技术领域
[0001] 本
发明涉及一种汽车转弯行驶时的轮胎气
压实时监测方法。
背景技术
[0002] 在
现有技术中，轮胎气压监测与报警装置主要有直接式和间接式两大类：直接式是在轮胎内或
气门嘴上设置机械装置或者
电子装置等监测装置，直接检测轮胎气压，并在认为存在异常时给予报警；间接式则是通过检测受轮胎气压影响的其它物理量及其变化来判断轮胎气压。例如检测
车轮的
滚动半径、车轮的转动速度、轮胎的弹性、轮胎的振动等参数，用这些参数来间接推断轮胎气压，都属于间接式轮胎气压监测方法。间接式实现的方式有机械式、电子式和材料式等多种。
[0003] 燕山大学韩宗奇教授公开了一种行驶中的
汽车轮胎气压监测方法(
专利号：ZL200810054917.4)，该方法通过对行驶中汽车各个轮速
传感器输出的脉冲
信号进行采集、
整理、分析、比较、判断等处理步骤来预报行驶中汽车轮胎气压的异常状况。其方法在汽车直线行驶或接近直线行驶时是非常有效的。但在车辆转弯行驶时，用该方法判定轮胎气压是否异常，正确率降低。
发明内容
[0004] 为了克服上述技术存在的不足，本发明提供了一种转弯行驶中的汽车轮胎气压监测方法。该发明通过对转弯行驶中各个
车轮传感器输出的脉冲信号进行采集和整理，利用记录的各个车轮脉冲数，对各个车轮
转弯半径进行计算，分析出正确的车轮转弯半径，并初步实现轮胎气压异常的判定；然后利用正常的车轮转弯半径对脉冲数进行转弯修正，对转弯修正后的脉冲数进行比较，最终实现异常气压车轮的正确判定。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述方法是一种间接式监测胎压的方法，其步骤如下：
[0006] 1、本发明采用汽车各个车轮的
轮速传感器发出的脉冲数来间接表征轮胎的充气压
力，或者用脉冲数折算的车轮转速、或者用脉冲数折算的车轮半径来表征轮胎的充气压力。三者都随轮胎充气压力的变化而变化，一般关系如下：
[0007] 和
[0008] 式中：ωL-车轮转速
[0009] r-车轮半径
[0010] z-轮速传感器齿盘齿数
[0011] N-轮速传感器输出的脉冲数
[0012] t-行驶的时间
[0013] s-行驶的路程
[0014] 2、汽车轮胎在正常气压、正常
载荷、正常磨损范围内和常用速度的标定(
自学习)方法。经过标定(自学习)和修正后的脉冲数消除了由于制造、磨损和规定气压的差异而造成的车轮滚动半径不相等的影响。标定(自学习)的方法是：选择路况良好的平直路面、汽车载荷和轮胎气压为厂家规定数值，汽车在设定的速度范围内多次行驶一定的距离(或一定的时间)，记录各次各个车轮采集到的脉冲数，计算每次的修正系数，取多次修正系数的平均值作为最终的修正系数。
[0015] 设一次记录下的四个车轮的原始脉冲数分别为N1、N2、N3、N4(其中“1”为左前轮，“2”为右前轮，“3”为右后轮，“4”为左后轮。下同)，则各车轮的脉冲修正系数为：
[0016]
[0017] 各修正后的标准脉冲数为：
[0018] 所述脉冲数及其相对变化量用车轮转速或者车轮半径表征充气压力的转换公式代替。
[0019] 3、标准脉冲数与车轮转弯半径的关系、各个车轮转弯半径之间的关系、标准脉冲数相对误差及同一车轮转弯半径的计算：
[0020] (3.1)标准脉冲数与车轮转弯半径的关系
[0021] 设汽车转弯行驶时各个车轮驶过的路程为Si，各车轮的转弯半径为Ri则：Si＝Φ·Ri i＝1～4
[0023] 各个车轮的标准脉冲数：
[0024]
[0025] 车轮的标准脉冲数与对应该车轮的转弯半径成正比例关系，与该车轮的滚动半径成反比例。
[0026] (3.2)各个车轮转弯半径之间的关系
[0027] 以汽车左转弯为例，当汽车的横向
加速度不大时，认为汽车的横向力较小，忽略轮胎的
侧偏角(
附图2)，则有：
[0028]
[0029] 式中：R1～4-4个车轮的转弯半径
[0032] 各个车轮的转弯半径均可由汽车的第4轮转弯半径R4表示出来。
[0033] (3.3)脉冲数相对差的计算方法
[0034] 计算：
[0035] 其中：δi-j表示第i轮与第j轮的标准脉冲数的相对差，i≠j。
[0036] (3.4)第4车轮转弯半径的计算
[0037] 利用标准脉冲数与车轮转弯半径之间的正比例关系、各个车轮转弯半径之间的关系以及脉冲数相对差的计算方法，计算第4车轮的转弯半径：
[0038] ①由编号1、2两车轮脉冲数相对差计算的4轮转弯半径：
[0039]
[0040] ②由编号3、4两车轮脉冲数相对差计算的4轮转弯半径：
[0041]
[0042] ③由编号3、1两车轮脉冲数相对差计算的4轮转弯半径：
[0043]
[0044] ④由编号2、4两车轮脉冲数相对差计算的4轮转弯半径：
[0045]
[0046] 上式中 (i＝2、3，j＝1、4)是由i、j两个车轮脉冲数计算得到的4个第4轮的转弯半径。若计算得到的 (i＝2、3，j＝1、4)为正数时，判定汽车左转弯；若为负数时判定汽车为右转弯。
[0047] 4、汽车转弯行驶时车轮气压的初步判定方法
[0048] (4.1)将计算得到4个 按数值大小排序，由大到小分别记为R(1)～R(4)，得到转弯半径的最大相对误差为：
[0049]
[0050] ①若ΔR≤δ，R(1)～R(4)约相等，4个车轮气压可能均正常；
[0051] ②若ΔR＞δ，某个车轮气压可能异常。
[0053] 同时对R(1)～R4分别两两计算相对误差，相对误差最小的一组认为该组的两个转弯半径近似相等。
[0054] (4.2)转弯半径与胎压不足车轮之间的关系
[0055] 且 和 偏大，则汽车左转弯，1轮气压可能异常；
[0056] 且 和 偏小，则汽车右转弯，1轮气压可能异常；
[0057] 且 和 偏小，则汽车左转弯，2轮气压可能异常；
[0058] 且 和 偏大，则汽车右转弯，2轮气压可能异常；
[0059] 且 和 偏小，则汽车左转弯，3轮气压可能异常；
[0060] 且 和 偏大，则汽车右转弯，3轮气压可能异常；
[0061] 且 和 偏大，则汽车左转弯，4轮气压可能异常；
[0062] 且 和 偏小，则汽车右转弯，4轮气压可能异常。
[0063] 5、各车轮脉冲数的修正方法
[0064] (5.1)由气压正常的车轮脉冲数计算得到的第4轮转弯半径应近似相等。因此，取所有近似相等的第4轮转弯半径的平均值作为第4轮的真实转弯半径R4，根据各个车轮的转弯半径之间的关系计算出其它3个车轮的转弯半径R1、R2和R3。
[0065] (5.2)计算各车轮的转弯修正系数和各车轮的转弯标准脉冲数
[0066] 计算各车轮的转弯修正系数：
[0067]
[0068] 计算各车轮的转弯标准脉冲数：
[0069]
[0070] 所述脉冲数及其相对变化量用车轮转速或者车轮半径表征充气压力的转换公式代替。
[0071] 6、脉冲数的比较方法及其车轮气压情况的确定
[0072] (6.1)前后轮比较法，判断汽车车轮是否驱动滑转或
制动拖滑。
[0073] 计算：
[0074] 以及
[0075] 且 则
前轮驱动滑转或者后轮制动拖滑；
[0076] 且 则
后轮驱动滑转或者前轮制动拖滑；
[0077] ε1为设定的驱动/制动判断门槛值。
[0078] 若不存在上述两种情况，则可能存在轮胎气压异常。
[0079] (6.2)均值比较法，判断某个车轮气压可能异常。
[0080] 计算：
[0081] 其中：
[0082] i＝1～4，则第i轮气压可能异常。
[0083] ε2为设定的气压异常判断门槛值。
[0084] 7、断定某个车轮气压确实异常的判定方法
[0085] 若由车轮转弯半径初步判定的异常胎压的车轮编号与由脉冲数比较初步判定的异常胎压的车轮编号相符时，可以断定该车轮的胎压确实异常。
[0086] 8、本发明的工作流程为：
[0087] (8.1)输入车辆、轮胎参数，以及各门槛值。
[0088] (8.2)扫描功能
开关，判断当前功能状态。若为标定(自学习)状态，执行(8.3)，否则执行(8.4)。
[0089] (8.3)检测车速，若达到规定的车速即按照本
说明书第2条所述方法进行标定(自学习)。否则继续检测车速，直到达到规定车速开始标定。标定结束后执行(8.4)。
[0090] (8.4)采集轮速传感器输出的脉冲，按照(3.3)、(3.4)、(3.2)所述方法计算各车轮转弯半径；用第4条所述方法初步判定胎压异常的轮胎；用第5条修正各轮的脉冲数；用(6.2)所述方法判断胎压异常的车轮，若与用转弯半径比较判定的车轮号相同，即断定该轮胎压异常，否则，执行(8.2)。
[0091] 本发明的有益效果是：该发明通过对转弯行驶中汽车各个车轮的轮速传感器输出的脉冲信号进行采集、整理、分析、计算、比较，提出了车轮转弯半径的有效计算方法，以及转弯工况下脉冲数的修正方法，设计了转弯工况下车轮气压确实异常的判定方法。本发明能够准确有效地判断出汽车在转弯工况行驶时各个车轮胎压异常与否。
附图说明
[0092] 图1是本发明的轮胎气压监测装置的
电路结构
框图。
[0093] 图2是汽车左转弯时各车轮转弯半径的几何关系图。
[0094] 图3是本发明的气压监测方法的程序框图。
具体实施方式
[0095] 附图1中，当汽车上安装有ABS、ESP、TCS等电控装置时，本发明可以与这些装置共用轮速传感器、
信号处理电路和
微处理器；独立安装功能选择开关电路、状态指示电路与报警输出等
硬件部分。轮速传感器将车轮的旋转转
化成准正弦信号或方波信号，经过信号处理电路的整形、滤波、放大等处理后送入到微处理器中进行计数。经过判断、分析与比较，得到直行或转弯、驱动或制动等工况信息，以及车辆胎压正常与否信息。胎压异常时，由状态指示与报警电路给出警示。功能选择开关是设置当前操作是标定(自学习)状态还是胎压监测状态。
[0096] 以两轴4个车轮、2个前轮为
驱动轮的轿车为例说明具体实施方式。
[0097] (1)标定(自学习)实施方式
[0098] 按照前述方法标定(自学习)时，若一次
采样记录下的4个车轮的脉冲数分别为：
[0099] N1＝5020，N2＝4987，N3＝4991，N4＝5003
[0100] 则各车轮的修正系数分别为：
[0101]
[0102] 取6次采样计算结果的平均值作为修正系数，存入
单片机。
[0103] (2)胎压监测时，将原始脉冲数修正成为标准脉冲数
[0104] 设某次采样周期内，记录下的四个车轮的脉冲数分别为：
[0105] N1＝4866，N2＝5000，N3＝4998，N4＝4822
[0106] 经过修正后的标准脉冲数：
[0107]
[0108] (3)直行标准脉冲数的比较方法
[0109] 均值比较法计算的各轮脉冲数误差：
[0110]
[0111] 取ε2＝0.50％，由于均值计算得到的各车轮脉冲数的相对误差均超过设定的门槛，故判定汽车处于转弯行驶工况。
[0112] (4)汽车第4轮转弯半径的计算及各车轮转弯半径的计算
[0113] 第4轮转弯半径的计算值：
[0114]
[0115] 由此判断出正常的第4轮转弯半径值为 和 并初步判定1轮胎压可能异常。
[0116] 取：
[0117] 各车轮转弯半径的计算值：
[0118] R1＝37.3，R2＝38.7，R3＝38.6，R4＝37.2
[0119] (5)转弯修正系数及转弯标准脉冲数
[0120] 转弯修正系数：
[0121]
[0122] 转弯标准脉冲数：
[0123]
[0124] (6)比较与判断实施方式
[0125] ①前后轮比较法
[0126]
[0127] 取ε1＝0.00500，由于 且 故不存在驱动滑转和制动拖滑现象。
[0128] ②均值比较法计算的各轮脉冲数误差：
[0129]
[0130] 取ε2＝0.18％，由于 所以1轮气压可能异常。
[0131] (7)最终判定实施方式
[0132] 上述判断中，由4轮转弯半径值初步判定的胎压可能异常得车轮(1轮)与转弯修正后的标准脉冲数比较判定的胎压可能异常的车轮相吻合，故断定1轮的胎压异常。
