做过则进入步骤809开始右转学习。

在步骤807，判断转向信号是否为左转，如果是则在步骤810将左转计时清零，让左转计时从零开始计时。然后在步骤811判断左转计时是否超过一定时间(例如3分钟)，如果未超过，则继续在步骤812判断转向信号是否变化，如果未变化，则继续在步骤813存储数据并返回步骤811，否则在步骤814处理数据。在步骤815，判断数据是否合格，如果是，则在步骤816完成左转学习，否则回到步骤803。然后在步骤817判断学习(包括左转和右转学习)是否完成，如果完成则在步骤818退出学习模式，否则回到步骤803。

在步骤809，判断转向信号是否为右转，如果是则在步骤819将右转计时清零，让右转计时从零开始计时。然后在步骤820判断右转计时是否超过一定时间(例如3分钟)，如果未超过，则继续在步骤821判断转向信号是否变化，如果未变化，则继续在步骤822存储数据并返回步骤820，否则，在步骤823处理数据。在步骤824，判断数据是否合格，如果是，则在步骤825完成右转学习，否则回到步骤803。然后在步骤826判断学习(包括左转和右转学习)是否完成，如果完成则在步骤827退出学习模式，否则回到步骤803。

本发明上述实施例的定位方法及装置与已知技术相比有如下优点：

1、算法简单

本发明的实施例只需要在传感器端通过测量值来计算周期，不需要复杂的数学变换公式计算。接收机端只需要进行简单的对比分析，不需要大量数据存储和分析工作，节约接收机存储空间。相应的对发射机和接收机的处理器要求降低，进而成本将会降低。

2、定位快速

通过算法的简单易行，可以有效缩短定位时间，使得定位可靠性和速度得到保证。

3、抗干扰能力强

由于只需要短时间内的数据采集，因而不需要长时间保持相对稳定的车速车况，因而对定位时车辆的运行工况要求降低，即相比现有技术而言，本发明具有抗干扰能力强的优点。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (8)

1.一种轮胎压力监测系统，能够定位分别布置在汽车的各个轮胎上的轮胎压力发射机，该轮胎压力监测系统包括：

多个轮胎压力发射机，分别布置在汽车的各个轮胎上，每一轮胎压力发射机包括：

加速度传感器，用以采集对应轮胎的加速度，获得加速度信号；

第一处理器，根据该加速度信号生成加速度曲线，且根据该加速度曲线确定加速度信号的频率；以及

射频发射模块，用以发送该加速度信号的频率；

接收机，包括：

射频接收模块，接收各轮胎压力发射机发出的各加速度信号的频率；

通信模块，接收汽车的转向信号；以及

第二处理器，连接该射频接收模块和该通信模块，该第二处理器在该转向信号指示的转向期间，根据各加速度信号的频率关系，确定各加速度传感器所在的轮胎位置。

2.如权利要求1所述的轮胎压力监测系统，其特征在于，当该转向信号指示汽车为左转时，该第二处理器确定加速度频率最大的加速度传感器位于右前轮，加速度频率最小的加速度传感器位于左后轮，当该转向信号指示汽车为右转时，该第二处理器确定加速度频率最大的加速度传感器位于左前轮，加速度频率最小的加速度传感器位于右后轮。

3.如权利要求1所述的轮胎压力监测系统，其特征在于，该通信模块还接收汽车的防锁死刹车系统的各轮胎频率信号，且当该转向信号指示汽车为左转时，该第二处理器确定加速度频率最大且与右前轮频率信号最接近的加速度传感器位于右前轮，确定加速度频率最小且与左后轮频率信号最接近的加速度传感器位于左后轮；当该转向信号指示汽车为右转时，该第二处理器确定加速度频率最大且与左前轮频率信号最接近的加速度传感器位于左前轮，确定加速度频率最小且与右后轮频率信号最接近的加速度传感器位于右后轮。

4.如权利要求1所述的轮胎压力监测系统，其特征在于，该第二处理器设定一学习模式及一学习时间，在该学习模式被触发后，该第二处理器在该学习时间内确定各加速度传感器所在的轮胎位置。

5.一种轮胎压力发射机的定位方法，用以定位分别布置在汽车的各个轮胎上的轮胎压力发射机，该定位方法包括：

通过布置在对应的轮胎上且连接各轮胎上的轮胎压力发射机的多个加速度传感器采集对应轮胎的加速度，获得加速度信号；

在各轮胎压力发射机中根据各加速度信号生成各加速度曲线，且根据各加速度曲线确定各加速度信号的频率；

从各轮胎压力发射机发送各加速度信号的频率；

在汽车的接收机上接收各轮胎压力发射机发出的各加速度信号的频率；

在该接收机上接收汽车的转向信号；

在该转向信号指示的转向期间，在该接收机上根据各加速度信号的频率关系，确定各加速度传感器所在的轮胎位置。

6.如权利要求5所述的定位方法，其特征在于，当该转向信号指示汽车为左转时，确定加速度频率最大的加速度传感器位于右前轮，加速度频率最小的加速度传感器位于左后轮，当该转向信号指示汽车为右转时，确定加速度频率最大的加速度传感器位于左前轮，加速度频率最小的加速度传感器位于右后轮。

7.如权利要求5所述的定位方法，其特征在于，还包括在该接收机上接收汽车的防锁死刹车系统的各轮胎频率信号，并且，

当该转向信号指示汽车为左转时，确定加速度频率最大且与右前轮频率信号最接近的加速度传感器位于右前轮，确定加速度频率最小且与左后轮频率信号最接近的加速度传感器位于左后轮；

当该转向信号指示汽车为右转时，确定加速度频率最大且与左前轮频率信号最接近的加速度传感器位于左前轮，确定加速度频率最小且与右后轮频率信号最接近的加速度传感器位于右后轮。

8.如权利要求5所述的定位方法，其特征在于，还包括设定一学习模式及一学习时间，在该学习模式被触发后，在该学习时间内确定各加速度传感器所在的轮胎位置。