CN106114080B - 基于车轮脉冲数绝对比较法的胎压监测预警***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于车轮脉冲数绝对比较法的胎压监测预警***，包括：车轮转动脉冲数监测单元，用于产生、接收各车轮转动脉冲数信息；车轮脉冲数运算判别单元，用于根据获得的各车轮脉冲数信息建立车轮标准脉冲数作为比较基准并将各轮实测脉冲数修正后与各自标准脉冲数进行比较，判别胎压是否异常，并向胎压信息显示单元发送判别结果信息。成本低廉，既能判别两轮胎压同时过低和三轮胎压同时过低情况，又能准确识别四轮同时不同程度缺气情况；既能判别前后车轮标准胎压相同的车辆，又能准确识别前后车轮标准胎压不同的车辆。

Description

基于车轮脉冲数绝对比较法的胎压监测预警***和方法

技术领域

本发明涉及汽车轮胎气压监测报警***技术领域，具体地涉及一种基于车轮脉冲数

绝对比较法的胎压监测预警***和方法。

背景技术

大量数据表明：汽车在使用过程中，轮胎每月漏气率达到1％～4％，会导致轮胎长期以低于正常胎压的状况运行，使轮胎变形增大，强度降低，最终会发生爆胎事故，造成严重的人身财产损失；同时，胎压降低，还会加大轮胎滚动阻力，增加车辆燃油消耗。因此，对汽车轮胎气压实时监测，发现胎压异常及时报警，有助于驾驶员维持轮胎气压处于标准状态，在有效提高车辆行车安全的同时，实现节能降耗的目的。

现有技术中，胎压监测***主要有直接式和间接式两大类：直接式是在轮胎内或气门嘴上加装压力传感器直接测量轮胎气压，所测胎压数据通过无线方式发送到接收器，再显示在监视器上，或通过声、光等形式显示出来，具有响应快、灵敏度高、可实时显示胎压等特点，但安装工艺复杂，成本高，且传感器受震动、高温、高压和离心力作用以及无线传输数据等影响，工作可靠性降低，另外仍没有一个较好的处理报废电池的方案，为此间接式TPMS研究受到了高度重视。间接式TPMS通过获取轮速信息，由ECU经过特定算法运算来判别胎压是否正常，因其不增加零件、构成简捷、耗能少、成本低廉、便于推广等特点，吸引了各世界知名汽车公司致力其研究。

间接式TPMS技术现已发展为轮速判别法、频谱判别法、脉冲数判别法三种方法，其中轮速判别法仅能识别单轮胎压缺气情况且不能指出缺气轮胎位置，频谱判别法受路况及车辆自身技术状况等因素影响较大，且仅能在车速高于30km/h和低于100km/h之间工作，超出此范围误报率较高，因此该技术仍未能达到推广应用；脉冲判别法是将各车轮脉冲数与该车车轮脉冲数的平均值相比较，通过判别其差值是否大于相应的门限值来判别胎压是否异常，该方法虽然能识别出胎压异常轮胎的位置，在车速达到10Km/h时就能正常工作，即使车速达到120km/h也能保持工作正常，但在阶梯胎压情况下不能识别胎压是否异常，也不能识别4轮同时不同程度缺气情况，本发明针对这些问题，采用各车轮脉冲数绝对比较法完善了脉冲数判别法间接式TPMS技术。

发明内容

针对TPMS车轮脉冲数相对比较法存在的技术缺陷，本发明的目的是提出了一种基于车轮脉冲数绝对比较法的胎压监测预警***和方法，在保持车轮脉冲判别法能够准确识别出异常胎压车轮的位置这一特点的同时，既能判别两轮胎压同时过低和三轮胎压同时过低情况，又能准确识别四轮同时不同程度缺气情况；既能判别前后车轮标准胎压相同的车辆，又能准确识别前后车轮标准胎压不同的车辆。

本发明的技术方案是：

一种基于车轮脉冲数绝对比较法的胎压监测预警***，其特征在于，包括：

一车轮转动脉冲数监测单元，用于产生、接收各车轮转动脉冲数信息；

一车轮脉冲数运算判别单元，用于根据获得的各车轮脉冲数信息建立车轮标准脉冲数作为比较基准并将各轮实测脉冲数修正后与各自标准脉冲数进行比较，判别胎压是否异常，并向胎压信息显示单元发送判别结果信息。

优选的，所述车轮脉冲数运算判别单元包括：

标准脉冲数基准建立单元，建立各车轮的标准脉冲数基准，用于各车轮的实测脉冲数与各自的标准脉冲数进行比较；

车轮脉冲数修正单元，对各车轮实测脉冲数进行修正，使修正后的脉冲数所对应的车轮滚动距离与标准脉冲数所对应的车轮滚动距离相等或近似相等；

胎压状态判别报警单元，通过比较各车轮修正脉冲数与标准脉冲数的差值，判别胎压状态级别和胎压异常车轮的位置，向胎压信息显示单元发送车轮脉冲数判别结果信息。

优选的，所述车轮脉冲数运算判别单元还包括自学***直道路上以中速平稳行驶中进行，对车速大小要求不敏感。

优选的，当车辆转向时，所述车轮脉冲数修正单元对转向时前、后轴车轮脉冲数相互修正，修正后脉冲数为实测脉冲数与修正系数的乘积。

优选的，当接收到车辆制动信号或者车轮滑移率信号后，剔除制动过程中或者车辆滑移过程中统计的各车轮脉冲数。

优选的，所述胎压信息显示单元为与车载CAN***联接的仪表盘或者独立显示屏，显示胎压异常车轮的位置以及胎压高低程度。

本发明还公开了一种基于车轮脉冲数绝对比较法的胎压监测预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01：在标准胎压以一定车速行驶一定距离并记录车轮转动的脉冲数为该车轮的标准脉冲数

S02：分别求四个车轮标准脉冲数的平均值N₀与各个车轮标准脉冲数之比车轮脉冲数的每个监测周期以各车轮实测脉冲数N_i与之乘积中的最小值达到标准脉冲数的平均值N₀为止；

S03：求各车轮实测脉冲数与对应的标准脉冲数之差ΔN_i并对该差值ΔN_i按大小排序，对各车轮实测脉冲数进行修正，对车轮脉冲数修正值拟合为关于ΔN_i的函数f(ΔN_i)，修正后的脉冲数所对应的车轮滚动距离与标准脉冲数所对应的车轮滚动距离相等或近似相等；

S04：将修正后的各车轮脉冲数与各自标准脉冲数绝对比较的差值与对应的高胎压门限值Δ_H和低胎压门限值Δ_L相比较，若且则判定为该轮胎压过高；若且则判定该车轮胎压过低。

优选的，所述步骤S01中，当车轮滚动半径突变时，进行自学习，更新各车轮标准脉冲数基准。

优选的，所述步骤S02中，函数f(ΔN_i)通过近似迭代法求解或者采用拟合法和迭代法共同求解。

优选的，还包括胎压显示步骤：

使用绿色LED灯柱表示胎压在115％～85％标准胎压范围，当胎压为标准胎压时绿色光柱最高，绿色光柱缩短表示胎压有变化，但还在正常使用范围；

当胎压为标准胎压的85％时绿色光柱缩短为零变为红色光柱，红色光柱越高表示漏气越严重，当胎压下降到标准胎压的60％时，在红色光柱闪烁的同时蜂鸣器也报警鸣响；

使用橙黄色灯柱表示胎压过高的程度，当胎压升高到标准胎压的115％时，变为橙黄色光柱，当胎压升高到标准胎压的140％时，在橙黄色光柱闪烁的同时蜂鸣器也报警鸣响。

车轮脉冲数修正值既可以修正因车速变化导致车轮滚动半径变化对车轮滚动距离的影响，也可以修正因胎压变化导致车辆滚动半径变化对车轮滚动距离的影响，还可以是因其他因素导致的车轮滚动距离变化的影响。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明的车轮脉冲数绝对比较法监测胎压技术，不仅能够对单个车轮胎压失常进行监测预警，也能够对2轮、3轮以及4轮胎压同时异常进行监测预警，还能够对具有阶梯胎压的四个车轮进行监测预警。

2、本发明不仅能对前后车轮标准胎压相同的车辆进行监测预警，还能对前后车轮标准胎压不同的车辆进行监测预警。

3、不仅能对车轮胎压各种异常情况进行监测预警，识别出异常车轮位置，而且本技术发明使针对各种轮胎技术状况进行自学习的过程变的更为简捷可行。

4、能够对轮胎快速漏气自动形成正反馈，缩短胎压判别时间，有效降低误判率和漏判率，同时该技术还具有成本低、可靠性高、安装维护简捷方便等特点。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1是本发明胎压监测预警***的结构框图；

图2是本发明胎压监测预警方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施例：

本发明胎压监测预警***包括安装在车辆四个车轮上的车轮转速传感器，接收处理车轮转速传感器输出的脉冲信号的车轮脉冲数接收处理单元，并将脉冲信号储存于车轮脉冲数运算判别单元中，运算判别单元能提供一定量的信息存储功能和能进行相应规则的算法运算，以判别胎压是否异常，并将判别结果信息输出到胎压信息显示单元或指定的信息接收器中，如：CAN***或显示屏等。

某车型车辆以标准胎压P₀和某一稳定车速V₀行驶一定距离S₀，记录各车轮标准脉冲数分别为：左前轮为右前轮为左后轮为右后轮为四个车轮标准脉冲数的平均值为N₀，N₀与各个车轮标准脉冲数之比值为

该车辆在某一监测时间段t，以胎压P_i，车速V行驶，将车轮实测脉冲数N_i与之乘积称为脉冲数计数值，从开始记录车辆脉冲数到各车轮脉冲数计数值中的最小值达到标准脉冲数的平均值N₀时为止，记录下各车轮实测脉冲数分别为：左前轮为右前轮为左后轮为右后轮为N₀个车轮脉冲数对应的车轮滚动的转数应不低于60转且不高于120转，使监测周期既不会因监测周期太短而出现误报率过高，也不会因监测周期太长而降低胎压监测灵敏度。

计算各车轮实测脉冲数与对应的标准脉冲数之差为：并对按从小到大排序，分别为：对应的车轮标准脉冲数分别为： 对应的各车轮实测脉冲数分别为：对应的车轮分别为：1号车轮，2号车轮，3号车轮，4号车轮。

在第t监测时间段，令：1号车轮在转动个脉冲后，还需再转动个脉冲，其所滚动的距离才能和标准状态下该车轮滚动的距离S₀相等；为针对1号车轮实测脉冲数的修正值，修正后的脉冲数为与对应的标准脉冲数的差值Δ₁为：

由于值较小，此时可认为第i号轮在转动个脉冲后，再转动个脉冲，其所滚动的距离也和标准状态下第i号车轮滚动的距离S₀近似相等；

求解车轮脉冲数修正值的方法实例一：

由于车轮滚动距离相等，根据车速与车轮滚动半径的关系：r＝k_v(v-v₀)+r₀和胎压与车轮滚动半径的关系：r＝k_p(p-p₀)+r₀，以及车轮半径r、脉冲数N与滚动距离S的关系：r＝ZS/(2πN)，可推导出1号轮修正后的脉冲数N₁与对应的标准脉冲数的差值Δ₁为：

式(1)中：k_v为车速与车轮半径变化系数，k_p为胎压与车轮半径变化系数；k₀＝N₀/(2r₀)，车轮在标准状态下滚动半径为r₀，滚动距离为S₀时对应的平均脉冲数为N₀；

式(1)中：1号车轮在第t个监测时间段由于车速变化导致脉冲数的变化量由于胎压变化导致脉冲数的变化量分别为：

由(1)式得：

根据(4)式，可推导至任意车轮，对于2号车轮有：

因在同一时间段同一车上的各车轮平均线速度可近似认为相同，则车辆在t监测时间段各车轮因车速变化产生的脉冲数变动平均值为：由于则有：不妨令：其中：为在第t个监测时间段ΔN_p1与ΔN_p2的变化关系系数，且将其代入(4)式和(5)式联立求解，可得：

同理，可得：

在上述(7)(8)式中，分别为针对2号和3号车轮实测脉冲数的修正值，即：第2号车轮在转动个脉冲后，还需再转动个脉冲，其所滚动的距离才能和标准状态下2号车轮滚动的距离s₀相等；第3号车轮在转动个脉冲后，还需再转动个脉冲，3号车轮所滚动的距离才能和标准状态下该车轮滚动的距离s₀相等；且有且

从上述分析可得：即：第t监测时间段各车轮在转动个脉冲后，还需再转动ΔN个脉冲，其所滚动的距离才能和标准状态下各车轮滚动的距离s₀相等；ΔN为针对各车轮实测脉冲数的共同修正值。即：

又由于：且第4号车轮是漏气最快的车轮，甚至有可能是扎胎的车轮，数值稳定性从高到低顺序为：因此取三者影响因子分别为α＝0.6，β＝0.3，γ＝0.1，故有

将(9)式代入(4)式可得：

同理，结合(10)(11)(12)可由(14)式推导至其他各车轮，故有：

将(6)(7)(8)式与(13)(14)式联立求解，

可得：

同理可推导出：

当按从小到大的排序与前一个监测时段相同时，在(18)(19)(20)(21)式中，且当t＝1时， 当时，

当按从小到大的排序与前一个监测时段不同时，在(18)(19)(20)(21)式中，

当车轮半径突变满足自学习条件时，***进行自学习，重新建立新的各车轮标准脉冲数基准；***每次自学习后，监测时段序数t重新开始计数；

因此，根据所测得的各车轮脉冲数，得到修正后的各车轮脉冲数与各自标准脉冲数绝对比较的差值即各车轮脉冲数因胎压变化产生的脉冲数变化值，与对应的高胎压门限值Δ_H和低胎压门限值Δ_L相比较，若且则判定为该轮胎压过高；若且则判定该车轮胎压过低。

当车辆转向时，根据方向盘转角大小和转动方向，先对相应车轮的脉冲数进行修正，使其能与直线行驶时车轮脉冲数进行比较；

转向时前、后轴车轮脉冲数相互修正，修正后脉冲数为实测脉冲数N与修正系数k的乘积；各车轮脉冲数修正系数为：

在(22)式中，k_FL为前左轮修正系数，N_FL为前左轮实测脉冲数，k_FR为前右轮修正系数，N_FR为前右轮实测脉冲数，k_RL为后左轮修正系数，N_RL为后左轮实测脉冲数，k_RR为后右轮修正系数，N_RR为后右轮实测脉冲数。

当车辆制动时，接收到制动信号后，本***将自动剔除制动过程中所统计的各车轮脉冲数，以免误判胎压。

当车辆发生滑移时，接收到车轮滑移率信号后，本***将自动剔除该段行驶过程中所统计的各车轮脉冲数，以免误判胎压。

求解实测车轮脉冲数修正值的方法的实例二：

采用拟合法求解；将(6)(7)(8)代入(13)式，在所得的各车轮脉冲数的共同修正值ΔN表达式中，可认为具有不同常量的系数，因此，可令：

在(23)式中，α₀，α₁，α₂，α₃，α₄为常量，针对(23)式选用5种不同的实况，进行相应试验，根据试验数据可求出相应系数，拟合出各车轮脉冲数共同修正值。

求解实测车轮脉冲数修正值的方法的实例三：

先分别对(6)(7)(8)式采用拟合法求解，求出后，再代入(13)式求出各车轮脉冲数的共同修正值ΔN。

利用求解各车轮脉冲数的共同修正值ΔN时，可用中的任意两个值进行拟合求解ΔN。

胎压判别信息显示实例四：

将胎压判别结果信息与车载CAN***联接显示在仪表盘上，可通过液晶屏幕显示胎压异常车轮的位置，也可通过单个指示灯显示胎压正常与否，并通过语音提示报警；

胎压判别信息显示实例五：

将胎压判别结果信息与独立的显示屏相联接，在显示屏上显示胎压异常车轮的位置，并在屏幕上通过ELD点亮的光柱的高低来显示胎压高或低的程度。

车轮胎压监测预警方法实例六：

图2为车轮胎压监测预警方法程序流程，其中，建立或更新各车轮脉冲数比较基准为本程序中的子程序之一，是针对轮胎技术状况变化而建立或更新各车轮标准脉冲数，以作为各车轮脉冲数进行绝对比较的基准为目的。车轮技术状况变化包括轮胎换位，轮胎更新，轮胎保养补气和四轮定位等能使车轮滚动半径突变的状况，

计算脉冲数修正值为本程序中的又一子程序，是利用(13)式或(23)式或其他算法，计算出车轮脉冲数修正值，以实现对各车轮实测脉冲数的修正，使各车轮修正后的脉冲数可以与各车轮标准脉冲数进行比较。

计算各车轮因胎压变化产生的脉冲数变化值为本程序中的又一子程序，是根据(18)式等剔除非胎压影响因素后，各车轮脉冲数与各自标准脉冲数绝对比较的差值

判别各车轮胎压状态为本程序中的又一子程序，是根据连续3个或5个测量周期的脉冲数运算的与胎压过高门限值或与胎压过低门限值比较的结果，按小样本判别法或按其平均值的大小判别胎压过高或过低的程度，并确定是否需要进行胎压异常报警。

显示各车轮胎压信息为本程序中的又一子程序，以绿色LED灯柱表示胎压在115％～85％标准胎压范围，当胎压为标准胎压时绿色光柱最高，绿色光柱缩短表示胎压有变化，但还在正常使用范围；当胎压为标准胎压的85％时绿色光柱缩短为零变为红色光柱，红色光柱越高表示漏气越严重，当胎压为标准胎压的60％或低于60％时红色光柱最高，当胎压下降到标准胎压的75％时，红色光柱闪烁且光柱高度为总高的一半，当胎压下降到标准胎压的60％时，在红色光柱闪烁的同时蜂鸣器也报警鸣响；橙黄色灯柱表示胎压过高的程度，当胎压为标准胎压的140％或高于140％时，橙黄色灯柱最高，当胎压升高到标准胎压的125％时，橙黄色光柱闪烁且光柱高度为总高的一半，当胎压升高到标准胎压的140％时，在橙黄色光柱闪烁的同时蜂鸣器也报警鸣响。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种基于车轮脉冲数绝对比较法的胎压监测预警***，其特征在于，包括：

一车轮转动脉冲数监测单元，用于产生、接收各车轮转动脉冲数信息；

一车轮脉冲数运算判别单元，用于根据在标准胎压以一定车速行驶一定距离获得的各车轮脉冲数信息建立各车轮标准脉冲数作为比较基准，分别求四个车轮标准脉冲数的平均值N₀与各个车轮标准脉冲数之比车轮脉冲数的每个监测周期以各车轮实测脉冲数N_i与之乘积中的最小值达到标准脉冲数的平均值N₀为止；将各车轮实测脉冲数修正后与各自车轮标准脉冲数进行比较，判别胎压是否异常，将修正后的各车轮脉冲数与各自标准脉冲数绝对比较的差值与对应的高胎压门限值Δ_H和低胎压门限值Δ_L相比较，若且则判定为该轮胎压过高；若且则判定该车轮胎压过低；并向胎压信息显示单元发送判别结果信息；

所述车轮脉冲数运算判别单元包括车轮脉冲数修正单元，求各车轮实测脉冲数与对应的标准脉冲数之差ΔN_i并对该差值ΔN_i按大小排序，对各车轮实测脉冲数进行修正，对车轮脉冲数修正值拟合为关于ΔN_i的函数f(ΔN_i)，修正后的脉冲数所对应的车轮滚动距离与标准脉冲数所对应的车轮滚动距离相等或近似相等。

2.根据权利要求1所述的基于车轮脉冲数绝对比较法的胎压监测预警***，其特征在于，所述车轮脉冲数运算判别单元包括：

标准脉冲数基准建立单元，建立各车轮的标准脉冲数基准，用于各车轮的实测脉冲数与各自的标准脉冲数进行比较；

胎压状态判别报警单元，通过比较各车轮修正脉冲数与标准脉冲数的差值，判别胎压状态级别和胎压异常车轮的位置，向胎压信息显示单元发送车轮脉冲数判别结果信息。

3.根据权利要求2所述的基于车轮脉冲数绝对比较法的胎压监测预警***，其特征在于，所述车轮脉冲数运算判别单元还包括自学习单元，用于当车轮滚动半径突变时，进行自学习，更新各车轮标准脉冲数基准。

4.根据权利要求2所述的基于车轮脉冲数绝对比较法的胎压监测预警***，其特征在于，当车辆转向时，所述车轮脉冲数修正单元对转向时前、后轴车轮脉冲数相互修正，修正后脉冲数为实测脉冲数与修正系数的乘积。

5.根据权利要求2所述的基于车轮脉冲数绝对比较法的胎压监测预警***，其特征在于，当接收到车辆制动信号或者车轮滑移率信号后，剔除制动过程中或者车辆滑移过程中统计的各车轮脉冲数。

6.根据权利要求1-5任一项所述的基于车轮脉冲数绝对比较法的胎压监测预警***，其特征在于，所述胎压信息显示单元为与车载CAN***联接的仪表盘或者独立显示屏，显示胎压异常车轮的位置以及胎压高低程度。

7.一种基于车轮脉冲数绝对比较法的胎压监测预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01：在标准胎压以一定车速行驶一定距离并记录车轮转动的脉冲数为该车轮的标准脉冲数

S02：分别求四个车轮标准脉冲数的平均值N₀与各个车轮标准脉冲数之比车轮脉冲数的每个监测周期以各车轮实测脉冲数N_i与之乘积中的最小值达到标准脉冲数的平均值N₀为止；

S03：求各车轮实测脉冲数与对应的标准脉冲数之差ΔN_i并对该差值ΔN_i按大小排序，对各车轮实测脉冲数进行修正，对车轮脉冲数修正值拟合为关于ΔN_i的函数f(ΔN_i)，修正后的脉冲数所对应的车轮滚动距离与标准脉冲数所对应的车轮滚动距离相等或近似相等；

S04：将修正后的各车轮脉冲数与各自标准脉冲数绝对比较的差值与对应的高胎压门限值Δ_H和低胎压门限值Δ_L相比较，若且则判定为该轮胎压过高；若且则判定该车轮胎压过低。

8.根据权利要求7所述的基于车轮脉冲数绝对比较法的胎压监测预警方法，其特征在于，所述步骤S01中，当车轮滚动半径突变时，进行自学习，更新各车轮标准脉冲数基准。

9.根据权利要求7所述的基于车轮脉冲数绝对比较法的胎压监测预警方法，其特征在于，所述步骤S02中，函数f(ΔN_i)通过近似迭代法求解或者采用拟合法和迭代法共同求解。

10.根据权利要求7所述的基于车轮脉冲数绝对比较法的胎压监测预警方法，其特征在于，还包括胎压显示步骤：

使用绿色LED灯柱表示胎压在115％～85％标准胎压范围，当胎压为标准胎压时绿色光柱最高，绿色光柱缩短表示胎压有变化，但还在正常使用范围；

当胎压为标准胎压的85％时绿色光柱缩短为零变为红色光柱，红色光柱越高表示漏气越严重，当胎压下降到标准胎压的60％时，在红色光柱闪烁的同时蜂鸣器也报警鸣响；

使用橙黄色灯柱表示胎压过高的程度，当胎压升高到标准胎压的115％时，变为橙黄色光柱，当胎压升高到标准胎压的140％时，在橙黄色光柱闪烁的同时蜂鸣器也报警鸣响。