CN110296846A - 商用车胎压和制动效能监测系统、监测方法及该商用车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆控制领域，提供一种商用车胎压和制动效能监测系统，包括电源、轮速传感器、控制器、仪表和/或报警显示单元；所述轮速传感器与控制器电连接；所述仪表和/或报警显示单元通过CAN总线连接控制器；所述控制器包括胎压监测模块、制动效能监测模块；所述胎压监测模块，用于基于轮速信号计算确定车辆是否胎压异常及胎压异常的车轮位置；所述制动效能监测模块，用于基于轮速信号计算确定车辆是否制动效能异常及制动效能异常的车轮位置。该系统成本低、使用寿命长，适合商用车的应用，系统可靠性高、报警准确率高，监测精度满足使用要求。

Description

商用车胎压和制动效能监测系统、监测方法及该商用车

技术领域

本发明涉及车辆控制领域，具体涉及一种商用车胎压和制动效能监测系统、监测方法。

背景技术

随着道路运输量的不断增加，商用车引发的重特大交通事故率居高不下，并且40％的事故与轮胎相关，而轮胎压力是评价轮胎工作性能的关键指标；同时，在所有的交通事故中，因机动车机械故障的比例占5％左右，而由于制动原因而直接引起的交通事故占总机械故障事故数的60％左右。

目前国内汽车行业胎压监测系统在乘用车上已经开始普及；商用车还处于开始阶段，并且多数是基于压力传感器，无线收发式的主动胎压监测系统，该系统因为需要在每个轮胎上安装压力监测发射单元，安装维护成本非常高，商用车应用非常困难。而制动效能监测系统在高端品牌乘用车上才有配备，商用车领域尚无应用案例。考虑到当下胎压和制动都是导致商用车重大事故的关键因素，有必要开发一种兼具两种功能的商用车监测系统，实现在车辆运行过程中对胎压和制动效能进行监测和异常报警，保障车辆运行安全。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明提供一种商用车胎压和制动效能监测系统、监测方法及该商用车，其成本低、使用寿命长，适合商用车的应用，系统可靠性高、报警准确率高，监测精度满足使用要求。

为实现上述目的，本发明采用的技术解决方案是：

一种商用车胎压和制动效能监测系统，包括电源、轮速传感器、控制器、仪表和/或报警显示单元；

所述轮速传感器与控制器电连接；

所述仪表和/或报警显示单元通过CAN总线连接控制器；

所述控制器包括胎压监测模块、制动效能监测模块；

所述胎压监测模块，用于基于轮速信号计算确定车辆是否胎压异常及胎压异常的车轮位置；

所述制动效能监测模块，用于基于轮速信号计算确定车辆是否制动效能异常及制动效能异常的车轮位置。

进一步地，该监测系统还包括发动机电控单元，所述发动机电控单元通过CAN总线连接控制器，用于向控制器发送制动报文信息。

进一步地，所述控制器还包括刹车判定模块，用于基于是否接收到制动报文信息选择性触发所述胎压监测模块、所述制动效能监测模块。

进一步地，所述控制器还包括车速判定模块，用于对车速范围进行判定，并根据车速范围判定结果选择是否触发刹车判定模块。

进一步地，该监测系统还包括标定学习开关，所述标定学习开关与所述控制器电连接；所述控制器采用嵌入式控制系统；所述轮速传感器为电磁感应式轮速传感器。

进一步地，所述控制器还包括信号调理单元，用于对轮速信号进行隔离、整形、滤波处理。

进一步地，所述控制器还包括单片机MCU，所述单片机MCU的定时-计数器对来自信号调理单元的信号的波沿进行计数。

一种商用车，采用上述胎压和制动效能监测系统。

一种商用车胎压和制动效能监测方法，

具体步骤为：

步骤一、控制器对轮速信号进行采集并处理；

步骤二、判断车辆是否处于刹车状态；

步骤三、车辆未处于刹车状态时，胎压监测模块执行胎压监测程序，

胎压监测程序具体为：

基于轮速信号计算确定胎压是否异常及确定胎压异常车轮位置；

判断累计异常次数是否超过阈值，若累计异常次数未超过阈值则返回步骤1，若累计异常次数超过阈值则发送预警信息和定位信息报文；

步骤四、车辆处于刹车状态时，判断胎压是否异常，若胎压异常则返回步骤一，若胎压无异常则制动效能监测模块执行制动效能监测程序，

制动效能监测程序具体为：

基于轮速信号计算确定制动是否异常及制动异常车轮位置；

判断累计异常次数是否超过阈值，若累计异常次数未超过阈值则返回步骤1，若累计异常次数超过阈值则发送预警信息和定位信息报文。

进一步地，该监测方法在步骤一与步骤二之间，具有车速判断步骤，

具体为：判断车辆车速是否在规定范围内，若车速在规定范围内，则执行步骤二；若车速不在规定范围内，则重复车速判断步骤；

步骤二中，所述判断车辆是否处于刹车状态，

具体为：在车辆行车制动时，发动机电控单元向控制器发送制动报文信息，控制器接收到制动报文信息时则判断车辆处于刹车状态，反之则判断为车辆未处于刹车状态；

步骤三中，所述胎压监测程序，其采用对角线比较法、同轴比较法、同侧比较法进行融合计算确定是否胎压异常及胎压异常的车轮位置；

步骤四中，所述制动效能监测程序，其采用对角线比较法、同轴比较法、同侧比较法进行融合计算确定制动是否异常及制动异常车轮位置。

本发明胎压和制动效能监测的原理：

不间断的采集车辆每轴侧的轮速传感器信号，车辆正常行驶出现轮胎胎压异常时，轮胎滚动半径会响应减小或增大，由于差速器作用，导致异常轮胎的轮速产生变化，通过采用(对角线比较法、同轴比较法、同侧比较法)多种算法检测轮速变化可以测算出胎压异常的具体车轮位置；在车辆行车制动时，当车辆某个轴侧由于制动压力降低导致的制动异常时，相应的轮速信号会异于其他轴侧轮速信号，可以测算出制动效能异常的具体车轮位置。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：

1.成本低。系统基于商用车国标要求强制配备的ABS防抱死制动系统轮速传感器，传感器自身成本不高，仅需针对三轴及以上的车型中防抱死制动系统未覆盖的车轴进行加装轮速传感器，系统传感器总体成本低；控制器采用嵌入式控制系统，技术成熟、硬件成本低；系统仅在重新充气或换胎时需要自学习一次，不需要额外的维护成本；系统没有损耗件，寿命可与车体寿命相同。

2.可靠性高、报警准确率高。根据车辆正常行驶和行车制动两种状态进行功能模块化处理使得本系统具有可靠性高、报警准确率高的特点。

3.系统应用车型范围广，适应性强。覆盖车型包括牵引车、载货车、挂车各种公路车型，针对每种车型仅需进行一次胎压监测和制动效能监测阈值的标定。

附图说明

图1是本发明商用车胎压和制动效能监测系统的电气连接示意图；

图2是本发明商用车胎压和制动效能监测方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

如图1所示，

商用车胎压和制动效能监测系统，包括电源2、轮速传感器3、控制器1、仪表和/或报警显示单元4、发动机电控单元5、标定学习开关6；所述轮速传感器3与控制器1电连接,控制器1不间断的采集车辆每轴侧的轮速传感器3信号；所述发动机电控单元5通过CAN总线连接控制器，用于向控制器1发送制动报文信息；所述仪表和/或报警显示单元4通过CAN总线连接控制器；所述标定学习开关6与所述控制器1电连接；所述控制器1包括胎压监测模块、制动效能监测模块、刹车判定模块、车速判定模块；所述刹车判定模块，用于基于是否接收到制动报文信息选择性触发所述胎压监测模块、所述制动效能监测模块；所述车速判定模块，用于对车速范围进行判定，并根据车速范围判定结果选择是否触发刹车判定模块；所述胎压监测模块，用于基于轮速信号采用对角线比较法、同轴比较法、同侧比较法多种算法计算确定车辆是否胎压异常及胎压异常的车轮位置；所述制动效能监测模块，用于基于轮速信号采用对角线比较法、同轴比较法、同侧比较法多种算法计算确定车辆是否制动效能异常及制动效能异常的车轮位置。

所述控制器1还包括信号调理单元，用于对轮速信号进行隔离、整形、滤波处理。

所述控制器1还包括单片机MCU，所述单片机MCU的定时-计数器对来自信号调理单元的信号的波沿进行计数。

优选的，所述控制器采用嵌入式控制系统。

优选的，所述轮速传感器为电磁感应式轮速传感器。

轮速信号是通过电磁感应式轮速传感器3采集的，传感器输出的信号是在轮胎旋转时产生的电磁感应电压波形，轮速是不断变化的，这就意味着波形是一个变频变幅信号，轮速信号采样及数字化的方式是：对轮速传感器3输出的信号进行整形、滤波处理，使其转化为标准的连续方波波形，对每个方波上升和下降沿计数(通过MCU的定时-计数器)，即可获取表征轮速的方波边沿统计数据。为了适应算法，该信号还需要进行诸如数字滤波、周期化等预处理工作。

综上可以看出系统结构十分简单，对轮速信号进行采样分析，发动机控制单元5提供制动信号，识别胎压异常和制动效能异常并判断位置后，通过CAN总线报给仪表和/或报警显示单元4，仪表和/或报警显示单元4以声光形式预警提示给驾驶员。

如图2所示，

商用车胎压和制动效能监测方法：

1、胎压和制动效能监测系统上电启动。

2、对轮速信号进行采集并处理：对轮速传感器3输出的信号进行整形、滤波处理，使其转化为标准的连续方波波形，对每个方波上升和下降沿计数(通过MCU的定时-计数器)，即可获取表征轮速的方波边沿统计数据。为了适应软件算法使用，该信号还需要进行诸如数字滤波、周期化等预处理工作。

3、进行车速判断：判断车辆车速是否在规定范围内，若车速在规定范围内，则判断车辆是否处于刹车状态；若车速不在规定范围内，则重复车速判断步骤；

优选的规定范围为车速大于等于20km/h，小于等于120km/h。

4、判断车辆是否处于刹车状态：在车辆行车制动时，发动机电控单元5向控制器发送制动报文信息，控制器接收到制动报文信息时则判断车辆处于刹车状态，反之则判断为车辆未处于刹车状态。

5、车辆未处于刹车状态时，胎压监测模块执行胎压监测程序，

胎压监测程序具体为：

基于轮速信号采用对角线比较法、同轴比较法、同侧比较法进行融合计算确定胎压是否异常及确定胎压异常车轮位置；

判断累计异常次数是否超过阈值N(N≥1)，若累计异常次数未超过阈值则返回步骤2，若累计异常次数超过阈值则发送预警信息和定位信息报文，并将胎压异常标志置1。

6、车辆处于刹车状态时，根据胎压异常标志判断胎压是否异常，若胎压异常则返回步骤2，若胎压无异常则制动效能监测模块执行制动效能监测程序，

制动效能监测程序具体为：

基于轮速信号采用对角线比较法、同轴比较法、同侧比较法进行融合计算确定制动是否异常及制动异常车轮位置；

判断累计异常次数是否超过阈值N(N≥1)，若累计异常次数未超过阈值则返回步骤2，若累计异常次数超过阈值则发送预警信息和定位信息报文。

综上可以看出监测是根据是否接收到车辆总线上的刹车信号来区分运行胎压监测功能和制动效能监测功能；且具有胎压监测功能优先模式，当系统检测出胎压异常时将不会进入制动效能监测模块；系统只有在胎压无异常的情况下才能进行制动效能的监测。

本发明胎压和制动效能监测的原理：

不间断的采集车辆每轴侧的轮速传感器3信号，车辆正常行驶出现轮胎胎压异常时，轮胎滚动半径会响应减小或增大，由于差速器作用，导致异常轮胎的轮速产生变化，通过采用(对角线比较法、同轴比较法、同侧比较法)多种算法检测轮速变化可以测算出胎压异常的具体车轮位置；在车辆行车制动时，当车辆某个轴侧由于制动压力降低导致的制动异常时，相应的轮速信号会异于其他轴侧轮速信号，可以测算出制动效能异常的具体车轮位置。

下面对对角线比较法进行说明：

对角线比较法：以4*2商用车，4通道ABS为例，对角线比较算法的核心是如下轮速度比较方程：

α＝(W_LF+W_RR)/(W_RF+W_LR)

式中：W为轮胎转速，下标第一位L/R表示左/右，下标第二位F/R表示前轴/后轴。

根据汽车运动学方程：

W_LF＝V_LF/r_LF×(1-S_LF)×COSα_LF

式中：V_LF表示左前轮胎在车辆前进方向上的速度，r_LF表示左前轮胎的滚动半径，S_LF表示左前轮胎的转动滑移系数，α_LF表示滑移角度。车辆应用工况为高附路面，滑移系数接近0，滑移角度很小(cosα_LF≈1)，且同一轴上的轮胎滑动角度相等，则这个轮速度表达式就可以有效反映轮胎有效半径的关系，从而反映各轮胎压力的关系。

α＝(W_LF+W_RR)/(W_RF+W_LR)≈(r_LF+r_RR)/(r_RF+r_LR)

从上式可见，当α不等于胎压正常学习值时，可以判断轮胎胎压异常。从式中也可看出如果同轴或同侧轮胎均匀泄漏时，系统无法判断胎压异常。

系统软件模块化处理：

系统实时接收车辆总线的制动报文信息，在未收到制动报文时，系统实时运行胎压监测功能，采集的轮速数据只进行胎压监测模块的计算；当接收到车辆制动报文时，系统跳出胎压监测模块进入制动效能监测功能模块，此时车辆采集的轮速数据只用于制动效能监测模块的计算。由于车辆在行驶过程中，制动状态和行车状态处于交互进行的模式，因此系统会将不同功能模块下对采集的数据进行计算得出的判决结果分别进行存储，当判决结果累计到一定次数后才会给出异常结果的判断。系统具有胎压监测功能优先模式，当系统检测出胎压异常时将不会进入制动效能监测模块；系统只有在胎压无异常的情况下才能进行制动效能的监测。

本监测系统基于商用车国标要求强制配备的ABS防抱死制动系统轮速传感器3，传感器自身成本不高，并且仅需针对三轴及以上的车型中防抱死制动系统未覆盖的车轴进行加装轮速传感器3，系统传感器总体成本低；控制器1采用嵌入式控制系统，技术成熟、硬件成本低；系统仅在重新充气或换胎时需要自学习一次，不需要额外的维护成本；系统没有损耗件，寿命可与车体寿命相同。

根据车辆正常行驶和行车制动两种状态进行功能模块化处理使得本系统具有可靠性高、报警准确率高的特点。

本监测系统能覆盖车型包括牵引车、载货车、挂车等多种车型，针对每种车型仅需进行一次胎压监测和制动效能监测阈值的标定。

最后应当说明的是：以上仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。尽管参照较佳实施例对本案进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本案的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，而不脱离本案技术方案的精神，其均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种商用车胎压和制动效能监测系统，其特征在于，包括电源、轮速传感器、控制器、仪表和/或报警显示单元；

所述轮速传感器与控制器电连接；

所述仪表和/或报警显示单元通过CAN总线连接控制器；

所述控制器包括胎压监测模块、制动效能监测模块；

所述胎压监测模块，用于基于轮速信号计算确定车辆是否胎压异常及胎压异常的车轮位置；

所述制动效能监测模块，用于基于轮速信号计算确定车辆是否制动效能异常及制动效能异常的车轮位置。

2.如权利要求1所述的一种商用车胎压和制动效能监测系统，其特征在于，还包括发动机电控单元，所述发动机电控单元通过CAN总线连接控制器，用于向控制器发送制动报文信息。

3.如权利要求2所述的一种商用车胎压和制动效能监测系统，其特征在于，所述控制器还包括刹车判定模块，用于基于是否接收到制动报文信息选择性触发所述胎压监测模块、所述制动效能监测模块。

4.如权利要求3所述的一种商用车胎压和制动效能监测系统，其特征在于，所述控制器还包括车速判定模块，用于对车速范围进行判定，并根据车速范围判定结果选择是否触发刹车判定模块。

5.如权利要求1所述的一种商用车胎压和制动效能监测系统，其特征在于，还包括标定学习开关，所述标定学习开关与所述控制器电连接；所述控制器采用嵌入式控制系统；所述轮速传感器为电磁感应式轮速传感器。

6.如权利要求1所述的一种商用车胎压和制动效能监测系统，其特征在于，所述控制器还包括信号调理单元，用于对轮速信号进行隔离、整形、滤波处理。

7.如权利要求6所述的一种商用车胎压和制动效能监测系统，其特征在于，所述控制器还包括单片机MCU，所述单片机MCU的定时-计数器对来自信号调理单元的信号的波沿进行计数。

8.一种商用车，其特征在于，采用上述权利要求1至7任意一项所述的商用车胎压和制动效能监测系统。

9.一种商用车胎压和制动效能监测方法，其特征在于，

具体步骤为，

步骤一、对轮速信号进行采集并处理；

步骤二、判断车辆是否处于刹车状态；

步骤三、车辆未处于刹车状态时，胎压监测模块执行胎压监测程序，

胎压监测程序具体为：

基于轮速信号计算确定胎压是否异常及确定胎压异常车轮位置；

判断累计异常次数是否超过阈值，若累计异常次数未超过阈值则返回步骤1，若累计异常次数超过阈值则发送预警信息和定位信息报文；

步骤四、车辆处于刹车状态时，判断胎压是否异常，若胎压异常则返回步骤一，若胎压无异常则制动效能监测模块执行制动效能监测程序，

制动效能监测程序具体为：

基于轮速信号计算确定制动是否异常及制动异常车轮位置；

判断累计异常次数是否超过阈值，若累计异常次数未超过阈值则返回步骤1，若累计异常次数超过阈值则发送预警信息和定位信息报文。

10.一种如权利要求9所述的商用车胎压和制动效能监测方法，其特征在于，

在步骤一与步骤二之间，具有车速判断步骤，

具体为：判断车辆车速是否在规定范围内，若车速在规定范围内，则执行步骤二；若车速不在规定范围内，则重复车速判断步骤；

步骤二中，所述判断车辆是否处于刹车状态，

具体为：在车辆行车制动时，发动机电控单元向控制器发送制动报文信息，控制器接收到制动报文信息时则判断车辆处于刹车状态，反之则判断为车辆未处于刹车状态；

步骤三中，所述胎压监测程序，其采用对角线比较法、同轴比较法、同侧比较法进行融合计算确定是否胎压异常及胎压异常的车轮位置；

步骤四中，所述制动效能监测程序，其采用对角线比较法、同轴比较法、同侧比较法进行融合计算确定制动是否异常及制动异常车轮位置。