CN113911052B - 一种轮胎内金属异物的检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种轮胎内金属异物的检测方法及系统，检测方法包括：在预设时间内采集车载天线的射频信号，射频信号是轮胎内的金属异物对大地周期性放电形成的电磁波产生的；依据预设时间内射频信号的数量以及首尾两次射频信号之间的时间差计算轮胎的第一速度；若第一速度大于0，则向车辆的中央显示单元发送报警信息。本申请通过金属异物对大地放电产生的电磁场的检测及时发现轮胎内嵌入的金属异物，避免轮胎磨损。
Description
技术领域
本申请涉及车辆技术领域，更具体地，涉及一种轮胎内金属异物的检测方法及系统。
背景技术
目前车辆配置的轮胎为橡胶轮胎，车辆行驶环境复杂，轮胎极易嵌入铁钉或铁质颗粒等金属异物，加速轮胎的磨损，高速行驶条件下，极大地增加了爆胎失控的风险，不可避免地影响人们的生命财产安全。
一部分人在行车前，会提前检查轮胎是否有异物，这可以在一定程度上避免危险的发生。但在连续行车过程中嵌入的金属异物无法被及时发现。
目前部分车辆配置了胎压监测系统，胎压监测系统主要由两部分组成：安装在汽车轮胎上的远程压力监测模块和安装在汽车驾驶台上的中央监视器。远程压力监测模块在汽车行驶时对轮胎的内部温度、震动及压力进行实时自动监测。若出现气压过低、气压过高及快速漏气等异常状态，远程压力监测模块通过无线信号及时发送给中央监视器，由中央监视器显示测试结果，并给出报警信息。
但是，在金属异物刚嵌入轮胎时，轮胎压力没有变化，连续行驶一段时间后轮胎压力等参数才会发生变化，此时胎压监测系统才可能发挥作用，但这段时间内轮胎受到了磨损。因此，现有的胎压监测系统无法及时发现轮胎内嵌入的金属异物，给车主造成了一定的损失。
发明内容
本申请提供一种轮胎内金属异物的检测方法及系统，通过金属异物对大地放电产生的电磁场的检测及时发现轮胎内嵌入的金属异物，避免轮胎磨损。
本申请提供了一种轮胎内金属异物的检测方法，包括：
在预设时间内采集车载天线的射频信号，射频信号是轮胎内的金属异物对大地周期性放电形成的电磁波产生的；
依据预设时间内射频信号的数量以及首尾两次射频信号之间的时间差计算轮胎的第一速度；
若第一速度大于0，则向车辆的中央显示单元发送报警信息。
优选地，向车辆的中央显示单元发送报警信息之前还包括：
读取轮速传感器的第二速度；
计算第二速度与第一速度的差值；
若差值在阈值范围内，则向车辆的中央显示单元发送报警信息。
优选地，在预设时间内采集车载天线的射频信号，具体包括：
控制电子开关以预设频率通断，电子开关与车载天线电路连接；
在电子开关打开的时间段内采集车载天线的射频信号。
本申请还提供一种轮胎内金属异物的检测系统，包括车载天线、射频信号处理模块以及车辆的中央显示单元；
射频信号处理模块包括射频信号处理单元和控制单元；
射频信号处理单元用于从车载天线采集射频信号并对射频信号进行处理，并将处理后的射频信号发送给控制单元；
控制单元包括统计模块、速度计算模块、判断模块以及报警模块；统计模块用于统计预设时间内射频信号的数量以及首尾两次射频信号之间的时间差，速度计算模块用于计算轮胎的第一速度，判断模块用于判断第一速度是否大于0，报警模块用于在第一速度大于0时向中央显示单元发送报警信息；
中央显示单元用于接收报警信息并显示。
优选地，控制单元还包括速度读取模块、差值计算模块；
速度读取模块用于读取轮速传感器的第二速度；
差值计算模块用于计算第二速度与第一速度的差值；
判断模块还用于判断差值是否在阈值范围内；
报警模块还用于在差值在阈值范围内时向中央显示单元发送报警信息。
优选地，射频信号处理单元包括电子开关和信号接收模块；
信号接收模块与车载天线电路连接，用于接收车载天线的射频信号；
电子开关与信号接收模块电路连接，电子开关与控制单元信号连接，电子开关接收控制单元的控制信号。
优选地，射频信号处理单元还包括第一隔直电容和依次连接的第二隔直电容、混频模块、中频滤波器、中频放大器以及AD转换器；
信号接收模块与第一隔直电容的第一端连接，电子开关的两端分别连接第一隔直电容的第二端和第二隔直电容的第一端；混频模块的第一输入端与第二隔直电容的第二端连接，混频模块的第二输入端与信号振荡器连接。
优选地，信号接收模块与第一隔直电容之间设有低通滤波器。
优选地，低通滤波器的上限频率为40MHz。
优选地，报警模块通过整车CAN网络与中央显示单元信号连接。
通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。
图1为本申请提供的轮胎内金属异物的检测系统的结构图；
图2为本申请提供的射频信号处理单元的结构图；
图3为本申请提供的控制单元的结构图；
图4为本申请提供的轮胎内金属异物的检测方法的流程图.
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
本申请提供一种轮胎内金属异物的检测方法及系统，通过金属异物对大地放电产生的电磁场的检测及时发现轮胎内嵌入的金属异物，避免轮胎进一步被磨损。
轮胎的大部分材料是橡胶，其与地面的接触部分存在较大的绝缘电阻，因而车辆运动过程中，轮胎积累的静电的释放速度较慢。但是，在轮胎内嵌入金属异物的情况下，金属异物(即嵌入位置)与地面接触时，轮胎的绝缘电阻变小，会发生较快的静电放电。当该金属异物(即嵌入位置)快速与地面分离后，轮胎的绝缘电阻再次变大，周而复始。
放电速度的变化，表现为电流随时间的变化，在嵌入位置与地面自接触至分离的瞬间或自分离至接触的瞬间，变化的电流会在周围空间形成电磁场。金属异物嵌入轮胎后，其嵌入位置相对固定，在车速稳定的情况下，嵌入位置的放电周期固定，因此电磁场表现出周期性波动。
如图1所示，本申请提供的轮胎内金属异物的检测系统包括车载天线110、射频信号处理模块120以及车辆的中央显示单元130。
车载天线110为工作频率为30MHz附近的微带天线，其用于接收空间中由轮胎放电引起的电磁场的强度，并将电磁场的强度信号转换为射频信号，并传输给射频信号处理模块120。
射频信号处理模块120包括射频信号处理单元和控制单元。射频信号处理单元120用于从车载天线110采集射频信号并对射频信号进行处理，获得数字信号，并将数字信号发送给控制单元。
具体地，作为一个实施例，如图2所示，射频信号处理单元包括依次连接的信号接收模块210、第一隔直电容230、电子开关240、第二隔直电容250、混频模块260、中频滤波器270、中频放大器280以及AD转换器290。
信号接收模块210与车载天线110电路连接，用于接收车载天线的射频信号。
第一隔直电容230的第一端与信号接收模块210连接，第二端与电子开关连接。第一隔直电容230用于隔离直流与车载电线的连接，保护车载天线。
电子开关240与控制单元信号连接，电子开关240接收控制单元的控制信号，实现接通和中断。电子开关240的两端分别连接第一隔直电容230和第二隔直电容250，在电子开关240闭合的情况下将来自第一隔直电容230的射频信号经第二隔直电容250传输至混频模块260。
第二隔直电容250用于隔离直流与混频模块的连接，保护混频模块。
混频模块260的第一输入端与第二隔直电容250连接，混频模块260的第二输入端与信号振荡器2100连接。混频模块260将第二隔直电容250输出的射频信号与信号振荡器2100输出的振荡信号混频，产生500kHz的混频信号。作为一个实施例，信号振荡器2100生成30.5MHz的振荡信号。
中频滤波器270和中频放大器280分别对混频模块260输出的混频信号进行中频滤波和放大，形成放大信号。
作为一个实施例，中频滤波器270和中频放大器280的工作频率均为500KHZ。
AD转换器290用于将放大信号转换为数字信号并传输至控制单元。
优选地，射频信号处理单元还包括低通滤波器220，低通滤波器220设置在信号接收模块210与第一隔直电容230之间，用于滤除更高频率的信号。作为一个实施例，低通滤波器220的上限频率为40MHz。
作为一个实施例，如图3所示，控制单元包括统计模块310、速度计算模块320、判断模块330以及报警模块360。
统计模块310用于从射频处理单元接收数字信号并依据接收到的数字信号统计预设时间内射频信号的数量N以及首尾两次射频信号之间的时间差T。
速度计算模块320用于计算轮胎的第一速度。
具体地，第一速度的计算公式如下：
V＝2πR(N-1)/T
其中，R为轮胎的半径，V为第一速度。
判断模块330用于判断第一速度是否大于0。
报警模块360用于在第一速度大于0时向中央显示单元发送报警信息130。
优选地，控制单元还包括速度读取模块340和差值计算模块350。
速度读取模块340用于读取轮速传感器的第二速度V0。
差值计算模块350用于计算第二速度V0与第一速度V的差值D。
判断模块330还用于判断差值D是否在阈值范围内。
报警模块360还用于在差值D在阈值范围内时向中央显示单元130发送报警信息。
中央显示单元130用于接收报警信息并显示。
作为一个实施例，如图1所示，射频信号处理模块120(具体为报警模块360)通过整车CAN网络与中央显示单元信号130连接。
基于上述检测系统，本申请提供了一种轮胎内金属异物的检测方法，该检测方法适用于射频信号处理模块，如图4所示，检测方法包括如下步骤：
S410：在预设时间内采集车载天线的射频信号，射频信号是轮胎内的金属异物对大地周期性放电形成的电磁波产生的。
作为一个实施例，在预设时间内采集车载天线的射频信号，具体包括：
S4101：控制电子开关以预设频率通断。
具体地，控制单元以预设频率向电子开关输出触发信号，控制电子开关频繁通断。
作为一个实施例，触发信号的周期间隔为1ms，每个工作周期的输出持续时间为0.5ms。
S4102：在电子开关打开的时间段内采集车载天线的射频信号。电子开关闭合，车载天线将轮胎对地放电产生的电磁场转换为射频信号并输出给射频信号处理单元的信号接收模块。
S420：依据预设时间内射频信号的数量N以及首尾两次射频信号之间的时间差T计算轮胎的第一速度V。
如上，射频信号处理单元将车载天线的每个射频信号转化为数字信号，控制单元在预设时间内统计接收到的数字信号的数量，作为射频信号的数量N，将首尾两次数字信号之间的时间差作为首尾两次射频信号之间的时间差T。
第一速度的计算公式如下：
V＝2πR(N-1)/T
其中，R为轮胎的半径，V为第一速度。
S430：判断第一速度是否大于0。若是，说明轮胎内嵌入了金属异物，则执行S470。否则，说明轮胎内不存在金属异物，则返回S410。
S470：向车辆的中央显示单元发送报警信息。
具体地，射频信号处理模块通过CAN收发器将报警信息上传至CAN总线。
中央显示单元接收到CAN总线上的报警信息后，输出并显示报警信息。
优选地，向车辆的中央显示单元发送报警信息(S470)之前还包括：
S440：读取轮速传感器的第二速度V0。
具体地，射频信号处理模块的CAN收发器读取CAN总线上的车速信号，该车速信号是轮速传感器上传至CAN总线上的车速，将该车速作为第二速度V0。
S450：计算第二速度V0与第一速度V的差值D。
S460：判断差值D是否在阈值范围(例如±3km)内。若是，说明通过上述获得的第一速度与轮速传感器获得的轮胎速度在误差范围内，两种方法获得轮胎速度几乎一致，确认轮胎内嵌入了金属异物，则执行S470；否则，说明存在其他故障使得轮胎的静电放电速度大大提高，则返回S410。
本申请在第一时间检测到轮胎嵌入金属异物并报警，时间效率比胎压监测系统更高，避免轮胎受更大程度的损伤，并且提升了行车安全逻辑的充分性。
虽然已经通过例子对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。
Claims (8)
1.一种轮胎内金属异物的检测方法，其特征在于，包括：
在预设时间内采集车载天线的射频信号，所述射频信号是轮胎内的金属异物对大地周期性放电形成的电磁波产生的；
依据所述预设时间内所述射频信号的数量以及首尾两次射频信号之间的时间差计算轮胎的第一速度；
若所述第一速度大于0，则向车辆的中央显示单元发送报警信息；
其中，向车辆的中央显示单元发送报警信息之前还包括：
读取轮速传感器的第二速度；
计算所述第二速度与第一速度的差值；
若所述差值在阈值范围内，则向车辆的中央显示单元发送报警信息；
其中，所述第一速度的计算公式如下：
；
其中，为轮胎的半径，/>为第一速度，/>为预设时间内射频信号的数量，/>为首尾两次射频信号之间的时间差。
2.根据权利要求1所述的轮胎内金属异物的检测方法，其特征在于，在预设时间内采集车载天线的射频信号，具体包括：
控制电子开关以预设频率通断，所述电子开关与所述车载天线电路连接；
在所述电子开关打开的时间段内采集所述车载天线的射频信号。
3.一种轮胎内金属异物的检测系统，其特征在于，包括车载天线、射频信号处理模块以及车辆的中央显示单元；
所述射频信号处理模块包括射频信号处理单元和控制单元；
所述射频信号处理单元用于从车载天线采集射频信号并对射频信号进行处理，并将处理后的射频信号发送给所述控制单元；
所述控制单元包括统计模块、速度计算模块、判断模块以及报警模块；所述统计模块用于统计预设时间内射频信号的数量以及首尾两次射频信号之间的时间差，所述速度计算模块用于计算轮胎的第一速度，所述判断模块用于判断所述第一速度是否大于0，所述报警模块用于在所述第一速度大于0时向所述中央显示单元发送报警信息；
所述中央显示单元用于接收所述报警信息并显示；
其中，所述控制单元还包括速度读取模块、差值计算模块；
所述速度读取模块用于读取轮速传感器的第二速度；
所述差值计算模块用于计算所述第二速度与第一速度的差值；
所述判断模块还用于判断所述差值是否在阈值范围内；
所述报警模块还用于在所述差值在所述阈值范围内时向所述中央显示单元发送报警信息；
其中，所述第一速度的计算公式如下：
；
其中，为轮胎的半径，/>为第一速度，/>为预设时间内射频信号的数量，/>为首尾两次射频信号之间的时间差。
4.根据权利要求3所述的轮胎内金属异物的检测系统，其特征在于，所述射频信号处理单元包括电子开关和信号接收模块；
所述信号接收模块与所述车载天线电路连接，用于接收所述车载天线的射频信号；
所述电子开关与所述信号接收模块电路连接，所述电子开关与所述控制单元信号连接，所述电子开关接收所述控制单元的控制信号。
5.根据权利要求4所述的轮胎内金属异物的检测系统，其特征在于，所述射频信号处理单元还包括第一隔直电容和依次连接的第二隔直电容、混频模块、中频滤波器、中频放大器以及AD转换器；
所述信号接收模块与所述第一隔直电容的第一端连接，所述电子开关的两端分别连接所述第一隔直电容的第二端和所述第二隔直电容的第一端；所述混频模块的第一输入端与所述第二隔直电容的第二端连接，所述混频模块的第二输入端与信号振荡器连接。
6.根据权利要求5所述的轮胎内金属异物的检测系统，其特征在于，所述信号接收模块与所述第一隔直电容之间设有低通滤波器。
7.根据权利要求6所述的轮胎内金属异物的检测系统，其特征在于，所述低通滤波器的上限频率为40MHz。
8.根据权利要求4所述的轮胎内金属异物的检测系统，其特征在于，所述报警模块通过整车CAN网络与所述中央显示单元信号连接。
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