轮胎位置定位方法和装置与流程

本发明主要涉及汽车的胎压监测系统，尤其涉及一种轮胎位置定位方法和装置。

背景技术：

压力是轮胎的最关键的参数，轮胎压力过高或者过低均会增加每公里耗油量和减少轮胎的寿命。因此胎压监测系统(tirepressuremonitoringsystem,tpms)越来越广泛地被应用集成于汽车电子系统中。tpms需要分别获知各个轮胎的压力，因此汽车行驶中轮胎位置的自动定位，在胎压状态的实时监测中十分必要。特别是在轮胎被更换后，tpms需要自动识别和更新轮胎位置。

tpms通常包括轮胎发射机和电子控制单元(electroniccontrolunit,ecu)。发射机一般安装于单独的轮胎内，用于测量轮胎压力、温度、行驶加速度等轮胎状态数据，以及相关数据的处理和传送。电子控制单元通常安装于车身，用于接收轮胎状态数据，并处理、显示和报警。简要的工作过程是，接收机内的传感器监测轮胎的实时状态，并通过发射单元发送，电子控制单元通过接收单元接收轮胎状态数据，将状态信息传送到汽车仪表显示，若有异常启动报警信息。

电子控制单元将发射机发送的轮胎状态数据与相应的轮胎匹配的操作即为定位。在轮胎位置变更后，将轮胎状态数据与轮胎自动匹配，进行快速准确的定位显得尤为必要。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种轮胎位置定位方法和装置，可以进行快速和准确的轮胎位置定位。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种轮胎位置定位装置，包括多个发射机以及电子控制单元。多个发射机分别安装在汽车的各个轮胎上，每个发射机包括加速度传感器，感测所在轮胎的加速度以产生加速度信号，每个发射机发送由加速度信号获得的加速度数据。电子控制单元，设于汽车的车身，电子控制单元配置为：在汽车静止时和运动后分别接收各发射机所发送的加速度数据，并根据各加速度数据计算各加速度传感器的初始角度；获得各加速度数据的稳定周期；在第一时刻接收制动防抱死系统的各轮胎位置的齿数信息；根据第一时刻接收的各加速度数据、各齿数信息、稳定周期以及各初始角度计算对应于同一物理量的第一比较值和第二比较值；以及当某一发射机对应的第一比较值与某一轮胎位置对应的第二比较值相同时，将该发射机所在的轮胎与该轮胎位置匹配。

在本发明的一实施例中，各轮胎发射机还包括第一处理单元，判断该加速度数据是否进入稳定周期，计算该稳定周期且通知该电子控制单元，该电子控制单元接收各加速度数据和各齿数信息的第一时刻是在该加速度数据是否进入稳定周期后。

在本发明的一实施例中，该电子控制单元还配置为判断该加速度数据是否进入稳定周期，在判断该加速度数据进入稳定周期后计算该稳定周期，且在该第一时刻接收各加速度数据和各齿数信息。

在本发明的一实施例中，根据第一时刻接收的各加速度数据、各齿数信息以及各初始角度计算对应于同一物理量的第一比较值和第二比较值的步骤包括：根据各加速度数据计算各加速度传感器的当前角度，且根据各加速度传感器的初始角度和当前角度计算各加速度传感器所在轮胎的转过总齿数第一比较值；以及根据各轮胎位置的齿数信息计算各轮胎位置的转过总齿数第二比较值。

在本发明的一实施例中，根据第一时刻接收的各加速度数据、各齿数信息以及各初始角度计算对应于同一物理量的第一比较值和第二比较值的步骤包括：根据各加速度数据计算各加速度传感器的当前角度；根据各加速度传感器的当前角度和初始角度计算各加速度传感器的转过角度第一比较值；根据根据各轮胎位置的齿数信息计算各轮胎位置的转过总齿数；以及根据各轮胎位置的转过总齿数计算各轮胎位置的转过角度第二比较值。

在本发明的一实施例中，根据第一时刻接收的各加速度数据、各齿数信息以及各初始角度计算对应于同一物理量的第一比较值和第二比较值的步骤包括：将各加速度传感器的初始角度作为初始角度第一比较值；根据各加速度数据计算各加速度传感器的当前角度；根据各轮胎位置的齿数信息计算各轮胎位置的转过总齿数；以及根据各轮胎位置的转过总齿数计算各轮胎位置的转过角度，且根据各加速度传感器的当前角度和各轮胎位置的转过角度计算各轮胎位置的初始角度第二比较值。

本发明还提出一种轮胎位置定位方法，包括：在各轮胎的发射机感测所在轮胎的加速度以产生加速度数据并发送该加速度数据；在汽车静止时和运动后分别接收各发射机所发送的加速度数据，并根据各加速度数据计算各加速度传感器的初始角度；获得各加速度数据的稳定周期；在第一时刻接收制动防抱死系统的各轮胎位置的齿数信息；根据第一时刻接收的各加速度数据、各齿数信息以及各初始角度计算对应于同一物理量的第一比较值和第二比较值；当某一发射机对应的第一比较值与某一轮胎位置对应的第二比较值相同时，将该发射机所在的轮胎与该轮胎位置匹配。

在本发明的一实施例中，上述轮胎位置定位方法还包括判断该加速度数据是否进入稳定周期，在判断该加速度数据进入稳定周期后计算该稳定周期，且在该第一时刻接收各加速度数据和各齿数信息。

在本发明的一实施例中，根据第一时刻接收的各加速度数据、各齿数信息以及各初始角度计算对应于同一物理量的第一比较值和第二比较值的步骤包括：根据各加速度数据计算各加速度传感器的当前角度，且根据各加速度传感器的初始角度和当前角度计算各加速度传感器所在轮胎的转过总齿数第一比较值；根据各轮胎位置的齿数信息计算各轮胎位置的转过总齿数第二比较值。

在本发明的一实施例中，根据第一时刻接收的各加速度数据、各齿数信息以及各初始角度计算对应于同一物理量的第一比较值和第二比较值的步骤包括：根据各加速度数据计算各加速度传感器的当前角度；根据各加速度传感器的当前角度和初始角度计算各加速度传感器的转过角度第一比较值；根据根据各轮胎位置的齿数信息计算各轮胎位置的转过总齿数；以及根据各轮胎位置的转过总齿数计算各轮胎位置的转过角度第二比较值。

在本发明的一实施例中，根据第一时刻接收的各加速度数据、各齿数信息以及各初始角度计算对应于同一物理量的第一比较值和第二比较值的步骤包括：将各加速度传感器的初始角度作为初始角度第一比较值；根据各加速度数据计算各加速度传感器的当前角度；根据各轮胎位置的齿数信息计算各轮胎位置的转过总齿数；以及根据各轮胎位置的转过总齿数计算各轮胎位置的转过角度，且根据各加速度传感器的当前角度和各轮胎位置的转过角度计算各轮胎位置的初始角度第二比较值。

与现有技术相比，本发的上述技术方案通过将汽车的轮胎状态信息与对应轮胎位置自动匹配，可以进行快速准确的轮胎定位。

附图说明

图1是本发明一实施例的轮胎位置定位装置示意图。

图2是本发明一实施例的发射机结构框图。

图3是本发明一实施例的电子控制单元结构框图。

图4是本发明一实施例的轮胎位置定位方法流程图。

图5是汽车车轮转动过程中加速度变化曲线。

图6是加速度变化趋势示意图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明的实施例描述轮胎位置定位装置和方法，将汽车的轮胎状态数据与对应位置自动匹配，进行快速准确的轮胎定位。

图1是本发明一实施例的轮胎位置定位装置示意图。参考图1所示，在汽车100上设有四个轮胎101-104，每一轮胎上配置有一个发射机11-14。另外在汽车100的车头部位，布置电子控制单元(electroniccontrolunit,ecu)15和制动防抱死系统(antilockbrakesystem,abs)20。本实施例的轮胎位置定位装置包括多个发射机11-14和ecu15。同时，发射机11-14和ecu15是胎压监测系统的组成部分。也就是说，本实施例的轮胎位置定位装置是在胎压监测系统的环境中实施。

四个发射机11-14可为外置式发射机或者内置式发射机。当发射机为外置式时，可结合轮胎气门嘴进行固定。当发射机为内置式时，可使用诸如粘贴等方式固定到汽车轮辋或轮胎上。

每一发射机11-14可配置一个或多种传感器，用来测量轮胎的压力、温度和/或加速度等轮胎状态数据。每一发射机11-14还配置诸如发射单元，以通过天线将轮胎状态数据无线发射给ecu15。在一些实施例中，为了能够接收信号，每一发射机11-14还可另外配置接收电路。发射机11-14的进一步细节将在后文描述。

ecu15中可配置接收单元，以接收来自各发射机的轮胎状态数据。电子控制单元15中还可配置处理单元，以处理这些轮胎状态数据，将状态信息传送到汽车仪表显示，若有异常还能启动报警信息。来自各发射机的信号会带有与各发射机对应识别号(id)。为了使接收机15在接收到来自发射机11-14之一的信号时，能够识别该携带有id的信号是来自哪一轮胎位置，提出一种轮胎位置定位机制。

根据本发明的实施例的一种轮胎位置定位装置中，多个发射机11-14中的每个发射机包括加速度传感器，感测所在轮胎的加速度以产生加速度数据，每个发射机发送加速度数据。ecu15配置为执行下述操作：在汽车静止时和运动后分别接收各发射机所发送的加速度数据，并根据各加速度数据计算各加速度传感器的初始角度；获得各加速度数据的稳定周期；在第一时刻接收abs20的各轮胎位置的齿数信息；根据第一时刻接收的各加速度数据、各齿数信息以及各初始角度计算对应于同一物理量的第一比较值和第二比较值；当某一发射机对应的第一比较值与某一轮胎位置对应的第二比较值相同时，将该发射机所在的轮胎与该轮胎位置匹配。

在本发明的上下文中，以轴线方向作为上述角度的参考。例如定义轴线方向为竖直向上。这样，各种角度，例如初始角度和当前角度，定义为车轮转动时与轴线产生的夹角，角度的范围是[0°,360°)，以车轮转动方向为夹角正方向。

汽车的abs20的齿数信息，是abs20记录的信息，ecu15可以从abs20获取齿数信息。abs20具有n(例如48)齿，abs20会持续对转过齿数进行计数。abs20每转过m(例如1024)齿，则齿数清零，下一周期齿数从零递增。abs20在总线上周期性发送报文信息。ecu15读取的齿数信息可以是abs20计数的转过的齿数(小于一周期)和经历的周期。ecu15可以根据齿数和周期换算出δt时间内转过的总齿数。

由于同一汽车各轮胎的胎压、磨损程度等不尽相同，以及运行时转向等情况，导致一定时间内各轮胎转过的距离不一样，即对应的加速度传感器转过的角度不一样。当时间足够长，各轮胎对应的加速度传感器转过的角度差异越明显。因此可以利用这种差异来识别不同的轮胎。

图2是本发明一实施例的发射机结构框图。参考图2所示，各轮胎发射机11-14可包括加速度传感器21、压力传感器22、温度传感器23、发射单元24、第一处理单元25和电源26。加速度传感器21用于检测车轮的z方向加速度数据。压力传感器22、温度传感器23分别用于检测压力和温度。第一处理单元22获取由加速度传感器21采集到的加速度信号样本数据，并进行处理，计算加速度的最大值、最小值和稳定周期等。发射单元24将加速度数据发送出来。可以理解，由于实时性检测的要求，发射单元24可以在发送的加速度数据中加入时间戳。另外，发射单元24也将发射机id携带在加速度数据中。

图3是本发明一实施例的电子控制单元结构框图。参考图3所示，ecu15可包括接收单元31和第二处理单元32。接收单元31可接收来自各接收机的轮胎状态数据，例如加速度、温度、压力等。第二处理单元32负责处理这些数据。

首先，在汽车静止时和运动时各个发射机11-14采集加速度信号。具体地说，车辆静止时，加速度传感器21对z方向加速度信号采样，第一处理单元25对加速度信号进行数据处理，发射单元24将加速度数据和时间戳发送出来。ecu15的接收单元31，接收每一个发射机11-14发送的测量处理后的加速度数据acc(0)。车辆运动后，加速度传感器21对加速度快速采样，第一处理单元25对由加速度传感器21采样的加速度信号进行数据处理，发射单元24将加速度信号和对应的时间戳发送至ecu15。ecu15的接收单元31立刻接收每一个轮胎的测量处理后的加速度数据acc(t)。

依据上述的加速度数据可以得到加速度传感器的初始角度、当前角度、稳定周期等数值。

一方面，ecu15的第二处理单元32可由加速度数据acc(0)，acc(t)，计算出车辆静止时，每一个轮胎的加速度传感器初始角度φ(0)。这一计算过程的细节见后文所述。

另一方面，各发射机11-14的第一处理单元25还对加速度样本数据进行处理，提取最大、最小值，并通过比较连续的样本数据，判断加速度数据是否进入稳定周期，即车轮是否进入匀速状态。

在本发明的各实施例中，判断加速度数据是否进入稳定周期的方法可以选择以下几种：1)比较连续最大值是否相等；2)比较连续最小值是否相等；3)计算相邻的最大值和最小值的差为2g，g是重力加速度。

如果没有进入稳定周期，第一处理单元25继续上述的判断步骤，若有则计算出稳定周期。稳定周期可以是相邻的最大值对应的时间戳的差值；稳定周期也可以是相邻的最小值相应的时间戳的差值；或者稳定周期也可以是相邻的最大值对应的时间戳与最小值对应的时间戳差值的两倍。在此记稳定周期为t。第一处理单元25计算出稳定周期后通知电子控制单元15。

在稳定周期，ecu15的第二处理单元32就可以根据某一时刻(例如第一时刻t1)加速度值acc(t1)，计算此时加速度传感器所处的当前角度在此，第一时刻t1的选取可以是加速度数据进入稳定周期后的任意时刻。另一方面，ecu15的第二处理单元32还读取abs20的齿数信息。

在替代实施例中，可以由ecu15(例如ecu15的第二处理单元32)根据接收的一系列加速度数据来判断加速度数据是否进入稳定周期。在判断加速度信号进入稳定周期后，ecu15在上述的第一时刻接收各加速度信号和各齿数信息。

此时，ecu15就可根据第一时刻接收的各加速度数据、各齿数信息以及此前计算的各初始角度来计算对应于同一物理量的第一比较值和第二比较值。也就是说，ecu15会分别以加速度数据和各齿数信息为主要数据来源，计算同一个物理量的值。4个发射机的加速度数据都会被用来计算得到对应于某一物理量的第一比较值。4个齿数信息也都会被用来计算对应于某一物理量的第二比较值。然后ecu15会匹配这些第一比较值和第二比较值，如果某一发射机(对应于某轮胎)的第一比较值和第二比较值(对应于某轮胎位置)相同，则将发射机所在的轮胎与轮胎位置匹配。

具体来说，ecu15在第一时刻t1读取abs20的齿数信息，并换算为从初始时刻到此时转过的齿数n(δt)。δt为从初始时刻到第一时刻t1所经过的时间。第一时刻t1可由ecu15接收自发射机的加速度数据中的时间戳来决定。也就是说，当ecu15当前接收到了加速度数据中的时间戳为第一时刻t1，则在第一时刻t1读取abs20的齿数信息并换算为转过的总齿数n(δt)。

在实际实施时，考虑加速度传感器从发送到ecu15接收过程中的时间延迟影响，设t为加速度传感器开始发送到ecu15接收到开始读取abs20的齿数信息时的时间，记t1时abs转过的实际总齿数记为n'(δt)，n是abs20一周转过的齿数。

下面是计算对应于同一物理量的第一比较值和第二比较值的示例做法。在一个示例中，选择从初始时刻到第一时刻t1的δt时间内，传感器转过的角度作为比较的同一物理量。ecu15的第二处理单元202可由加速度数据acc(0)，acc(t1)，计算出第一时刻时，每一个轮胎的加速度传感器当前角度φ(t1)。设轮胎序号为i,i＝1,2,3,4，且设abs信号的序号为j,j＝1,2,3,4。

由加速度数据计算的转过角度值为：

δφi＝φi(t1)-φi(0)(1)

由abs的转过总齿数计算的转过角度值为：

当由第i个轮胎的加速度数据计算的转过角度值δφi等于或约等于第j个abs信号计算的转过角度值δφj时，则第i个轮胎与第j个abs信号匹配。由于第j个abs信号包含轮胎位置信息(前/后轮，左/右轮)，所以第i个轮胎与轮胎位置得到匹配。

可以理解，上述匹配计算最好在当各个轮胎的传感器转过角度差异足够明显时进行。因此ecu15可以预先计算比对各个轮胎的转过角度值的差异值，当各个轮胎的差异足够明显时，进行上述的匹配计算。

在另一示例中，选择从初始时刻到第一时刻t¹的δt时间内，车轮转过的总齿数作为比较的同一物理量。ecu15的第二处理单元202可由加速度数据acc(0)，acc(t1)，计算出第一时刻时，每一个轮胎的加速度传感器当前角度φ(t¹)。设轮胎序号为i,i＝1,2,3,4，且设abs信号的序号为j,j＝1,2,3,4。

由加速度数据计算的转过角度值为：

δφi＝φi(t1)-φi(0)(3)

由加速度数据计算的转过总齿数为：

由当第i个轮胎的加速度数据计算的转过总齿数δni等于或约等于第j个abs信号换算的转过总齿数n'j(δt)时，则第i个轮胎与第j个abs信号(包含轮胎位置信息)匹配，从而轮胎与轮胎位置得到匹配。

在另一示例中，选择加速度传感器的初始角度作为比较的同一物理量。ecu15的第二处理单元202可由加速度数据acc(0)，acc(t1)，计算出第一时刻时，每一个轮胎的加速度传感器当前角度φ(t1)。设轮胎序号为i,i＝1,2,3,4，且设abs信号的序号为j,j＝1,2,3,4。

如此前所计算，从初始时刻到第一时刻t1，车轮转过总齿数为n'(δt)。δt为从初始时刻到第一时刻t1所经过的时间。也就是说，加速度传感器从初始位置经过n'(δt)齿转到当前齿位n(t1)。由此可计算传感器所处的初始角度位置对应齿位n0：

n0＝n(t1)-(n'(δt)modn)(5)

mod表示取余数。

上式中设n(t1)为48，n'(δt)为104，n为48，则n0＝48-(104mod48)＝40齿。

进一步，由abs20的齿数信息计算的传感器初始角度为：

按照上述的数值，φ(0)＝40/48*360＝300度。

当由第i个轮胎的加速度数据计算的初始角度φi(0)(第一比较值)等于或约等于由第j个abs信号计算的初始角度值φj(0)(第二比较值)时，则第i个轮胎与第j个abs信号匹配。由于第j个abs信号包含轮胎位置信息(前/后轮，左/右轮)，所以第i个轮胎与轮胎位置得到匹配。

在较佳实施例中，为简化计算，第一时刻可以是在加速度值最高点，即在最高点通过射频通信发送给ecu15，同时ecu15通过can通信读取abs信号，提取相关齿数信息保存。

根据加速度计算任意t时刻传感器角度位置所处角度位置和转过的角度的示例性方法如下，

在车轮转动的过程，加速度随之变化，其规律为正弦/余弦变化曲线如图5所示。在稳定周期内，在任意时刻t，对任意初始角度的传感器其加速度可描述为:

其中，accmax、accmin、acc(t)为车轮转动加速度最大值和最小值，θt是t时刻加速度传感器的所在角度，则任意时刻t，加速度传感器角度为

或

简化为

或

显然，以上计算出的角度值为两个，实际只有一个是合理值。由图6所示加速度变化曲线分析，可利用加速度变化趋势来确认合理值。连续采集加速度数据，分析变化趋势。

若为下降趋势，则相应角度计算为公式10，反之，上升趋势的角度计算为公式11。

由上，计算初始角度而是初始时刻即车辆静止时，加速度传感器所在的角度，即t＝0时的θt，即此时accmax＝1g、accmin＝-1g，g为重力加速度。

故，

或

当accmax、accmin、acc(t)，以g为单位计算时

或

但由于通常对数据进行处理时，源数据是adc转换的数据，加速度值是并非是以g为单位，而是与其有固定换算关系的数据。为实际计算所需，在此可记初始时刻，即加速度传感器所在的角度accmax＝1g、accmin＝-1g时，accmax、accmin分别记为acc(+g)、acc(-g)。

则

或

图4是本发明一实施例的轮胎位置定位方法流程图。参考图4所示，本实施例的一种轮胎位置定位方法，包括以下步骤：

在步骤401，在各轮胎的发射机感测所在轮胎的加速度以产生加速度数据并发送该加速度数据；

在步骤402，在汽车静止时和运动后分别接收各发射机所发送的加速度数据，并根据各加速度数据计算各加速度传感器的初始角度；

在步骤403，在第一时刻接收制动防抱死系统的各轮胎位置的齿数信息；

在步骤404，根据第一时刻接收的各加速度数据、各齿数信息以及各初始角度计算对应于同一物理量的第一比较值和第二比较值；

在步骤405，当某一发射机对应的第一比较值与某一轮胎位置对应的第二比较值相同时，将该发射机所在的轮胎与该轮胎位置匹配。

在本发明的一实施例中，在步骤403之前还包括判断该加速度数据是否进入稳定周期，且在判断该加速度数据进入稳定周期后，才于步骤403在第一时刻接收各加速度数据和各齿数信息。

在本发明的一实施例中，根据第一时刻接收的各加速度数据、各齿数信息以及各初始角度计算对应于同一物理量的第一比较值和第二比较值的步骤404包括：根据各加速度数据计算各加速度传感器的当前角度，且根据各加速度传感器的初始角度和当前角度计算各加速度传感器所在轮胎的转过齿数第一比较值；根据各轮胎位置的齿数信息计算各轮胎位置的转过齿数第二比较值。

在本发明的一实施例中，根据第一时刻接收的各加速度数据、各齿数信息以及各初始角度计算对应于同一物理量的第一比较值和第二比较值的步骤404包括：根据各加速度数据计算各加速度传感器的当前角度；根据各加速度传感器的当前角度和初始角度计算各加速度传感器的转过角度第一比较值；根据根据各轮胎位置的齿数信息计算各轮胎位置的转过齿数；以及根据各轮胎位置的转过齿数计算各轮胎位置的转过角度第二比较值。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。