CN105946579A - 一种汽车爆胎的监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种汽车爆胎的监测方法，主要步骤为：Ⅰ、获取需要监测的n个车轮当前转速；步骤Ⅱ、计算爆胎判定阈值δ(V/πd‑V/πD)/0.75；Ⅲ、计算各车轮的转速在时段t内的平均变化曲率L₁＝(W_1k‑W₁₁)/t；Ⅳ、判定有否爆胎某个车轮的L值大于或等于爆胎判定阈值δ，判定该车轮爆胎，立即发送刹车指令及时自动刹车，并结束监测；否则判定当前本车各车轮安全。Ⅵ、更新时段t，计算机在得到第k+1组转速数据时，自动释放第1组转速数据，更新为下一个t时段，返回Ⅰ继续监测。本监测方法实时准确地判定是否爆胎，及时刹车制动，降低恶性事故的几率；以标准为依据设定爆胎判定阈值，判断准确及时；本法简单，可靠性高，实施成本低。

Description

一种汽车爆胎的监测方法

技术领域

本发明涉及汽车安全控制领域，具体是一种汽车爆胎的监测方法。

背景技术

汽车在行驶中如果轮胎突发爆胎或严重漏气，该轮胎外胎就会脱离正常位置，最危险的情况是轮胎脱离轮毂，导致轮毂外环表面与地面接触，爆胎使汽车方向失控，失去平衡，无法操控，极易引发严重交通事故。如果能在轮胎爆裂后的1s～2s内及时有效地刹车减速，就可避免车辆发生失控现象，有效防止乘员受伤或出现更不幸的事故。

目前汽车领域已有的监控技术都是通过在轮胎上安装气压传感器和压力开关等方式通过将气压检测结果经无线信号发射传送到该车的气压监测装置上进行判断。此类轮胎气压监测***均采用无线通讯方式，简称TPMS。通过检测各轮胎气压，并以无线传送到该车气压监测***的中心处理器，当中心处理器监测到某个轮胎气压突降至设定的爆胎气压阈值即判定为爆胎，将立即启动刹车装置。但TPMS***的气压检测是有时间间隔的，通常间隔为3s甚至可能更长，这样才能使TPMS***电池能量维持时间较长。为了提高监测的实时性，保证爆胎2s内有效刹车，就需要将TPMS***的气压检测周期缩短至200ms或更短，但进行如此频繁的气压检测，TPMS***电池能量将不足以维持2000小时的稳定工作，即只有几十天的寿命。为了延长电池工作寿命，TPMS处于低功耗状态，其无线发射信号较弱，容易受干扰。另外由于装置使用电池供电，电池需要经常更换，废弃电池容易污染环境。

可见现有的轮胎气压监测***实时性或者工作寿命均难以满足爆胎监测的要求，且有污染环境的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽车爆胎的监测方法，实时监测汽车各车轮的转速在一定时段内的平均变化曲率值，当监测到某个车轮的转速的平均变化曲率大于等于阈值，判定为爆胎。本方法准确，实时性强，能及时发现爆胎，有效时限内刹车防止事故发生。

本发明提供的一种汽车爆胎的监测方法在汽车的需要监测的各个车轮上安装转速传感器，各转速传感器与信号处理器相连接，信号处理器根据实时监测各车轮的转速并计算各车轮的转速变化的曲率值，并与阈值比较，以此判定是否爆胎。

当某个轮胎发生爆胎或严重漏气胎压急剧下降时，该车轮的直径将明显减小，但车速并没发生改变，导致该车轮转速迅速上升，国家规定的标准GB/T30513—2014中的3.1里对于爆胎的定义为：“充气轮胎气压在750ms内下降至当前环境气压的过程。”依据此标准，爆胎过程持续时间等于或小于750ms。本发明以轮胎气压下降至当前环境气压的时间等于750ms时，车轮的转速关于时间变化的平均曲率为阈值。当轮胎气压下降至当前环境气压的时间小于等于750ms时，车轮转速变化的曲率会超过这个阈值，本发明以此作为判定爆胎发生的方法。

本发明设计的一种汽车爆胎的监测方法主要包括如下步骤：

步骤Ⅰ、获取当前各车轮转速数据

分别安装在汽车上需要监测的n个车轮上的转速传感器将各车轮的转速信号送入信号处理器，n大于等于2。

当汽车为2～4个车轮时，在2～4个车轮上均安装转速传感器，当汽车有4个以上的车轮，只在最前方的左右2个车轮和最后方左右的2个车轮上安装转速传感器，因其它车轮爆胎也不会发生严重事故，所以无需用本方法监测。对于两个一组的双车轮不监测，因为同组的两个车轮同时爆胎的可能极小。

信号处理器设置采样时间段t，t为100ms～500ms，在每个时间段t起始时开始同时对n个车轮转速传感器的信号采样，每隔Δt信号处理器采样一次，Δt为1ms～3ms；时间段t内共采样k次，k为t/Δt，信号处理器依次获得k组转速信号，每组为n个转速信号。

为避免转速传感器输出的信号幅度小或失真，转速传感器输出的信号经过一个信号整形放大电路进行滤波处理后送入信号处理器，保证采样得到的车轮转速信号稳定可靠。所得k组转速信号，每组为n个转速信号为W₁₁～W_n1，W₁₂～W_n2，……W_1k～W_nk。

步骤Ⅱ、计算爆胎判定阈值δ

设定δ为步骤Ⅰ所述汽车车轮胎的爆胎判定阈值

δ＝(V/πd-V/πD)/0.75

式中V为汽车的当前车速，D为胎压正常时轮胎直径，d为胎压下降至等于环境气压时的轮胎直径。

对于某个车轮i当其转速为W_i，那么该车轮i对应的直线前进速度为v_i

v_i＝πDW_i

汽车的车速V由其全部N个车轮的v_i决定，为了使计算出的车速V接近真实值，先去掉N个v_i中的最大值，求剩下N-1个v_i的平均值作为最终车速V。

V＝[(v₁+v₂+…v_i…+v_N)-(v₁,v₂,…v_i…,v_N)_max]/(N-1)

同一部车各车轮轮胎规格相同，直径均为D，

V＝πD[(W₁+W₂+…W_i…+W_N)-(W₁,W₂,…W_i…,W_N)_max]/(N-1)＝πDW

W为除去最大转速的N-1个W_i的平均值。W＝V/πD。

某个车轮爆胎时胎压在750ms内下降至等于环境气压，轮胎直径减为d，而此时车速V并未改变，该爆胎车轮的转速激增为V/πd，

那么爆胎车轮的转速关于时间变化的平均曲率满足：

$\mathrm{\δ}=(V/\mathrm{\π}d-V/\mathrm{\π}D)/0.75=\frac{(\frac{1}{d}-\frac{1}{D})}{0.75\mathrm{\π}}V$

故设定上述δ为本车轮胎的爆胎判定阈值。

步骤Ⅲ、计算各车轮的转速在时段t内的平均变化曲率

分别计算n个车轮的转速在时段t内的平均变化曲率值L，第一个车轮的转速比在时段t内的平均变化曲率L₁计算如下：

L₁＝(W_1k-W₁₁)/t

其它n-1个车轮的转速在时段t内的平均变化曲率L₂,L₃,…,L_n计算方法同上。

步骤Ⅳ、判定有否爆胎

如果步骤Ⅲ所得的某个车轮的L值大于或等于步骤Ⅱ设定的本车轮胎的爆胎判定阈值δ，判定该车轮爆胎；信号处理器立即发送刹车指令到本车的自动刹车***，及时执行自动刹车操作，并结束监测；

如果步骤Ⅲ所得的n个车轮的L值中均未见有大于或等于步骤Ⅱ设定的本车轮胎的爆胎判定阈值δ，判定当前本车各车轮安全。

直至停车，结束监测，否则进入步骤Ⅵ。

步骤Ⅵ、更新时段t

计算机在得到第k+1组转速数据时，自动释放第1组转速数据，更新为下一个t时段，即更新的t时段由原第2个Δt至第k+1个Δt，步骤Ⅲ的爆胎判定只间隔Δt。返回步骤Ⅰ。

所述步骤Ⅱ进行前，信号处理器监测当前车速，当车速≤30km/h，停止监测，直接进入步骤Ⅵ。因为车速小于30km/h情况下爆胎，汽车不会失控出现危险情况，不需要采取自动刹车操作。

所述步骤Ⅱ进行前，信号处理器监测本车刹车***，如果刹车***已在进行刹车制动，停止监测，直接进入步骤Ⅵ，此时已无监测的必要。

本方法执行前，测量并调节各个车轮的胎压值，使得各车轮胎压的差符合该车原厂所规定的标准。

与现有技术相比，本发明一种汽车爆胎的监测方法的优点为：1、通过监测主要车轮在时段t内的转速平均变化曲率，与阈值比较，实时准确地判定是否爆胎，以使汽车刹车***及时制动，降低因爆胎发生恶性事故的几率；2、以标准为依据，设定爆胎判定阈值，使信号处理器的判断准确及时；3、本法简单，可靠性高，不需要安装额外的胎压监测装置，实施成本低。

附图说明

图1为本汽车爆胎的监测方法实施例流程图；

图2为本汽车爆胎的监测方法实施例爆胎的车轮①在爆胎过程中与其它正常轮胎的转速变化曲线图。

具体实施方式

本汽车爆胎的监测方法实施例用于4轮卡车，本例采用规格为225/40R18的轮胎，车轮胎胎压正常的直径D＝637.2mm，轮胎爆胎后胎压下降至等于环境气压时的轮胎直径d＝457.2mm，本方法执行前，测量并调节各个车轮的胎压值，使得各车轮胎压的差符合该车原厂所规定的标准。本例流程图如图1所示，主要包括如下步骤：

步骤Ⅰ、获取当前各车轮转速数据

本例分别在汽车的4个车轮上安装的转速传感器，各转速传感器所测各车轮的转速信号经信号整形放大电路进行滤波处理后送入信号处理器。

信号处理器设置采样时间段t，t为400ms，在每个时间段t起始时开始同时对4个车轮转速传感器的信号采样，每隔Δt信号处理器采样一次，本例Δt＝2ms；时间段t内共采样k＝t/Δt＝2000次，信号处理器依次获得2000组转速信号，每组为4个转速信号。

步骤Ⅱ、计算爆胎判定阈值δ

本步骤Ⅱ进行前，信号处理器监测当前车速，当车速≤30km/h，停止监测，直接进入步骤Ⅵ。

本步骤Ⅱ进行前，信号处理器监测本车刹车***，如果刹车***已在进行刹车制动，停止监测，直接进入步骤Ⅵ。

本例δ为步骤Ⅰ所述汽车车轮胎的爆胎判定阈值

$\mathrm{\δ}=\frac{(\frac{1}{d}-\frac{1}{D})}{0.75\mathrm{\π}}V=0.3V$

式中V为汽车的当前车速。

步骤Ⅲ、计算各车轮的转速在时段t内的平均变化曲率

分别计算4个车轮的转速在时段t内的平均变化曲率值L，第一个车轮的转速比在时段t内的平均变化曲率L₁计算如下：

L₁＝(W_1k-W₁₁)/t

其它3个车轮的转速在时段t内的平均变化曲率L₂,L₃,L₄计算方法相同。

步骤Ⅳ、判定有否爆胎

如果步骤Ⅲ所得的某个车轮的L值大于或等于步骤Ⅱ设定的本车轮胎的爆胎判定阈值δ，判定该车轮爆胎；信号处理器立即发送刹车指令到本车的自动刹车***，及时执行自动刹车操作，并结束监测；图2中横坐标为时间，纵坐标为转速，其中虚线所示为车轮①爆胎过程的转速变化曲线，实线为其它正常轮胎的转速变化曲线。

如果步骤Ⅲ所得的4个车轮的L值中均未见有大于或等于步骤Ⅱ设定的本车轮胎的爆胎判定阈值δ，判定当前本车各车轮安全。

直至停车，结束监测，否则进入步骤Ⅵ。

步骤Ⅵ、更新时段t

计算机在得到第k+1组转速数据时，自动释放第1组转速数据，更新为下一个t时段，即更新的t时段由原第2个Δt至第k+1个Δt，步骤Ⅲ的爆胎判定只间隔Δt＝2ms。返回步骤Ⅰ。

上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种汽车爆胎的监测方法，主要包括如下步骤：

步骤Ⅰ、获取当前各车轮转速数据

分别安装在汽车上需要监测的n个车轮上的转速传感器将各车轮的转速信号送入信号处理器，n大于等于2；

信号处理器设置采样时间段t，t为100ms～500ms，在每个时间段t起始时开始同时对n个车轮转速传感器的信号采样，每隔Δt信号处理器采样一次；时间段t内共采样k次，k为t/Δt，信号处理器依次获得k组转速信号，每组为n个转速信号；

步骤Ⅱ、计算爆胎判定阈值δ

设定δ为步骤Ⅰ所述汽车车轮胎的爆胎判定阈值

$\mathrm{\δ}=\frac{(\frac{1}{d}-\frac{1}{D})}{0.75\mathrm{\π}}V$

式中V为汽车的当前车速，D为胎压正常时轮胎直径，d为胎压下降至等于环境气压时的轮胎直径；

步骤Ⅲ、计算各车轮的转速在时段t内的平均变化曲率

分别计算n个车轮的转速在时段t内的平均变化曲率值L，第一个车轮的转速比在时段t内的平均变化曲率L₁计算如下：

L₁＝(W_1k-W₁₁)/t

其它n-1个车轮的转速在时段t内的平均变化曲率L₂,L₃,…,L_n计算方法相同。

步骤Ⅳ、判定有否爆胎

如果步骤Ⅲ所得的某个车轮的L值大于或等于步骤Ⅱ设定的轮胎的爆胎判定阈值δ，判定该车轮爆胎；信号处理器立即发送刹车指令到本车的自动刹车***，及时执行自动刹车操作，并结束监测；

如果步骤Ⅲ所得的n个车轮的L值中均未见有大于或等于步骤Ⅱ设定的本车轮胎的爆胎判定阈值δ，判定当前本车各车轮安全；直至停车，结束监测，否则进入步骤Ⅵ；

步骤Ⅵ、更新时段t

计算机在得到第k+1组转速数据时，自动释放第1组转速数据，更新为下一个t时段；返回步骤Ⅰ。

2.根据权利要求1所述的汽车爆胎的监测方法，其特征在于：

当汽车为2～4个车轮时，在2～4个车轮上均安装转速传感器；当汽车有4个以上的车轮，只在最前方的左右2个车轮和最后方左右的2个车轮上安装转速传感器。

3.根据权利要求1所述的汽车爆胎的监测方法，其特征在于：

所述步骤Ⅰ中的Δt为1ms～3ms。

4.根据权利要求1所述的汽车爆胎的监测方法，其特征在于：

所述步骤Ⅰ中转速传感器输出的信号经过一个信号整形放大电路进行滤波处理后送入信号处理器，所得k组转速信号，每组为n个转速信号为W₁₁～W_n1，W₁₂～W_n2，……W_1k～W_nk。

5.根据权利要求1所述的汽车爆胎的监测方法，其特征在于：

所述步骤Ⅱ进行，信号处理器监测当前车速，当车速≤30km/h，停止监测，直接进入步骤Ⅵ。

6.根据权利要求1所述的汽车爆胎的监测方法，其特征在于：

所述步骤Ⅱ进行前，信号处理器监测本车刹车***，如果刹车***已在进行刹车制动，停止监测，直接进入步骤Ⅵ。

7.根据权利要求1所述的汽车爆胎的监测方法，其特征在于：

本方法执行前，测量并调节各个车轮的胎压值，使得各车轮胎压的差符合该车原厂所规定的标准。