一种汽车胎压监测的轮胎自动定位系统的制作方法

1.本发明属于汽车轮系技术领域，具体涉及汽车轮胎检测技术。


背景技术：

2.汽车胎压监测系统(tpms)按工作原理可分为直接式和间接式两种，而直接式是胎压监测系统里最成熟且应用范围最广泛的一种监测方式，其原理可概述为通过传感器直接测量轮胎内胎压等信息，再通过短距离无线射频通信技术传输给中央处理单元，从而实现整车对胎压信息的监控。
3.但直接式胎压监测系统为保证无线射频信息的准确性以及抗干扰性，每个轮胎装配的传感器需配置唯一的id，且中央处理单元需给每个轮胎匹配相应的id数据，这样才能准确识别并接收胎压信息。
4.一旦更换轮胎后无专业设备进行id匹配学习或id错误写入，将导致系统无法正确接收胎压信息，最终报系统故障，反复折腾费时费力易引起用户抱怨，降低用户粘性。
5.间接式胎压监测是通过车速、轮胎齿速等信息间接计算得出的轮胎是否欠压，这种方式需要大量的实验数据且相比用传感器直接测量，可靠性较低。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种汽车胎压监测系统轮胎自动定位系统，解决胎压监测系统id匹配错误或未学习等系统硬件正常但id异常的系统故障问题。
7.本发明的技术方案如下：
8.本发明提供的汽车胎压监测的轮胎自动定位系统，包括处理器u1、四个胎压传感器总成u2和旋转位置检测单元u3。所述处理器u1通过四个胎压传感器总成u2监测的轮胎加速度信息和旋转位置检测单元u3的齿数信息，根据同一轮胎下加速度特性曲线与旋转位置齿数的对应关系，计算出每个轮胎所对应的传感器id，并将计算得出id信息与处理器u1存储的胎压id信息进行对比，根据对比结果，按预先设定的规则，确定最终应保留的id信息。
9.进一步地，所述处理器u1包含电源模块、驱动模块、控制模块、存储模块、can收发器和射频接收模块。
10.所述射频接收模块接收并解调胎压传感器总成u2发送的射频数据，其具备休眠模式、唤醒模式，在休眠模式下，每一个周期(如20ms)内保持开启设定时间(例如5ms)的胎压信息接收通道，在唤醒模式下，采用独立通道接收胎压数据。
11.所述控制模块负责数字计算、资源调用与分配以及逻辑处理；控制模块13内置两个定时器t1、t2：定时器t1在停车时启动计时，退出停车状态后计时器重置为零，并在下一次进入停车状态时从零开始计时，当t1计时满t_ecurestart时标志允许处理器u1启动自动定位功能；定时器t2在启动自动定位功能且车速信号大于等于设定值(如35km/h)时开始计时，车速信号小于设定值(如35km/h)时暂停计时并在下一次车速大于等于设定值(如35km/h)时延续此前的时间点计时，定时器t2在重启自动定位或者计时满t_systimeout时重置为
零，当t2计时满t_systimeout时标志着此次系统id自动定位失败。
12.进一步地，所述处理单元u1在接收到胎压传感器总成u2发送的数据包时，根据u2数据包里的位置信息计算当前总线上四个轮胎齿数信息与位置信息所对应的齿数差异，得到每个传感器对应于四个车轮时的齿数曲线或者方差值，曲线的收敛性越好或方差值越小的表示该传感器安装在相应的轮速传感器所在的车轮上的可靠性越高。
13.进一步地，所述胎压传感器总成u2包含射频发送模块、低频天线、传感器模块和电控单元。
14.所述射频发送模块负责接收电控单元的指令，将胎压信息经过fsk调制，并发送给处理器u1，在启动胎压自动定位功能期间，总共发送40包射频数据给中央处理器u1，每包数据间隔约15s。
15.所述传感器模块集成加速度传感器、压力传感器、温度传感器，检测轮胎内向心加速度、气压值、温度值三种参数；在自动定位期间，传感器模块23高频采样车轮加速度，根据当前加速度值变化方向判断自身是否处于d1～d2中具体哪一个位置，其中，d1、d2是根据余弦分布曲线特性获得的曲线上两个点，d1、d2的斜率值均为0，d1斜率值区间由负变为正，加速度特性曲线先上升再下降，d2斜率值区间由正变为负，加速度特性曲线先下降再上升。
16.所述电控单元监控加速度并内置定时器t3，仅当定时器t3计时满10min时，标志着胎压传感器总成u2允许重新启动自动定位功能，并在下一次检测到加速度大于等于设定值(例如6g)时，优先进入自动定位模式；定时器t3在检测到加速度小于设定值(例如6g)时开始计时，检测到加速度大于等于设定值(例如6g)时，定时器t3置零；在自动定位模式下，胎压监测传感器u2仅会在处于d1、d2两个点时才发送数据，且数据中包含胎压、胎温、数据状态标识符、传感器所处轮胎的位置信息。
17.进一步地，所述胎压传感器总成u2保持周期性发送胎压自动定位帧信息，且在自动定位期间，判断自身所处位置，只能在转动到车轮最高d1和最低点d2时发送数据帧，数据帧中需包含其所处转动位置信息。
18.进一步地，所述旋转位置检测单元u3包含四个轮速传感器、电控单元和can收发器。
19.所述轮速传感器用于检测车轮的旋转位置，并反馈旋转位置齿数给旋转位置检测单元u3；四个轮速传感器安装位置按左前lf
→
右前rf
→
右后rr
→
左后lr的顺序，依次偏差一定角度，例如40
°
，使完整的旋转位置齿数数据呈现周期性类正比例分布的特性。
20.所述电控单元负责各个模块间的调度使用，确保车辆行驶过程中的齿数信息实时准确的转发到can上。
21.本发明采用以上技术方案，能在系统id配置错误或在轮胎更换未正常学习id时，根据四个轮胎加速度、旋转位置齿数的差异以及各自的对应关系，主动计算出四个胎压id匹配的轮胎，并将计算得出的四个id信息与中央处理器u1存储的胎压id信息进行对比，u1会根据对比结果，按预先设定的规则，确定最终应保留的id信息，实现传感器id自动匹配学习，由此解决胎压监测系统id匹配错误或未学习等系统硬件正常但id异常的系统故障问题。
22.本发明相对于现有技术，具体的优点如下：
23.1、胎压系统id错误后能够在行驶过程中自动校准id。
24.2、校准过程对中央处理u1的算力要求比较低。
附图说明
25.图1是本发明汽车胎压监测的轮胎自动定位系统的结构框图。
26.图2是加速度传感器特性图；
27.图3是传感器u2加速度特性曲线斜率变化近似曲线；
28.图4是传感器u2的运动位置示意图；
29.图5是传感器u2自动定位处理流程。
30.图6是处理器u1的id自动定位流程。
具体实施方式
31.以下结合附图进一步详细说明本发明的实施方式。
32.本实施例通过直接式胎压监测系统中的实际应用，来阐述本发明提出的汽车胎压监测的轮胎自动定位系统是如何实现。
33.系统结构如附图1所示，系统由一个处理器u1、四个胎压传感器总成u2和旋转位置检测单元u3组成。处理器u1安装在车内，负责接收和处理胎压信息。胎压传感器总成u2分别装配在四个轮胎内，负责按照预先设定的程序，监控轮胎信息并发送给处理器u1。旋转位置检测单元u3安装在车内，负责收集四个车轮的旋转位置齿数信息，并将信号通过can总线转发给处理器u1。
34.该系统中，胎压传感器总成u2与中央处理器u1之间单向通信，处理器u1与旋转位置检测单元u3为整车总线上两个节点，u3通过总线向u1传递轮胎旋转位置相关信息。
35.如图1所示，在本实施例中，处理器u1包含电源模块11、驱动模块12、控制模块13、存储模块14、can收发器15和射频接收模块16。
36.本实施例中，处理器u1装配在车内便于接收射频数据的位置，与整车can网络电连接。
37.该处理器u1内置射频接收模块16，其负责接收包括胎压传感器总成u2发送的射频数据，并解调成可识别的数字信号。同时射频接收模块16还具备休眠模式、唤醒模式。在整车电源管理要求下，射频接收模块16与中央处理器u1同进入休眠模式，休眠模式下，射频接收模块16每20ms周期内保持开启5ms的胎压信息接收通道，以保证休眠状态下的胎压数据接收；唤醒模式下，射频接口模块16独立通道接收胎压数据，以保证数据的高接收率和抗干扰。
38.该处理器u1内置的控制模块13主要负责数字计算、资源调用与分配以及逻辑处理。
39.本实施例中，为保持与胎压传感器u2的自动定位时间轴同步，该控制模块13还内置两个定时器t1和t2。其中，定时器t1用于在停车时启动计时，例如，车速信号小于等于3km/h时可以认为是停车状态，退出停车状态后计时器重置为零，并在下一次进入停车状态时从零开始计时。并且当t1计时满t_ecurestart＝10min，时标志着允许处理器u1启动自动定位功能。而另一个定时器t2则用于在启动自动定位功能且车速信号大于等于35km/h时开始计时，在车速信号小于35km/h时暂停计时并在下一次车速大于等于35km/h时延续此前的
时间点计时，并且定时器t2在重启自动定位或者计时满t_systimeout(例如t_systimeout＝10min，这个值并不是唯一的，可根据工程经验自定义)时重置为零，当t2计时满t_systimeout时标志着此次系统id自动定位失败，参见图6。这里，因为处理器u1和传感器u2没有电连接，必须分别有一个定时器t1、t3，以及一个能够共同检测的标志信号-车速作为启动定时的条件，这样才能保证双方的时间戳同步。
40.该处理器u1内置的存储模块14负责存储接收到的胎压值、胎温值、胎压报警阀值、胎温报警阀值、胎压报警标识位、胎温报警标识位、自动定位功能重启阈值t_ecurestart、自动定位超时阈值t_systimeout、胎压系统传感器id及其位置信息。
41.该处理器u1内置的can收发器15负责将胎压等数据，通过can总线网络发送给仪表、车机、t-box，并接收车轮转动位置齿数信号，实现与其他ecu的信息交互。
42.如图1所示，在本实施例中，胎压传感器总成u2包含射频发送模块21、低频天线22、传感器模块23和电控单元24。
43.在本实施例中，胎压传感器总成u2分别装配于四个轮胎气门嘴末端，固定在轮辋上，独立自给供电，与can总线无连接，通过无线射频技术与处理器u1通信。
44.该胎压传感器总成u2内置的射频发送模块21负责接收电控单元24的指令，将胎压信息经过fsk调制，并发送给中央处理器u1。在本实施例中，在启动胎压自动定位功能期间，总共发送40包射频数据给中央处理器u1，每包数据间隔约15s。
45.该胎压传感器总成u2内置低频天线22，当需要诊断或确认胎压信息等操作时，诊断设备发送125khz低频命令，电子控制单元24通过该低频天线22接收到指令，并指示射频发送模块21反馈指定的信息。
46.该胎压传感器总成u2内置的传感器模块23集成了加速度传感器、压力传感器、温度传感器，可检测轮胎内向心加速度、气压值、温度值三种参数。对于本发明，精准地采集加速度是实现自定位的前提，故在自动定位期间，为了清晰的绘制出每个轮胎的加速度曲线信息，传感器模块23需高频采样车轮加速度，一般以100km/h车速下车轮转动一圈能采集20个以上的加速度数据点为宜，具体根据硬件配置和功耗平衡性而定。
47.由于车辆在行驶过程中，向心和重力合成的加速度呈现出正弦分布的特性，如图2所示。而对胎压传感器总成u2的加速度特性曲线求导，可获得其斜率变化的曲线特性呈余弦分布，如图3所示，根据余弦分布曲线特性，可获得其曲线上两个特殊点d1、d2，该d1、d2的斜率值均为0，区别在于d1的斜率值区间由负变为正，加速度特性曲线先上升再下降；d2斜率值区间由正变为负，加速度特性曲线先下降再上升，它们对应的传感器u2运动位置如附图4所示，故传感器u2可根据当前加速度值变化规律判断自身是否处于d1～d2中具体哪一个位置。
48.即，当胎压传感器总成u2检测的加速度正弦特性曲线与旋转位置检测单元u3检测的车轮齿数周期性正比特性曲线描述的是同一个车轮时，具备如图2所示关系。
49.在本实施例中，胎压传感器总成u2内置的电控单元24具备多种工作模式，并能根据车轮的加速度、压力值等传感数据按预设的程序切换模式。在本系统中，其主要监控加速度并内置定时器t3，仅当定时器t3计时满10min时，标志着胎压传感器总成u2允许重新启动自动定位功能，并在下一次检测到加速度大于等于6g时，优先进入自动定位模式。该自动定位模式下，传感器仅会在处于附图4显示的d1、d2两个点时才会发送数据，且数据中包含胎
压、胎温、数据状态标识符、传感器所处轮胎的位置信息。该定时器t3在检测到加速度小于6g时开始计时，检测到加速度大于等于6g时，定时器t3置零，详见图5。
50.进一步，在本实施例中，如图1所示，旋转位置检测单元u3主要包含轮速传感器31、电控单元32、can收发器33。
51.在本实施例中，旋转位置检测单元u3外置四个轮速传感器31，其分别位于四个车轮处，用于检测车轮的旋转位置，并反馈旋转位置齿数给检测单元u3。为减少整车四个轮胎在同一位置时齿数信息的随机性，四个车轮轮速传感器安装位置，按左前(lf)
→
右前(rf)
→
右后(rr)
→
左后(lr)的顺序，依次偏差40
°
。在本实施例中，以96齿轮速传感器为例，将传感器位于附图4：d1所示的位置定为轮速传感器软件零点，则四个轮胎零点d1齿数依次为：齿
→
9齿
→
18齿
→
27齿，d2齿数依次为：48齿
→
57齿
→
66齿
→
75齿。完整的旋转位置齿数数据呈现周期性正比例分布的特性，是实现胎压传感器id自动定位的重要前提。
52.在本实施例中，旋转位置检测单元u3内置电控单元32，负责各个模块间的调度使用，确保车辆行驶过程中的齿数信息实时准确的转发到can上。
53.另外，旋转位置检测单元u3还内置can收发器33，其负责将车轮旋转位置信息转发到can上。
54.结合图5和图6，胎压传感器总成u2处于自动状态时的程序处理流程如下：胎压传感器总成u2需保持周期性发送胎压自动定位帧信息，且在自动定位期间，传感器u2需判断自身所处位置，只能在转动到车轮最高和最低点附近发送数据帧，数据帧中需包含其所处转动位置信息。而如何判断传感器u2转动位置，需借用前面所提及的方法。
55.结合图5和图6，本发明胎压监测系统自动定位原理可以描述如下：
56.处理单元u1在接收到胎压传感器总成u2发送的数据包时，会根据u2数据包里的位置信息计算当前总线上四个轮胎齿数信息与位置信息所对应的齿数差异。以d1点、四个车轮当前齿数分别为lfn、rfn、rrn、lrn为例，则整个定位过程中，单个传感器对应的四个车轮齿数差异分别为、n的数值取决于收到的传感器位于d1点时数据包的数量，传感器u2发送d2点数据包时的方差类比即可得到。故可得每个传感器对应于四个车轮时的齿数曲线或者方差值，哪个车轮的收敛性好或方差值小，则表示该传感器安装在相应的轮速传感器所在的车轮上。
57.以下进一步举例说明：
58.首先假定一个车轮，选定参考点(为方便理解选最高点)：当中央处理器u1接收到该车轮胎压传感器u2发来的rf(射频)信号时，那么首先我们可知道该车轮从本次选定参考点到该随机rf信号接收之间经过的时间lookbacktime是多少。由于我们不知道该胎压传感器u2所在车轮到底是四个车轮中哪一个，所以在中央处理器u1收到该rf信号的时候，同时对四个车轮的旋转位置检测单元u3历史累积时间按照时间lookbacktime进行回推，回推lookbacktime时间段之前四个车轮的齿数分别是多少，并做记录。同时，其它三个车轮都是按照“该rf信号”所在车轮的时间段进行回推的，理论上只有胎压传感器总成u2对应的旋转位置检测单元u3的回推齿数才会是准确的。当大量数据位置用于回推齿数时，回推的齿数与参考点齿数方差越小，那么该轮速传感器与该胎压传感器总成匹配的可信度就越高，标定一个阈值，即可实现胎压传感器id的自动定位。