汽車輪胎爆胎預警門限設計

2020-10-20 07:18:51劉卡龔佳慧李鵬

汽車實用技術 2020年15期

劉卡龔佳慧李鵬

摘要：文章通過對現有的汽車輪胎爆胎預警系統進行研究分析，提出了基于3σ準則的爆胎預警門限算法和雙層次報警決策策略相結合的預警門限設計。為了對預警門限設計進行驗證，文章用兩組數據分別代表壓力和溫度進行了模擬驗證，證明了預警門限設計的可行性。

關鍵詞：爆胎預警;預警門限;報警決策

中圖分類號：U462.1? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）15-63-02

Abstract： This paper puts forward the design of Pressure-Sensor Based Tire Pressure Monitoring System by researching and analyzing those systems. Meanwhile， the puncture warning threshold based on 3σ criteria and the dual level alarm warning decision strategy is designed. Finally， this paper proves the feasibility of the design of warning threshold by simulation and verification which use two sets of data， one represents the pressure and the other represents the temperature.

Keywords： Puncture warning; Warning threshold; Alarm warning strategy

CLC NO.： U462.1? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）15-63-02

1 前言

隨車輪胎引起的交通事故逐漸增加，汽車輪胎爆胎預警系統（TPMS）技術正逐漸被汽車的設計制造所采用。國外對于TPMS的研究起步較早，20世紀70年代末歐洲的一些發達國家就開始對輪胎氣壓監控系統進行研究。而且因立法較早，TPMS技術較為成熟，市場占有率較高[1]。據中國汽車工業協會相關市場調查表明，國內輪胎爆胎預警系統的相關產品已有推出，如佛山的TOPCHEK輪胎氣壓監測系統、偉力通胎壓報警器、南京泰晟科技輪胎監測系統等等[2]。但大多技術性能不甚完善或系統簡易，產品也沒有形成一定的規模，存在以下缺點：（1）系統工作壽命短;（2）系統在低溫或高溫環境下穩定性不夠;（3）工作可靠性較差;（4）檢測精度不夠。

2 預警門限設計

輪胎爆胎預警門限的設置直接關系到系統的綜合預警性能，在系統設計過程中，需要科學準確的設定預警門限，并進行最優決策的研究和處理，以提高預警的準確率。

現有的預警算法包括兩種：

（1）按照將基準胎壓的1.2倍的氣壓值作為“壓力預警門限的上限值”，基準胎壓的85%的氣壓值作為“壓力預警門限的下限值”，將85℃作為“溫度預警的門限值”，將檢測的壓力和溫度值實時與門限值進行比較，并判斷是否啟動預警[3]。這種方法的缺點是：當車輛在顛簸的路面行駛時，會出現輪胎氣壓瞬時超過預警門限值而導致虛警;當車輛外部環境劇變，造成胎內氣壓短時間發生較大變化，則會被判斷為輪胎出現故障。

（2）多傳感器融合預警算法。輪胎檢測模塊檢測獲得輪胎壓力和溫度，利用理想氣體定律將溫度值轉化為對應的壓力值，實時顯示并判斷是否啟動預警[4]。這種方法的缺點是如果出現輪胎漏氣，則理想氣體定律不成立帶來系統判斷出現差錯。

2.1 3σ準則爆胎預警門限算法

汽車行駛時，當輪胎處于正常狀態時，輪胎的氣壓、溫度接近于正態分布。輪胎爆胎預警系統工作時會記錄輪胎的壓力、溫度數據，取輪胎正常工作時的一段數據為樣本，分別計算出溫度的均值和標準差μT、σT，壓力的均值和標準差μP、σp，則根據 3σ準則，（μP+3σp）為壓力預警門限的上限值，（μP-3σp）為壓力預警門限的下限值;將（μT +3σT）作為溫度預警的門上限值，溫度預警下限值為0。

2.2 雙層次報警決策策略

為提高輪胎爆胎預警系統報警的正確率，并減小誤報率，將報警決策分為兩個層次：第一層次為雙路信號報警決策，如果某一時刻測得的溫度、壓力數據都超出預警門限閾值，則立即進行報警;第二層次為單路信號報警決策，若單獨的溫度或壓力信號連續三次超出預警門限閾值，即使另一信號正常，也進行報警，否則不報警。決策圖如圖1所示。

輪胎爆胎預警系統容易出現的失誤主要有誤報、漏報、報警不及時等[5]。誤報警主要出現在輪胎遇到突發偶然情況時，比如路面凹凸引起輪胎氣壓突變，第二層次單路報警決策可以有效減少誤報警;漏報警問題可以通過第一層次的雙路信號報警決策來解決;針對報警不及時出現在輪胎真正出現故障的情況，采用雙層次報警決策策略，兩路都可以獨立報警，因此會在輪胎出現故障時及時準確的進行預警。

3 預警門限算法驗證

為了驗證將3σ準則爆胎預警門限算法和雙層次報警決策策略相結合的預警門限設計，使用分別代表壓力和溫度的兩組樣本數據進行驗證。

兩組樣本數據是通過模擬輪胎運行時的狀況由傳感器測得的，分別有1920個樣本點。用Matlab將兩組數據轉化為圖像形式，壓力樣本如圖2所示，在前1120個樣本點保持正常，在X：1121開始出現明顯異常;溫度樣本如圖3所示，在前1121個樣本點保持正常，在X：1122開始出現明顯異常。

分別取壓力、溫度樣本數據處于正常狀態的前800個點進行計算，求出均值、方差，根據預警閾值，壓力預警門限上限值為（μp+3σp）=9.5861，下限值為（μp -3σp）=9.1019;溫度預警門限上限值為（μT +3σT）=94.9887。

根據預警門限設計進行報警實驗。由圖4可以看出：

第379個樣本點時，壓力值超出預警上限一次，但溫度正常，根據單路信號報警決策，不報警;

第577個樣本點時，壓力值低于預警下限一次，但溫度正常，根據單路信號報警決策，不報警;

第1121個樣本點，壓力值低于預警下限，且之后連續低于預警下限值，同時，在第1122個樣本點，溫度值超出預警門限值，且之后連續超出，根據雙層次預警決策策略，在第1122個樣本點進行預警。

上述預警結果與之前所觀察的輪胎狀態相符合，證明了預警門限設計的可行性和準確性。

4 結論

通過對現有爆胎預警算法的分析，設計的3σ準則爆胎預警門限算法和雙層次報警決策策略相結合的輪胎爆胎預警方案，可以有效的提高預警正確率的同時，減小誤報率。

參考文獻