轮速信号压缩方法以及安卓平台间接式胎压监测应用软件与流程

1.本发明涉及车辆胎压监测技术领域，特别是涉及一种轮速信号压缩方法以及安卓平台间接式胎压监测应用软件。


背景技术：

2.随着itpms(间接式胎压监测系统)的逐渐成熟，其相较于dtpms(直接式胎压监测系统)而言，不需要设置额外的温度与压力传感器，大大降低了车辆开发成本，且itpms能够随车辆终身有效运行，也无需后续更换电池。itpms通过提取原始轮速时间戳信号中的振动谱特征并加以计算后实现胎压监测功能。在目前绝大部分在售车型中，原始轮速时间戳信号只能由车辆防抱死系统(abs)和车身稳定控制系统(esc)获得，因此现有的itpms只能搭载在abs或esc等电控硬件中。这种集成模式给整车制造商在开发、生产和后期维护中造成了诸多不便。传统itpms集成方案下，不同厂家的itpms显示方案需要开发不同版本的仪表盘交互软件，且无法远程对其进行软件更新和漏洞修复。此外，轮速时间戳信号在整车can网络中占据了较大的空间，加大了can网络负载，不利于轮速时间戳信号的实时有效地传递。
3.因此，设计一种能够大幅度降低整车can网络负载、实现间接式胎压监测软件的在线升级、无需将itpms与abs或esc集成设置的轮速信号压缩方法以及安卓平台间接式胎压监测应用软件就很有必要。


技术实现要素：

4.为了克服上述问题，本发明提供一种轮速信号压缩方法以及安卓平台间接式胎压监测应用软件，在车载安卓平台上安装间接式胎压监测应用软件，并在车身上设置can信号预处理器，车身信号能够通过can网络传递给can信号预处理器，can信号预处理器将信号解析处理后传递给间接式胎压监测应用软件，以计算各个轮胎滚动半径及滚动振动频率等轮胎滚动特性，从而实现胎压的实时监测；此外，can网络的信号传递采用信号压缩方法，能够大大降低整车can网络负载。
5.为实现上述的目的，本发明采用的技术方案是：
6.一种轮速信号压缩方法，包括以下步骤：
7.s1、将一个轮速时间戳信号按照两个字节的方式存储；
8.s2、将信号压缩后10ms内每个车轮的轮速时间戳信号采用多个报文发送，并按照不同的发送格式发送；
9.s3、将每个车轮的轮速时间戳信号对应的第一条报文中的第一个字节(一条报文包括八个字节)同时发送10ms内当前车轮轮速时间戳信号的个数与压缩等级；
10.s4、计算压缩后的第一个轮速时间戳信号dt0并通过所述第一条报文的第二与第三个字节发送,计算压缩后的第二个轮速时间戳信号dt1并通过所述第一条报文的第四与第五个字节发送；
11.s5、将所述第一条报文的剩余三个字节以及当前车轮的后续报文的存储空间按照比特位(一个字节包括八个比特位)顺序排列后，计算后续各个压缩后的轮速时间戳信号后按照所需比特位长度依次进行存储；
12.s6、车载安卓平台接收到压缩后的轮速时间戳信号后，按照预设信号复原算法进行恢复。
13.进一步的，在步骤s3中，所述第一条报文中的第一个字节的两个最高位比特位表示压缩等级0或压缩等级1或压缩等级2，其剩余六个低位比特位表示当前车轮在10ms内的轮速时间戳信号个数。
14.进一步的，在步骤s4中，第一个压缩后的轮速时间戳信号与第二个压缩后的轮速时间戳信号的计算公式为：
15.dt0＝t016.dt1＝t1－t017.式中，t为轮速时间戳信号，dt为压缩后的轮速时间戳信号。
18.进一步的，在步骤s5中，所述压缩等级0所对应的压缩后的轮速时间戳信号所需比特位长度为12bits；所述压缩等级1所对应的压缩后的轮速时间戳信号所需比特位长度为10bits；所述压缩等级2所对应的压缩后的轮速时间戳信号所需比特位长度为8bits。
19.进一步的，在步骤s5中，第三个及后续压缩后的轮速时间戳信号的计算公式为：
20.dtn＝tn－t
n-1
－dt
n-1
(n≥2)。
21.进一步的，在步骤s6中，信号复原算法的计算公式为：
22.t0＝dt023.t1＝t0 dt124.t2＝t1 dt2 dt125.。。。
26.tn＝t
n-1
dtn dt
n-1
(n≥3)。
27.进一步的，在步骤s6中，车轮齿圈的误差或道路表面粗糙会引起相邻两个压缩后的轮速时间戳信号的差值计算，需将当前10ms内的第一个压缩后的轮速时间戳信号与上一个10ms内的最后一个压缩后的轮速时间戳信号的复原信号比较，若二者的差值大于当前压缩等级下的最大比特位长度，则车载系统控制整车can网络降低当前压缩等级，以使用最大比特位长度大于当前差值的压缩等级；若二者的差值小于当前压缩等级下的最大比特位长度，则车载系统控制整车can网络增大当前压缩等级，以避免当前压缩等级下比特位长度的浪费。
28.进一步的，在对轮速时间戳信号进行压缩时，用于计量轮速时间戳信号的计时器若发生数据溢出现象(即计时器计量的后一时刻的轮速时间戳信号的数值小于前一时刻的轮速时间戳信号的数值)，将后一时刻的轮速时间戳信号的数值与溢出值相加后减去前一时刻的轮速时间戳信号的数值。
29.进一步的，在对轮速时间戳信号进行复原时，用于计量轮速时间戳信号的计时器若发生数据溢出现象(即计时器计量的后一时刻的轮速时间戳信号的数值大于溢出值)，将后一时刻的轮速时间戳信号的数值减去溢出值，即可得到压缩前的轮速时间戳信号的数值。
30.一种安卓平台间接式胎压监测应用软件，应用于采用安卓车载系统的车机系统，采用所述的轮速信号压缩方法；包括设置于所述车载系统内的间接式胎压监测应用软件、以及设置于车身上的can信号预处理器，所述can信号预处理器包括与整车can网络信号连接的信号输入端、以及与所述间接式胎压监测应用软件信号连接的信号输出端。
31.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
32.1.本发明的安卓平台间接式胎压监测应用软件，通过在车载安卓平台上安装间接式胎压监测应用软件，并在车身上设置can信号预处理器，车身信号能够通过can网络传递给can信号预处理器，can信号预处理器将信号解析处理后传递给间接式胎压监测应用软件，间接式胎压监测应用软件内置间接式胎压监测算法，以根据轮速时间戳信号计算各个轮胎滚动半径及滚动振动频率等轮胎滚动特性，从而实现胎压的实时监测。这种在车载安卓平台上搭建间接式胎压监测应用软件的方式，能够方便后续的软件在线升级，大大提升了项目开发的容错率，且能够远程对其进行软件更新和漏洞修复。
33.2.本发明的轮速信号压缩方法，通过对can网络传递的轮速时间戳信号进行信号压缩，能够大大降低整车can网络负载，确保轮速时间戳信号的实时有效地传递，保证在车载安卓平台上搭建间接式胎压监测应用软件的顺利进行。
34.3.本发明的轮速信号压缩方法，通过对相邻两个10ms的数据采集时段的轮速时间戳信号进行比较，并根据比较结果实时调整当前轮速时间戳信号的压缩等级，以避免车轮齿圈的误差或道路表面粗糙所带来的相邻两个时间戳信号之间的差值出现较大误差，从而实现当前车辆行驶状态下的轮速时间戳信号的压缩等级的动态调整。
附图说明
35.图1是本发明的轮速信号压缩方法的流程示意图；
36.图2是安卓平台间接式胎压监测应用软件的结构示意图；
具体实施方式
37.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
38.在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
39.另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
40.实施例
41.如图1所示，一种轮速信号压缩方法100，能够对can网络传递的轮速时间戳信号进行信号压缩，以减少can网络的负载。在整车系统中，can网络需要对全部车身状态监测所需的信号进行传递，因此对can网络的负载有着极大的需求。同时，轮速时间戳信号需要实时动态获取，是占据can网络传递空间最多的信号源。
42.具体来讲，轮速信号压缩方法包括以下步骤：
43.s1、将一个轮速时间戳信号按照两个字节的方式存储。
44.在本步骤中，轮速时间戳信号是使用计时器对霍尔式轮速传感器检测到的方波上升沿进行计时，从而得到车轮齿圈上任意两个相邻齿之间的时间间隔，将该时间间隔记为轮速时间戳信号。而受制于车辆abs/esc内置的采样时钟的时钟周期，一个轮速时间戳信号需要16位(bits)来存储，即一个时间戳需要占用两个字节。而在一些情况下，时间间隔的精确度会影响到最低报警速度门限，也会影响到间接式胎压监测系统对轮胎频谱的分析，所以使用16位(bits)来存储一个轮速时间戳信号较为合理。然而，在固定时间内需要发送的轮速时间戳信号的个数与当前轮速大小成正比。具体来讲，以车轮滚动轴长为2m、轮速传感器齿数为48的车轮为例，在时速20km/h和180km/h的速度下，10ms内每一个车轮需要发送的轮速时间戳信号的个数分别为：
[0045][0046][0047]
由上述计算公式可知，当前车轮轮速越高时，需要发送的轮速时间戳信号的数量就越多。此外，由于itpms在进行胎压监测时还需采集10ms内的轮速时间戳信号的个数，并占据一个字节，而can网络中一条报文仅有8个字节。因此，在时速20km/h和180km/h的速度下，车辆四个车轮一共需要发送的报文条数为：
[0048][0049][0050]
同时，由于车辆四个车轮的报文需要分开发送，且考虑到报文发送的冗余情况，其发送格式一般为：
[0051][0052]
表1-原始轮速时间戳信号的报文发送形式
[0053]
由表1可知，在时速20km/h和180km/h的速度下，车辆四个车轮一共需要发送的报文条数实际为4条和16条。可见，对四个车轮的轮速时间戳信号进行信号传输时，至少需要在can网络中增加16条报文，大大增加了can网络的负担。
[0054]
s2、将信号压缩后10ms内每个车轮的轮速时间戳信号采用多个报文发送，并按照不同的发送格式发送。
[0055]
s3、将每个车轮的轮速时间戳信号对应的第一条报文中的第一个字节(一条报文包括八个字节)同时发送10ms内当前车轮轮速时间戳信号的个数与压缩等级。
[0056]
在步骤s2与步骤s3中，轮速时间戳信号经过信号压缩后的报文按照以下方式发
送：
[0057][0058]
表2-轮速时间戳信号经过信号压缩后的报文发送形式
[0059][0060]
表3-每个车轮的第一条报文的第一个字节的发送形式
[0061]
如表2和表3所示，第一条报文中的第一个字节的两个最高位比特位表示压缩等级0或压缩等级1或压缩等级2，其剩余六个低位比特位表示当前车轮在10ms内的轮速时间戳信号个数。
[0062]
其中，压缩等级0所对应的压缩后的轮速时间戳信号所需比特位长度为12bits。压缩等级1所对应的压缩后的轮速时间戳信号所需比特位长度为10bits。压缩等级2所对应的压缩后的轮速时间戳信号所需比特位长度为8bits。
[0063]
s4、在本步骤中，如表2所示，计算压缩后的第一个轮速时间戳信号dt0并通过所述第一条报文的第二与第三个字节发送,计算压缩后的第二个轮速时间戳信号dt1并通过所述第一条报文的第四与第五个字节发送。
[0064]
其中，第一个压缩后的轮速时间戳信号与第二个压缩后的轮速时间戳信号的计算公式为：
[0065]
dt0＝t0[0066]
dt1＝t1－t0[0067]
式中，t为轮速时间戳信号，dt为压缩后的轮速时间戳信号。
[0068]
s5、将所述第一条报文的剩余三个字节以及当前车轮的后续报文的存储空间按照比特位(一个字节包括八个比特位)顺序排列后，计算后续各个压缩后的轮速时间戳信号后按照所需比特位长度依次进行存储。
[0069]
具体来讲，从每个车轮发出的第一条报文的第五个字节开始，后续的轮速时间戳信号按照其压缩等级对应的比特位长度依次从第五个字节的最高位向后排列。后续在对压缩后的轮速时间戳信号进行解析时，依次按照各个轮速时间戳信号对应的压缩等级的比特位长度获取对应信息。
[0070]
例如，当车轮发出的第一条报文中的第三个轮速时间戳信号的压缩等级为1时，则从当前车轮的第一条报文的字节5的最高比特位(bit7)开始至第一条报文的字节6的第二
高位(bit6)为止均表示压缩后的第三个轮速时间戳信号，共计10个比特位长度，与压缩等级1所对应的比特位长度10bits一致。
[0071]
在对车轮发出的第一条报文中的压缩后的第三个轮速时间戳信号进行解析时，按照其对应的压缩等级1，依次从当前车轮的第一条报文的字节5的最高比特位(bit7)开始选取10个比特位长度后解析得出当前压缩后的第三个轮速时间戳信号的信息。而后续的第四个轮速时间戳信号，从第三个轮速时间戳信号占据的比特位长度的后一位(bit5)开始选取对应压缩等级的长度。
[0072]
在本步骤中，第三个及后续压缩后的轮速时间戳信号的计算公式为：
[0073]
dtn＝tn－t
n-1
－dt
n-1
(n≥2)。
[0074]
该计算公式采用递归残差数值替代了原本的轮速时间戳信号，在不损失信号质量的情况下减小了发送该轮速时间戳信号所需的数据量。
[0075]
s6、车载安卓平台接收到压缩后的轮速时间戳信号后，按照预设信号复原算法进行恢复。
[0076]
在本步骤中，信号复原算法的计算公式为：
[0077]
t0＝dt0[0078]
t1＝t0 dt1[0079]
t2＝t1 dt2 dt1[0080]
。。。
[0081]
tn＝t
n-1
dtn dt
n-1
(n≥3)。
[0082]
通过该计算公式即可将压缩后的轮速时间戳信号无损复原，不会出现数据丢失等现象。
[0083]
例如，假设计时器的周期为1000ns，在时速20km/h和180km/h的两种不同速度下相邻两个轮速时间戳的计时器计量值的间隔分别为：
[0084][0085][0086]
由上述两个公式可知，相邻两个轮速时间戳之间的计时器的数值差的大小与速度成反比。
[0087]
此外，由于车轮的齿圈制造时也会存在一定的误差，所以在相同速度下齿圈的不同齿之间的相对应的差值也会存在误差，但是齿圈的制造质量保证其误差通常不会超过10-3
rad。齿圈的误差会使得不同的相邻两个齿在同一速度下的时间间隔不同，而不同的时间间隔需要占据的比特位的长度也有所不同。因此，上述信号压缩算法计算得到的递归残差包含了速度引起的差值以及齿圈误差引起的差值，二者的差值详见下表：
[0088] 速度引起的差值齿圈误差引起的差值比特位长度20km/h7690
±
577180km/h833
±
66
[0089]
表4-不同速度下差值及占据比特位长度对照表
[0090]
由表4可知，在时速20km/h和180km/h的两种不同速度下，在速度以及齿圈误差影
响下，相邻两个时间戳之间的差值所需比特位尚未超过8b its。但是，该模型的建立是在默认道路为理想的光滑道路，实际道路往往粗糙不平，从而导致相邻两个时间戳之间的差值要比表4中计算的差值波动更大，其所需占据的比特位长度会更大。因此，在城市的较为平整的道路下，一般以8个比特位长度来表示相邻两个时间戳之间的差值，即压缩等级为2时所需的比特位长度。
[0091]
但是，当道路更加粗糙时(例如石子路等)，相邻时间戳之间的差值可能会超出8个比特位所能表示的最大数值，此时上位机按照复原算法进行压缩后的轮速时间戳信号复原时会复原出错误的轮速时间戳信号，但是下一个10ms中所发送的报文第一个压缩后的轮速时间戳信号是未经过处理的真实时间戳信号(即t0)。由此，可将当前10ms内的第一个压缩后的轮速时间戳信号与上一个10ms内的最后一个压缩后的轮速时间戳信号的复原信号比较，若二者的差值大于当前压缩等级下的最大比特位长度，则车载系统控制整车can网络降低当前压缩等级，以使用最大比特位长度大于当前差值的压缩等级；若二者的差值小于当前压缩等级下的最大比特位长度，则车载系统控制整车can网络增大当前压缩等级，以避免当前压缩等级下比特位长度的浪费，从而使用更少的比特位来表示轮速时间戳信号。
[0092]
在一些实施例中，在对轮速时间戳信号进行压缩时，用于计量轮速时间戳信号的计时器若发生数据溢出现象(即计时器计量的后一时刻的轮速时间戳信号的数值小于前一时刻的轮速时间戳信号的数值)，将后一时刻的轮速时间戳信号的数值与溢出值65536相加后减去前一时刻的轮速时间戳信号的数值。溢出值65536(2^16＝65536)为采用无符号十六位存储时，由于单片机内的计时器从0开始计时，65535则是16位二进制计时器所能表示的最大数值，再在此基础上加上1(即65536)计时器发生溢出现象。
[0093]
在对轮速时间戳信号进行复原时，用于计量轮速时间戳信号的计时器若发生数据溢出现象(即计时器计量的后一时刻的轮速时间戳信号的数值大于65536)，将后一时刻的轮速时间戳信号的数值减去溢出值65536，即可得到压缩前的轮速时间戳信号的数值。
[0094]
下面对本技术算法带来的can网络负载的大幅度降低进行验证：
[0095]
如前述分析可知，在时速20km/h的速度下，轮速时间戳信号经过压缩后，每个车轮每10ms内只能发送最多两个轮速时间戳信号。此时，不同的压缩等级对报文数量无影响，每一个轮子时间戳信号需要的字节数为：1 2 2＝5。即每个车轮只需要一条报文即可完成当前10ms内的轮速时间戳信号的传递，四个车轮共计需要4条报文。
[0096]
在时速180km/h的速度下，在压缩等级2和压缩等级0下每一个车轮需要的字节数为：
[0097]
压缩等级2：1 2 2 (12-2)*8/8＝15；
[0098]
压缩等级0：1 2 2 (12-2)*12/8＝20；
[0099]
由上述公式可知，压缩等级为2时，每个车轮需要2条报文，四个车轮总共需要8条报文。压缩等级为0时，每个车轮需要3条报文，四个车轮总共需要12条报文。
[0100]
可见，相比于未使用信号压缩算法之前的报文数量，在20km/h的速度时没有发生改变，但在180km/h的速度时，所需报文在压缩等级为2和0时分别从16条变为了8条和12条，对can网络的负载分别变为了原来的50％和75％，可知速度越高，此信号压缩算法的压缩效率越高，压缩等级越高压缩效率也越高，大大地降低了can网络的负载。
[0101]
如图2所示，一种安卓平台间接式胎压监测应用软件，应用于采用安卓车载系统的
车机系统，采用轮速信号压缩方法，能够对can网络传递的轮速时间戳信号进行信号压缩，大大降低整车can网络负载，确保轮速时间戳信号的实时有效地传递，保证在车载安卓平台上搭建间接式胎压监测应用软件的顺利进行。
[0102]
安卓平台间接式胎压监测应用软件包括设置于车载系统内的间接式胎压监测应用软件、以及设置于车身上的can信号预处理器，can信号预处理器包括与整车can网络信号连接的信号输入端、以及与间接式胎压监测应用软件信号连接的信号输出端。
[0103]
在一些实施例中，安卓车载系统在整车can网络和间接式胎压监测应用软件内的间接式胎压监测核心算法之间起桥接作用，通过建立jni中间层接口代码，使得android系统可以调用c语言编译的动态链接库。
[0104]
具体来讲，通过java程序预处理can网络上的信息，将预处理和压缩信号复原后的数据存放于ram中，随后调用动态链接库中的间接式胎压监测核心算法，后者通过jni中间层接口函数调取存放于ram中的数据进行运算处理，分析得出当前轮胎的滚动半径及滚动振动频率等轮胎滚动特性，在执行结束后，java程序同样通过jni中间层接口函数取得间接式胎压监测系统的处理结果，将这些分析结果通过绘图的方式直观的显示在android界面上。
[0105]
中间层程序除了负责数据和处理结果的存放和调用，还负责与间接式胎压监测核心算法之间的状态交互。android系统接受到用户例如对系统的设置、重置等操作时，会将操作指令转化为控制变量通过jni中间层接口传递至动态链接库中间接式胎压监测系统的状态机里进行交互，通过这样的方式实现用户对整个系统的控制。
[0106]
由于在调用标准c语言编写的间接式胎压监测核心算法是采取的是动态链接库的方式，所以对运算资源的需求和对内存的占用非常可控，并且运算是实时的。此外，android系统较为友好的人机交互逻辑可以让对间接式胎压监测系统的复杂设置变的更简洁明了，用户可以通过直观的文字提示和图形化的操作界面对系统进行设置，而不必直接对代码进行更改。
[0107]
在一些实施例中，can信号预处理器内置can信号解析电路板，外置input接口和output接口。input接口输入整车can网络和12v电源。output接口向车机端输出处理后的信号。can信号解析电路板包括信号预处理器电路，信号预处理器电路包括电源模块、单片机最小系统模块、can通信模块、以及flash存储模块。其中，电源模块将外部输入的12v直流电经两级变压后分别获得5v和3.3v电压。第一级采用lm2576-5.0开关稳压器，最高可输出3a电流。第二级采用ams1117-3.3线性稳压器，可稳定输出1a电流。选用stm32f103rct6芯片作为最小单片机系统。can控制器选用mcp2517芯片，它涵盖了本系统所需的can通讯功能。can收发器芯片选用mcp25612它可进行电平的识别和转换，并收发这些电流信号。由于单片机内资源有限，在进行本系统所需的数据交互时，需要加装w25q128flash外部存储器。
[0108]
在一些实施例中，安卓平台间接式胎压监测应用软件包括实时胎压监测功能、设置功能、复位功能、以及线上升级功能。
[0109]
具体来讲，实时胎压监测功能能够实时显示轮胎滚动监测曲线。轮胎滚动监测曲线包括轮胎滚动半径实时变化曲线，轮胎振动频率变化曲线，以及半径、频率综合分析曲线。轮胎为标准胎压时，这些特定的曲线会随着驾驶工况的改变出现轻微变化。在正常驾驶的时候，分析曲线界面会在后台运行，驾驶者可随时通过设置查看曲线情况。当轮胎发生泄
气时，轮胎滚动情况监测曲线会发生变化。达到预先设定的报警门限后，应用软件会强制弹出胎压异常警告，并会伴随有报警提示音。对于esc车型，该应用软件还可实现泄气轮位置指示。
[0110]
设置功能能够选取需要显示的窗口。如有特殊要求，还可根据实际情况选择设置不同报警阈值。
[0111]
复位功能为设置于显示界面的胎压复位按钮，并在显示界面显示胎压重置按钮的操作条件及操作方法。复位完成之后会有复位成功的提示及注意事项。当出现系统故障的时候，该运用软件显示界面可显示故障原因及故障解决方法，同时可联网获取解决方案。
[0112]
线上升级功能使得本技术的应用软件支持线上升级，当胎压监测软件开发者需要进行软件升级或bug修复时，只需要在线上发布软件安装包，驾驶者可根据软件的升级提示直接联网进行升级。
[0113]
以上所述仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。