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CN1876409B - 轮胎气压监测系统功能改进与扩展技术方案 - Google Patents

轮胎气压监测系统功能改进与扩展技术方案 Download PDF

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Abstract

一种轮胎气压监测系统功能改进与扩展技术方案，在保持TPMS轮胎气压实时监测、信息提示功能基础上，同时具备极度危险气压(如突发爆胎)情况下的自动减速功能。

Description

轮胎气压监测系统功能改进与扩展技术方案
技术领域
本发明为一种轮胎气压监测系统功能改进与扩展技术方案，涉及汽车轮胎气压监测与行车控制，特别是指对现有技术TPMS的改进与功能扩展，属于汽车行车安全技术领域。
背景技术
轮胎对汽车行车安全的影响一直受到汽车业界和社会公众的关注，凡世通公司因轮胎质量问题而被迫在全球召回650万条轮胎的事例，使轮胎问题再次受到高度重视。美国于2003年开始强制实施轮胎气压监测系统(TPMS)为汽车标准配置后，世界范围内的TPMS研发生产出现快速增长趋势，据不完全统计，仅中国大陆就有超过200家企业、科研院所投入了TPMS技术产品的开发和研究，部分企业已经形成一定的量产能力，并陆续进入市场。
现有轮胎气压监测系统(TPMS)的主流技术路线或技术方案是：TPMS主要由二个部分组成：安装在汽车轮胎里的远程轮胎压力监测模块(RemoteTire Pressure Monitoring)和安装在汽车驾驶台上的中央监视器(LCD显示器)，直接安装在每个轮胎里的压力监测模块测量轮胎压力和温度，将测量得到的信号调制后通过高频无线电波(RF)发射出去，中央监视器接收RTPM模块发射的信号，将各个轮胎的压力和温度数据显示在屏幕上，供司机参考。如果轮胎的压力或温度出现异常，中央监视器根据异常情况，发出不同的报警信号，提醒司机采取相应的措施。其标准的技术路线或设计框图如图1所示。
现有技术TPMS系统存在一定的局限或缺陷，仅有轮胎气压信息提示功能，其作用局限在预警预防方面，无法对突发的爆胎或快速泄气提供有效救助。从严格意义上说，现有的TPMS，既不属于主动型安全系统，也不属于被动型安全系统，应定义为信息提示预警系统。
TPMS的信息提示和预警功能，无形中增大了司机的行车信息量负荷，对行车安全带来不可忽视的负面影响，可能因此而危害行车安全，也可能造成司机对信息产生“信息疲劳”或麻痹，从而招致司机关闭和弃用。
现有相关研究资料表明，爆胎过程是突发性事件，事前无明显或确定的征兆，无法从根本上避免，引发爆胎的重要因素或特征是轮胎内部气体压力、温度升高，根本原因是轮胎气压异常特别是气压偏低引发的轮胎内部(橡胶与钢丝帘布间)摩擦，造成轮胎内局部区域高温，橡胶与帘布层剥离、脆化，最终导致轮胎爆裂。轮胎气压偏低、长时间高速行驶是爆胎的重要诱因。
美国学者Wesley D.Grimes发表的《车辆对爆胎反应的三维仿真》(3-Dimensional Simultion of Vehicle Response to Tire Blow-outs)研究报告表明，爆胎发生时，胎内气压在100毫秒内丧失，爆胎车轮滚动半径减小，爆胎车轮滚动阻力增加为爆胎前的30倍以上，爆胎车轮和处于对角线位置的车轮对地面的正压力Fz下降，侧向摩擦力也随之下降，过程继续则爆胎车轮出现轮辋对轮胎的碾压，碾压直至轮胎撕裂与轮辋分离，导致侧向摩擦力大幅下降。在轮胎被碾压和撕裂的过程中，轮胎与地面滚动阻力大幅增大甚至导致车轮由滚动转为滑动(当爆胎车轮为从动轮时)，形成一侧向作用力，使汽车发生偏离行驶方向的运动。
Wesley D.Grimes的研究报告同时表明，单纯的爆胎并非必然导致事故的发生，司机对爆胎信息作出的反应操作是否正确和爆胎时车辆所处的具体路况，对爆胎后是否引发交通事故有直接关联，特别指出司机过度转向和过度制动(制动抱死)均有可能导致事故的发生，相反，司机适当的操控(调整维持行驶轨迹和适度制动)，将可能避免事故的发生。
该研究报告结论揭示了一个极为重要的事实：在爆胎发生2～3秒后的时刻，司机能够作出反应时间起，司机对汽车的适度操控仍然被认为是必要的和必需的，对化解爆胎危险具有重要作用。
发明内容
本发明针对现有TPMS技术方案的不足，提出实质性改进和功能扩展技术方案，其核心是将TPMS简单信号接收、显示功能的中央监视器改进扩展为具有信号接收、运算处理和自动控制功能的中央控制器(ECU)，从单纯的信息提示改进扩展为信息提示和自动控制综合功能，成为主动型行车安全保障系统。
具体的改进和扩展为：一是取消现有的轮胎气压LCD显示屏信息提示方式，改进为语音提示方式，向司机提供轮胎气压预警信息；二是对TPMS的中央监视器功能进行改进和扩展，从简单信号接收、信息显示，扩展为具有信号接收、运算处理、自动控制功能的中央控制器(ECU)，设置极度危险气压(低至正常气压40％以下)提示和主动救助功能，由自动控制系统对汽车的运行状态进行干预，或直接表述为自动减速制动，在最短时间里使汽车行驶速度降低，在司机作出反应前的2～3秒时间内，使汽车速度大幅度降低，缓解或化解爆胎后危险。
要求司机在爆胎后实施严格的正确操控，对司机提出了心理和操控技术上的极高要求，甚至是极度苛刻的要求，因此，司机在爆胎后的正确操控是困难和不实际的。而利用自动控制系统，替代司机对爆胎后汽车实施正确的操控，是完全可行和具有有益效果的。本发明技术方案在TPMS系统上扩展的爆胎后自动减速功能，可以弥补司机制动反应的生理局限，在爆胎后最短时间内实施适度制动减速，仅在司机反应障碍期间车速就可以大幅度减低，车速的下降，直接降低了对司机的操控要求，司机在渡过反应障碍期间后，可以容易地操控汽车脱离危险，避免事故的发生。建立在汽车ABS制动技术上的适度制动，对现代汽车技术和自动控制技术而言，技术方案的科学性和工艺上的可实现性都是肯定的。
本发明具有以下有益效果，第1、以语音提示报警取代LCD实时信息显示，减轻了司机行车信息量负荷，对行车安全具有积极作用；第2、语音提示可以合理的频率进行，对缓慢的轮胎漏气或缺气，语音提示频率可设为次/10min，减少报警信息对司机的干扰和影响；第3、在具备轮胎气压监测的基础上，对短时间内的快速泄气和爆胎，能够提供有效的安全保护，特别是对司机制动反应时间局限的弥补，对化解爆胎危险具有极为重要的作用，该功能较现有TPMS功能有创造性改进和实质性进步。
本发明技术方案保持并改进了TPMS轮胎气压监测的功能，同时具备爆胎后的主动救助功能，是集预防和救助功能于一体的综合系统，属于主动型行车安全系统。
附图说明
图1是现有TPMS技术方案框图。
图2是本发明技术方案框图。
图3是是本发明技术方案控制程序流程图。
实施方式
以下根据附图对本发明技术方案的实施作具体说明。现有TPMS技术方案主要由置于轮胎内的远程轮胎压力监测模块1(内含信号处理和RF发射功能)和中央监视器2(含信号接收处理和LCD显示)组成，如图1所示。本发明技术方案的与TPMS技术方案相比，在远程轮胎气压监测模块1’部分，没有实质性的改变，如图2所示。但为适应信号传输的可靠性，应在远程模块的二次开发时，适当考虑信号(RF)发射功率的提高和信号的防干扰问题。
由于现有TPMS远程轮胎气压监测模块均来自世界上几个专业性大公司，TPMS产品绝大部分以OEM方式生产，模块的运行程序(或具体功能指标)设计是以二次开发的方式进行，因此，本发明在运行程序中气压异常特征点设计上，确定高于正常气压值的20％和低于正常气压值的20％为气压报警特征点，满足该条件时，系统只作出语音报警提示，提示频率为次/10min；同时，本发明设置极度危险气压报警和自动控制特征点，如轮胎气压低至正常气压的40％以下时，系统同时作出语音报警和自动制动减速，以适度的制动力和ABS或连续点制动方式，安全降低车速。
为确保对轮胎气压实时监测的功能实现，本发明技术方案保持TPMS系统对气压进行实时监测的设计方案，远程轮胎压力监测模块在汽车运行过程中对气压进行实时监测，远程模块的唤醒方式与现有技术TPMS相同，由远程模块的功能确定。
语音间隔提示功能直接由中央控制器(ECU)实现，ECU对接收到的气压信息进行运算判别，达到信息提示条件时，按照设定的时间间隔向语音合成电路发出驱动信号，语音合成电路预先录制固化相应的语音合成，按照驱动指令发出语音提示。
本发明技术方案采用语音提示而排除LCD显示方式，除了避免过多信息干扰司机行车安全作用外，也大大简化了产品的安装难度，中央控制器可安装在车内适当的隐蔽处，对汽车的内部装饰不造成任何影响，又降低了产品生产成本和安装成本。
自动控制制动减速功能的实现应考虑信号干扰可能造成的误触发问题，这是采用无线电信号传输方式技术方案尤其应注意的问题，在实际的交通状况中，汽车可能行驶于任何环境条件下，无线电信号的防干扰问题，在单纯的信息提示报警方式下，信号干扰问题不会受到特别的重视，因为随机和个别的干扰除了造成个别信息错误外，不会有直接的损害后果。而采用无线电信号传输方式的自动控制系统，信号的干扰问题所可能带来的直接后果，是自动控制系统的误操作，可能带来一定的后果。因此，必须考虑或防范可能后果的出现和抑制后果的危害，本发明技术方案在ECU控制程序上，设计专门的信号干扰误触发抑制程序，系统的制动减速执行指令生成条件，是连续的极度危险气压信号或爆胎信号，个别干扰信号即使造成系统的误触发，也由于干扰信号不连续或无规律，ECU将很快予以甄别，抑制或消除误触发，避免误触发产生危害后果，系统控制程序流程图如图3所示。
本发明技术方案自动制动减速功能的制动执行机构，可采用现有技术的自动减速机构，如汽车追尾避撞系统的自动制动减速机构来实现，也可以设置专门的具有制动力蓄能的制动减速机构，如中国专利ZL00101579.6所公开的自动减速装置，实现自动减速的目的。
极度危险气压的参考数值包括处于50Kpa-100Kpa的气压。

Claims (3)

1.一种轮胎气压监控系统，包括远程轮胎压力监测模块，轮胎气压语音报警装置，和中央控制器，中央控制器从远程轮胎压力监测模块接收气压信息并具有运算处理功能，其特征在于，在轮胎处于极度危险气压报警和自动控制特征点时，所述控制器通过轮胎气压语音报警装置进行语音报警，并且通过自动控制系统使汽车自动制动减速，其中所述极度危险气压报警和自动控制特征点包括处于50Kpa-100Kpa的气压。
2.根据权利要求1所述的轮胎气压监控系统，其特征在于，自动制动减速包括以适度的制动力和ABS或连续点制动方式降低车速。
3.根据权利要求1所述的轮胎气压监控系统，其特征在于，中央控制器控制程序上设计有信号干扰误触发抑制程序。
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