CN113059963B - 胎压监测模块、轮胎定位系统及方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于车辆的胎压监测模块、轮胎定位系统及方法。通过利用胎压监测模块中第一蓝牙模块发送的第一射频(RF)信号的RSSI的大小关系实现轮胎的前后定位，并利用胎压监测模块中第一蓝牙模块相对于多天线蓝牙主机的到达角(AOA)的大小关系实现轮胎的左右定位，从而实现高精度的车辆轮胎自动定位，且每个胎压监测模块可以安装在任意一个轮胎上，无需加以任何区分从而减少了安装成本。

Description

胎压监测模块、轮胎定位系统及方法
技术领域
本发明涉及汽车监测技术领域，具体地，涉及一种用于车辆的胎压监测模块、轮胎定位系统及方法。
背景技术
传统的胎压监测系统在出厂时胎压检测模块与汽车轮胎方位一一对应关系需要预先设置，因此在给安装和调试过程中带来了很多不便。如果不慎没有将指定的胎压检测模块安装到指定的轮胎上，使用者便会接收到错误的胎压报警信号，这给长途道路行驶带来很大的安全隐患。
目前，现有的轮胎定位技术主要利用了蓝牙的信号强度指示(RSSI)进行测距，然后通过将测量得到的距离信息代入现有的信号测距模型进行粗略的测距定位运算，这种蓝牙定位技术使用的蓝牙锚点较多，在计算速度上不足，定位延迟较大，且易受环境影响，不够精确。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于车辆的胎压监测模块、轮胎定位系统及方法，通过利用胎压监测模块中第一蓝牙模块发送的第一射频(RF)信号的信号强度指示(RSSI)的大小实现轮胎的前后定位，并利用胎压监测模块中第一蓝牙模块相对于多天线蓝牙主机的到达角(AOA)的大小关系实现轮胎的左右定位，从而实现高精度的车辆轮胎自动定位，且每个胎压监测模块可以安装在任意一个轮胎上，无需加以任何区分从而减少了安装成本。
根据本发明的第一方面，提出了一种用于车辆的轮胎定位方法，包括：
将所述车辆中蓝牙主机的第二蓝牙模块与各个轮胎中的第一蓝牙模块进行匹配；
分别获取表征所述第一蓝牙模块发送的第一射频(RF)信号的信号强度指示(RSSI)的第一数据；
分别获取所述第一蓝牙模块相对于所述第二蓝牙模块的到达角(AOA)；以及
根据所述第一数据和所述AOA实现各个轮胎的定位。
进一步地，所述轮胎定位方法还包括：
根据与每个轮胎相对应的第一数据的相对大小关系来判断所述轮胎的前后位置。
进一步地，所述轮胎定位方法还包括：
根据各个轮胎中所述第一蓝牙模块相对于所述第二蓝牙模块的所述AOA来判断所述轮胎的左右位置。
进一步地，所述轮胎定位方法还包括：
所述第一蓝牙模块接收指令以开启发送第二RF信号，其中所述第二RF信号中包括用于计算AOA的字段；
交替地使用所述第二蓝牙模块的两根天线接收所述第二RF信号；
对所述第二RF信号中用于计算AOA的字段进行采样以获取I/Q数据；以及
根据所述I/Q数据计算所述第一蓝牙模块相对于所述第二蓝牙模块的AOA。
进一步地，所述轮胎定位方法还包括：
将计算出的所述第二RF信号到达所述两根天线的相位差作为观测量、将所述AOA作为状态量来构建Kalman滤波器的状态方程和观测方程，以获取精确的AOA。
进一步地，所述轮胎定位方法还包括：
根据各个轮胎中所述第一蓝牙模块相对于所述第二蓝牙模块的所述AOA的大小关系来判断所述轮胎的左右位置；以及
比较左侧或右侧轮胎组中两个轮胎的第一蓝牙模块发送的表征所述第一RF信号的RSSI的第一数据的相对大小关系来判断所述轮胎的前后位置。
进一步地，当所述第二蓝牙模块的两根天线形成的直线与车身纵向垂直时，当所述AOA的绝对值小于90度时，判断对应的轮胎属于右侧轮胎组；当所述AOA的绝对值大于90度时，判断对应的轮胎属于左侧轮胎组。
进一步地，当所述第二蓝牙模块的两根天线形成的直线与车身纵向平行时，当所述AOA为负值时，判断对应的轮胎属于左侧轮胎组；当所述AOA为正值时，判断对应的轮胎属于右侧轮胎组。
进一步地，相比于后侧轮胎组，所述第二蓝牙模块被放置于更靠近前侧轮胎组的位置时，所述右侧轮胎组或左侧轮胎组对应的两个第一数据中，较大的第一数据对应的轮胎为前侧轮胎，较小的第一数据对应的轮胎为后侧轮胎。
进一步地，相比于前侧轮胎组，所述第二蓝牙模块被放置于更靠近后侧轮胎组的位置时，所述右侧轮胎组或左侧轮胎组分别对应的两个第一数据中，较大的第一数据对应的轮胎为后侧轮胎，较小的第一数据对应的轮胎为前侧轮胎。
进一步地，所述轮胎定位方法还包括：
对与各个轮胎相对应的第一数据进行排序；
分别确定较大的两个所述第一数据和较小的两个所述第一数据对应的轮胎，以确定其属于前侧轮胎组还是后侧轮胎组；以及
比较所述前侧或后侧轮胎组中第一蓝牙模块相对于所述第二蓝牙模块的所述AOA的大小关系来判断所述轮胎的左右位置。
进一步地，当相比于后侧轮胎组，所述第二蓝牙模块被放置于更靠近前侧轮胎组的位置时，所述较大的两个所述第一数据对应的两个轮胎属于所述前侧轮胎组，所述较小的两个所述第一数据对应的两个轮胎属于所述后侧轮胎组。
进一步地，当相比于前侧轮胎组，所述第二蓝牙模块被放置于更靠近后侧轮胎组的位置时，所述较大的两个所述第一数据对应的两个轮胎属于所述后侧轮胎组，所述较小的两个所述第一数据对应的两个轮胎属于所述前侧轮胎组。
进一步地，当所述第二蓝牙模块的两根天线形成的直线与车身纵向垂直时，在所述前侧或后侧轮胎组分别对应的两个AOA中，与绝对值较大的AOA对应的轮胎为左侧轮胎，与绝对值较小的AOA对应的轮胎为右侧轮胎。
进一步地，当所述第二蓝牙模块的两根天线形成的直线与车身纵向平行时，在所述前侧或后侧轮胎组分别对应的两个AOA中，正值的AOA对应的轮胎为右侧轮胎，负值的AOA对应的轮胎为左侧轮胎。
根据本发明的第二方面，提出了一种用于车辆的胎压监测模块，其中所述胎压监测模块安装于所述车辆的每个轮胎中，包括：
第一蓝牙模块，被配置为与所述车辆中蓝牙主机的第二蓝牙模块进行通信，其中根据所述第一蓝牙模块相对于所述第二蓝牙模块的到达角(AOA)和所述第一蓝牙模块发送的第一射频(RF)信号的信号强度指示(RSSI)实现所述车辆中轮胎的定位，其中所述第一蓝牙模块具有至少一根天线且支持蓝牙5.1以上协议。
进一步地，根据各个所述第一蓝牙模块发送的所述第一RF信号的RSSI的相对大小，判断相应轮胎的前后位置。
进一步地，根据所述第一蓝牙模块相对于所述第二蓝牙模块的AOA，判断相应轮胎的左右位置。
进一步地，所述第一蓝牙模块被配置为发送第二RF信号，其中所述第二RF信号中包括用于计算所述AOA的字段。
进一步地，所述胎压监测模块还包括：
多个传感器，被配置为获取所述轮胎内的参数信息，并将其传递给所述第一蓝牙模块，从而监测所述轮胎的状态；以及
信号处理模块，被配置为将所述多个传感器获取的参数信息进行处理后传递给所述第一蓝牙模块。
根据本发明的第三方面，提出了一种用于车辆的轮胎定位系统，包括：
多个胎压监测模块，分别安装于所述车辆的轮胎上，包括：第一蓝牙模块，用于发送射频(RF)信号；以及
蓝牙主机，包括：第二蓝牙模块，被配置为与各个所述第一蓝牙模块通信，其中所述第二蓝牙模块具有至少两根天线且所述第一和第二蓝牙模块均支持蓝牙5.1以上协议；以及处理单元，用于根据所述第一蓝牙模块发送的表征第一RF信号的信号强度指示(RSSI)的第一数据和所述第一蓝牙模块相对于所述第二蓝牙模块的到达角(AOA)来实现所述车辆中轮胎的定位。
进一步地，所述蓝牙主机被安装于所述车辆的中控台处。
进一步地，所述第二蓝牙模块被配置为接收并解析所述第一蓝牙模块发送的所述第一RF信号，以获取表征所述第一RF信号的RSSI的第一数据。
进一步地，所述处理单元被配置为根据所述第一数据的相对大小，判断相应轮胎的前后位置。
进一步地，所述第二蓝牙模块被配置为在I/Q采样模式下交替地使用两根天线接收所述第一蓝牙模块发送的第二RF信号，其中所述第二RF信号中包括用于计算所述AOA的字段。
进一步地，所述处理单元被配置为根据所述第二RF信号到达所述两根天线的相位差获取所述第一蓝牙模块相对于所述第二蓝牙模块的AOA，并根据各个AOA的大小判断所述轮胎的左右位置。
进一步地，所述处理单元还被配置为通过将所述相位差作为观测量、将所述AOA作为状态量来构建Kalman滤波器的状态方程和观测方程，并对所述观测方程进行线性化，以获取精确的AOA。
进一步地，所述处理单元被配置为：
根据各个轮胎中所述第一蓝牙模块相对于所述第二蓝牙模块的所述AOA的大小关系来判断所述轮胎的左右位置；以及
比较左侧或右侧轮胎组中两个轮胎的第一蓝牙模块发送的表征所述第一RF信号的RSSI的第一数据相对大小来判断所述轮胎的前后位置。
进一步地，当所述AOA的绝对值小于90度时，判断对应的轮胎属于右侧轮胎组；当所述AOA的绝对值大于90度时，判断对应的轮胎属于左侧轮胎组；并且，所述右侧轮胎组或左侧轮胎组中较大的第一数据对应的轮胎为前侧轮胎，较小的第一数据对应的轮胎为后侧轮胎。
进一步地，所述处理单元被配置为：
根据表征各个所述第一蓝牙模块发送的第一RF信号的RSSI的多个第一数据的大小关系来判断所述轮胎的前后位置；以及
比较所述前侧或后侧轮胎组中第一蓝牙模块相对于所述第二蓝牙模块的所述AOA的相对大小关系来判断所述轮胎的左右位置。
进一步地，在所述多个第一数据中，确定较大的两个所述第一数据对应的两个轮胎属于前侧轮胎组，较小的两个所述第一数据对应的两个轮胎属于后侧轮胎组；以及在所述前侧或后侧轮胎组中，与绝对值较大的AOA对应的轮胎为左侧轮胎，与绝对值较小的AOA对应的轮胎为右侧轮胎。
综上所述，本发明实施例通过利用胎压监测模块中第一蓝牙模块发送的第一射频(RF)信号的RSSI的大小关系实现轮胎的前后定位，并利用胎压监测模块中第一蓝牙模块相对于多天线蓝牙主机的到达角(AOA)的大小关系实现轮胎的左右定位，从而实现高精度的车辆轮胎自动定位，且每个胎压监测模块可以安装在任意一个轮胎上，无需加以任何区分从而减少了安装成本。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1为本发明实施例的轮胎定位系统的电路图；
图2为本发明实施例的AOA估计的原理图；
图3为本发明实施例的I/Q采样过程中天线切换模式的示意图；
图4为本发明实施例的利用AOA判断轮胎左右位置的原理图；以及
图5为本发明实施例的轮胎定位方法的流程图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
图1为本发明实施例的轮胎定位系统的电路图。如图1所示，该轮胎定位系统包括多个胎压监测模块1和蓝牙主机2。其中，在每个轮胎上均安装有一胎压监测模块1，应理解，这里的每个胎压监测模块1可以安装在任意一个轮胎上，无需加以任何区分。
具体地，胎压监测模块1包括第一蓝牙模块101以及用于获取轮胎的各种参数的多个传感器(例如，图中所示的压力传感器和温度传感器)。其中第一蓝牙模块101用于信息的采集和转发，其具有支持蓝牙5.1及以上协议，并且，第一蓝牙模块101至少具有一根天线，以下实施例均以单天线为例进行说明。
蓝牙主机2包括第二蓝牙模块201，用于与第一蓝牙模块101进行无线通信，以及处理单元202，用于根据第一蓝牙模块101发送的第一射频(RF)信号的信号强度指示(RSSI)和第一蓝牙模块101相对于第二蓝牙模块201的到达角(AOA)来实现车辆中轮胎的定位。
在本实施例中，第二蓝牙模块201具有多天线且支持蓝牙5.1及以上协议。在本发明实施例中，蓝牙主机2安装的位置可以靠近车辆前部或者靠近车辆后部。在一种实现方式中，蓝牙主机2安装在车辆内部的中控台中。
具体地，第二蓝牙模块201被配置为接收并解析第一蓝牙模块101发送的第一RF信号，以获取表征第一RF信号的RSSI的第一数据。处理单元202通过读取第二蓝牙模块201所解析的表征各个第一蓝牙模块发送的第一RF信号的RSSI的第一数据的相对大小，判断相应轮胎的相对远近位置。由于第二蓝牙模块201的安装位置距前后轮不一致，因此可以据此判断出轮胎的前后位置。应理解，现有技术中任何可以获取RSSI值的方式均可以在此应用。
从蓝牙5.1开始，寻向机制被引入协议中，第二蓝牙模块201具有至少两根天线，可以按照一定的规则分时地接收第一蓝牙模块101发送的RF信号，此时不同的天线接收到的同一RF信号会出现相位差，继而根据相位差通过计算可以得到第一蓝牙模块101相对于第二蓝牙模块201的到达角(AOA)，从而确定第一蓝牙模块101的方位。
对于轮胎定位系统来说，由于仅需要获取胎压监测模块101的方位，而无需推测具体位置信息，因此为了降低成本，本文仅采用具有两根天线的第二蓝牙模块为例进行说明。应理解，多天线阵列的第二蓝牙模块同样适用于本发明中。
此外，根据蓝牙5.1协议规范，第二蓝牙模块201被配置为在I/Q采样模式下交替地使用两根天线接收第一蓝牙模块发送的第二RF信号，其中第二RF信号中包括用于计算所述AOA的字段。处理单元202用于根据I/Q数据计算第二RF信号到达两根天线的相位差，根据第二RF信号到达两根天线的相位差获取第一蓝牙模块101相对于第二蓝牙模块201的AOA，并根据各个AOA的大小判断轮胎的左右位置。
在本实施例中，根据第二RF信号获取I/Q数据的过程由处理单元202执行，应理解，在其他实施例中，第二蓝牙模块201中也可以包括简单的处理模块，以根据第二RF信号获取I/Q数据。
也即，在本实施例中，处理单元202根据第二蓝牙模块201获取的表征RSSI的第一数据执行相应的定位程序可以实现前后轮胎的定位，根据第二蓝牙模块201接收的第二RF信号来获取I/Q数据并执行相应的定位程序可以实现左右轮胎的定位，从而完成各个轮胎的定位。
当轮胎定位完成后，胎压监测模块1中的包括压力、温度传感器在内的多个传感器，用以采集各个轮胎的参数信息(例如压力和温度)传递给第一蓝牙模块101。胎压监测模块1还可以包括信号处理模块102，各参数信息可以经由信号处理模块102进行整形、放大、模数转换等处理后，表征轮胎参数信息(例如压力、温度等)的第二数据被传递给第一蓝牙模块101，继而第一蓝牙模块101通过无线的方式发送给第二蓝牙模块201。
需要说明的是，第一蓝牙模块101与第二蓝牙模块201之间通过蓝牙进行无线通信，以实现信息的发送和接收。第二蓝牙模块201可以通过广播的方式，在无连接的情况下(第一和第二蓝牙模块没有建立连接)同时接收多个第一蓝牙模块101发送的数据；也可以通过面向连接的方式，与多个第一蓝牙模块101中的一个建立连接，以接收该第一蓝牙模块101发送的数据。在本实施例中，第一蓝牙模块101可以通过广播或面向连接的方式中的任一种向第二蓝牙模块201发送RF信号，在此不作任何限制。在一些实施例中，第一RF信号和第二RF信号是通过面向连接的方式被第二蓝牙模块201接收，以确保数据的稳定性；而表征温度、压力的第二数据是通过广播的方式被第二蓝牙模块201接收，以降低系统功耗。
图2为本发明实施例的AOA估计的原理图。在本发明实施例中，第二蓝牙模块201的两天线A0和A1形成的直线与车头横向平行，且两天线左右相距d放置。在I/Q采样模式下，两天线A0和A1以蓝牙主机2指定的开关模式不停地切换接收来自每个第一蓝牙模块101发送的第二RF信号(图中以互相平行的平面波示出)。在此，第二蓝牙模块201根据蓝牙主机2的指令开启I/Q采样，并依次接收各个轮胎中的第一蓝牙模块101发送的第二RF信号。当其中一根天线处于采样时期时，保持接收的第二RF号不变，并传递给处理单元202，得到该天线采集的I/Q数据，通过ADC采样和滤波处理，可以得到数据I；同时处理单元202将数据I超前90度相移，从而得到数据Q，如下式所示：
其中为任一时刻接收信号的相位角，/>即为发射的AOA无线信号。
通过切换两个天线获取的I/Q采样值，可以计算出A0和A1两天线接收到AOA无线信号的相位差
其中，I1和Q1为第二蓝牙模块的第一根天线采集的I/Q数据，I2和Q2为第二蓝牙模块的第二根天线采集的I/Q数据。
为了进一步降低数据处理的复杂程度，式(6)可根据欧拉公式化简为：
从而可以得到到达角θ的值，如下所示：
其中d为天线A0和A1之间的距离且d≤λ/2，λ为第二RF信号的波长，从而可以得到到达角AOA(也即式中的θ)的值。
此外，为了确保数据的准确性，可多次采样I/Q数据以重复计算AOA，并通过滤波处理获取最终结果。
在上述实施例中，根据第二RF信号获取I/Q数据的过程由处理单元202执行，应理解，在其他实施例中，第二蓝牙模块201中也可以包括简单的处理模块，以根据第二RF信号获取I/Q数据。
图3给出了本发明实施例的I/Q采样过程中天线切换模式的示意图。如图3所示，纵坐标为对应时刻天线接收的第二RF信号的相位角，其中实心圆点代表采样点，空心圆点代表未采样。在蓝牙5.1协议中，在数据包的CRC字段后加入了CTE字段用于I/Q采样，图3中所示即为CTE字段。天线A0先接收BLE数据包，在接收完CRC字段后，等待一个保护周期(4μs)，然后在参考周期(8μs)内天线A0以1μs的频率采样8个I/Q数据。随后在切换时隙(2μs)期间切换至天线A1，以在2μs的采样时隙采样一组I/Q样本。此后再在切换时隙期间切换至天线A0以在采样时隙采样，不断切换重复上述操作。
由于在I/Q采样过程中，两天线并非在同一时刻接收到第二RF信号，而是具有切换间隙，因此计算出的相位差φdiff存在误差，为了确保AOA的准确性，当其中一个天线在采样时隙时，需要实现算法估计另一天线在当前时隙的采样值。
假设第一蓝牙模块101在一定时间内相对于蓝牙主机的方位不变，即第二蓝牙模块201接收到第一蓝牙模块101发射的第二RF信号也在一定时间内保持不变。由图3可以看出，两天线采集到第二RF信号的相位角φ0在时间序列上呈一线性序列，因此可认为在短时间内第一蓝牙模块101相对于蓝牙主机的到达角θ保持不变。于是可以利用Kalman滤波算法实时对第一蓝牙模块的到达角θ进行估计。设估计到达角θ(k)为滤波器的状态量X(k)，实时采样计算出来的相位差为观测量Z(k)，则可以构建Kalman滤波器状态方程和观测方程为：
式中，k为离散时间，θ(k)为系统在k时刻的到达角值；为对应的k时刻相位差观测值，w(k)和v(k)分别是均值为0、方差为Q和R且彼此独立的高斯白噪声。
Kalman滤波器是在线性高斯模型条件下，基于最小均方误差准则能够对目标状态做出最优估计。但是式(9)所构建的Kalman滤波器中，观测方程中含有非线性因素，Kalman滤波算法无法实现最优估计。为了更加精确的估计系统的状态，在不改变kalman滤波器框架的基础上采用运算量较小的扩展Kalman滤波算法(Extend Kalman Filter，EKF)，将非线性滤波转化为线性滤波问题。
对观测方程中的采用一阶泰勒展开从而得到：
其中H(k)为观测矩阵，y(k)为非随机外作用项。
此后，便可以执行状态观测从而得到到达角θ。具体的观测过程在此不作详细阐述。
本发明实施例通过对到达角θ和相位差构建Kalman滤波器状态方程和观测方程，并线性化观测方程，以获取更加的精确到达角θ。应理解，上述构建Kalman滤波器对到达角进行滤波的方式仅为其中一种滤波方式，还可以通过其他滤波器模型对到达角进行滤波。
图4给出了本发明实施例的利用AOA估计轮胎左右位置的原理图。如图4中所示，以蓝牙主机2置于汽车的中控台为例进行说明。应理解，到达角θ即为第一蓝牙模块到蓝牙主机中的第二蓝牙模块的直线与第二蓝牙模块的两天线形成的直线之间的夹角，如图中，右前轮中第一蓝牙模块相对于第二蓝牙模块的到达角为θ1，左前轮中第一蓝牙模块相对于第二蓝牙模块的到达角为θ2，而θ1小于90度，θ2大于90度，而左后轮和右后轮中的第一蓝牙模块相对于第二蓝牙模块的到达角为负值，相应地，右后轮中第一蓝牙模块相对于第二蓝牙模块的到达角为θ3，其绝对值小于90度，左后轮中第一蓝牙模块相对于第二蓝牙模块的到达角为θ4，其绝对值大于90度。也即，右侧轮胎对应的到达角小于左侧轮胎对应的到达角。具体地，右侧两个轮胎对应的到达角小于90度，而左侧两个轮胎对应的到达角大于90度。因此通过各轮胎中第一蓝牙模块相对于第二蓝牙模块的到达角的绝对值可以判断出该轮胎属于左侧轮胎组还是右侧轮胎组。
在本发明实施例中，各个轮胎中的第一蓝牙模块分别向蓝牙主机中的第二蓝牙模块发送第一RF信号。应理解，第一RF信号可以为包含任意数据的RF信号，其也可以是在初始阶段第一蓝牙模块开启广播发送模式而发送的广播信号。第二蓝牙模块接收并解析第一蓝牙模块发送的第一RF信号的信号强度指示(RSSI)。在本实施例中，由于蓝牙主机设置于中控台(即靠近前轮，前侧两个轮胎中的第一蓝牙模块发送的第一RF信号的RSSI大于后侧两个轮胎中的第一蓝牙模块发送的第一RF信号的RSSI，从而处理单元可以根据获取的RSSI的相对大小，判断出轮胎属于前轮还是后轮。
具体地，蓝牙主机中的第二蓝牙模块201分别接收各个第一蓝牙模块发送的第一RF信号并对其进行解析而得到表征信号的RSSI的第一数据，处理单元202分别读取与四个轮胎相对于的第一数据并转换为RSSI表示，并对其进行排序，较大的两个RSSI对应的轮胎属于前侧轮胎组，较小的两个RSSI对应的轮胎则属于后侧轮胎组。
在一些实施例中，处理单元202先根据表征各个第一蓝牙模块发送的第一RF信号的RSSI的多个第一数据的大小关系来判断轮胎的前后位置，再通过比较所述前侧或后侧轮胎组中第一蓝牙模块相对于第二蓝牙模块的AOA的相对大小关系来判断轮胎的左右位置。具体地，处理单元202先根据获取的表征第一RF信号的RSSI的多个第一数据进行排序，在多个第一数据中，确定较大的两个第一数据对应的两个轮胎属于前侧轮胎组，较小的两个第一数据对应的两个轮胎属于后侧轮胎组。然后，在前侧或后侧轮胎组中，与绝对值较大的AOA对应的轮胎为左侧轮胎，与绝对值较小的AOA对应的轮胎为右侧轮胎，从而完成全部轮胎定位。
在另一些实施例中，处理单元202也可以先根据各个轮胎中第一蓝牙模块相对于第二蓝牙模块的AOA的大小关系来判断轮胎的左右位置，再通过比较左侧或右侧轮胎组中两个轮胎的第一蓝牙模块发送的第一RF信号的RSSI的相对大小来判断轮胎的前后位置。具体地，各个轮胎的到达角的绝对值大于90度的属于左侧轮胎组，小于90度的属于右侧轮胎组，在右侧轮胎组或左侧轮胎组中，较大的RSSI对应的轮胎为前侧轮胎，较小的RSSI对应的轮胎为后侧轮胎。
应理解，蓝牙主机的两天线也可以垂直放置，即两天线形成的直线与车身纵向平行。这样，右侧轮胎中第一蓝牙模块相对于第二蓝牙模块的到达角为正值，左侧轮胎对应的到达角为负值，通过到达角的正负也可以判断出左右轮。
图5给出了本发明实施例的轮胎定位方法的流程图。
步骤1：将所述车辆中蓝牙主机的第二蓝牙模块与各个轮胎中的第一蓝牙模块进行匹配。
具体地，步骤1可以包括如下步骤：首先，第一蓝牙模块开启广播发送模式，广播信号中包含其自身的MAC地址以及表明产品信息的ID。其次，蓝牙主机开启扫描模式，接收并解析第一蓝牙模块发送的广播信号。然后，根据广播信号中的MAC地址和ID信息，判断是否为目标设备，若是，则蓝牙主机记录广播信号中的MAC地址和ID信息。直至蓝牙主机全部记录来自四个轮胎的第一蓝牙模块发送的广播信息，匹配才完成。
步骤2：第二蓝牙模块分别获取表征所述第一蓝牙模块发送的第一射频(RF)信号的信号强度指示(RSSI)的第一数据。
在一些实施例中，第二蓝牙模块可以分别从各个轮胎中的第一蓝牙模块接收的广播信号中获取表征信号RSSI的第一数据。在其他实施例中，第二蓝牙模块也可以从第一蓝牙模块发送的其他RF信号中获取表征RSSI的第一数据。
步骤3：第二蓝牙模块分别获取各个轮胎中第一蓝牙模块相对于所述第二蓝牙模块的到达角(AOA)。
具体地，步骤3还包括：
第一蓝牙模块依次接收指令以开启发送第二射频(RF)信号，其中所述第二RF信号中包括用于计算AOA的字段；第二蓝牙模块交替地使用两根天线接收所述第二RF信号，对所述第二RF信号中用于计算AOA的字段进行I/Q采样以获取I/Q数据；以及根据所述I/Q数据计算所述第一蓝牙模块相对于所述第二蓝牙模块的AOA。
应理解，在此过程中，蓝牙主机中的处理单元可以根据第二蓝牙模块接收第二RF信号获取I/Q数据，并对I/Q数据进行滤波处理，滤除异常值。同时，采用多次重复计算AOA，并通过均值处理获取较为稳定的结果，以确保AOA计算的准确性。
在本实施例中，处理单元将计算出的第二RF信号到达两根天线的相位差作为观测量、将AOA作为状态量来构建Kalman滤波器的状态方程和观测方程，并线性化观测方程，以获取更加精确的AOA。
步骤4：根据所述第一数据和所述AOA实现各个轮胎的定位。具体地，将AOA和第一数据作为输入参数，处理单元通过执行相应的定位程序确定相应的第一蓝牙模块的方位。其中，根据表征第一RF信号的RSSI的第一数据完成前后轮胎的定位，以及根据各个第一蓝牙模块相对于第二蓝牙模块的AOA完成左右轮胎的定位。
应理解，获取表征第一RF信号的RSSI的第一数据和AOA的顺序不受限制，并且，是先进行左右轮胎的定位还是前后轮胎的定位也没有顺序限制。第二蓝牙模块可以接收并解析第一蓝牙模块发送的任意RF信号来获取表征RSSI的第一数据，而AOA的计算是需要由蓝牙主机发起命令才会根据第一蓝牙模块发送的第二RF信号计算得到。因此，当未开始I/Q采样前，第二蓝牙模块可以先获取表征RSSI的第一数据，此时处理单元便会开始执行前后轮胎定位的程序。当第一蓝牙模块发送第一RF信号时，处理单元才会开始进行左右轮胎的判断。若一开始便发送第二RF信号，则蓝牙主机中的处理单元也可以先根据获取的I/Q数据计算AOA，从而进行左右轮胎的判断，再根据获取的表征第一RF信号的第一数据进行前后轮胎的判断。
至此，各个轮胎已经实现了准确定位。随后蓝牙主机通过广播方式命令所有第一蓝牙模块停止发送第二RF信号，并停止进行I/Q数据采集。也即，当各个轮胎的定位完成后，I/Q采样流程无需再发起。
此后，各个第一蓝牙模块将各传感器采集到的温度、压力等实时数据通过广播发送给蓝牙主机。在广播模式下，各个第一蓝牙模块均可以随时向第二蓝牙模块发送对应轮胎的温度、压力等数据，从而蓝牙主机可以判断出哪个轮胎的信息异常，从而及时处理。
综上所述，本发明实施例通过利用胎压监测模块中第一蓝牙模块发送的第一射频(RF)信号的信号强度指示(RSSI)的大小实现轮胎的前后定位，并利用胎压监测模块中第一蓝牙模块相对于多天线蓝牙主机的到达角(AOA)的大小关系实现轮胎的左右定位，从而实现高精度的车辆轮胎自动定位，且每个胎压监测模块可以安装在任意一个轮胎上，无需加以任何区分从而减少了安装成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (23)

1.一种用于车辆的轮胎定位方法，其特征在于，包括：
通过广播模式将所述车辆中蓝牙主机的第二蓝牙模块与各个轮胎中的第一蓝牙模块进行匹配；
分别获取表征所述第一蓝牙模块发送的第一射频(RF)信号的信号强度指示(RSSI)的第一数据；
分别获取所述第一蓝牙模块相对于所述第二蓝牙模块的到达角(AOA)；
根据所述第一蓝牙模块相对于所述第二蓝牙模块的所述AOA的大小关系来判断所述轮胎的左右位置；以及比较左侧或右侧轮胎组中两个轮胎的第一蓝牙模块发送的表征所述第一射频信号的信号强度指示的第一数据的相对大小关系来判断所述轮胎的前后位置；
其中分别获取所述第一蓝牙模块相对于所述第二蓝牙模块的到达角(AOA)包括以下步骤：
所述第一蓝牙模块接收指令以开启发送第二RF信号，其中所述第二RF信号中包括用于计算AOA的字段；
交替地使用所述第二蓝牙模块的两根天线接收所述第二RF信号；
对所述第二RF信号中用于计算AOA的字段进行采样以获取I/Q数据；以及
根据所述I/Q数据计算所述第一蓝牙模块相对于所述第二蓝牙模块的AOA；
将所述第二蓝牙模块发送的第二RF信号到达所述第一蓝牙模块的两根天线的相位差作为观测量、将所述AOA作为状态量来构建Kalman滤波器的状态方程和观测方程，以获取精确的AOA。
2.根据权利要求1所述的轮胎定位方法，其特征在于，当所述第二蓝牙模块的两根天线形成的直线与车身纵向垂直时，当所述AOA的绝对值小于90度时，判断对应的轮胎属于右侧轮胎组；当所述AOA的绝对值大于90度时，判断对应的轮胎属于左侧轮胎组。
3.根据权利要求1所述的轮胎定位方法，其特征在于，当所述第二蓝牙模块的两根天线形成的直线与车身纵向平行时，当所述AOA为负值时，判断对应的轮胎属于左侧轮胎组；当所述AOA为正值时，判断对应的轮胎属于右侧轮胎组。
4.根据权利要求2或3所述的轮胎定位方法，其特征在于，相比于后侧轮胎组，所述第二蓝牙模块被放置于更靠近前侧轮胎组的位置时，所述右侧轮胎组或左侧轮胎组对应的两个第一数据中，较大的第一数据对应的轮胎为前侧轮胎，较小的第一数据对应的轮胎为后侧轮胎。
5.根据权利要求2或3所述的轮胎定位方法，其特征在于，相比于前侧轮胎组，所述第二蓝牙模块被放置于更靠近后侧轮胎组的位置时，所述右侧轮胎组或左侧轮胎组分别对应的两个第一数据中，较大的第一数据对应的轮胎为后侧轮胎，较小的第一数据对应的轮胎为前侧轮胎。
6.根据权利要求1所述的轮胎定位方法，其特征在于，还包括：
对与各个轮胎相对应的第一数据进行排序；
分别确定较大的两个所述第一数据和较小的两个所述第一数据对应的轮胎，以确定其属于前侧轮胎组还是后侧轮胎组；以及
比较所述前侧或后侧轮胎组中第一蓝牙模块相对于所述第二蓝牙模块的所述AOA的大小关系来判断所述轮胎的左右位置。
7.根据权利要求6所述的轮胎定位方法，其特征在于，当相比于后侧轮胎组，所述第二蓝牙模块被放置于更靠近前侧轮胎组的位置时，所述较大的两个所述第一数据对应的两个轮胎属于所述前侧轮胎组，所述较小的两个所述第一数据对应的两个轮胎属于所述后侧轮胎组。
8.根据权利要求6所述的轮胎定位方法，其特征在于，当相比于前侧轮胎组，所述第二蓝牙模块被放置于更靠近后侧轮胎组的位置时，所述较大的两个所述第一数据对应的两个轮胎属于所述后侧轮胎组，所述较小的两个所述第一数据对应的两个轮胎属于所述前侧轮胎组。
9.根据权利要求7或8所述的轮胎定位方法，其特征在于，当所述第二蓝牙模块的两根天线形成的直线与车身纵向垂直时，在所述前侧或后侧轮胎组分别对应的两个AOA中，与绝对值较大的AOA对应的轮胎为左侧轮胎，与绝对值较小的AOA对应的轮胎为右侧轮胎。
10.根据权利要求7或8所述的轮胎定位方法，其特征在于，当所述第二蓝牙模块的两根天线形成的直线与车身纵向平行时，在所述前侧或后侧轮胎组分别对应的两个AOA中，正值的AOA对应的轮胎为右侧轮胎，负值的AOA对应的轮胎为左侧轮胎。
11.一种用于实现权利要求1～10任一项所述的轮胎定位方法的车辆胎压监测模块，其中所述胎压监测模块安装于所述车辆的每个轮胎中，其特征在于，包括：
第一蓝牙模块，被配置为与所述车辆中蓝牙主机的第二蓝牙模块进行通信，其中根据所述第一蓝牙模块相对于所述第二蓝牙模块的到达角(AOA)和所述第一蓝牙模块发送的第一射频(RF)信号的信号强度指示(RSSI)实现所述车辆中轮胎的定位，其中所述第一蓝牙模块具有至少一根天线且支持蓝牙5.1以上协议。
12.根据权利要求11所述的胎压监测模块，其特征在于，根据各个所述第一蓝牙模块发送的所述第一RF信号的RSSI的相对大小，判断相应轮胎的前后位置。
13.根据权利要求11所述的胎压监测模块，其特征在于，根据所述第一蓝牙模块相对于所述第二蓝牙模块的AOA，判断相应轮胎的左右位置。
14.根据权利要求11所述的胎压监测模块，其特征在于，所述第一蓝牙模块被配置为发送第二RF信号，其中所述第二RF信号中包括用于计算所述AOA的字段。
15.根据权利要求11所述的胎压监测模块，还包括：
多个传感器，被配置为获取所述轮胎内的参数信息，并将其传递给所述第一蓝牙模块，从而监测所述轮胎的状态；以及
信号处理模块，被配置为将所述多个传感器获取的参数信息进行处理后传递给所述第一蓝牙模块。
16.一种用于车辆的轮胎定位系统，其特征在于，包括：
多个胎压监测模块，分别安装于所述车辆的轮胎上，包括：第一蓝牙模块，用于发送射频(RF)信号；以及
蓝牙主机，包括：第二蓝牙模块，被配置为与各个所述第一蓝牙模块通信，其中所述第二蓝牙模块具有至少两根天线且所述第一和第二蓝牙模块均支持蓝牙5.1以上协议；以及处理单元，用于根据所述第一蓝牙模块发送的表征第一RF信号的信号强度指示(RSSI)的第一数据和所述第一蓝牙模块相对于所述第二蓝牙模块的到达角(AOA)来实现所述车辆中轮胎的定位，
其中，所述第二蓝牙模块被配置为在I/Q采样模式下交替地使用两根天线接收所述第一蓝牙模块发送的第二RF信号，其中所述第二RF信号中包括用于计算所述AOA的字段；所述处理单元被配置为根据所述第二RF信号到达所述两根天线的相位差获取所述第一蓝牙模块相对于所述第二蓝牙模块的AOA；所述处理单元还被配置为通过将所述相位差作为观测量、将所述AOA作为状态量来构建Kalman滤波器的状态方程和观测方程，并对所述观测方程进行线性化，以获取精确的AOA。
17.根据权利要求16所述的轮胎定位系统，其特征在于，所述蓝牙主机被安装于所述车辆的中控台处。
18.根据权利要求16所述的轮胎定位系统，其特征在于，所述第二蓝牙模块被配置为接收并解析所述第一蓝牙模块发送的所述第一RF信号，以获取表征所述第一RF信号的RSSI的第一数据。
19.根据权利要求18所述的轮胎定位系统，其特征在于，所述处理单元被配置为根据所述第一数据的相对大小，判断相应轮胎的前后位置。
20.根据权利要求16所述的轮胎定位系统，其特征在于，所述处理单元被配置为：
根据各个轮胎中所述第一蓝牙模块相对于所述第二蓝牙模块的所述AOA的大小关系来判断所述轮胎的左右位置；以及
比较左侧或右侧轮胎组中两个轮胎的第一蓝牙模块发送的表征所述第一RF信号的RSSI的第一数据相对大小来判断所述轮胎的前后位置。
21.根据权利要求20所述的轮胎定位系统，其特征在于，当所述AOA的绝对值小于90度时，判断对应的轮胎属于右侧轮胎组；当所述AOA的绝对值大于90度时，判断对应的轮胎属于左侧轮胎组；并且，所述右侧轮胎组或左侧轮胎组中较大的第一数据对应的轮胎为前侧轮胎，较小的第一数据对应的轮胎为后侧轮胎。
22.根据权利要求16所述的轮胎定位系统，其特征在于，所述处理单元被配置为：
根据表征各个所述第一蓝牙模块发送的第一RF信号的RSSI的多个第一数据的大小关系来判断所述轮胎的前后位置；以及
比较所述前侧或后侧轮胎组中第一蓝牙模块相对于所述第二蓝牙模块的所述AOA的相对大小关系来判断所述轮胎的左右位置。
23.根据权利要求22所述的轮胎定位系统，其特征在于，在所述多个第一数据中，确定较大的两个所述第一数据对应的两个轮胎属于前侧轮胎组，较小的两个所述第一数据对应的两个轮胎属于后侧轮胎组；以及在所述前侧或后侧轮胎组中，与绝对值较大的AOA对应的轮胎为左侧轮胎，与绝对值较小的AOA对应的轮胎为右侧轮胎。
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