CN110116593B

CN110116593B - 一种胎压监测方法及装置

Info

Publication number: CN110116593B
Application number: CN201910364473.2A
Authority: CN
Inventors: 李炳光; 蒋才科; 徐冬生
Original assignee: Huizhou Foryou General Electronics Co Ltd
Current assignee: Huizhou Foryou General Electronics Co Ltd
Priority date: 2019-04-30
Filing date: 2019-04-30
Publication date: 2022-02-11
Anticipated expiration: 2039-04-30
Also published as: CN110116593A

Abstract

本发明提供胎压监测方法及装置，方法包括：步骤1、建立车轮滚动半径模型；步骤2、标定各轮胎正常胎压范围；步骤3、建立滚动半径测量坐标系；步骤4、测量各车轮的滚动半径；步骤5、获取当前车速；步骤6、根据当前车速、车轮滚动半径，计算各轮胎的当前胎压；步骤7、判断各轮胎的当前胎压是否超出正常胎压范围，是则进行报警。本发明实现了无需在轮胎中安装胎压监测装置的间接式胎压监测。

Description

一种胎压监测方法及装置

技术领域

本发明涉及胎压监测技术领域，尤其涉及一种胎压监测方法及装置。

背景技术

目前，汽车已成为普遍的交通工具。稳定的胎压是汽车平稳运行的先决条件，当胎压超出正常范围时，将给安全行驶带来很大的安全隐患，甚至造成严重的交通事故。因此，胎压监测技术目前已越来越多地应用到汽车上，以提高汽车行驶的安全性。

在现有的胎压监测技术中，需要在轮胎中安装胎压监测装置，并与接收端进行配对连接，然后将胎压信息发送给接收端解码显示，工序复杂，稳定性不高。

因此，现有技术有待进一步改进。

发明内容

本发明提供一种胎压监测方法及装置，旨在解决现有技术中的缺陷，实现无需在轮胎中安装胎压监测装置的间接式胎压监测。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

本发明一方面提供一种胎压监测方法，包括：

步骤1、建立车轮滚动半径模型；

步骤2、标定各轮胎正常胎压范围；

步骤3、建立滚动半径测量坐标系，所述滚动半径测量坐标系以车轮滚动半径测量模块为原点，以垂直车轴指向车尾为X轴，以平行车轴指向车外为Y轴，垂直XOY平面向上为Z轴；

步骤4、测量各车轮的滚动半径；

步骤5、获取当前车速；

步骤6、根据当前车速、车轮滚动半径，计算各轮胎的当前胎压；

步骤7、判断各轮胎的当前胎压是否超出正常胎压范围，是则进行报警。

进一步地，在步骤4之后还包括如下步骤：

步骤41、判断车门是否开启，是则获取车门关闭后的车辆总重分布在各个车轮上的重量，否则执行步骤5。

具体地，所述步骤41包括：

步骤411、测量车门开启前各车轮的滚动半径和车门关闭后各车轮的滚动半径；

步骤412、根据车门开启关闭前后的各车轮滚动半径变化量，计算各车轮在车门开启关闭前后乘载重量的变化值；

步骤413、根据各车轮在车门开启关闭前后乘载重量的变化值，更新乘载重量分布在各车轮上的重量；

步骤414、根据更新后的乘载重量分布在各车轮上的重量，计算车门关闭后的车辆总重分布在各车轮上的重量。

具体地，所述步骤4包括：

步骤401、获取车轮着地点及车轮边缘上满足预设条件的三个测定点的空间坐标；

步骤402、获取车轮滚动中心点的坐标；

步骤403、获取车轮着地点的坐标；

步骤404、计算车轮滚动半径；

所述预设条件为：第一测定点、第二测定点、第三测定点与车轮着地点不重合，所述第一测定点与所述第二测定点分列车轮着地点两侧；所述第一测定点与所述第二测定点之间的距离大于车轮在正常胎压的车轮半径且小于车轮在正常胎压的车轮直径。

具体地，所述步骤401包括：

步骤4011、获取车轮边缘轮廓数据，建立车轮模型；

步骤4012、计算经过滚动半径测量坐标系原点与XOZ平面垂直且与YOZ平面夹角分别为预设测量角度的三个测定平面的平面方程；

步骤4013、计算车轮平面方程；

步骤4014、计算各测定平面与车轮平面的相交线方程；

步骤4015、将车轮雷达点云数据代入各相交线方程，获取各所述测定平面与车轮平面的交点，将所述交点中距离雷达坐标系原点最远的点判定为车轮边缘上满足预设条件的测定点。

具体地，所述车轮边缘轮廓数据通过雷达或TOF相机获取。

本发明另一方面提供一种胎压监测装置，包括：

用于建立车轮滚动半径模型的车轮滚动半径模型模块；

用于接收输入的各轮胎标定胎压数值的胎压标定模块；

用于实时获取车辆当前车速的车速模块；

用于实时测量车轮滚动半径的滚动半径测量模块；

用于接收车轮滚动半径模型模块发送的各项参数、车速模块发送的车速、滚动半径测量模块发送的车轮滚动半径，实时计算各轮胎当前胎压的胎压计算模块；

用于将胎压计算模块获得的各轮胎当前胎压与胎压标定模块的各轮胎标定胎压数值进行比较，决定是否报警的胎压判断模块；

所述车轮滚动半径模型模块、车速模块、滚动半径测量模块与所述胎压计算模块连接，所述胎压判断模块与所述胎压计算模块、胎压标定模块连接。

具体地，所述车轮滚动半径模型模块包括：用于输入车速为0、胎压为0时的初始滚动半径的初始滚动半径单元；用于确定车辆总重分布在各车轮上的重量的车重分布单元；用于输入车速对车轮滚动半径的影响系数的车速系数单元；用于输入胎压对车轮滚动半径的影响系数的胎压系数单元；用于输入车辆总重对车轮滚动半径的影响系数的车重系数单元。

具体地，所述车重分布单元包括：用于确定车身自重分布在各车轮上的重量的自重分布子单元，用于确定乘载重量分布在各车轮上的重量的乘载分布子单元。

具体地，所述滚动半径测量模块为雷达或TOF相机。

本发明的有益效果在于：本发明通过建立车轮滚动半径模型，标定各轮胎正常胎压范围，实时测量各车轮的滚动半径，结合当前车速，实时计算各轮胎的当前胎压，实现了无需在轮胎中安装胎压监测装置的间接式胎压监测。

附图说明

图1是本发明的车轮滚动半径示意图；

图2是本发明的胎压监测方法的流程示意图；

图3是本发明的胎压监测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制。

车轮滚动半径是指车轮着地点与车轮滚动中心点之间的长度。如图1所示，前轮着地点E0与前轮滚动中心点O0的长度|E0O0|是前轮滚动半径，后轮着地点E1与后轮滚动中心点O1的长度|E1O1|是后轮滚动半径。

车轮滚动半径测量模块的安装部位应使其至少能照射到车后轮下半部分的1/3以及前轮下半部分的1/3。

在本实施例中，车轮滚动半径测量模块的安装部位为外后视镜上。

在具体实施时，车轮滚动半径测量模块可以是雷达，也可以是其它能获取车轮数据的部件代替，例如TOF(Time of Flight)相机。

实施例1

本实施例提供一种胎压监测方法，本实施例中的车轮滚动半径测量模块为雷达，如图2所示，本实施例的胎压监测方法包括：

步骤1、建立车轮滚动半径模型。

车轮滚动半径的模型为：r(k)＝R0(k)+Kv*V+Kp*P(k)+K_m*M(k)，其中，k＝FL,FR,RL,RR，分别表示前左轮、前右轮、后左轮、后右轮；r(k)表示标号为k的车轮的滚动半径；R0(k)表示标号为k的车轮在车速为0、胎压为0时的初始滚动半径，单位mm；V为车速，单位km/h；P(k)表示标号为k的车轮的胎压，单位Mpa；M(k)为车辆总重分布在标号为k的车轮上的重量，单位kg；Kv为车速对车轮滚动半径的影响系数；Kp为胎压对车轮滚动半径的影响系数；Km为车辆总重对车轮滚动半径的影响系数。

M(k)＝M0(k)+M1(k)，其中，M0(k)表示车身自重分布在标号为k的车轮上的重量，可以在标定时获取；M1(k)表示乘载重量分布在标号为k的车轮上的重量，初始状态时(即车内无乘载)，M1(k)＝0。

不同车轮有不同的刚度，对车轮设定不同的胎压值，通过测量不同车速下的车轮的滚动半径值r(k)，R0(k)、M0(k)已知，即可确定车轮滚动半径的影响系数Kv、Kp、Km。

步骤2、标定各轮胎正常胎压范围。

标定各轮胎的正常胎压范围，即确定各轮胎的最大胎压值P(k)max和最小胎压值P(k)min。

步骤3、建立滚动半径测量坐标系，所述滚动半径测量坐标系以车轮滚动半径测量模块为原点，以垂直车轴指向车尾为X轴，以平行车轴指向车外为Y轴，垂直XOY平面向上为Z轴。

步骤4、测量各车轮的滚动半径r(k)。

具体方法是：

步骤401、获取车轮着地点及车轮边缘上满足预设条件的三个测定点的空间坐标。

以前轮为例，获取前轮着地点E0及前轮边缘上满足预设条件的三个测定点A0、B0、C0的空间坐标。

在具体实施时，所述预设条件为：第一测定点、第二测定点、第三测定点与车轮着地点不重合，所述第一测定点与所述第二测定点分列车轮着地点两侧；所述第一测定点与所述第二测定点之间的距离大于车轮在正常胎压的车轮半径且小于车轮在正常胎压的车轮直径。

如图1所示，测定点A0、B0、C0与前轮着地点E0不重合，A0、B0分列E0两侧；R<|A0B0|<2R，R为车轮在正常胎压的车轮半径。

测定点A0、B0、C0及前轮着地点E0的空间坐标分别为(xa0,ya0,za0)、(xb0,yb0,zb0)、(xc0,yc0,zc0)、(xe0,ye0,ze0)。

具体方法是：

步骤4011、获取车轮边缘轮廓数据，建立车轮模型。

通过雷达扫描车轮反射回来的点云建立车轮模型。

步骤4012、计算经过滚动半径测量坐标系原点与XOZ平面垂直且与YOZ平面夹角分别为预设测量角度β、α、θ的三个测定平面的平面方程，所述预设测量角度满足如下关系：β<α<θ，且不等于0、π/2、π、π3/2、2π。

与YOZ平面夹角为预设测量角度β的测定平面为测定平面1，与YOZ平面夹角为预设测量角度α的测定平面为测定平面2，与YOZ平面夹角为预设测量角度θ的测定平面为测定平面3；测定平面1与车轮平面交点集合中的某点为测定点A0，测定平面3与车轮平面交点集合中的某点为测定点B0，测定平面2与车轮平面交点集合中的某点为测定点C0。

测定平面1方程：a₁x+c₁z＝0，法向量N1(a₁,0,c₁)；

测定平面2方程：a₂x+c₂z＝0，法向量N2(a₂,0,c₂)；

测定平面3方程：a₃x+c₃z＝0，法向量N3(a₃,0,c₃)。

YOZ平面的法向量N0(1,0,0)。

向量公式1：

N1*N0＝|N1|*|

向量公式2：N1*N0＝(a₁,0,c₁)*(1,0,0)＝a₁；

联立两式可得：

即

假设a₁取1，即可求取c₁，从而确定测定平面1的方程为：a₁x+c₁z＝0。

同理，可以求得测定平面2和测定平面3方程：a₂x+c₂z＝0，a₃x+c₃z＝0。

步骤4013、计算车轮平面方程。

具体方法是：从雷达点云数据中选择车轮表面上的三个点p1(x₁,y₁,z₁)、p2(x₂,y₂,z₂)、p3(x₃,y₃,z₃)，将其代入车轮平面方程a₄x+b₄y+c₄z+d＝0，通过克莱姆法则展开求取车轮平面方程a₄、b₄、c₄、d₄的值：

a4＝y₁(z₂-z₃)+y₂(z₃-z₁)+y₃(z₁-z₂)，

b4＝z₁(x₂-x₃)+z₂(x₃-x₁)+z₃(x₁-x₂)，

c4＝x₁(y₂-y₃)+x₂(y₃-y₁)+x₃(y₁-y₂)，

d4＝-x₁(y₂z₃-y₃z₂)-x₂(y₃z₁-y₁z₃)-x₃(y₁z₂-y₂z₁)。

步骤4014、计算各测定平面与车轮平面的相交线方程。

测定平面1与车轮平面的相交线为L1，其向量为(u1,v1,w1)；测定平面2与车轮平面的相交线为L2，其向量为(u2,v2,w2)；测定平面3与车轮平面的相交线为L3，其向量为(u3,v3,w3)。

将两平面的向量相乘，即可得到相交线的向量，进而得到各测定平面与车轮平面的相交线方程：

相交线L1方程：(x+a5)/u1＝(y+b5)/v1＝(z+c5)/w1；

相交线L2方程：(x+a6)/u2＝(y+b6)/v2＝(z+c6)/w2；

相交线L3方程：(x+a7)/u3＝(y+b7)/v3＝(z+c7)/w3。

例如，已知u1＝2，v1＝3，w1＝6，a5＝1,b5＝2,c5＝1，则相交线L1的方程为：(x+1)/2＝(y+2)/3＝(z+1)/6。

分解可得：x＝(2y+1)/3；x＝(z-2)/3；y＝(z-3)/2。

将雷达点云数据代入上述公式，满足以上方程的点表示在相交线L1上，再计算在相交线L1的点到雷达坐标系原点O的距离，距离最远的点即是测定点A0。同理，可以确定测定点B0、测定点C0。

步骤402、获取车轮滚动中心点的坐标。

如图1所示，已知前轮|A0O0|＝|B0O0|＝|C0O0|，设前轮滚动中心O0点坐标为(xo0,yo0,zo0)，利用点坐标距离公式，即可解算出前轮滚动中心O0坐标与A0、B0、C0三点的关系式。

步骤403、获取车轮着地点的坐标。

通过雷达获取雷达坐标系原点O到车轮着地点E0的垂直距离h，由于O0E0平行于雷达坐标系Z轴，因此可知车轮着地点E0的坐标为(xo0,yo0,-h)。

步骤404、计算车轮滚动半径。

前轮滚动半径r(LF)＝|O0E0|＝h+zo0。

步骤5、获取当前车速。

通过CAN直接从车身获取车辆当前车速V。

步骤6、根据当前车速、车轮滚动半径，计算各轮胎的当前胎压。

P(k)＝[r(k)-R0(k)-Kv*V-K_m*M(k)]/Kp。

具体是：判断当前胎压P(k)是否满足P(k)min≤P(k)≤P(k)max，是则胎压正常，否则进行过压或者欠压报警。

实施例2

本实施例提供另一种胎压监测方法，与实施例1的胎压监测方法有所区别是，在步骤4之后还包括如下步骤：

步骤41、判断车门是否开启，是则获取车门关闭后的车辆总重分布在各个车轮上的重量M(k)，否则执行步骤5。

具体方法是：

步骤411、测量车门开启前各车轮的滚动半径r(k)和车门关闭后各车轮的滚动半径r(k)'。

测量方法如实施例1中的步骤3所示。不同位置上下车，乘载重量分布在各车轮上的重量变化度△M(k)不同。

步骤412、根据车门开启关闭前后的各车轮滚动半径变化量，计算各车轮在车门开启关闭前后乘载重量的变化值△M1(k)。

对于各车轮而言，△M1(k)＝M1(k)'-M1(k)，其中，M1(k)表示标号为k的车轮在车门开启前乘载重量分布在该车轮上的重量，初始状态时(车内无乘载)M1(k)＝0；M1(k)'表示标号为k的车轮在车门关闭后乘载重量分布在该车轮上的重量。

由于：

r(k)＝Kv*V+Kp*P(k)+K_m*[M0(k)+M1(k)]+R0(k)，

r(k)'＝Kv*V+Kp*P(k)+K_m*[M0(k)+M1(k)']+R0(k)，

因此，△M1(k)＝M1(k)'-M1(k)＝[r(k)'-r(k)]/Km。

步骤413、根据各车轮在车门开启关闭前后乘载重量的变化值△M1(k)，更新乘载重量分布在各车轮上的重量M1(k)。

即用M1(k)+△M1(k)替换之前的M1(k)，作为最新的乘载重量分布在各车轮上的重量。

步骤414、根据更新后的乘载重量分布在各车轮上的重量M1(k)，计算车门关闭后的车辆总重分布在各车轮上的重量M(k)。

M(k)＝M0(k)+M1(k)。

实施例3

如图3所示，本实施例提供一种胎压监测装置，包括：

用于建立车轮滚动半径模型的车轮滚动半径模型模块；

用于接收输入的各轮胎标定胎压数值的胎压标定模块；

用于实时获取车辆当前车速的车速模块；

用于实时测量车轮滚动半径的滚动半径测量模块；

所述车轮滚动半径模型模块包括：用于输入车速为0、胎压为0时的初始滚动半径的初始滚动半径单元；用于确定车辆总重分布在各车轮上的重量的车重分布单元；用于输入车速对车轮滚动半径的影响系数的车速系数单元；用于输入胎压对车轮滚动半径的影响系数的胎压系数单元；用于输入车辆总重对车轮滚动半径的影响系数的车重系数单元。

所述车重分布单元包括：用于确定车身自重分布在各车轮上的重量的自重分布子单元，用于确定乘载重量分布在各车轮上的重量的乘载分布子单元。

本装置的工作过程为：

首先，在车轮滚动半径模型模块提供各种相关参数(例如初始滚动半径、车速系数、胎压系数、车重系数等)的输入，胎压标定模块提供各轮胎正常胎压范围数值的输入，车速模块实时获取车辆当前车速，滚动半径测量模块实时测量车轮滚动半径；

然后，胎压计算模块从车轮滚动半径模型模块获取各项参数，从车速模块获取当前车速，从滚动半径测量模块获取当前车轮滚动半径，实时计算各轮胎当前胎压；

最后，胎压判断模块从胎压计算模块获取各轮胎当前胎压，从胎压标定模块获取各轮胎标定胎压数值，并进行比较，决定是否报警。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例，不能以此来限定本发明的权利保护范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims

1.一种胎压监测方法，其特征在于，包括：

步骤1、建立车轮滚动半径模型；

步骤2、标定各轮胎正常胎压范围；

步骤3、建立滚动半径测量坐标系；

步骤4、测量各车轮的滚动半径；

步骤41、判断车门是否开启，是则获取车门关闭后的车辆总重分布在各个车轮上的重量，否则执行步骤5；

步骤5、获取当前车速；

步骤7、判断各轮胎的当前胎压是否超出正常胎压范围，是则进行报警；

所述滚动半径测量坐标系以车轮滚动半径测量模块为原点，以垂直车轴指向车尾为X轴，以平行车轴指向车外为Y轴，垂直XOY平面向上为Z轴；

所述步骤41包括：

2.根据权利要求1所述的胎压监测方法，其特征在于，所述步骤4包括：

步骤402、获取车轮滚动中心点的坐标；

步骤403、获取车轮着地点的坐标；

步骤404、计算车轮滚动半径；

3.根据权利要求2所述的胎压监测方法，其特征在于，所述步骤401包括：

步骤4011、获取车轮边缘轮廓数据，建立车轮模型；

步骤4013、计算车轮平面方程；

步骤4014、计算各测定平面与车轮平面的相交线方程；

4.根据权利要求3所述的胎压监测方法，其特征在于，所述车轮边缘轮廓数据通过雷达或TOF相机获取。

5.一种胎压监测装置，其特征在于，包括：

用于建立车轮滚动半径模型的车轮滚动半径模型模块；

用于接收输入的各轮胎标定胎压数值的胎压标定模块；

用于实时获取车辆当前车速的车速模块；

用于实时测量车轮滚动半径的滚动半径测量模块；

所述车轮滚动半径模型模块、车速模块、滚动半径测量模块与所述胎压计算模块连接，所述胎压判断模块与所述胎压计算模块、胎压标定模块连接；

所述车轮滚动半径模型模块包括：用于输入车速为0、胎压为0时的初始滚动半径的初始滚动半径单元；用于确定车辆总重分布在各车轮上的重量的车重分布单元；用于输入车速对车轮滚动半径的影响系数的车速系数单元；用于输入胎压对车轮滚动半径的影响系数的胎压系数单元；用于输入车辆总重对车轮滚动半径的影响系数的车重系数单元；

所述车重分布单元包括：用于确定车身自重分布在各车轮上的重量的自重分布子单元，用于确定乘载重量分布在各车轮上的重量的乘载分布子单元；

所述车重分布单元根据如下步骤确定车辆总重分布在各车轮上的重量：

测量车门开启前各车轮的滚动半径和车门关闭后各车轮的滚动半径；

根据车门开启关闭前后的各车轮滚动半径变化量，计算各车轮在车门开启关闭前后乘载重量的变化值；

根据各车轮在车门开启关闭前后乘载重量的变化值，更新乘载重量分布在各车轮上的重量；

根据更新后的乘载重量分布在各车轮上的重量，计算车门关闭后的车辆总重分布在各车轮上的重量。

6.根据权利要求5所述的胎压监测装置，其特征在于，所述滚动半径测量模块为雷达或TOF相机。