CN114812376B - 一种车辆轮胎花纹深度检测***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆轮胎花纹深度检测***及方法，***包括用于安装在车辆车架上朝向车辆轮胎方向的雷达、以及与所述雷达及车载无线终端设备连接的MCU模块，所述雷达用于向轮胎发送特定频率的主波信号，MCU模块用于将从轮胎表面返回的回波信号数据进行分析处理后将得到的结果发送至所述车载无线终端设备，车载无线终端设备将结果发送至终端平台，所述终端平台用于向用户进行预警。本发明能够在轮胎的花纹磨损至一定程度后，向用户发出预警信息，能够有效的提高车辆行驶的安全性；并且，能够有效的提高花纹磨损程度的检测精度。

Description

一种车辆轮胎花纹深度检测***及方法

技术领域

本发明涉及一种轮胎检测技术领域，具体涉及一种车辆轮胎花纹深度检测***，另外，本发明还涉及一种车辆轮胎花纹深度检测方法。

背景技术

轮胎是在各种车辆或机械上装配的接地滚动的圆环形弹性橡胶制品。通常安装在金属轮辋上，能支承车身，缓冲外界冲击，实现与路面的接触并保证车辆的行驶性能。轮胎常在复杂和苛刻的条件下使用，它在行驶时承受着各种变形、负荷、力以及高低温作用，因此必须具有较高的承载性能、牵引性能、缓冲性能。同时，还要求具备高耐磨性和耐屈挠性，以及低的滚动阻力与生热性。

车依靠轮胎行驶在路面上，而直接与路面接触的却是轮胎冠面花纹。汽车的驱动力、制动力和转向力都是通过轮胎花纹传递到路面上。轮胎花纹的主要作用之一就是增加胎面与路面间的摩擦力，以防止车轮打滑。轮胎花纹提高了胎面接地弹性，在胎面和路面间切向力(如驱动力、制动力和横向力)的作用下，花纹块能产生较大的切向弹性变形，保证足够的摩擦力。同时，轮胎花纹还在路面湿滑时提供排水能力，防止车辆产生水滑；另外轮胎上的花纹还能够降低胎噪，增强舒适性；提高车辆的操作性能。

通常情况下，花纹深度不能低于1.6mm，一般低于3mm时就应更换轮胎。轮胎老化通常可以通过轮胎正面的表面花纹深度反应出来，它关系到车辆的安全和可靠驾驶，在不同的路况下对轮胎的磨损是不同的，虽然轮胎企业在其产品规格书中对轮胎的磨耗有相关定义，通常是以轮胎的行驶里程为依据，但在实际的情况下，轮胎的磨耗会和多种因素有关，特别是温度，压力，气候，路况会直接的影响轮胎的磨耗，最直接的反应是可通过轮胎花纹的深浅来判断轮胎的损耗和寿命。

而目前，轮胎状况检查多为人工肉眼或卡尺检查，或者使用较为智能的带有传感器的手持型胎纹深度检测装置，而经常需要进行轮胎状态检查的车队若使用上述方法则会非常麻烦，耗费大量时间，浪费人力物力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车辆轮胎花纹深度检测***，其在实际的使用中能够实现对汽车轮胎的花纹磨损程度进行监测，在轮胎磨损后能够实现预警的目的，能够有效的提高车辆在行使中的安全性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种车辆轮胎花纹深度检测***，包括用于安装在车辆车架上朝向车辆轮胎方向的雷达、以及与所述雷达及车载无线终端设备连接的MCU模块，所述雷达用于向轮胎发送特定频率的主波信号，MCU模块用于将从轮胎表面返回的回波信号数据进行分析处理后将得到的结果发送至所述车载无线终端设备，车载无线终端设备将结果发送至终端平台，所述终端平台用于向用户进行预警。

其中，车载无线终端设备通过LTE网络将结果发送至终端平台。

本发明公开的一种车辆轮胎花纹深度检测方法，包括如下步骤：

S1：雷达向车辆轮胎方向发送特定的主波信号，主波信号到达轮胎后反射后形成回波信号；

S2：MCU模块接收到回波信号后对回波信号数据进行分析处理，具体过程如下：MCU模块根据主波信号及回波信号计算发射与接收时刻的时间差换算轮胎花纹深度，具体公式如下；

ΔT＝ΔT 2 -ΔT 1 ，

其中，ΔT 1 为胎面反射信号的延时；ΔT 2 花纹底部反射信号的延时；ΔT为发射与接收时刻的时间差；

根据雷达测距公式：

2R＝c*Tr；

Tr＝2R/c；

Tr为主波信号和回波信号之间的时间差；R为雷达到被探测物之间的距离；c为雷达波的在空气中的传递速度；

Δt＝2(R1-R2)/c；

ΔR＝R1-R2＝c*Δt/2；

R1为雷达到轮胎花纹最低位置处到雷达的距离；

R2为轮胎表面到雷达的距离。

进一步优化，S2中，MCU模块内部具有随机码生成器，随机码生成器用于产生任意数据的随机码，并经过循环冗余校验后随机码出入MCU模块的内部存储，形成的随机码为八位或者十六位随机码,八位或者十六位随机码经过PWM调制成主波信号。

随机码生成器生成的随机码与每一帧主波信号和回波信号一一对应。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明主要通过设置的雷达向轮胎的表面进行发送主波信号，主波信号经过轮胎后进行反射形成回波信号；由于车辆轮胎上设置有花纹，回波信号在返回的时候将会形成时间差；这样，MCU模块用于将从轮胎表面返回的回波信号数据进行分析处理后将得到的结果发送至所述车载无线终端设备，通过对返回时间差的测定，即可快速获取轮胎的深度，能够在轮胎的花纹磨损至一定程度后，向用户发出预警信息，能够有效的提高车辆行驶的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明雷达信号的接发原理图。

图2为本发明MCU模块中随机码生成器生成的八位随机码。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例一

本实施例公开了一种车辆轮胎花纹深度检测***，包括用于安装在车辆车架上朝向车辆轮胎方向的雷达、以及与所述雷达及车载无线终端设备连接的MCU模块，所述雷达用于向轮胎发送特定频率的主波信号，MCU模块用于将从轮胎表面返回的回波信号数据进行分析处理后将得到的结果发送至所述车载无线终端设备，车载无线终端设备将结果发送至终端平台，所述终端平台用于向用户进行预警。

其中，车载无线终端设备通过LTE网络将结果发送至终端平台。

需要说明的是，所述MCU模块至少具有随机码生成、ADC(模数转换)、DAC(数模转换)、并串(P/S，发射端)和串并(S/P接受端)功能；实现该功能的MCU模块可采用现有技术中的MCU模块，其具体结构此处不再赘述。

另外，本发明还公开了一种车辆轮胎花纹深度检测方法，包括如下步骤：

S1：雷达向车辆轮胎方向发送特定的主波信号，主波信号到达轮胎后反射后形成回波信号；

S2：MCU模块接收到回波信号后对回波信号数据进行分析处理，具体过程如下：MCU模块根据主波信号及回波信号计算发射与接收时刻的时间差换算轮胎花纹深度，具体公式如下；

ΔT＝ΔT2-ΔT1，

其中，ΔT1为胎面反射信号的延时；ΔT2花纹底部反射信号的延时；ΔT为发射与接收时刻的时间差。

主波信号发射后在空间中传送到轮胎表面会有延时，由于花纹高低不平，信号到轮胎不同位置的延时不同，考虑到无线信号的穿透效应，雷达接收器接收到的信号会是由多径反射回来的信号，只有轮胎表面反射回来的信号才是***所需要的，其他多路反射的信号都可视为噪声，可以通过延时时间预估，将多径反射的信号通过接收时间窗的方式去除--即在某个时间范围外的信号，认为是多径反射的信号，直接不接收或者接收后将数据丢弃。因此ΔT的时间非常重要，ΔT是雷达信号到轮胎表面的往返时间延时。轮胎会反射回来两个延迟信号，即ΔT1胎面反射信号的延时和ΔT2花纹底部反射信号的延时，如此，花纹深度就可通过Δt＝ΔT2-ΔT1来换算得到。

发射信号的频率越高，计算的精度(分辨率)就会越高，具体计算公式如下，根据雷达测距公式：

2R＝c*Tr；

Tr＝2R/c；

Tr为主波信号和回波信号之间的时间差；R为雷达到被探测物之间的距离；c为雷达波的在空气中的传递速度；

Δt＝2(R1-R2)/c；

ΔR＝R1-R2＝c*Δt/2；

R1为雷达到轮胎花纹最低位置处到雷达的距离；

R2为轮胎表面到雷达的距离。

其中，S2中，MCU模块内部具有随机码生成器，随机码生成器用于产生任意数据的随机码，并经过循环冗余校验后随机码出入MCU模块的内部存储，形成的随机码为八位或者十六位随机码,八位或者十六位随机码经过PWM调制成主波信号。

需要说明的是，在实际的使用中，MCU模块通过雷达接收装置，用于实现回波信号的接收。

本发明雷达通过特定频率向轮胎表面发送特定频率的主波信号，由于轮胎表面花纹的深度不同，其反射回波的时长就不一样，本发明有两个参数到雷达的距离，主波信号到达轮胎的传输时间是决定如何解决多路径反射的决定因素，多路径反射会影响接收回波和MCU的计算精度，为了有效地判定反射回波来自于轮胎表面，MUC需具备随机编码的能力。

其中，在实际的使用中，毫米波雷达信号频率为30-300GHz，波长1-10mm。

在实际的使用中，主波信号到达轮胎表面后，一部分将会本轮胎进行吸收，穿透轮胎后照射至轮毂位置后，这样形成的回波即为噪音，同时，雷达波照射在其他物体上的反射波液位噪音；只有照射至轮胎表面及纹路底部的反射波才是需要的目标波。

由于雷达与车辆轮胎的距离为定值，轮胎在使用之处，雷达到达轮胎表面和达到轮胎的花纹底部的距离是定值的，也就是说轮胎在出现磨损后，雷达到达轮胎表面的路径将会增长。

因此，在实际的使用中为了降低噪音的影响，需要使得MCU模块就别随机编码的能力；八位随机码如图2所示。

从轮胎表面返回的回波信号数据经MCU处理，在MCU中经过计算后得到发射、接收时刻的时间差ΔT后，从而得到轮胎花纹的深度信息。将得到的结果通过无线电射频传送到车载无线终端设备，再通过车载无限终端设备的LTE网络发送到平台，而平台可以定时向用户提供实施的信息及预警。如果平台发现某个用户轮胎磨损严重，可以通过优先发送的策略及时对该用户预警。

具体的实现方法如下：

MCU模块通过随机码生成器产生任意数据的随机码，经过CRC(循环冗余校验)后随机码出入MCU模块的内部存储(cash)，八位的随机码经过PWM调制成主波信号。雷达信号的接发原理如图1所示。

随机码用于校验接发送信号的序列，CRC是用于校验误码的，CRC是由一个多项式的循环计算来对八位数字信息或者十六位数字信息做了一个计算，如果接受回来的信息中间有错误(误码)，即可发现是哪一位错了。

接发送都要用同样的多项式来循环计算；时间窗是根据胎槽最深的地方反射时间差，要有一定的容差，大于这个时间窗的多路反射信号就不会被接受。雷达的频段也是毫米波，MCU模块也是带有ADC(模数转换)和DAC(数模转换)及并串(P/S，发射端)和串并(S/P接受端)功能的，因为MCU内部都是对并行数据进行处理，发送时都是被调制了的串行数据，回波信号也是串行的数据，要经过MCU内部的串并寄存器转成并行数据在经过CRC校验读入MCU的Cash。发射端的载波要调制在6G以上的的毫米波段上。

本发明随机码是为了MCU模块有在选择信号是发射信号要与接收信号每一帧一一对应，以保证对发射及接受能准确，随机码是随机产生的，不相同，所以在计算每发生一帧信号后，MCU模块将每帧主波信号的随机编码存入MCU模块的内部存储后，以用于对接收到的回波信号数据进行对比，以消除噪音；CRC是为了克服信号在受到环境干扰而产生的误码。进而能够有效的提高轮胎花纹深度的检测精度。

需要说明的是，在实际的使用中，由于车辆行驶的路况比较多变，因此在实际的时候需要考虑雷达三防的问题，如防水、防尘及防震，因此，在使用是需要加强雷达的三防性能。

本发明在实际的使用中通过引入随机码对每一帧的雷达波进行标记，将大于时间窗的多路反射信号进行拒收或者接收后清除的方式来实现获取目标反射波，能够有效的提高轮胎检测的精度。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

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，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种车辆轮胎花纹深度检测方法，其特征在于：包括用于安装在车辆车架上朝向车辆轮胎方向的雷达、以及与所述雷达及车载无线终端设备连接的MCU模块，所述雷达用于向轮胎发送特定频率的主波信号，MCU模块用于将从轮胎表面返回的回波信号数据进行分析处理后将得到的结果发送至所述车载无线终端设备，车载无线终端设备将结果发送至终端平台，所述终端平台用于向用户进行预警；

车辆轮胎花纹深度检测方法包括如下步骤：

S1：雷达向车辆轮胎方向发送特定的主波信号，主波信号到达轮胎后反射后形成回波信号；

S2：MCU模块接收到回波信号后对回波信号数据进行分析处理，具体过程如下：MCU模块根据主波信号及回波信号计算发射与接收时刻的时间差换算轮胎花纹深度，具体公式如下；

ΔT＝ΔT 2 -ΔT 1 ，

其中，ΔT 1 为胎面反射信号的延时；ΔT 2 花纹底部反射信号的延时；ΔT为发射与接收时刻的时间差；

根据雷达测距公式：

2R＝c*Tr；

Tr＝2R/c；

C为雷达波的在空气中的传递速度；Tr为主波信号和回波信号之间的时间差；

R为雷达到被探测物之间的距离；

Δt＝2(R 1 -R 2 )/c；

ΔR＝R1-R2＝c*Δt/2；

R1为雷达到轮胎花纹最低位置处到雷达的距离；

R2为轮胎表面到雷达的距离；

S2中，MCU模块内部具有随机码生成器，随机码生成器用于产生任意数据的随机码，并经过循环冗余校验后随机码出入MCU模块的内部存储，形成的随机码为八位或者十六位随机码,八位或者十六位随机码经过PWM调制成主波信号；

随机码生成器生成的随机码用于校验接发送信号的序列；

雷达接收器接收到的信号会是由多径反射回来的信号，只有轮胎表面反射回来的信号才是***所需要的，其他多路反射的信号都可视为噪声，可以通过延时时间预估，将多径反射的信号通过接收时间窗的方式去除--即在某个时间范围外的信号，认为是多径反射的信号，直接不接收或者接收后将数据丢弃。

2.根据权利要求1所述的一种车辆轮胎花纹深度检测方法，其特征在于：车载无线终端设备通过LTE网络将结果发送至终端平台。

3.根据权利要求1所述的一种车辆轮胎花纹深度检测方法，其特征在于：MCU模块将每帧主波信号的随机编码存入MCU模块的内部存储后，以用于对接收到的回波信号数据进行对比，以消除噪音。