CN114454671B - 一种基于轮胎压力监测触发的轮胎自密封应急系统 - Google Patents

一种基于轮胎压力监测触发的轮胎自密封应急系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于轮胎压力监测触发的轮胎自密封应急系统，包括以下模块组成：胎压监测模块，用于实时监测轮胎胎压值；温度监测模块，用于实时监测轮胎内温度值；信号收发模块，用于实现监测信息的无线传输；主控显示模块，用于显示反馈的监测信息及进行指令输入；处理中心模块，用于对监测信息进行处理并获取预测数据；监控预警模块，用于监控胎压值与温度值并在超过阈值后进行预警；自密封应急模块，用于在紧急情况下实现轮胎的自密封应急功能保证行车安全。通过配备内置直接式胎压监测系统，能够对汽车轮胎胎压值及温度值进行实时精确的测量采集，配合监控预警功能，保证轮胎健康状态的实时监控预警，从而大大提高轮胎安全性。

Description

一种基于轮胎压力监测触发的轮胎自密封应急系统
技术领域
本发明涉及汽车轮胎安全技术领域，具体来说，涉及一种基于轮胎压力监测触发的轮胎自密封应急系统。
背景技术
在每年发生的交通事故中，有些是轮胎发生故障引起的。常见的轮胎故障主要有轮胎漏气或爆胎、气门芯漏气、轮胎温度过高、轮胎花纹中夹有石子以及轮胎螺母松脱等，这些轮胎故障会直接或间接地影响到轮胎的压力，因此，监测轮胎内部的压力，可以预防和及时发现轮胎故障。
胎压监测系统主要分为两种类型，一种是通过检测车轮速度来间接获取轮胎压力的间接式胎压监测系统(WSBSTPMS)；另一种是采用压力感应器直接获取轮胎压力的直接式胎压监测系统(PSBTPMS)。其中，直接式胎压监测系统在功能和性能上均占优势，直接式胎压监测系统包括胎压监测装置和接收设备，其利用安装在每一个轮胎里的胎压监测装置来直接测量轮胎的气压，胎压监测装置利用无线发射器将压力信息从轮胎内部发送到汽车的接收设备上，该接收设备对各轮胎气压数据进行实时显示，当轮胎气压太低或漏气时，接收设备会自动报警，起到实时监控和预警的目的。
但现有的胎压监测系统，虽然能对胎压进行实时监控和预警，但却没有后续的应急功能，在汽车长途或高速行驶过程中，轮胎发生泄压、高温及爆胎等突发情况时的，没有办法进行自应急补救功能，需要人工及时进行补胎修复，因此，现有的胎压监测系统的功能还不够完善。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种基于轮胎压力监测触发的轮胎自密封应急系统，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
为此，本发明采用的具体技术方案如下：
一种基于轮胎压力监测触发的轮胎自密封应急系统，包括以下模块组成：
胎压监测模块，用于实时监测轮胎胎压值；
温度监测模块，用于实时监测轮胎内温度值；
信号收发模块，用于实现监测信息的无线传输；
主控显示模块，用于显示反馈的监测信息及进行指令输入；
处理中心模块，用于对监测信息进行处理并获取预测数据；
监控预警模块，用于监控胎压值与温度值并在超过阈值后进行预警；
自密封应急模块，用于在紧急情况下实现轮胎的自密封应急功能保证行车安全。
进一步的，所述胎压监测模块包括设置在轮胎内部且具有识别编码的胎压传感器与胎压数据收发单元，所述温度监测模块包括设置在轮胎内部的温度传感器与温度数据收发单元。
进一步的，所述处理中心模块包括胎压处理预测单元、温度处理预测单元及胎压变化率处理单元；
其中，所述胎压处理预测单元用于对实时获取的胎压值进行处理与构建胎压预测模型，实现胎内胎压值预测，所述温度处理预测单元用于对实时获取的温度值进行处理并构建温度预测模型，实现胎内温度预测，所述胎压变化率处理单元用于计算胎压值的变化率以检测胎压是否存在异常变化。
进一步的，所述胎压处理预测单元用于对实时获取的胎压值进行处理与构建胎压预测模型，实现胎内胎压值预测，包括以下步骤：
通过所述胎压监测模块获取实时胎压值作为样本数据，并对样本数据进行预处理；
对预处理后的样本数据进行聚类、归一化处理，得到新的样本数据；
对新的样本数据进行平稳性检验，并将不平稳的样本数据进行平稳化转换；
对平稳化后的样本数据进行计算定阶，构建相应的差分整合移动平均自回归(ARIMA)预测模型，并检验模型合理性及拟合模型合理性；
对构建的所述差分整合移动平均自回归(ARIMA)预测模型进行分析预测，获取胎压值预测结果。
进一步的，所述构建相应的差分整合移动平均自回归(ARIMA)预测模型还包括以下步骤：
计算序列自相关函数(ACF)和偏相关函数(PACF)；
若平稳序列的偏相关函数是截尾的，而自相关函数是拖尾的，则判定序列适合自回归(AR)模型；
若平稳序列的偏相关函数是拖尾的，而自相关函数是截尾的，则判定序列适合移动平均(MA)模型；
若平稳序列的偏相关函数和自相关函数均是拖尾的，则判定序列适合(ARMA)自回归移动平均模型；
其中，自相关函数公式为：
pk＝a1pk-1+a2pk-2+...appk-p；
ap表示模型的自回归系数，p表示阶数，k表示自然数。
进一步的，所述温度处理预测单元用于对实时获取的温度值进行处理并构建温度预测模型，实现胎内温度预测，包括以下步骤：
所述温度监测模块以预设的温度采集周期获取轮胎内的温度，获取温度时间序列数据；
对所述温度时间序列数据进行分割，并从分割后的温度时间序列数据中选取部分数据作为训练集进行建模，剩余数据作为测试集用于检验模型；
对所述训练集进行多项式平滑处理，使用滑动时间窗口从平滑处理后的所述训练集中提取数据构建第一数据集；
使用滑动时间窗口从所述测试集中提取数据构第二数据集；
根据所述第一数据集构建胎内温度变化预测模型；
利用所述第二数据集对所述胎内温度变化预测模型进行拟合度检验；
将实时温度值输入至胎内温度变化预测模型获取温度预测结果。
进一步的，所述胎内温度变化预测模型的计算公式为：
Ti＝x+yT0+zT0D0Di；
其中，Ti表示预测的ti时刻的温度，T0表示初始时刻的温度，x、y及z均为待定系数且其利用所述第一数据集与统计产品与服务解决方案软件进行非线性拟合功能计算得到，
Figure GDA0003946438100000041
进一步的，所述胎压变化率处理单元用于计算胎压值的变化率以检测胎压是否存在异常变化，包括以下步骤：
数据初始化，初始累计时间、监测周期及监测周期对应的胎压值归零，且胎压变化率为零；
根据安全标准规范获取及定义监测周期序列和对应的胎压变化率阈值，并设定基本的监测周期；
获取当前所述胎压监测模块采集的胎压值；
将所述胎压值基于先进先出原则保存到监测周期序列对应的实际胎压数组中；
依次按照监测周期序列进行实测变化率的判断及计算，并将实测胎压变化率与预设胎压变化率阈值进行对比；
若实测胎压变化率小于胎压变化率阈值，则进行下一个监测周期的判断与计算；
若实测胎压变化率大于或等于胎压变化率阈值，则下达指令至所述自密封应急模块。
进一步的，所述监控预警模块包括监控单元及报警单元，实现胎压值监控报警功能、温度值监控报警功能及胎压变化率监控报警功能，同时定义胎压值、温度值及胎压变化率的安全范围；
所述胎压值监控报警功能通过所述监控单元实时监控胎压值及胎压值预测结果，并在发现胎压值预测结果离开安全胎压范围后发送信号至所述报警单元进行一级警报，在发现实时胎压值离开安全胎压范围后发生二级警报；
所述温度值监控功能通过所述监控单元实时监控温度值及温度预测结果，并在发现温度预测值离开安全温度范围后发送信号至所述报警单元进行一级警报，在发现实时温度值离开安全范围后发送信号至所述报警单元进行二级警报；
所述胎压变化率监控报警功能通过所述监控单元实时监控胎压变化率，并在发现胎压变化率大于后发送信号至所述报警单元进行二级警报。
进一步的，所述自密封应急模块包括设置在轮胎内部的应急内胎、触发机构及自充气机构，并设定极限阈值；
所述紧急情况包括胎压值大于或小于胎压极限阈值、温度值大于或小于温度安全阈值及胎压变化率大于极限阈值。
本发明的有益效果为：通过配备内置直接式胎压监测系统，能够对汽车轮胎胎压值及温度值进行实时精确的测量采集，在通过无线输送至显示设备上进行实时显示，配合监控预警功能，保证轮胎健康状态的实时监控预警，从而大大提高轮胎及行车的安全性；通过在获取胎压值及温度值后，基于采集样本数据分别构建相应的预测模型，能够结合实时胎压值及温度值的数据进行精确预测，输出预测结果从而进行提前预警提醒，大大降低事故及突发情况的发生概率，进一步保证行车及轮胎安全健康；此外，通过引入胎压变化率计算，能够对爆胎等紧急情况发生后进行及时精确的监控预警，配合自密封应急模块，大大降低轮胎报废的发生概率，通过轮胎内的应急内胎保证行车的安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的一种基于轮胎压力监测触发的轮胎自密封应急系统的结构框图。
图中：
1、胎压监测模块；2、温度监测模块；3、信号收发模块；4、主控显示模块；5、处理中心模块；6、监控预警模块；7、自密封应急模块。
具体实施方式
根据本发明的实施例，提供了一种基于轮胎压力监测触发的轮胎自密封应急系统。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1所示，根据本发明实施例的基于轮胎压力监测触发的轮胎自密封应急系统，包括以下模块组成：
胎压监测模块1，用于实时监测轮胎胎压值；
所述胎压监测模块1包括设置在轮胎内部且具有识别编码的胎压传感器与胎压数据收发单元。
温度监测模块2，用于实时监测轮胎内温度值；
所述温度监测模块2包括设置在轮胎内部的温度传感器与温度数据收发单元。
信号收发模块3，用于实现监测信息的无线传输；
主控显示模块4，用于显示反馈的监测信息及进行指令输入；
处理中心模块5，用于对监测信息进行处理并获取预测数据；
所述处理中心模块5包括胎压处理预测单元、温度处理预测单元及胎压变化率处理单元；
其中，所述胎压处理预测单元用于对实时获取的胎压值进行处理与构建胎压预测模型，实现胎内胎压值预测，所述温度处理预测单元用于对实时获取的温度值进行处理并构建温度预测模型，实现胎内温度预测，所述胎压变化率处理单元用于计算胎压值的变化率以检测胎压是否存在异常变化。
一、胎压处理预测单元：所述胎压处理预测单元用于对实时获取的胎压值进行处理与构建胎压预测模型，实现胎内胎压值预测，包括以下步骤：
通过所述胎压监测模块1获取实时胎压值作为样本数据，并对样本数据进行预处理；
对预处理后的样本数据进行聚类、归一化处理，得到新的样本数据；
对新的样本数据进行平稳性检验，并将不平稳的样本数据进行平稳化转换；
对平稳化后的样本数据进行计算定阶，构建相应的差分整合移动平均自回归(ARIMA)预测模型，并检验模型合理性及拟合模型合理性；
对构建的所述差分整合移动平均自回归(ARIMA)预测模型进行分析预测，获取胎压值预测结果。
此外，所述构建相应的差分整合移动平均自回归(ARIMA)预测模型还包括以下步骤：
计算序列自相关函数(ACF)和偏相关函数(PACF)；
若平稳序列的偏相关函数是截尾的，而自相关函数是拖尾的，则判定序列适合自回归(AR)模型；
若平稳序列的偏相关函数是拖尾的，而自相关函数是截尾的，则判定序列适合移动平均(MA)模型；
若平稳序列的偏相关函数和自相关函数均是拖尾的，则判定序列适合(ARMA)自回归移动平均模型；
其中，自相关函数公式为：
pk＝a1pk-1+a2pk-2+...appk-p；
ap表示模型的自回归系数，p表示阶数，k表示自然数。
二、温度处理预测单元：所述温度处理预测单元用于对实时获取的温度值进行处理并构建温度预测模型，实现胎内温度预测，包括以下步骤：
所述温度监测模块2以预设的温度采集周期获取轮胎内的温度，获取温度时间序列数据；
对所述温度时间序列数据进行分割，并从分割后的温度时间序列数据中选取部分数据作为训练集进行建模，剩余数据作为测试集用于检验模型；
对所述训练集进行多项式平滑处理，使用滑动时间窗口从平滑处理后的所述训练集中提取数据构建第一数据集；
使用滑动时间窗口从所述测试集中提取数据构第二数据集；
根据所述第一数据集构建胎内温度变化预测模型；
利用所述第二数据集对所述胎内温度变化预测模型进行拟合度检验；
将实时温度值输入至胎内温度变化预测模型获取温度预测结果。
所述胎内温度变化预测模型的计算公式为：
Ti＝x+yT0+zT0D0Di；
其中，Ti表示预测的ti时刻的温度，T0表示初始时刻的温度，x、y及z均为待定系数且其利用所述第一数据集与统计产品与服务解决方案软件进行非线性拟合功能计算得到，
Figure GDA0003946438100000081
三、胎压变化率处理单元：所述胎压变化率处理单元用于计算胎压值的变化率以检测胎压是否存在异常变化，包括以下步骤：
数据初始化，初始累计时间、监测周期及监测周期对应的胎压值归零，且胎压变化率为零；
根据安全标准规范获取及定义监测周期序列和对应的胎压变化率阈值，并设定基本的监测周期；
获取当前所述胎压监测模块采集的胎压值；
将所述胎压值基于先进先出原则保存到监测周期序列对应的实际胎压数组中；
依次按照监测周期序列进行实测变化率的判断及计算，并将实测胎压变化率与预设胎压变化率阈值进行对比；
若实测胎压变化率小于胎压变化率阈值，则进行下一个监测周期的判断与计算；
若实测胎压变化率大于或等于胎压变化率阈值，则下达指令至所述自密封应急模块7。
监控预警模块6，用于监控胎压值与温度值并在超过阈值后进行预警；
所述监控预警模块6包括监控单元及报警单元，实现胎压值监控报警功能、温度值监控报警功能及胎压变化率监控报警功能，同时定义胎压值、温度值及胎压变化率的安全范围；
所述胎压值监控报警功能通过所述监控单元实时监控胎压值及胎压值预测结果，并在发现胎压值预测结果离开安全胎压范围后发送信号至所述报警单元进行一级警报，在发现实时胎压值离开安全胎压范围后发生二级警报；
所述温度值监控功能通过所述监控单元实时监控温度值及温度预测结果，并在发现温度预测值离开安全温度范围后发送信号至所述报警单元进行一级警报，在发现实时温度值离开安全范围后发送信号至所述报警单元进行二级警报；
所述胎压变化率监控报警功能通过所述监控单元实时监控胎压变化率，并在发现胎压变化率大于后发送信号至所述报警单元进行二级警报。
自密封应急模块7，用于在紧急情况下实现轮胎的自密封应急功能保证行车安全。
所述自密封应急模块7包括设置在轮胎内部的应急内胎、触发机构及自充气机构，并设定极限阈值；
所述紧急情况包括胎压值大于或小于胎压极限阈值、温度值大于或小于温度安全阈值及胎压变化率大于极限阈值。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过配备内置直接式胎压监测系统，能够对汽车轮胎胎压值及温度值进行实时精确的测量采集，在通过无线输送至显示设备上进行实时显示，配合监控预警功能，保证轮胎健康状态的实时监控预警，从而大大提高轮胎及行车的安全性；通过在获取胎压值及温度值后，基于采集样本数据分别构建相应的预测模型，能够结合实时胎压值及温度值的数据进行精确预测，输出预测结果从而进行提前预警提醒，大大降低事故及突发情况的发生概率，进一步保证行车及轮胎安全健康；此外，通过引入胎压变化率计算，能够对爆胎等紧急情况发生后进行及时精确的监控预警，配合自密封应急模块，大大降低轮胎报废的发生概率，通过轮胎内的应急内胎保证行车的安全。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，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 (4)

1.一种基于轮胎压力监测触发的轮胎自密封应急系统，其特征在于，包括以下模块组成：
胎压监测模块(1)，用于实时监测轮胎胎压值；
温度监测模块(2)，用于实时监测轮胎内温度值；
信号收发模块(3)，用于实现监测信息的无线传输；
主控显示模块(4)，用于显示反馈的监测信息及进行指令输入；
处理中心模块(5)，用于对监测信息进行处理并获取预测数据；
监控预警模块(6)，用于监控胎压值与温度值并在超过阈值后进行预警；
自密封应急模块(7)，用于在紧急情况下实现轮胎的自密封应急功能保证行车安全；
所述胎压监测模块(1)包括设置在轮胎内部且具有识别编码的胎压传感器与胎压数据收发单元，所述温度监测模块(2)包括设置在轮胎内部的温度传感器与温度数据收发单元；
所述处理中心模块(5)包括胎压处理预测单元、温度处理预测单元及胎压变化率处理单元；
其中，所述胎压处理预测单元用于对实时获取的胎压值进行处理与构建胎压预测模型，实现胎内胎压值预测，所述温度处理预测单元用于对实时获取的温度值进行处理并构建温度预测模型，实现胎内温度预测，所述胎压变化率处理单元用于计算胎压值的变化率以检测胎压是否存在异常变化；
所述胎压处理预测单元用于对实时获取的胎压值进行处理与构建胎压预测模型，实现胎内胎压值预测，包括以下步骤：
通过所述胎压监测模块(1)获取实时胎压值作为样本数据，并对样本数据进行预处理；
对预处理后的样本数据进行聚类、归一化处理，得到新的样本数据；
对新的样本数据进行平稳性检验，并将不平稳的样本数据进行平稳化转换；
对平稳化后的样本数据进行计算定阶，构建相应的差分整合移动平均自回归预测模型，并检验模型合理性及拟合模型合理性；
对构建的所述差分整合移动平均自回归预测模型进行分析预测，获取胎压值预测结果；
所述构建相应的差分整合移动平均自回归预测模型还包括以下步骤：
计算序列自相关函数和偏相关函数；
若平稳序列的偏相关函数是截尾的，而自相关函数是拖尾的，则判定序列适合自回归模型；
若平稳序列的偏相关函数是拖尾的，而自相关函数是截尾的，则判定序列适合移动平均模型；
若平稳序列的偏相关函数和自相关函数均是拖尾的，则判定序列适合自回归移动平均模型；
其中，自相关函数公式为：
pk＝a1pk-1+a2pk-2+...appk-p；
ap表示模型的自回归系数，p表示阶数，k表示自然数；
所述温度处理预测单元用于对实时获取的温度值进行处理并构建温度预测模型，实现胎内温度预测，包括以下步骤：
所述温度监测模块(2)以预设的温度采集周期获取轮胎内的温度，获取温度时间序列数据；
对所述温度时间序列数据进行分割，并从分割后的温度时间序列数据中选取部分数据作为训练集进行建模，剩余数据作为测试集用于检验模型；
对所述训练集进行多项式平滑处理，使用滑动时间窗口从平滑处理后的所述训练集中提取数据构建第一数据集；
使用滑动时间窗口从所述测试集中提取数据构第二数据集；
根据所述第一数据集构建胎内温度变化预测模型；
利用所述第二数据集对所述胎内温度变化预测模型进行拟合度检验；
将实时温度值输入至胎内温度变化预测模型获取温度预测结果；
所述胎内温度变化预测模型的计算公式为：
Ti＝x+yT0+zT0D0Di；
其中，Ti表示预测的ti时刻的温度，T0表示初始时刻的温度，x、y及z均为待定系数且其利用所述第一数据集与统计产品与服务解决方案软件进行非线性拟合功能计算得到，
Figure FDA0003946438090000031
2.根据权利要求1所述的一种基于轮胎压力监测触发的轮胎自密封应急系统，其特征在于，所述胎压变化率处理单元用于计算胎压值的变化率以检测胎压是否存在异常变化，包括以下步骤：
数据初始化，初始累计时间、监测周期及监测周期对应的胎压值归零，且胎压变化率为零；
根据安全标准规范获取及定义监测周期序列和对应的胎压变化率阈值，并设定基本的监测周期；
获取当前所述胎压监测模块采集的胎压值；
将所述胎压值基于先进先出原则保存到监测周期序列对应的实际胎压数组中；
依次按照监测周期序列进行实测变化率的判断及计算，并将实测胎压变化率与预设胎压变化率阈值进行对比；
若实测胎压变化率小于胎压变化率阈值，则进行下一个监测周期的判断与计算；
若实测胎压变化率大于或等于胎压变化率阈值，则下达指令至所述自密封应急模块(7)。
3.根据权利要求2所述的一种基于轮胎压力监测触发的轮胎自密封应急系统，其特征在于，所述监控预警模块(6)包括监控单元及报警单元，实现胎压值监控报警功能、温度值监控报警功能及胎压变化率监控报警功能，同时定义胎压值、温度值及胎压变化率的安全范围；
所述胎压值监控报警功能通过所述监控单元实时监控胎压值及胎压值预测结果，并在发现胎压值预测结果离开安全胎压范围后发送信号至所述报警单元进行一级警报，在发现实时胎压值离开安全胎压范围后发生二级警报；
所述温度值监控功能通过所述监控单元实时监控温度值及温度预测结果，并在发现温度预测值离开安全温度范围后发送信号至所述报警单元进行一级警报，在发现实时温度值离开安全范围后发送信号至所述报警单元进行二级警报；
所述胎压变化率监控报警功能通过所述监控单元实时监控胎压变化率，并在发现胎压变化率大于后发送信号至所述报警单元进行二级警报。
4.根据权利要求3所述的一种基于轮胎压力监测触发的轮胎自密封应急系统，其特征在于，所述自密封应急模块(7)包括设置在轮胎内部的应急内胎、触发机构及自充气机构，并设定极限阈值；
所述紧急情况包括胎压值大于或小于胎压极限阈值、温度值大于或小于温度安全阈值及胎压变化率大于极限阈值。
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