CN107719038A - 一种实现自主配置的前装tpms控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现自主配置的前装TPMS控制方法及装置，将RKE钥匙对准左前轮的气门嘴，然后RKE钥匙进行配置，触发左前轮内部的胎压传感器；胎压传感器接收到配置命令后，自动检测轮胎内部的当前气压值和温度值，并和ID号打包成完整数据帧，发送给胎压接收器；胎压接收器接收高频调制信号并解调出数据帧，对数据帧进行校验判断，若数据帧正确，则送给中控显示屏进行显示，若数据帧错误则丢弃重新接收；中控显示屏接收存储数据，显示当前的气压值和温度值，并启动报警表示左前轮配对成功。本发明控制方法简单，使用方便，不受时间、地点限制，车主完全可以自主实现轮胎配对；TPMS低频触发驱动设计成本降低近75％，有利于全面推广和应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车电子主动安全控制技术，尤其涉及的是一种实现自主配置的前装TPMS控制方法及装置。
背景技术
直接式无线胎压监测系统(Tire Pressure Monitoring System，TPMS)包括胎压传感器和胎压接收器两部分。胎压传感器通常安装在轮胎内部的轮毂上，负责监测轮胎内部气压、温度的实时状态，当出现气压高、气压低或温度高等异常情况时，及时将报警信息以无线信号形式发送给胎压接收器，属于发射模块。胎压接收器通常安装在车体中部或放在仪表台上，负责接收、处理及显示当前轮胎内部的压力和温度情况，属于接收模块。从数据传输方向上，胎压传感器可分为单向和双向两种。单向是指胎压传感器只通过高频通道向接收器发送数据，而双向是指胎压传感器既通过高频通道向接收器发送数据，也通过低频通道接收唤醒、查询、配置或触发命令等。与单向胎压传感器相比，双向胎压传感器便于查询故障、设置报警门限和控制工作状态，安装时易于配置，正逐渐成为市场主流。
在前装直接式TPMS应用中，各轮胎内部胎压传感器与胎压接收器的匹配主要有两种方案。方案一是车辆出厂前由整车厂家完成配置，当车主需要轮胎换新或调换时，只能去4S店或专业维修机构完成各胎压传感器与胎压接收器的匹配。方案二是胎压接收器通过有线连接四路低频触发模块，低频触发模块安装在靠近气门嘴的挡泥板附近，车主通过胎压接收器上的按键逐一触发胎压传感器完成轮胎位置的配对。方案一的缺点是TPMS配置的时间、地点都受到限制，车主不能自主完成配置，使用不方便，且花费的精力和时间较多；方案二虽然可以完成自主配置，但这种TPMS系统成本很高，而且布线和安装复杂，仅用在少量高端轿车品牌上，很难得到大面积推广使用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种实现自主配置的前装TPMS控制方法及装置，采用ASK低频触发与FSK高频收发双频段设计技术，通过CAN总线实现了轮胎内部压力和温度在中控显示屏的显示。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：
(1)通过中空显示屏设置TPMS系统进入配置模式，配置光标默认停在车辆左前轮，并按照设定周期闪动；
(2)将RKE钥匙对准左前轮的气门嘴，然后RKE钥匙进行配置，发出ASK低频无线信号触发左前轮内部的胎压传感器；
(3)胎压传感器接收到配置命令后，自动检测轮胎内部的当前气压值和温度值，并和胎压传感器惟一的身份标识ID号打包成完整数据帧，通过产生FSK高频调制信号将数据帧发送给胎压接收器；
(4)胎压接收器接收高频调制信号并解调出数据帧，对数据帧进行校验判断，若数据帧正确，则通过CAN总线发送给中控显示屏进行显示，若数据帧错误则丢弃重新接收；
(5)中控显示屏接收到正确的数据帧后，存储数据帧中的传感器ID号，并将传感器ID号和左前轮显示图标匹配后显示当前的气压值和温度值，气压值和温度值按照设定周期闪动，并启动报警表示左前轮配对成功；
(6)调整光标位置到右前轮位置，重复上述步骤(2)～(5)依次完成四个轮胎内部胎压传感器的配对；
(7)TPMS系统配置完成后退出配置模式，胎压传感器自动检测车辆停车、行车运行状态，并按照停车、行车两种状态分别进行数据帧发送控制和轮胎内部信息显示。
所述胎压传感器按照设定时间间隔检测加速度，当连续N次检测加速度值在-5g～+5g之间时确认为停车状态。
所述停车状态下胎压传感器控制过程如下：
(71)胎压、加速度检测周期均为4秒，不检测胎温，而且只检测数据不发射；
(72)当检测胎压递增变化值≥+0.2Bar，开始检测温度数据，发送一次高频数据更新显示；
(73)当检测到轮胎气压高、气压低、快漏气三种异常状态之一时，开始检测温度数据，并按照20秒一次发送高频数据，发送6次后按照2分钟一次发送高频数据，胎压恢复正常则传感器报警自动消除。
所述胎压传感器按照设定时间间隔检测加速度，当检测加速度绝对值≥5g时，确认进入行车状态。
所述行车状态下胎压传感器控制过程如下：
(74)实时检测轮胎内部气压值、温度值，并按照20秒一次发送高频数据，发送6次后按照2分钟一次发送高频数据；
(75)胎压、加速度检测周期均为4秒，加速度检测周期为2分钟；
(76)当检测胎压递增变化值≥+0.2Bar，温度变化值≥±5℃时，发送一次高频数据更新显示；
(77)当检测到轮胎气压高、气压低、快漏气、温度高四种异常状态之一时，立即按照4秒一次发送高频数据，发送3次后按照2分钟一次发送高频数据，轮胎恢复正常则传感器报警自动消除。
一种使用所述的实现自主配置的前装TPMS控制方法的控制装置，包括RKE钥匙，产生ASK低频无线信号触发各个胎压传感器；
设置在车辆各个轮胎上的胎压传感器，用以接收RKE钥匙发出的命令，自动检测胎压和温度，并将胎压和温度与胎压传感器惟一的身份标识ID号打包成完整数据帧，通过产生FSK高频调制信号将数据帧发送给胎压接收器；
胎压接收器，用于接收胎压传感器发出的高频调制信号并解调出数据帧，对数据帧进行校验判断，若数据帧正确则通过CAN总线发送给中控显示屏进行显示，若数据帧错误则丢弃重新接收；
中控显示屏，通过CAN总线接收和存储数据，并将数据进行相应的显示。
所述RKE钥匙包括第一单片机、RKE高频驱动电路、TPMS低频驱动电路、第一高频天线、第一低频天线、按键和第一电池；所述第一电池向RKE钥匙的各个组件供电，所述按键连接至第一单片机，所述第一单片机输出信号至RKE高频驱动电路和TPMS低频驱动电路，所述RKE高频驱动电路连接第一高频天线，所述TPMS低频驱动电路连接第一低频天线。
所述胎压传感器包括压力传感器、温度传感器、加速度传感器、电压传感器、第二单片机、高频发射电路、低频接收电路、第二高频天线、第二低频天线和第二电池；所述第二电池向胎压传感器的各个组件供电，所述压力传感器、温度传感器、加速度传感器、电压传感器分别将信号传输至第二单片机，所述第二单片机将控制信号传输至高频发射电路，所述高频发射电路连接至第二高频天线，所述第二低频天线连接低频接收电路，所述低频接收电路将信号传输至第二单片机。
所述胎压接收器包括第三高频天线、高频接收电路、第三单片机、CAN收发器和第三电源，所述第三电源向胎压接收器的各个组件供电，所述第三高频天线连接到高频接收电路，所述高频接收电路将信号传输至第三单片机，所述第三单片机将控制信号传输至CAN收发器。
无钥匙进入系统(Remote Keyless Entry，RKE)由于其控制方便、便于携带已在家用轿车上得到大面积使用。便携式钥匙是RKE系统的组成部分之一，内部集成了射频发射器，可向安装在车内的射频接收器发送门控命令信号。在美国和日本射频发射器的载波频率是315MHz，欧洲则使用434MHz。日本的RKE系统采用频移键控FSK调制，其他国家则采用幅移键控ASK调制。而TPMS的低频触发驱动电路工作载频为125KHz，也是采用ASK调制，属于低频通信，且和RKE系统分时工作，因而不会相互干扰。此外，TPMS低频触发驱动电路所用元器件少，例如常用的半桥驱动电路只需要4个三极管和几个电阻、电容即可，这也为将TPMS低频触发驱动电路集成到RKE钥匙里扫除了障碍。
RKE钥匙中的低频触发功能除了配置功能键外，还可以根据需求增加强制发射、报警门限设置等功能按键；胎压传感器采用气门嘴作为高频通信天线，低频接收天线置于胎压传感器印制电路板上；胎压接收器位于车体中间位置，与4个胎压传感器的距离相当，以提高通信可靠性；中控显示屏位于驾驶室，同时也是车载导航影音系统的显示器。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明控制方法简单，使用方便，不受时间、地点限制，车主完全可以自主实现轮胎配对；TPMS低频触发驱动设计成本降低近75％，而且省去了复杂的控制电缆及其走线，有利于全面推广和应用。
附图说明
图1是本发明的结构框图；
图2是RKE钥匙的结构框图；
图3是胎压传感器的结构框图；
图4是胎压接收器的结构框图；
图5是TPMS低频驱动电路的电路原理图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例的实现自主配置的前装TPMS控制装置，包括RKE钥匙1，产生ASK低频无线信号触发各个胎压传感器2；设置在车辆各个轮胎上的胎压传感器2，用以接收RKE钥匙1发出的命令，自动检测胎压和温度，并将胎压和温度与胎压传感器2惟一的身份标识ID号打包成完整数据帧，通过产生FSK高频调制信号将数据帧发送给胎压接收器3；胎压接收器3，用于接收胎压传感器2发出的高频调制信号并解调出数据帧，对数据帧进行校验判断，若数据帧正确则通过CAN总线发送给中控显示屏4进行显示，若数据帧错误则丢弃重新接收；中控显示屏4，通过CAN总线接收和存储数据，并将数据进行相应的显示。
RKE钥匙1和各个胎压传感器2之间通过低频125KHz进行通信，ASK调制模式，RKE钥匙1属于发射端，胎压传感器2属于接收端；胎压传感器2和胎压接收器3之间通过高频315MHz或433.92MHz进行通信，FSK调制模式，胎压传感器2属于发射端，胎压接收器3属于接收端；胎压接收器3和中控显示屏4之间通过CAN总线双向通信，符合CAN2.0B高速接口标准。
具体控制方法如下：
(1)首先在中控显示屏4上设置TPMS系统进入配置模式，配置光标默认停在左前轮，并按照1秒周期闪动；
(2)将RKE钥匙1对准左前轮的气门嘴，按下钥匙上的“配置”功能键产生ASK低频无线信号触发左前轮内部的胎压传感器2；
(3)胎压传感器2接收到配置命令后，自动检测轮胎内部的当前气压值和温度值，并和胎压传感器2惟一的身份标识ID号打包成完整数据帧，通过产生FSK高频调制信号将数据帧发送给胎压接收器3；
(4)胎压接收器3接收高频调制信号并解调出数据帧，对数据帧进行校验判断，若数据帧正确则通过CAN总线发送给中控显示屏4进行显示，若数据帧错误则丢弃重新接收；
(5)中控显示屏4接收到正确的数据帧后，存储数据帧中的传感器ID号，并将该ID号和左前轮显示图标匹配后显示当前的气压值和温度值，气压值和温度值按照1秒周期闪动，并启动声音报警表示左前轮配对成功；
(6)调整光标位置到右前轮位置，重复上述步骤(2)～(5)依次完成四个轮胎内部胎压传感器2的配对；
(7)TPMS系统配置完成后退出配置模式，胎压传感器2自动检测车辆停车、行车运行状态，并按照停车、行车两种状态分别进行数据帧发送控制和轮胎内部信息显示。
TPMS系统配置完成后，胎压传感器2按照3分钟一次检测加速度，当连续6次检测加速度值在-5g～+5g之间时确认为停车状态，停车状态胎压传感器2控制流程包括下列步骤：
(71)胎压、加速度检测周期均为4秒，不检测胎温，而且只检测数据不发射；
(72)当检测胎压递增变化值≥+0.2Bar，开始检测温度数据，发送一次高频数据更新显示；
(73)当检测到轮胎气压高、气压低、快漏气三种异常状态之一时，开始检测温度数据，并按照20秒一次发送高频数据，发送6次后按照2分钟一次发送高频数据，胎压恢复正常则传感器报警自动消除。
TPMS系统配置完成后，胎压传感器2按照3分钟一次检测加速度，当检测加速度绝对值≥5g时，确认进入行车状态，行车状态胎压传感器2控制流程包括下列步骤：
(74)立即检测轮胎内部气压值、温度值，并按照20秒一次发送高频数据，发送6次后按照2分钟一次发送高频数据；
(75)胎压、加速度检测周期均为4秒，加速度检测周期为2分钟；
(76)当检测胎压递增变化值≥+0.2Bar，温度变化值≥±5℃时，发送一次高频数据更新显示；
(77)当检测到轮胎气压高、气压低、快漏气、温度高四种异常状态之一时，立即按照4秒一次发送高频数据，发送3次后按照2分钟一次发送高频数据，轮胎恢复正常则传感器报警自动消除。
如图2所示，本实施例的RKE钥匙1包括第一单片机11、RKE高频驱动电路12、TPMS低频驱动电路13、第一高频天线14、第一低频天线15、按键16和第一电池17；所述第一电池17向RKE钥匙的各个组件供电，所述按键16连接至第一单片机11，所述第一单片机11输出信号至RKE高频驱动电路12和TPMS低频驱动电路13，所述RKE高频驱动电路12连接第一高频天线14，所述TPMS低频驱动电路13连接第一低频天线15。RKE高频驱动电路12PMS低频驱动电路13按键16。RKE高频驱动电路12工作频率与TPMS系统相同，依据不同的国家和地区主要有315MHz和433.92MHz两种，调制模式也分ASK调制模式和FSK调制模式两种，但FSK调制模式抗无线干扰的性能比ASK调制模式要强。TPMS低频驱动电路13常用的有全桥驱动方式、半桥驱动方式以及集成电路驱动等，常用的工作频率为125KHz，ASK调制模式，曼彻斯特编码方式，波特率3.9bps。需要指出的是，低频发射功率太强则容易触发多个胎压传感器2，所以低频发射功率建议小于1W，通信距离小于1米。按键16设置方面，除了RKE系统使用的开锁、解锁两个按键16之外，还需要至少有个低频触发“配置”按键16，也可以根据需要增加强制发射、报警门限设置等其他低频触发功能按键16。
本实施例的RKE高频驱动电路12采用的发射芯片型号为MAX1472。
如图5所示，本实施例的TPMS低频驱动电路13采用半桥驱动方式，由四个三极管和若干电阻、电容组成，元件数量少，成本低廉。单片机输出两路频率为125KHz的对称方波脉冲信号LF+和LF-，当LF+为正脉冲、LF-为负脉冲时，正脉冲经耦合电容C2滤除低频分量，再经过限流电阻R3到达功放管Q1的基极，负脉冲经耦合电容C4滤除低频分量，再经过限流电阻R5到达功放管Q3的基极，Q1、Q2相继导通，Q3、Q4均截止，L1、C3组成的低频线圈谐振回路开始充电。当LF+为负脉冲、LF-为正脉冲时，负脉冲经耦合电容C2滤除低频分量，再经过限流电阻R3到达功放管Q1的基极，正脉冲经耦合电容C4滤除低频分量，再经过限流电阻R5到达功放管Q3的基极，Q1、Q2截止，Q3、Q4相继导通，L1、C3组成的低频线圈谐振回路开始放电，由此在低频线圈L1中产生125KHz正弦电流，低频线圈周围产生125KHz低频辐射电磁场。由于A、B、C类功放管效率低，D类功放管的效率理论上可达到100％，并且工作于开关模式下，损耗小，发射功率易得到提升，因此应优先选用D类功放管。
如图3所示，本实施例的胎压传感器2包括压力传感器21、温度传感器22、加速度传感器23、电压传感器24、第二单片机25、高频发射电路26、低频接收电路27、第二高频天线28、第二低频天线29和第二电池20；所述第二电池20向胎压传感器的各个组件供电，所述压力传感器21、温度传感器22、加速度传感器23、电压传感器24分别将信号传输至第二单片机25，所述第二单片机25将控制信号传输至高频发射电路26，所述高频发射电路26连接至第二高频天线28，所述第二低频天线29连接低频接收电路27，所述低频接收电路27将信号传输至第二单片机25压力传感器21温度传感器22加速度传感器23高频发射电路26低频接收电路27。随着微电子技术的发展，胎压传感器2的集成度越来越高，目前主流的胎压传感器2是将各种传感器、单片机及射频电路集成到单颗芯片中，提高可靠性的同时降低了功耗，英飞凌公司的SP37就是其中的代表。本实施例的高频发射电路26和低频接收电路27均通过英飞凌公司的SP37实现。高频发射电路26的工作频率主要有315MHz和433.92MHz两种，调制模式也分ASK调制模式和FSK调制模式两种，但FSK调制模式抗无线干扰的性能比ASK调制模式要强，所以TPMS系统中优选采用FSK调制模式构建无线通信链路。
如图4所示，本实施例的胎压接收器3包括第三高频天线31、高频接收电路32、第三单片机33、CAN收发器34和第三电源35，所述第三电源35向胎压接收器的各个组件供电，所述第三高频天线31连接到高频接收电路32，所述高频接收电路32将信号传输至第三单片机33，所述第三单片机33将控制信号传输至CAN收发器34高频接收电路32CAN收发器34。高频接收电路32优选支持FSK调制模式的无线接收芯片，采用无线接收芯片是MC33596。单片机选型必须支持CAN2.0B接口标准。电源采用车载蓄电池12V供电，以保证停车熄火时也能实时监测胎压状态。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种实现自主配置的前装TPMS控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)通过中空显示屏设置TPMS系统进入配置模式，配置光标默认停在车辆左前轮，并按照设定周期闪动；
(2)将RKE钥匙对准左前轮的气门嘴，然后RKE钥匙进行配置，发出ASK低频无线信号触发左前轮内部的胎压传感器；
(3)胎压传感器接收到配置命令后，自动检测轮胎内部的当前气压值和温度值，并和胎压传感器惟一的身份标识ID号打包成完整数据帧，通过产生FSK高频调制信号将数据帧发送给胎压接收器；
(4)胎压接收器接收高频调制信号并解调出数据帧，对数据帧进行校验判断，若数据帧正确，则通过CAN总线发送给中控显示屏进行显示，若数据帧错误则丢弃重新接收；
(5)中控显示屏接收到正确的数据帧后，存储数据帧中的传感器ID号，并将传感器ID号和左前轮显示图标匹配后显示当前的气压值和温度值，气压值和温度值按照设定周期闪动，并启动报警表示左前轮配对成功；
(6)调整光标位置到右前轮位置，重复上述步骤(2)～(5)依次完成四个轮胎内部胎压传感器的配对；
(7)TPMS系统配置完成后退出配置模式，胎压传感器自动检测车辆停车、行车运行状态，并按照停车、行车两种状态分别进行数据帧发送控制和轮胎内部信息显示。
2.根据权利要求1所述的一种实现自主配置的前装TPMS控制方法，其特征在于，所述胎压传感器按照设定时间间隔检测加速度，当连续N次检测加速度值在-5g～+5g之间时确认为停车状态。
3.根据权利要求2所述的一种实现自主配置的前装TPMS控制方法，其特征在于，所述停车状态下胎压传感器控制过程如下：
(71)胎压、加速度检测周期均为4秒，不检测胎温，而且只检测数据不发射；
(72)当检测胎压递增变化值≥+0.2Bar，开始检测温度数据，发送一次高频数据更新显示；
(73)当检测到轮胎气压高、气压低、快漏气三种异常状态之一时，开始检测温度数据，并按照20秒一次发送高频数据，发送6次后按照2分钟一次发送高频数据，胎压恢复正常则传感器报警自动消除。
4.根据权利要求1所述的一种实现自主配置的前装TPMS控制方法，其特征在于，所述胎压传感器按照设定时间间隔检测加速度，当检测加速度绝对值≥5g时，确认进入行车状态。
5.根据权利要求4所述的一种实现自主配置的前装TPMS控制方法，其特征在于，所述行车状态下胎压传感器控制过程如下：
(74)实时检测轮胎内部气压值、温度值，并按照20秒一次发送高频数据，发送6次后按照2分钟一次发送高频数据；
(75)胎压、加速度检测周期均为4秒，加速度检测周期为2分钟；
(76)当检测胎压递增变化值≥+0.2Bar，温度变化值≥±5℃时，发送一次高频数据更新显示；
(77)当检测到轮胎气压高、气压低、快漏气、温度高四种异常状态之一时，立即按照4秒一次发送高频数据，发送3次后按照2分钟一次发送高频数据，轮胎恢复正常则传感器报警自动消除。
6.一种使用如权利要求1～5任一项所述的实现自主配置的前装TPMS控制方法的控制装置，其特征在于，包括RKE钥匙，产生ASK低频无线信号触发各个胎压传感器；
设置在车辆各个轮胎上的胎压传感器，用以接收RKE钥匙发出的命令，自动检测胎压和温度，并将胎压和温度与胎压传感器惟一的身份标识ID号打包成完整数据帧，通过产生FSK高频调制信号将数据帧发送给胎压接收器；
胎压接收器，用于接收胎压传感器发出的高频调制信号并解调出数据帧，对数据帧进行校验判断，若数据帧正确则通过CAN总线发送给中控显示屏进行显示，若数据帧错误则丢弃重新接收；
中控显示屏，通过CAN总线接收和存储数据，并将数据进行相应的显示。
7.根据权利要求6所述的一种控制装置，其特征在于，所述RKE钥匙包括第一单片机、RKE高频驱动电路、TPMS低频驱动电路、第一高频天线、第一低频天线、按键和第一电池；所述第一电池向RKE钥匙的各个组件供电，所述按键连接至第一单片机，所述第一单片机输出信号至RKE高频驱动电路和TPMS低频驱动电路，所述RKE高频驱动电路连接第一高频天线，所述TPMS低频驱动电路连接第一低频天线。
8.根据权利要求6所述的一种控制装置，其特征在于，所述胎压传感器包括压力传感器、温度传感器、加速度传感器、电压传感器、第二单片机、高频发射电路、低频接收电路、第二高频天线、第二低频天线和第二电池；所述第二电池向胎压传感器的各个组件供电，所述压力传感器、温度传感器、加速度传感器、电压传感器分别将信号传输至第二单片机，所述第二单片机将控制信号传输至高频发射电路，所述高频发射电路连接至第二高频天线，所述第二低频天线连接低频接收电路，所述低频接收电路将信号传输至第二单片机。
9.根据权利要求6所述的一种控制装置，其特征在于，所述胎压接收器包括第三高频天线、高频接收电路、第三单片机、CAN收发器和第三电源，所述第三电源向胎压接收器的各个组件供电，所述第三高频天线连接到高频接收电路，所述高频接收电路将信号传输至第三单片机，所述第三单片机将控制信号传输至CAN收发器。
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