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1、吉林大学硕士学位论文,轮胎爆胎预警系统数据传输及门限算法的研究作者：王 刚导师：赵继印 教授,论文主要研究内容 1.课题背景及意义 2.轮胎爆胎预警系统技术 3.轮胎爆胎预警系统无线数据传输的实现 4.轮胎爆胎预警系统预警门限算法的研究 5.系统测试 6.全文总结,1.课题背景及意义,轮胎爆胎是造成高速公路交通事故的主要原因之一。研制轮胎爆胎预警系统可以降低驾乘人员生命和财产的损失，具有重要实际应用价值 。 具有良好的市场应用前景。美国已出台汽车轮胎安全法规，从2003年开始逐步对汽车轮胎压力监测产品法定的强制性安装。 当前汽车安全技术研究热点之一，国内相关技术不成熟，国外产品价格昂贵，因此有
2、研究的价值。,2.轮胎爆胎预警系统技术,轮胎爆胎预警技术在国际上通常又被称为TirePressure Monitoring System（TPMS），即轮胎压力监测系统。该技术在实现方式上分为间接监测和直接监测。 间接轮胎压力监测装置，要求使用ABS来确定轮胎压力变化。只需软件升级，相对便宜，但准确率不高，不能确定故障轮胎，属于过渡技术。直接轮胎压力监测装置要求在每个轮胎内使用压力传感器，安装无线发射器，将压力信息从轮胎内部发送到中央接收器模块。可提供更高级的功能，随时测定每个轮胎内部实际瞬压，易确定故障轮胎。是未来技术发展趋势。 本文研制系统是一种新型的主动直接式轮胎压力安全监测装置。,轮胎
3、爆胎预警系统总体设计,轮胎爆胎预警系统分为轮胎模块和主机模块两大部分： 整体安装在轮胎内的轮胎模块，主要完成轮胎压力和温度数据的采集、数据的初步处理以及信息的无线传输功能 安置于汽车驾驶室内的主机模块，主要完成信息的无线接收、数据的区分处理、声光报警控制以及系统特征值设定等功能,3.轮胎爆胎预警系统无线数据传输的实现,一个完整的发射/接收电路不仅仅只是UHF发射/接收器及其外围器件的简单连接，还要有适合数据发射/接收的匹配网络（Matching Network）和天线（Antenna）。,射频发射/接收电路基本结构框图,匹配网络及天线的设计,环形天线的谐振电路,天线匹配电路,无线发射模块设计,
4、无线接收模块设计,轮胎爆胎预警系统无线通信协议,轮胎模块主机模块间数据无线收发的通信协议： 数据发送速率9600bps，FSK调制的曼彻斯特编码。,协议数据帧格式,4.轮胎爆胎预警系统预警门限算法的研究,预警门限的选取直接体现了系统的预警性能，若门限设置过严则会因频繁虚警而影响驾驶者的正常驾驶，若门限设置太宽松，则又会有漏报的可能。所以系统设计需要科学准确的预警门限的确定。而准确、有效地实现对轮胎爆胎的预警,就必须分清引发轮胎爆胎的关键因素。根据轮胎爆胎机理，轮胎压力和温度的异常变化将严重损害轮胎寿命，以致引发爆胎事故发生。,充气压力对轮胎性能的影响,轮胎压力过高或过低都将加速轮胎磨损，使轮胎
5、非正常升温，易引发各类轮胎故障。,温度对轮胎爆胎的影响,轮胎在行驶过程中会因生热而出现温度大幅度升高现象。温度的升高将导致轮胎强度的下降，温度过高就会导致轮胎爆胎。,轮胎爆胎预警门限算法,本文基于对工作状态下轮胎的压力和温度实时测量数据进行分析判断而得到轮胎爆胎预警门限算法。轮胎爆胎预警算法：（1）充气压力不足或过高（2）充气压力持续下降（3）轮胎温度升温过高（4）压力判据最优先本文研究基于多传感器数据融合技术来优化轮胎爆胎预警系统预警门限。,多传感器信息融合的过程框图,轮胎爆胎预警系统数据融合方法的选择,本文采用贝叶斯（Bayes）方法来融合压力、温度及温度转化来的压力，该方法不需要任何有关
6、轮胎压力和温度的历史统计资料与专家经验知识，仅对有限个压力温度传感器（集成传感器）的测量结果，以置信距离测度作为数据融合的融合度，再利用置信矩阵、融合矩阵得到多传感器的最佳融合数。,轮胎爆胎预警系统数据融合算法,如果某个传感器测量的数据和实际情况有偏差或者该传感器发生故障，而在算法中不考虑该情况的话，就会造成误报或漏报，因此多传感器信息融合算法应包括失效信息剔除与有效信息融合两大内容。,失效信息剔除,失效信息的剔除是由关系矩阵Rm来确定的，而关系矩阵是由置信距离测度(融合度)dij组成的置信距离矩阵Dm推导而来的。,下面是置信距离测度(融合度)dij和置信距离矩阵Dm公式：,用多传感器从不同方
7、位测量一参数时，根据经验或多次试验的结果，给出dij的阀值,若rij=1，则认为第i个传感器与第j个传感器相融性差，若rij =0则认为第i个传感器和第j个传感器相融性好，如果一个传感器只被少数传感器支持，则这个传感器的数据为失效数据，应把这样的信息剔除。,有效数据融合,在本系统的一个轮胎中要使用四个压力温度传感器，则融合压力的公式为:,其中: L4 Pk 第k 个压力传感器的观测值； k 第k 个压力传感器的测量值的标准偏差； P0 L个压力传感器观测值的均值； 0 L个传感器观测值的标准偏差。,同理，融合温度的公式为：,其中: L4 Tk 第k 个温度传感器的观测值； k 第k 个温度传感
8、器的测量值的标准偏差； T0 L 个温度传感器观测值的均值； 0 L 个温度传感器观测值的标准偏差。,轮胎爆胎预警系统数据融合方案设计,将压力和温度分开融合 接收器同时显示每个轮胎的压力和温度,结合实际情况，分析对比后本文选用上述方案一(即将压力和温度分别融合)。,将温度转化为压力后同压力一起融合可以通过理想气体定律PV = nRT将温度转化为压力后再融合，在接收器上也仅显示四个轮胎的压力值。,轮胎爆胎预警门限算法的温度补偿,环境温度在024：充气压力无需作任何修正。 环境温度高于24或低于0：轮胎压力就会随环境温度发生一定量的变化，基础充气压力则需作一定修正。根据轮胎的工作温度对压力门限阈值
9、进行校正，以得到不同的温度环境下准确的预警门限。,补偿方式分为硬件补偿和软件补偿,本文采用软件补偿可以更加灵活地确定准确的报警门限。采取对压力预警门限的温度补偿，能够提高系统预警的准确性，减少系统的虚警和漏报。,5.系统测试,无线通信距离,由于在不同的工作环境下，环境对射频信号的吸收不一样，所以在不同环境下所测出来的通信距离是不一样的。我们在测量通信距离时分两种情况： 在空旷环境下测试，轮胎模块与主机模块间的可靠通信距离大概为30米。 轮胎模块实际安装在轮胎里，主机模块放在驾驶室内，系统运行1小时，结果表明，轮胎模块与主机模块间能够可靠通信。测试证明，该系统能够达到使用要求的通信距离，并可靠工作。,系统工作寿命,以锂电池CR2032标准电池容量220mAH为参考：软件算法的选择对工作寿命影响极大，必须平衡效率和功耗。电池容量500mAH，工作寿命可达5年以上。,6.全文总结,根据轮胎爆胎机理和轮胎工作性能，确定系统方案，针对压力和温度研究阈值门限决策算法及门限的确立。 提出不同温度情况下对轮胎压力报警门限的温度补偿算法。 完成了无线数据发射/接收的匹配网络和天线设计。 测试了轮胎模块与主机模块间的无线通信距离。,致 谢,衷心感谢参加答辩会的各位老师和同学！ 希望各位老师提出宝贵意见！,
