一种汽车轮胎状态诊断系统及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种汽车轮胎状态诊断系统，其包括监控设备和采集模块，监控设备包括第一单片机、CAN总线、集成音频接口、第一射频收发模块、音频解码器、串行外设接口、集成电路总线、存储模块、显示模块和触摸模块；其方法为：采集轮胎的压力和温度信息；采用限幅滤波和中位值平均滤波对采集信息进行滤波；根据采集信息利用归一化正态分布函数计算整个监测时间内轮胎的状态指数；用限幅平均滤波法对得到的轮胎状态指数进行滤波后与报警门限值进行比较，得出轮胎状态；该汽车轮胎状态诊断系统及其方法有效地解决了现有技术中对轮胎状态的监测和评估不足的问题。
【专利说明】
一种汽车轮胎状态诊断系统及其方法
技术领域
[0001] 本发明涉及汽车安全检测领域，具体涉及一种汽车轮胎状态诊断系统及其方法。
【背景技术】
[0002] 汽车在行驶中，其轮胎状态在很大程度上影响着行车地安全，特别是在高速行驶 过程中；一旦轮胎发生损坏，极易造成重大的交通事故，导致人员的伤亡;而现有技术中对 轮胎的检测，仅对轮胎的压力、温度进行监测和显示，对轮胎状态的评估也仅依据一个粗糙 的经验值，其存在对轮胎状态的监测和评估不足，不能充分全面地发现轮胎状态中所存在 安全隐患的问题。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术中的上述不足，本发明提供的汽车轮胎状态诊断系统及其方法有效 地解决了现有技术中对轮胎状态的监测和评估不足的问题。
[0004] 为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：提供一种汽车轮胎状态诊断 系统，其包括监控设备和用于采集轮胎压力和温度并将采集信号发送给监控设备的采集模 块;监控设备包括第一单片机、与第一单片机连接的CAN总线及集成音频接口，用于接收由 外部麦克风或录音设备输入的声源信息；第一射频收发模块，通过串行外设接口与第一单 片机连接，用于将采集信号传输至第一单片机;音频解码器，通过集成电路总线分别与第一 单片机和串行外设接口连接，用于将读取的数字音频信息转换成模拟音频信号输出；第一 单片机连接有一用于存储音频信息和采集信息的存储模块、用于显示诊断信息的显示模块 和用于实现人机交互的触摸模块。
[0005] 进一步地，采集模块包括与CAN总线连接的用于读取行车电脑内轮胎信息的接收 模块。
[0006] 进一步地，采集模块包括分布在轮胎上的压力传感器和温度传感器，压力传感器 和温度传感器均通过模数转换器与第二单片机连接，第二单片机连接有用于信号传输的第 二射频收发模块。
[0007] 进一步地，存储模块包括分别与第一单片机连接的存储器和DDR3,显示模块包括 通过液晶显示屏控制器与第一单片机连接的薄膜晶体管液晶屏;触摸模块包括通过触摸屏 控制器与第一单片机连接的电阻触摸屏。
[0008] 进一步地，第一单片机的型号为AM335X，第二单片机的型号为MSP430，第一射频收 发模块和第二射频收发模块均为nRF24L01芯片。
[0009] 还涉及一种汽车轮胎状态的诊断方法，其采用的技术方案包括如下步骤：
[0010] a?采集轮胎的压力和温度信息；
[0011] b.采用限幅滤波和中位值平均滤波对采集信息进行滤波；
[0012] c.根据采集信息利用归一化正态分布函数计算整个监测时间内轮胎的状态指数；
[0013] d.用限幅平均滤波法对得到的轮胎状态指数进行滤波后与报警门限值进行比较， 得出轮胎状态。
[0014]进一步地，步骤c中，设温度T下胎压p(T)变化服从以Po(T)为期望的正态分布，最 大压力和最小压力分别为其三倍方差位置(99%置信度），则计算方差为：
[0017]贝IJT位置处的归一化正态分布函数为： (P〇(T)以上） (P〇(T)以下）
[0019] 进一步地，限幅滤波的方式为:根据车辆专家的经验得到两次采样允许的最大偏 差值A，当本次值与上次值的差< = A，则本次值有效，当本次值与上次值的差〉A，则本次值无 效，用上次值代替本次值。
[0020] 进一步地，中位值平均滤波的方式为:将限幅滤波后的数据放到一个环形BUF，每 次需要提取数据时，则扫描环形BUF，去掉最大和最小值，然后求出均值。
[0021] 进一步地，步骤d中，当滤波后的轮胎状态指数低于报警门限值，发出警报。
[0022] 本发明的有益效果为:该汽车轮胎状态诊断系统及方法对采集到的轮胎的温度和 压力数据采用了限幅滤波和中位置平均滤波复合方式进行滤波，剔除了采集到的剧烈跳变 值，确保了采集到的数据的准确性;通过归一化正态分布函数计算出整个监测时间内轮胎 的状态指数，并将该状态指数与报警门限值进行比较，得出轮胎状态，再通过薄膜晶体管液 晶屏显示出来，诊断及时准确，有效地解决了现有技术中对轮胎状态的监测和评估的不足； 同时，当轮胎状态指数低于报警门限值时，驱动与集成音频接口连接的外部扬声设备发出 警报，提醒用户维护或更换轮胎，降低了行车风险。
【附图说明】
[0023] 图1为汽车轮胎状态诊断系统的监控设备的框架示意图。
[0024] 图2为汽车轮胎状态诊断系统的采集模块的框架示意图。
[0025]图3为汽车轮胎状态诊断方法的轮胎温度-压力曲线图。
【具体实施方式】
[0026] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一种实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例，都属于本发明的保护范围。
[0027] 为简单起见，以下内容中省略了该技术领域技术人员所公知的技术常识。
[0028] 如图1所示，该汽车轮胎状态诊断系统包括监控设备和用于采集轮胎压力和温度 并将采集信号发送给监控设备的采集模块;监控设备包括第一单片机、CAN总线、集成音频 接口、第一射频收发模块和音频解码器，第一单片机连接有一存储模块、显示模块和触摸模 块。
[0029] 其中，CAN总线与第一单片机连接，集成音频接口用于连接接收由外部麦克风或其 它录音设备输入的声源信息；第一射频收发模块通过串行外设接口与第一单片机连接，用 于将采集信号传输至第一单片机;音频解码器通过集成电路总线分别与第一单片机和串行 外设接口连接，用于将读取的数字音频信息转换成模拟音频信号输出；存储模块用于存储 音频信息和采集信息，显示模块用于显示诊断信息，触摸模块用于实现人机交互。
[0030] 在具体实施中，存储模块包括分别与第一单片机连接的存储器和DDR3,显示模块 包括通过液晶显示屏控制器与第一单片机连接的薄膜晶体管液晶屏;触摸模块包括通过触 摸屏控制器与第一单片机连接的电阻触摸屏;优选第一单片机的型号为AM335X，该型号单 片机的内核为C 〇rtexA8，主频为800MHz，能够有效地支撑单片机的算法运算和触摸屏控制 器与电阻触摸屏，进行人机交互。
[0031] 本发明的优选实施例为:采集模块包括与CAN总线连接的用于读取行车电脑内轮 胎信息的接收模块，通过CAN总线从行车电脑内直接读取出轮胎的压力和温度;在具体实施 中，第一单片机通过CAN总线接口读取行车电脑输出的J1939(协议)数据，并解析数据得到 物理量数值，采集过程简单便利。
[0032] 如图2所示，本发明的优选实施例为:采集模块包括分布在轮胎上的压力传感器和 温度传感器，压力传感器和温度传感器均通过模数转换器与第二单片机连接，第二单片机 连接有用于信号传输的第二射频收发模块;在具体实施中，第二单片机通过模数字转换器 实时读取温度传感器和压力传感器传输的数据，并通过第二射频收发模块发送给监控设 备，采集过程可精确得到温度和压力数据，具有较高的实时性。
[0033]该汽车轮胎状态诊断系统的第二单片机的型号为MSP430,该型号的单片机功耗 低，能够确保电池长时间运行；音频解码器采用低功耗、高质量的wm8960芯片，第一射频收 发模块和第二射频收发模块均为电流消耗较低的nRF24L01芯片;存储器为容量较大，改写 速度快的Nand-Flash存储器。
[0034]还涉及一种汽车轮胎状态的诊断方法，其采用的技术方案包括如下步骤：
[0035] a ?采集轮胎的压力和温度信息；
[0036] 在具体实施中，可通过CAN总线从行车电脑内直接读取出轮胎的压力和温度，也可 在轮胎上分布温度传感器和压力传感器，第二单片机通过模数字转换器实时读取温度传感 器和压力传感器传输的数据，并通过第二射频收发模块发送给监控设备。
[0037] b.采用限幅滤波和中位值平均滤波对采集信息进行滤波;在具体实施中，轮胎的 温度和压力的变化具备连续性，因此应提出其出现的剧烈跳变的值;首先根据车辆专家的 经验得到两次采样允许的最大偏差值A，对每次采集的新值做如下判断：
[0038] 当本次值与上次值的差〈=A，则本次值有效，
[0039] 当本次值与上次值的差〉A，则本次值无效，用上次值代替本次值；
[0040] 再经过数据剔除后，将数据放到一个环形BUF，在实施过程中，确保BUF中的数据 为最新的14个数据，其中14为BUF的数据长度，每次需要提取数据时，则扫描环形BUF，去掉 最大和最小值，然后求出均值。
[0041] c.根据采集信息利用归一化正态分布函数计算整个监测时间内轮胎的状态指数； 先从车辆维护手册中整理出轮胎状态数据表格，即：轮胎在不同温度下对应的轮胎最小压 力、标准压力和最大压力的数值，再对轮胎状态数据表格中的数据进行拟合，最后计算量 板，得出温度和压力的归一化正态分布函数。
[0042]在具体实施中，根据车辆维护手册，选出轮胎温度为0度、20度、40度、60度、80度和 1〇〇度时，对应的轮胎最小压力、标准压力和最大压力，并整理成数据表格，如下：
[0044] 依照整理出的轮胎状态数据表格中的数据分别拟合出标准压力随温度变化曲线， 及其上下限(分别按标准值上漂25%和下漂15%);在拟合过程中，关键数据点较多时，可使 用三次样条差值进行拟合;并令温度为T(°C)，轮胎压力为P(bar)，绘制出温度-压力曲线 图，如图3所示。
[0045] 在具体实施中，其得出归一化正态分布函数的方式如下：
[0046]设温度T下胎压p(T)变化服从以Po(T)为期望的正态分布，最大压力和最小压力分 别为其三倍方差位置(99%置信度），则计算方差为：
[0049]则T位置处的归一化正态分布函数为： :P〇(T)以上） (P〇(T)以下）
[0051] d.用限幅平均滤波法对得到的轮胎状态指数进行滤波后与报警门限值进行比较， 得出轮胎状态;在具体实施中，当滤波后的轮胎状态指数低于报警门限值时，第一单片机驱 动音频解码器将数字音频信息转换成模拟音频信号输出，在实施过程中，警报语音可为实 现录制好并存储在存储器中的音频文件；用于提醒人们及时维修或更换轮胎，降低了行车 风险。
[0052]综上所述，该汽车轮胎状态诊断系统及其方法有效地解决了现有技术中对轮胎状 态的监测和评估不足的问题。
[0053]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文所定义的一 般原理可以在不脱离发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不 会被限制与本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致 的最宽的范围。
【主权项】
1. 一种汽车轮胎状态诊断系统，其特征在于:包括监控设备和用于采集轮胎压力和温 度并将采集信号发送给监控设备的采集模块;所述监控设备包括 第一单片机、与第一单片机连接的CAN总线及 集成音频接口，用于接收由外部麦克风或录音设备输入的声源信息； 第一射频收发模块，通过串行外设接口与第一单片机连接，用于将采集信号传输至第 一单片机； 音频解码器，通过集成电路总线分别与所述第一单片机和串行外设接口连接，用于将 读取的数字音频信息转换成模拟音频信号输出； 所述第一单片机连接有一用于存储音频信息和采集信息的存储模块、用于显示诊断信 息的显示模块和用于实现人机交互的触摸模块。2. 根据权利要求1所述的汽车轮胎状态诊断系统，其特征在于：所述采集模块包括与 CAN总线连接的用于读取行车电脑内轮胎信息的接收模块。3. 根据权利要求1所述的汽车轮胎状态诊断系统，其特征在于:所述采集模块包括分布 在轮胎上的压力传感器和温度传感器，所述压力传感器和温度传感器均通过模数转换器与 第二单片机连接，所述第二单片机连接有用于信号传输的第二射频收发模块。4. 根据权利要求2或3所述的汽车轮胎状态诊断系统，其特征在于:所述存储模块包括 分别与第一单片机连接的存储器和DDR3,所述显示模块包括通过液晶显示屏控制器与所述 第一单片机连接的薄膜晶体管液晶屏;所述触摸模块包括通过触摸屏控制器与所述第一单 片机连接的电阻触摸屏。5. 根据权利要求3所述的汽车轮胎状态诊断系统，其特征在于:所述第一单片机的型号 为AM335x，所述第二单片机的型号为MSP430;所述第一射频收发模块和第二射频收发模块 均为nRF24L01芯片。6. -种基于权利要求1~5任一项所述的汽车轮胎状态诊断系统的诊断方法，其特征在 于:包括以下步骤： a. 采集轮胎的压力和温度信息； b. 采用限幅滤波和中位值平均滤波对采集信息进行滤波； c. 根据采集信息利用归一化正态分布函数计算整个监测时间内轮胎的状态指数； d. 用限幅平均滤波法对得到的轮胎状态指数进行滤波后与报警门限值进行比较，得出 轮胎状态。7. 根据权利要求6所述的汽车轮胎状态诊断方法，其特征在于:所述步骤c中，设温度T 下胎压P(T)变化服从以Po(T)为期望的正态分布，最大压力和最小压力分别为其三倍方差 位置(99%置信度），则计算方差为：则T位置处的归一化正态分布函数为：8. 根据权利要求7所述的汽车轮胎状态诊断方法，其特征在于：所述限幅滤波的方式 为:根据车辆专家的经验得到两次采样允许的最大偏差值A，当本次值与上次值的差< = A， 则本次值有效，当本次值与上次值的差〉A，则本次值无效，用上次值代替本次值。9. 根据权利要求8所述的汽车轮胎状态诊断方法，其特征在于:所述中位值平均滤波的 方式为:将限幅滤波后的数据放到一个环形BUF，每次需要提取数据时，则扫描环形BUF，去 掉最大和最小值，然后求出均值。10. 根据权利要求6所述的汽车轮胎状态诊断方法，其特征在于:所述步骤d中，当滤波 后的轮胎状态指数低于报警门限值，发出警报。
【文档编号】B60C23/20GK106004266SQ201610496599
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】刘宇波, 周果, 杨海波, 陈益, 卢宇
【申请人】成都金本华电子有限公司