CN107791754B - 轮胎发射机的定位方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轮胎发射机的定位系统和方法。该系统包括多个轮胎发射机和信号接收机。多个轮胎发射机安装在汽车的各轮胎或轮辋上，每一轮胎发射机包括轮胎噪声传感器和信号发射器，该轮胎噪声传感器用于采集轮胎噪声以产生轮胎噪声信号，该信号发射器连接该轮胎噪声传感器，且发送各轮胎噪声信号。信号接收机，安装在汽车内，该信号接收机接收汽车转向信号及各轮胎噪声信号，且根据该汽车转向信号及各轮胎噪声信号的强度确定各轮胎发射机的位置。

Description

轮胎发射机的定位方法和系统

技术领域

本发明主要涉及汽车电子设备，尤其涉及一种轮胎发射机的定位方法和系统。

背景技术

在汽车轮胎上通常装有一些传感器，用来监测轮胎上的一些参数，例如温度和压力，并通过发射机将数据发送给汽车内部的接收机。典型的应用是轮胎压力监测系统(TPMS)。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。

由于各个轮胎上有设有传感器和发射机，因此接收机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。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压力传感器和该位置的轮速传感器信号时间差相对固定，而其他轮胎的压力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

本发明要解决的技术问题是提供轮胎发射机的定位方法和系统，其利用噪声来定位各轮胎上的发射机。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种轮胎发射机的定位系统，包括多个轮胎发射机和信号接收机。多个轮胎发射机安装在汽车的各轮胎或轮辋上，每一轮胎发射机包括轮胎噪声传感器和信号发射器，该轮胎噪声传感器用于采集轮胎噪声以产生轮胎噪声信号，该信号发射器连接该轮胎噪声传感器，且发送各轮胎噪声信号。信号接收机，安装在汽车内，该信号接收机接收汽车转向信号及各轮胎噪声信号，且根据该汽车转向信号及各轮胎噪声信号的强度确定各轮胎发射机的位置。

在本发明的一实施例中，每一轮胎发射机还包括电池，该电池为该轮胎噪声传感器和该信号发射器供电。

在本发明的一实施例中，该信号接收机包括射频接收器、通信模块和处理器，该射频接收器接收各轮胎噪声信号，该通信模块接收该汽车转向信号，该处理器在该汽车转向信号指示的转向期间，根据各轮胎噪声信号中轮胎周期性的声强，确定各轮胎发射机所在的轮胎位置。

在本发明的一实施例中，该轮胎噪声传感器为MEMS麦克风。

在本发明的一实施例中，该信号接收机在该汽车转向信号指示的转向期间计算各轮胎噪声信号的声强以得到各轮胎的线速度，且根据各轮胎的线速度之间的关系，确定各轮胎发射机所在的轮胎位置。

在本发明的一实施例中，该信号接收机在该汽车转向信号指示的直行期间和转向期间计算各轮胎噪声信号的声强，且根据各轮胎噪声信号的声强之间的关系确定各轮胎发射机所在的轮胎位置。

本发明提出一种轮胎发射机的定位方法，包括以下步骤使用分别安装在汽车的轮胎或轮辋上的多个轮胎噪声传感器，分别采集轮胎噪声以产生轮胎噪声信号；从各轮胎噪声传感器通过对应的轮胎发射机分别发送轮胎噪声信号给信号接收机；在该信号接收机接收汽车转向信号及各轮胎噪声信号，且根据该汽车转向信号及各轮胎噪声信号的强度确定各轮胎发射机的位置。

在本发明的一实施例中，在该信号接收机于该汽车转向信号指示的转向期间计算各轮胎噪声信号中的轮胎周期性的声强以得到各轮胎的线速度，且根据各轮胎的线速度之间的关系，确定各轮胎发射机所在的轮胎位置。

在本发明的一实施例中，在该信号接收机于该汽车转向信号指示的直行期间和转向期间计算各轮胎噪声信号的声强，且根据各轮胎噪声信号的声强之间的关系确定各轮胎发射机所在的轮胎位置。

与现有技术相比，本发明的轮胎发射机定位系统，通过监测汽车在行驶过程中的轮胎噪声来定位各个发射机的位置，提供了一种新的定位方式。这种定位方式简单，不需要人力干预，而且准确性较高。

附图说明

图1是本发明一实施例的轮胎发射机定位系统在汽车上的布置示意图。

图2是本发明一实施例的轮胎发射机的结构示意图。

图3是本发明一实施例的轮胎噪声传感器示意图。

图4为本发明一实施例的信号接收机的结构示意图。

具体实施方式

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。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

随着汽车行业发展迅猛，汽车噪声环境的污染日渐严重。汽车噪声，即汽车行驶在道路上时，发动机、喇叭、轮胎等发出的大量噪声。通过对轮胎噪声产生机理的大量研究表明，轮胎与路面相互作用的噪声是汽车噪声的主要声源之一。

目前国内外对轮胎噪声的研究集中在如何检测轮胎噪声和如何减小轮胎噪声。为此，通常会将轮胎安装在测试用汽车上，通过路面测试来采集噪声，确认噪声是否会超过规定的数值。或者将轮胎安装的代替汽车的试验台上，通过模拟测试来采集噪声。一旦轮胎通过测试，将安装到汽车上，进行正常使用。因此在出厂使用的汽车中都没有包含噪声采集装置。

然而，尽管轮胎噪声是不希望的，完全消除轮胎噪声也是不可能的。相反，轮胎噪声中包含了一些有用的信息，值得被收集和分析，尤其是在汽车的日常使用过程中。本发明的实施例描述基于噪声的轮胎发射机定位方法。

图1是本发明一实施例的轮胎发射机定位系统在汽车上的布置示意图。参考图1所示，本实施例的轮胎发射机定位系统100包括多个轮胎发射机110和信号接收机120。各轮胎发射机110可分别安装在汽车的轮胎或轮辋上，用于在汽车日常行驶过程中监测轮胎的各种参数。典型的参数包括轮胎的压力和温度。在本实施例中，轮胎的参数还包括汽车行驶过程中的轮胎噪声。因此轮胎发射机110可以监测汽车行驶过程中的轮胎压力、温度和噪声，或者仅监测噪声。当仅监测噪声时，轮胎发射机110可被称为轮胎噪声发射机。

每一轮胎或轮辋上可安装至少一个轮胎发射机110，以监测此一轮胎的各种参数。

各轮胎发射机110能够无线地发射轮胎噪声信号。例如，各轮胎发射机110以射频方式发射轮胎噪声信号。轮胎噪声信号典型地包括噪声的声强。本申请的发明人发现，在汽车行驶过程(包括直行和转向)中，各个轮胎的噪声的相对声强是不一样的，因此通过分析各噪声信号的声强，即可获得各个轮胎的位置信息。

信号接收机120安装在汽车内，且无线接收各轮胎发射机110发射的轮胎噪声信号。由于存在多个轮胎发射机110，可为每一轮胎发射机110配备一个识别码，各个轮胎发射机110将其采集的轮胎噪声信号和识别码结合在一起，发送给信号接收机120，以便信号接收机120将各个轮胎噪声信号与各个轮胎建立一一对应的关联。进一步，信号接收机120接收汽车转向信号及各轮胎噪声信号，且根据汽车转向信号及各轮胎噪声信号的强度确定各轮胎发射机110的位置。

图2是本发明一实施例的轮胎发射机的结构示意图，各轮胎发射机110的结构可以设置为相同，分别包括处理器111、轮胎噪声传感器112、信号发射器113和电池114。轮胎噪声传感器112和信号发射器113连接处理器111。电池114为处理器111、轮胎噪声传感器112和信号发射器113供电。轮胎噪声传感器112用于适时检测轮胎的噪声，产生轮胎噪声信号。

在较佳实施例中，轮胎噪声传感器112可使用MEMS麦克风模块结构，如图3所示。MEMS麦克风模块结构的优点是：在不同温度下的性能都十分稳定，其敏感性不会受温度、振动、湿度和时间的影响，可承受260℃的高温回流焊；直径不到1mm的小型薄膜的重量同样轻巧，意味着MEMS麦克风会对由安装在同一印刷电路板上的扬声器引起的噪声产生更低的振动耦合。这些优势正好符合轮胎噪音监测的恶劣环境，以及对发射机体积重量的从小从轻和高性能抗共振要求。

处理器111将轮胎噪声传感器112所采集的轮胎噪声信号通过该信号发射器以无线方式发送。轮胎噪声信号可包括轮胎噪声的声强信息。另外，轮胎噪声信号和轮胎发射机的识别码一起发射。可以理解，处理器111并不是必须的，轮胎噪声传感器112可直接连接信号发射器113，将轮胎噪声信号通过信号发射器113发送。

图4为本发明一实施例的信号接收机的结构示意图。参考图4所示，信号接收机120用于接收轮胎发射机110发送的无线方式的轮胎噪声信号并进行分析。信号接收机120可包括射频接收器121、通信模块122、存储器123、处理器124。射频接收器121可以接收各轮胎发射机110发出的各种信号，例如轮胎噪声信号。通信模块122可以接收汽车转向信号。通信模块122可采用汽车中常见的CAN总线模块，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122可以以较高的频率请求或者接收汽车的转向信号。存储器123用于存储各种噪声数据。处理器124可处理从射频接收器121接收的轮胎噪声信号。例如处理器124可在该汽车转向信号指示的转向期间，根据各轮胎噪声信号的声强，确定各轮胎发射机所在的轮胎位置。

一种根据各轮胎噪声信号的声强，确定各轮胎发射机所在的轮胎位置的方法是：在汽车转向信号指示的转向期间计算各轮胎噪声信号的轮胎周期性的声强以得到各轮胎的线速度，且根据各轮胎的线速度之间的关系，确定各轮胎发射机所在的轮胎位置。

具体来讲，汽车在转向时，为了避免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)，下表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，可以计算出大致上Rmax＝Rmin*1.2，即两个轮胎的线速度的关系v_max＝v_min*1.2，这一数据有助于判别所测量的线速度是否在正常范围内，从而排除异常的测量错误。

所以，可以根据各轮胎线速度之间的关系来确定其所对应的轮胎的位置。对于轮胎线速度的监测，由于轮胎噪声传感器在接触地面时的声强最大，据此，通过轮胎噪音传感器112对轮胎接触地面时的声强分布进行周期性监控，即获得声强变化的周期，从而可获得各轮胎的线速度。

信号接收机120中的处理器124连接射频接收器121和通信模块122。处理器124会在转向信号指示期间，通过计算从轮胎发射机110获取到的各轮胎周期性的声强得到各轮胎线速度，根据各轮胎线速度之间的关系，确定各轮胎发射机110所在的轮胎位置。举例来说，当转向信号指示汽车左转时，处理器124确定监测到噪声周期最小(从而轮胎的线速度最大)的轮胎噪声传感器位于右前轮，最大的位于左后轮。当转向信号指示汽车为右转时，处理器124确定噪声周期最小(从而轮胎的线速度最大)的轮胎噪声传感器位于左前轮，最大的位于右后轮。由此，获得了各个轮胎发射机110的定位。信号接收机120可将各个轮胎发射机110的位置与其识别码关联起来。

另一种根据各轮胎噪声信号的声强，确定各轮胎发射机所在的轮胎位置的方法是：在汽车转向信号指示的直行期间和转向期间计算各轮胎噪声信号的声强，且根据各轮胎噪声信号的声强之间的关系确定各轮胎发射机所在的轮胎位置。

具体来说，汽车在直行中，车前身比车后身载重重，所以前车轮的噪音声强比后车轮的噪音声强大，可以定位轮胎发射机110的前后位置。同时汽车在转弯时，重心会偏于内侧，轮胎接地面积变大，转弯内侧的车轮载重比转弯外侧的车轮载重大，所以内侧车轮的噪声声强比外侧的大，由此可以定位轮胎发射机110的左右位置。

当车辆直行时，信号接收机120中的处理器124对从轮胎发射机110发送的轮胎噪声信号的声强信息进行比较计算，确定声强大的对应为前车轮，小的为后车轮。当车辆转弯时，信号接收机120中的通信模块122从汽车的其他电子设备处获得转向信息，转向信号指示汽车是否转向，以及是左转还是右转。当汽车左转时，处理器124确定噪声声强大的一侧为左侧轮，声强小的一侧为右侧轮。

本发明上述实施例的轮胎发射机定位系统，通过监测汽车在行驶过程中的轮胎噪声来定位各个发射机的位置，提供了一种新的定位方式。这种定位方式简单，不需要人力干预，而且准确性较高。

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 (9)

1.一种轮胎发射机的定位系统，包括：

多个轮胎发射机，安装在汽车的各轮胎或轮辋上，每一轮胎发射机包括轮胎噪声传感器和信号发射器，该轮胎噪声传感器用于采集轮胎噪声以产生轮胎噪声信号，该信号发射器连接该轮胎噪声传感器，且发送各轮胎噪声信号；

信号接收机，安装在汽车内，该信号接收机接收汽车转向信号及各轮胎噪声信号，且根据该汽车转向信号及各轮胎噪声信号的强度确定各轮胎发射机的位置。

2.根据权利要求1所述的轮胎发射机的定位系统，其特征在于，每一轮胎发射机还包括电池，该电池为该轮胎噪声传感器和该信号发射器供电。

3.根据权利要求1所述的轮胎发射机的定位系统，其特征在于，该信号接收机包括射频接收器、通信模块和处理器，该射频接收器接收各轮胎噪声信号，该通信模块接收该汽车转向信号，该处理器在该汽车转向信号指示的转向期间，根据各轮胎噪声信号的声强，确定各轮胎发射机所在的轮胎位置。

4.根据权利要求1所述的轮胎发射机的定位系统，其特征在于，该轮胎噪声传感器为MEMS麦克风。

5.根据权利要求1所述的轮胎发射机的定位系统，其特征在于，该信号接收机在该汽车转向信号指示的转向期间计算各轮胎噪声信号中轮胎周期性的声强以得到各轮胎的线速度，且根据各轮胎的线速度之间的关系，确定各轮胎发射机所在的轮胎位置。

6.根据权利要求1所述的轮胎发射机的定位系统，其特征在于，该信号接收机在该汽车转向信号指示的直行期间和转向期间计算各轮胎噪声信号的声强，且根据各轮胎噪声信号的声强之间的关系确定各轮胎发射机所在的轮胎位置。

7.一种轮胎发射机的定位方法，包括以下步骤：

使用分别安装在汽车的轮胎或轮辋上的多个轮胎噪声传感器，分别采集轮胎噪声以产生轮胎噪声信号；

从各轮胎噪声传感器通过对应的轮胎发射机分别发送轮胎噪声信号给信号接收机；

在该信号接收机接收汽车转向信号及各轮胎噪声信号，且根据该汽车转向信号及各轮胎噪声信号的强度确定各轮胎发射机的位置。

8.根据权利要求7所述的轮胎发射机的定位方法，其特征在于，在该信号接收机于该汽车转向信号指示的转向期间计算各轮胎噪声信号中轮胎周期性的声强以得到各轮胎的线速度，且根据各轮胎的线速度之间的关系，确定各轮胎发射机所在的轮胎位置。

9.根据权利要求7所述的轮胎发射机的定位方法，其特征在于，在该信号接收机于该汽车转向信号指示的直行期间和转向期间计算各轮胎噪声信号的声强，且根据各轮胎噪声信号的声强之间的关系确定各轮胎发射机所在的轮胎位置。

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