CN108237848B - 轮胎位置定位方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种轮胎位置定位方法和装置。该装置包括多个发射机和电子控制单元。多个发射机分别安装在汽车的各个轮胎上，每个发射机包括加速度传感器。电子控制单元获得各加速度数据的稳定周期、各加速度传感器的当前角度，以及接收制动防抱死系统的各轮胎位置的齿数信息。电子控制单元将每一轮胎位置分别假设为对应各个加速度传感器，分别根据每一轮胎位置接收的齿数信息、各加速度传感器的当前角度和稳定周期，计算每一轮胎位置假设对应的各加速度传感器的初始角度；根据多次计算结果获得将每一轮胎位置分别假设对应的各个加速度传感器的初始角度变化曲线；最后选择初始角度变化曲线波动率小于一阈值的加速度传感器所在的轮胎与轮胎位置匹配。

Description

轮胎位置定位方法和装置
技术领域
本发明主要涉及汽车的胎压监测系统，尤其涉及一种轮胎位置定位方法和装置。
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。因此胎压监测系统(Tire Pressure Monitoring System,TPMS)越来越广泛地被应用集成于汽车电子系统中。TPMS需要分别获知各个轮胎的压力，因此汽车行驶中轮胎位置的自动定位，在胎压状态的实时监测中十分必要。特别是在轮胎被更换后，TPMS需要自动识别和更新轮胎位置。
TPMS通常包括轮胎发射机和电子控制单元(Electronic Control Unit,ECU)。发射机一般安装于单独的轮胎内，用于测量轮胎压力、温度、行驶加速度等轮胎状态数据，以及相关数据的处理和传送。电子控制单元通常安装于车身，用于接收轮胎状态数据，并处理、显示和报警。简要的工作过程是，接收机内的传感器监测轮胎的实时状态，并通过发射单元发送，电子控制单元通过接收单元接收轮胎状态数据，将状态信息传送到汽车仪表显示，若有异常启动报警信息。
电子控制单元将发射机发送的轮胎状态数据与相应的轮胎匹配的操作即为定位。在轮胎位置变更后，将轮胎状态数据与轮胎自动匹配，进行快速准确的定位显得尤为必要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种轮胎位置定位方法和装置，可以进行快速和准确的轮胎位置定位。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种轮胎位置定位装置，包括多个发射机和电子控制单元。多个发射机分别安装在汽车的各个轮胎上，每个发射机包括加速度传感器，感测所在轮胎的加速度以产生加速度信号，每个发射机处理加速度信号以获得加速度数据。电子控制单元设于汽车的车身，该电子控制单元配置为a)获得各加速度数据的稳定周期；b)获得各加速度传感器的当前角度；c)接收制动防抱死系统的各轮胎位置的齿数信息；d)将每一轮胎位置分别假设为对应各个加速度传感器，分别根据每一轮胎位置接收的齿数信息、各加速度传感器的当前角度和该稳定周期，计算每一轮胎位置假设对应的各加速度传感器的初始角度；多次执行上述操作a)-d)，获得将每一轮胎位置分别假设对应的各个加速度传感器的初始角度变化曲线；以及选择初始角度变化曲线波动率小于一阈值的加速度传感器所在的轮胎与该轮胎位置匹配。
在本发明的一实施例中，各轮胎发射机还包括第一处理单元，判断该加速度数据是否进入稳定周期，计算该稳定周期且通知该电子控制单元。
在本发明的一实施例中，该电子控制单元还配置为判断该加速度数据是否进入稳定周期，在判断该加速度数据进入稳定周期后计算该稳定周期。
在本发明的一实施例中，每个发射机固定在加速度传感器位于轮胎预定角度时发送通知信号，该电子控制单元接收并根据该信号获得加速度传感器的当前角度，且该通知信号的接收不早于该稳定周期的获得。
在本发明的一实施例中，该电子控制单元还配置为：接收发射机所发送的加速度数据，并根据各加速度数据计算各加速度传感器的当前角度，且该加速度数据的接收不早于该稳定周期的获得。
在本发明的一实施例中，该电子控制单元参考从各发射机到该电子控制单元的传输延迟来调整各轮胎位置的齿数信息。
本发明提出一种轮胎位置定位方法，包括下述步骤：在各轮胎的发射机的加速度传感器感测所在轮胎的加速度以产生加速度数据并发送该加速度数据；在汽车的电子控制单元：a)获得各加速度数据的稳定周期；b)获得各加速度传感器的当前角度；c)接收制动防抱死系统的各轮胎位置的齿数信息；d)将每一轮胎位置分别假设为对应各个加速度传感器，分别根据每一轮胎位置接收的齿数信息、各加速度传感器的当前角度和该稳定周期，计算每一轮胎位置假设对应的各加速度传感器的初始角度；多次执行上述步骤a)-d)，获得将每一轮胎位置分别假设对应的各个加速度传感器的初始角度变化曲线；以及选择初始角度变化曲线波动率小于一阈值的加速度传感器所在的轮胎与该轮胎位置匹配。
在本发明的一实施例中，上述方法还包括在各发射机判断该加速度数据是否进入稳定周期，计算该稳定周期且通知该电子控制单元。
在本发明的一实施例中，上述方法还包括在该电子控制单元判断该加速度数据是否进入稳定周期，在判断该加速度数据进入稳定周期后计算该稳定周期。
在本发明的一实施例中，每个发射机固定在加速度传感器位于轮胎预定角度时发送通知信号，该电子控制单元接收并根据该信号获得加速度传感器的当前角度，且该通知信号的接收不早于该稳定周期的获得。
与现有技术相比，本发明的上述技术方案通过将汽车的轮胎状态信息与对应轮胎位置自动匹配，可以进行快速准确的轮胎定位。
附图说明
图1是本发明一实施例的轮胎位置定位装置示意图。
图2是本发明一实施例的发射机结构框图。
图3是本发明一实施例的电子控制单元结构框图。
图4是本发明一实施例的轮胎位置定位方法流程图。
图5是汽车车轮转动过程中各车轮的初始角度变化曲线。
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。
本发明的实施例描述轮胎位置定位装置和方法，将汽车的轮胎状态数据与对应位置自动匹配，进行快速准确的轮胎定位。
图1是本发明一实施例的轮胎位置定位装置示意图。参考图1所示，在汽车100上设有四个轮胎101-104，每一轮胎上配置有一个发射机11-14。另外在汽车100的车头部位，布置电子控制单元(Electronic Control Unit,ECU)15和制动防抱死系统(Antilock BrakeSystem,ABS)20。本实施例的轮胎位置定位装置包括多个发射机11-14和ECU 15。同时，发射机11-14和ECU 15是胎压监测系统的组成部分。也就是说，本实施例的轮胎位置定位装置是在胎压监测系统的环境中实施。
四个发射机11-14可为外置式发射机或者内置式发射机。当发射机为外置式时，可结合轮胎气门嘴进行固定。当发射机为内置式时，可使用诸如粘贴等方式固定到汽车轮辋或轮胎上。
每一发射机11-14可配置一个或多种传感器，用来测量轮胎的压力、温度和/或加速度等轮胎状态数据。每一发射机11-14还配置诸如发射单元，以通过天线将轮胎状态数据无线发射给ECU 15。在一些实施例中，为了能够接收信号，每一发射机11-14还可另外配置接收电路。发射机11-14的进一步细节将在后文描述。
ECU 15中可配置接收单元，以接收来自各发射机的轮胎状态数据。电子控制单元15中还可配置处理单元，以处理这些轮胎状态数据，将状态信息传送到汽车仪表显示，若有异常还能发送报警信息。来自各发射机的信号会带有与各发射机对应识别号(ID)。为了使接收机15在接收到来自发射机11-14之一的信号时，能够识别该携带有ID的信号是来自哪一轮胎位置，提出一种轮胎位置定位机制。
根据本发明的实施例的一种轮胎位置定位装置中，多个发射机11-14中的每个发射机包括加速度传感器，感测所在轮胎的加速度以产生加速度信号，每个发射机处理加速度信号获得加速度数据。例如加速度信号可经过滤波、采样等信号处理后生成加速度数据。发射机11-14可直接发送加速度数据，或者进一步根据加速度数据生成加速度传感器的当前角度后，发送当前角度。ECU 15配置为从发射机11-14接收加速度数据或者当前角度，以及从ABS 20接收各轮胎位置的齿数信息。ECU 15将能够根据这些信息进行发射机与轮胎位置的匹配以实现定位。
在本发明的上下文中，以轴线方向作为上述角度的参考。例如定义轴线方向为竖直向上。这样，各种角度，例如初始角度和当前角度，定义为车轮转动时与轴线产生的夹角，角度的范围是[0°,360°)，以车轮转动方向为夹角正方向。
汽车的ABS 20的齿数信息，是ABS 20记录的信息，ECU 15可以从ABS20获取齿数信息。具体地说，在汽车的各车轮101-104上分别有车轮齿111-114，ABS 20通过与这些车轮齿111-114对应的计数传感器来获得齿数信息。ABS 20具有N(例如48)齿，ABS 20会持续对转过齿数进行计数。ABS 20每转过M(例如1024)齿，则齿数清零，下一周期齿数从零递增。ABS20在总线上周期性发送报文信息。ECU 15读取的齿数信息可以是ABS 20计数的转过的齿数(小于一周期)和经历的周期。ECU 15可以根据齿数和周期换算出Δt时间内转过的总齿数。
发射机11-14中的加速度传感器在轮辋上的位置(角度)是固定的，当开始定位时ABS 20的齿位也是固定的，所以在定位过程中不论车轮是否转动，两者之间的角度是固定的。同时由于车辆运行时各个车轮的线速度有差异，某一车轮上的加速度传感器在轮辋上的位置与另一车轮的ABS 20的齿位是不固定的。这一特点可以被用来进行本发明所需的匹配。
具体地说，在车辆开始自动定位时，各发射机11-14的加速度传感器开始进行加速度采样。当完成足够数目的采样后，发射机11-14可对样本数据进行处理。处理可包括但不限于：提取最大、最小值，并通过比较连续的样本数据判断车轮是否处于匀速状态，即有稳定的周期。稳定周期可以是相邻的最大值对应的时间戳的差值；稳定周期也可以是相邻的最小值相应的时间戳的差值；或者稳定周期也可以是相邻的最大值对应的时间戳与最小值对应的时间戳差值的两倍。在此记稳定周期为T。在本发明的各实施例中，判断加速度数据是否进入稳定周期的方法可以选择以下几种：1)比较连续最大值是否相等；2)比较连续最小值是否相等；3)计算相邻的最大值和最小值的差为2g，g为重力加速度。
如果有稳定的周期，则计算出稳定周期。如果没有稳定的周期，则重新进行加速度采样和判断。在得到稳定周期后，发射机11-14可通知ECU 15。在一个实施例中，发射机11-14可以在得到稳定周期后，固定在其加速度传感器位于轮胎预定角度时发送通知信号。ECU15可接收并根据这一通知信号得知加速度传感器当前位于轮胎的预定角度。在另一实施例中，发射机11-14可以在得到稳定周期后，发送加速度数据。ECU 15可接收发射机11-14所发送的加速度数据，并根据各加速度数据计算各加速度传感器的当前角度。这样，ECU 15对通知信号或加速度数据的接收不早于稳定周期的获得，确保所接收的通知信号或加速度数据是在稳定周期中的有效数据。
作为替代，发射机11-14不直接获得稳定周期，而是将加速度数据的样本发送给ECU 15。ECU 15根据接收的一系列加速度数据来判断加速度数据是否进入稳定周期。在判断加速度信号进入稳定周期后，ECU 15进一步获得各加速度传感器的当前角度。在一个实施例中，发射机11-14可以固定在其加速度传感器位于轮胎预定角度时发送通知信号。ECU15可接收并根据这一通知信号得知加速度传感器当前位于轮胎的预定角度。在另一实施例中，发射机11-14可发送加速度数据，ECU 15可接收发射机11-14所发送的加速度数据，并根据各加速度数据计算各加速度传感器的当前角度。
另外，ECU 15在接收到通知信号或者用于计算当前角度的加速度数据的第一时刻t1读取ABS 20的齿数信息，并换算为从初始时刻到第一时刻t1转过的齿数N(Δt)。第一时刻t1可由ECU 15接收自发射机的加速度数据中的时间戳来决定。也就是说，当ECU 15当前接收到了加速度数据中的时间戳为第一时刻t1，则在第一时刻t1读取ABS 20的齿数信息并换算为转过的总齿数N(Δt)。
在实际实施时，考虑加速度传感器从发送到ECU 15接收过程中的传输延迟影响，设t为加速度传感器开始发送到ECU 15接收到开始读取ABS 20的齿数信息时的时间，记t1时ABS转过的实际总齿数记为N'(Δt)，N是ABS 20一周转过的齿数。
对每个轮胎位置，ECU 15会获得一个齿数信息。接下来的任务是将这一齿数信息与发射机11-14(进一步为加速度传感器)中的某一个匹配。对每一轮胎位置i＝1,2,3,4，分别假设其对应发射机11-14中的某一个j＝1,2,3,4。这样，分别根据每一轮胎位置接收的齿数信息Ni'(Δt)、各加速度传感器的当前角度Kj(t1)和稳定周期T，计算每一轮胎位置i假设对应的发射机j的初始角度Kj(0)。例如，对于左前轮i＝1，假设其对应发射机11(记为j＝1)，则可以根据左前轮的齿数信息N1'(Δt)、发射机11的加速度传感器的当前角度K1(t1)、稳定周期T，计算发射机11的初始角度K1(0)。类似的，可以分别计算轮胎位置i＝1假设对应的发射机j＝2,j＝3,j＝4的初始角度K2(0),K3(0),K4(0)。
重复上述过程，将获得将每一轮胎位置分别假设对应的各个加速度传感器的初始角度变化曲线。图5是汽车车轮转动过程中各车轮的初始角度变化曲线。参考图5所示，曲线从下到上分别是同一轮胎位置的齿数信息分别假设为对应左前、右前、左后、右后轮上的加速度传感器时，所得到的初始角度变化曲线。由图5可以看出，在同一次号(横轴显示)，同一轮胎位置的齿数信息在不同车轮上会计算出不同的传感器初始角度；而不同次号，某一轮胎位置的齿数信息在与其对应的车轮上会计算出相同或十分相近的初始位置。例如图中，将多组齿数信息迭代进各个轮胎计算，发现左前轮的齿数信息计算出的结果在其中一个轮胎上总是十分接近，而其他组合计算的结果成无序状态，则将此齿数信息可匹配到左前轮的发射机，同理可确定其他各个轮胎的位置信息。在算法上，可以选择初始角度变化曲线波动率小于一阈值的加速度传感器所在的轮胎与轮胎位置进行匹配。
图2是本发明一实施例的发射机结构框图。参考图2所示，各轮胎发射机11-14可包括加速度传感器21、压力传感器22、温度传感器23、发射单元24、第一处理单元25和电源26。加速度传感器21用于检测车轮的Z方向加速度数据。压力传感器22、温度传感器23分别用于检测压力和温度。第一处理单元22获取由加速度传感器21采集到的加速度信号样本数据，并进行处理，计算加速度的最大值、最小值和稳定周期等。发射单元24将加速度数据发送出来。可以理解，由于实时性检测的要求，发射单元24可以在发送的加速度数据中加入时间戳。另外，发射单元24也将发射机ID携带在加速度数据中。另外可以理解，上述部件仅是示例性的，当不需要某一部件的功能时，该部件可以省略。
图3是本发明一实施例的电子控制单元结构框图。参考图3所示，ECU 15可包括接收单元31和第二处理单元32。接收单元31可接收来自各接收机的轮胎状态数据，例如加速度、温度、压力等。第二处理单元32负责处理这些数据。在本发明的实施例中，第二处理单元32可以是通用处理器(CPU)，其载入并执行前述处理所需的程序。第二处理单元32也可以是可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)等器件，其经过编程后，包含执行前述处理所需的电路结构。第二处理单元32也可以是专用集成电路(ASIC)，其被制造为包含执行前述处理所需的电路结构。
图4是本发明一实施例的轮胎位置定位方法流程图。参考图4所示，本实施例的一种轮胎位置定位方法，包括以下步骤：
在步骤401，在各轮胎的发射机的加速度传感器感测所在轮胎的加速度以产生加速度数据并发送该加速度数据；
在步骤402，在汽车的电子控制单元获得各加速度数据的稳定周期；
在步骤403，在汽车的电子控制单元获得各加速度传感器的当前角度；
在步骤404，在汽车的电子控制单元接收制动防抱死系统的各轮胎位置的齿数信息；
在步骤405，在汽车的电子控制单元将每一轮胎位置分别假设为对应各个加速度传感器，分别根据每一轮胎位置接收的齿数信息、各加速度传感器的当前角度和该稳定周期，计算每一轮胎位置假设对应的各加速度传感器的初始角度；
在步骤406，判断执行次数是否达到阈值，如果是则进入步骤407，否则返回步骤402；
在步骤407，获得将每一轮胎位置分别假设对应的各个加速度传感器的初始角度变化曲线；
在步骤408，选择初始角度变化曲线波动率小于一阈值的加速度传感器所在的轮胎与该轮胎位置匹配。
具体地说，在车辆开始自动定位时，各发射机11-14的加速度传感器在步骤401开始进行加速度采样。
步骤402在汽车的电子控制单元获得各加速度数据的稳定周期的方式有两种。第一种是，当完成足够数目的采样后，发射机11-14可对样本数据进行处理。在一个实施例中，处理可包括但不限于：提取最大、最小值，并通过比较连续的样本数据判断车轮是否处于匀速状态，即有稳定的周期。稳定周期可以是相邻的最大值对应的时间戳的差值；稳定周期也可以是相邻的最小值相应的时间戳的差值；或者稳定周期也可以是相邻的最大值对应的时间戳与最小值对应的时间戳差值的两倍。在此记稳定周期为T。在本发明的各实施例中，判断加速度数据是否进入稳定周期的方法可以选择以下几种：1)比较连续最大值是否相等；2)比较连续最小值是否相等；3)计算相邻的最大值和最小值的差为2g，g为重力加速度。如果有稳定的周期，则计算出稳定周期。如果没有稳定的周期，则重新进行加速度采样和判断。在得到稳定周期后，发射机11-14可通知ECU 15。也就是说，步骤402是ECU 15从发射机11-14接收稳定周期。
第二种是，发射机11-14不直接获得稳定周期，而是将加速度数据的样本发送给ECU 15。ECU 15根据接收的一系列加速度数据来判断加速度数据是否进入稳定周期。
步骤403在汽车的电子控制单元获得各加速度传感器的当前角度的方式同样可以有几种。在一个实施例中，发射机11-14可以在得到稳定周期后，固定在其加速度传感器位于轮胎预定角度时发送通知信号。ECU 15可接收并根据这一通知信号得知加速度传感器当前位于轮胎的预定角度。在另一实施例中，发射机11-14可以在得到稳定周期后，发送加速度数据。ECU 15可接收发射机11-14所发送的加速度数据，并根据各加速度数据计算各加速度传感器的当前角度。这样，ECU 15对通知信号或加速度数据的接收不早于稳定周期的获得，确保所接收的通知信号或加速度数据是在稳定周期中的有效数据。如果是ECU 15判断加速度信号是否进入稳定周期，则此后ECU 15进一步获得各加速度传感器的当前角度。在一个实施例中，发射机11-14可以固定在其加速度传感器位于轮胎预定角度时发送通知信号。ECU 15可接收并根据这一通知信号得知加速度传感器当前位于轮胎的预定角度。在另一实施例中，发射机11-14可发送加速度数据，ECU 15可接收发射机11-14所发送的加速度数据，并根据各加速度数据计算各加速度传感器的当前角度。
这一方法的其他细节可以参考轮胎位置定位装置的描述，在此不再展开。
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 (10)

1.一种轮胎位置定位装置，包括：
多个发射机，分别安装在汽车的各个轮胎上，每个发射机包括加速度传感器，感测所在轮胎的加速度以产生加速度信号，每个发射机处理加速度信号以获得加速度数据；
电子控制单元，设于汽车的车身，该电子控制单元配置为：
a)获得各加速度数据的稳定周期；
b)获得各加速度传感器的当前角度；
c)接收制动防抱死系统的各轮胎位置的齿数信息；
d)将每一轮胎位置分别假设为对应各个加速度传感器，分别根据每一轮胎位置接收的齿数信息、各加速度传感器的当前角度和该稳定周期，计算每一轮胎位置假设对应的各加速度传感器的初始角度；
多次执行上述操作a)-d)，获得将每一轮胎位置分别假设对应的各个加速度传感器的初始角度变化曲线；以及
选择初始角度变化曲线波动率小于一阈值的加速度传感器所在的轮胎与该轮胎位置匹配。
2.如权利要求1所述的轮胎位置定位装置，其特征在于，各轮胎发射机还包括第一处理单元，判断该加速度数据是否进入稳定周期，计算该稳定周期且通知该电子控制单元。
3.如权利要求1所述的轮胎位置定位装置，其特征在于，该电子控制单元还配置为判断该加速度数据是否进入稳定周期，在判断该加速度数据进入稳定周期后计算该稳定周期。
4.如权利要求2或3所述的轮胎位置定位装置，其特征在于，每个发射机固定在加速度传感器位于轮胎预定角度时发送通知信号，该电子控制单元接收并根据该通知信号获得加速度传感器的当前角度，且该通知信号的接收不早于该稳定周期的获得。
5.如权利要求2或3所述的轮胎位置定位装置，其特征在于，该电子控制单元还配置为：接收发射机所发送的加速度数据，并根据各加速度数据计算各加速度传感器的当前角度，且该加速度数据的接收不早于该稳定周期的获得。
6.如权利要求1所述的轮胎位置定位装置，其特征在于，该电子控制单元参考从各发射机到该电子控制单元的传输延迟来调整各轮胎位置的齿数信息。
7.一种轮胎位置定位方法，包括下述步骤：
在各轮胎的发射机的加速度传感器感测所在轮胎的加速度以产生加速度数据并发送该加速度数据；
在汽车的电子控制单元：
a)获得各加速度数据的稳定周期；
b)获得各加速度传感器的当前角度；
c)接收制动防抱死系统的各轮胎位置的齿数信息；
d)将每一轮胎位置分别假设为对应各个加速度传感器，分别根据每一轮胎位置接收的齿数信息、各加速度传感器的当前角度和该稳定周期，计算每一轮胎位置假设对应的各加速度传感器的初始角度；
多次执行上述步骤a)-d)，获得将每一轮胎位置分别假设对应的各个加速度传感器的初始角度变化曲线；以及
选择初始角度变化曲线波动率小于一阈值的加速度传感器所在的轮胎与该轮胎位置匹配。
8.如权利要求7所述的轮胎位置定位方法，其特征在于，还包括在各发射机判断该加速度数据是否进入稳定周期，计算该稳定周期且通知该电子控制单元。
9.如权利要求7所述的轮胎位置定位方法，其特征在于，还包括在该电子控制单元判断该加速度数据是否进入稳定周期，在判断该加速度数据进入稳定周期后计算该稳定周期。
10.如权利要求8或9所述的轮胎位置定位方法，其特征在于，每个发射机固定在加速度传感器位于轮胎预定角度时发送通知信号，该电子控制单元接收并根据该信号获得加速度传感器的当前角度，且该通知信号的接收不早于该稳定周期的获得。
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