CN107264195B - 一种间接式轮胎气压监测系统技术改进方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种间接式轮胎气压监测系统（TPMS）技术改进方法，包括建立GPS车速基准下的轮速基准数据库，并对轮胎使用磨损所导致的轮速失真做补偿、修正，以补偿、修正后的实时轮速与轮速基准数据库数据的分析、比较，作出实时胎压信息提示和报警。

Description

一种间接式轮胎气压监测系统技术改进方法

技术领域

本发明涉及汽车行车安全技术领域，具体为一种间接式轮胎气压监测系 统（TPMS）技术改进方法。

背景技术

轮胎气压监测系统（Tire Pressure Monitoring System）的英文缩写是TPMS，TPMS 技术功效是对轮胎气压实施实时监测，对轮胎欠压和胎压过高进行报警。TPMS 有间接式TPMS 和直接式TPMS 两种类型，间接式TPMS监测轮速变化，实质是监测轮胎形变（车轮滚动半径），将轮胎形变通过胎压变化表述；直接式TPMS 以压力传感器直接监测胎压，通过控制胎压超限间接控制轮胎形变超限。无论是间接式TPMS 还是直接式TPMS,其技术功效最终目标是监测、控制轮胎形变于许用形变范围内，胎压仅仅是 表述轮胎形变的中间变量。根据现行TPMS 技术标准（如FMVSS 138；GB/T26149 等）规定，当实时胎压≤轮胎冷态充气压力75%或≥轮胎冷态充气压力125%，TPMS即以声光和显示实时胎压数据方式发出胎压异常报警信息。

TPMS技术研发初衷是通过胎压异常报警信息提示，通过人的干预提高轮胎充气正常率，降低轮胎损毁事故。2012 年11 月，美国NHTSA 发布的TPMS 技术产品应用效果评价报告指出，TPMS 应用使车辆轮胎缺气（以TPMS 胎压标准值±25%为阈值）情况下降了55.6%，但难以评价TPMS应用导致轮胎损毁或交通事故下降功效，也就是说，TPMS应用并未显现降低轮胎损毁交通事故功效。

发明内容

轮胎产品属性表明，在轮胎许用条件范围内，轮胎充气压力与载荷成正比，轮胎载荷与轮胎形变成正比。为保证车辆轮胎形变处于许用形变范围内，最直接最便利的方式就是监测和调整轮胎充气压力。

间接式（WSB）TPMS利用轮胎形变与胎压的关联性，通过监测轮速变化（轮胎形变）间接表述胎压变化，其在车辆运行后的一定时间内（数百秒）采集实时轮速数据，经学习、修正而确定为当前轮速基准，当前轮速基准具有随机性，是建立在假定当前实时胎压正常的前提下，未与轮胎冷态充气压力数据关联，若当前实时胎压异常，TPMS轮速基准也异常。当车辆由半载工况变为满载工况、载荷增加使轮胎形变超限形成隐性缺气时，由于载荷增加使所有轮胎的形变呈同比例增加，轮速及轮速基准均异常，TPMS提供的胎压信息必然错误，显而易见，现有间接式TPMS 无法监测载荷增加导致的轮胎形变和轮胎隐性缺气，解决方案在于建立起不随轮胎磨损变动的车速基准和轮速基准。

为了消除现有TPMS 技术缺陷，本发明提出一种间接式轮胎气压监测系统技术改进方法，包括：

1、以车载全球定位系统（GPS、北斗）的测速数据为TPMS 车速基准，建立GPS车速基准下标准车轮的基准轮速数据库和/或车速/轮速数学分析关系模型或表达式：Vg=ωR=n2πR=nzαR，Vg 为GPS 车速，ω为车轮角速度，n 为车轮转数，z 为轮速传感器齿数，α为两齿（对应两个电信号）间夹角（弧度），R为车轮滚动半径；

2、根据轮胎使用寿命与磨损极限的关联关系，以轮胎运行里程数据计算轮胎磨损量和车轮实时滚动半径，并以车轮实时滚动半径与标准车轮滚动半径的比值为修正系数，对轮胎磨损导致的实时轮速误差进行修正补偿；

3、以修正补偿后的实时轮速数据与标准轮速数据库比对，或通过车速/轮速/轮胎形变/轮胎气压的数学分析关系模型进行分析运算，作出轮胎气压异常判断和报警。

标准车轮为全新无磨损轮胎和半载冷态充气压力充气状态；基准轮速数据库和/或数学分析关系模型为标准车轮在半载载荷工况下，在零至最大车速区间，GPS车速与75%半载冷态充气压力、125%半载冷态充气压力范围内对应的轮速数据集合和/或数学分析关系模型。轮胎运行里程数据为车载GPS 的里程累计数据和/或车载车速计（里程表）的里程累计数据。

本发明具有以下有益效果：

本发明将车载GPS车速信号引为TPMS车速基准，通过GPS 车速下基准轮速数据库或车速、轮速数学分析关系式以及轮胎行驶里程与磨损数学关系式的建立，消除了现有间接式TPMS 无轮速基准的缺陷，实现了对轮胎使用磨损导致的车速误差、轮速误差的补偿和修正。

由于轮胎许用形变为轮胎的固有属性，轮胎许用形变的量值范围不随载荷和胎压的变动而变化，无论轮胎处于半载还是满载，充气压力是高还是低，轮胎许用形变量值范围不变，轮胎形变的直接反映是车轮有效滚动半径变化，有效滚动半径变化又直接反映为轮速变化，因此，监测控制轮胎形变于许用形变范围就转化为监测控制轮速变化于允许范围，只要建立起轮速基准和对轮胎使用磨损后的轮速变化做补偿修正这一前提，无需监测轮胎载荷和胎压数据，就可实现轮胎许用载荷范围内轮胎形变的无缝监测，消除了现有间接式TPMS 设计缺陷，是对现有间接式TPMS的实质性创新。

附图

图1为间接式TPMS 技术改进方法软件流程图。

图2为轮速基准数据库数学图形表达。

具体实施方式

本发明实施例1 是间接式TPMS缺陷消除及改进方法的具体实施说明，现有间接式TPMS 通过ABS 轮速传感器监测获取轮速数据，轮速数据信号通过汽车线束传送至TPMS 数据处理中心（ECU）。本发明在现有间接式TPMS中接入车载GPS 设备，将车载GPS 测速数据引入间接式TPMS，作为TPMS 车速基准。在GPS 车速基准下，以无磨损全新轮胎并以车辆标示的轮胎半载冷态充气压力充气，车辆半载工况下，记录在GPS 车速基准下零至最大车速区间的车速/轮速数据（轮速传感器电信号数量）对应值，包括车轮在标准半载充气和75%半载充气至125%半载充气范围的轮速数据集合（如图2 剖面线区域所示），建立GPS 车速基准下的基准轮速数据库，或建立GPS 车速基准下的车速、轮速（电信号数）的数学表达式：Vg=ωR=n2πR=nzαR，Vg 为GPS车速，ω为车轮角速度，n 为车轮转数，z 为轮速传感器齿数，α为两齿（对应两个电信号）间夹角（弧度），R 为车轮滚动半径。

由轮胎磨损极限与轮胎使用寿命的对应关系，可以求得轮胎行驶里程与磨损量的对应数据，例如，某型轮胎的使用寿命为5万Km，轮胎磨损极限胎面高度降低5mm，也即车轮滚动半径减少5mm，换算为每行驶1 万Km车轮滚动半径减少1mm，因此，通过车载GPS里程累计数据或汽车车速计的行驶里程数据，或者通过累计轮速传感器电信号个数，即可算出轮胎在任意时刻的车轮滚动半径。磨损车轮滚动半径与标准车轮滚动半径比值即为实时轮速修正系数，通过对轮胎磨损导致的轮速数据失真补偿，使实时轮速逼近于真实。

如果车辆使用过程中因轮胎意外损毁而更换新胎，由于新胎滚动半径大于其它车轮滚动半径，其轮速变化与轮胎磨损轮速升高反向，TPMS数据处理中心容易识别该轮速变化，并可以通过“人机对话”（报警灯+文字显示询问）方式，要求驾驶员对是否更换轮胎作出确认（设置按钮），若确认为已更换新胎，TPMS数据处理中心重新开始累计换胎车轮行驶里程和计算轮胎磨损，否则，即判定轮胎气压异常偏高所致。

在将GPS 测速数据引为间接式TPMS 车速基准或轮速基准后，建立轮速基准和修正轮胎磨损导致的实时轮速失真两项功能得以实现，由于TPMS轮速基准数据库的建立，TPMS 无需通过学习、记忆建立实时轮速基准，车辆运行后即可实施监测，大幅缩短了TPMS系统反应时间；且TPMS 只需监测轮速变化，即当以实时车速为自变量的实时轮速数值落入TPMS 轮速数据集合范围内（图2所示面积范围），就可确定轮胎气压与载荷相适应且形变不超限，无需关注轮胎载荷，就能够判断轮胎气压是否正常，消除了现有间接式TPMS 技术缺陷，程序软件流程图如图1所示。

现有技术间接式TPMS 的轮速信号监测和异常判定方法有多种方式，如轮速信号监测的“轮速比较法”、“有效滚动半径法”、“扭转刚度法”、“频率法”和“轮胎模型法”，以及车辆转弯过程轮速差异补偿计算方法等，属于该领域内成熟、实用技术，本发明除引入GPS车速基准、建立轮速基准数据库和修正轮胎磨损轮速失真功能外，其余的轮速监测方法和数学分析关系模型均可参照或援用现有间接式TPMS 实施方式实现，本发明不再赘述。

Claims (2)

1.一种间接式轮胎气压监测系统改进方法，包括轮速信号监测和数据分析，其步骤为：

1）以车载全球定位系统GPS的测速数据为TPMS车速基准，建立GPS车速基准下标准车轮的基准轮速数据库；

标准车轮为全新无磨损轮胎和半载冷态充气压力充气状态；

基准轮速数据库为标准车轮在半载载荷工况下，在零至最大车速区间，GPS车速与75%半载冷态充气压力、125%半载冷态充气压力范围内对应的轮速数据集合；

2）根据轮胎使用寿命与磨损极限的关联关系，以轮胎运行里程数据计算轮胎磨损量和车轮实时滚动半径，并以车轮实时滚动半径与标准车轮滚动半径的比值为修正系数，对轮胎磨损导致的实时轮速误差进行修正补偿；

3）以修正补偿后的实时轮速数据与标准轮速数据库比对，作出轮胎气压异常判断和报警。

2.根据权利要求1所述的一种间接式轮胎气压监测系统改进方法，其特征为：轮胎运行里程数据为车载GPS的里程累计数据或车载车速计的里程累计数据。

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