一种测量车辆轮胎压力的误差补偿方法与装置与流程

本发明涉及胎压监测技术，尤其涉及一种测量车辆轮胎压力的误差补偿方法与装置。

背景技术：

间接胎压监测系统(indirecttirepressuremonitoringsystem)拥有越来越广泛的应用，该系统通过对abs系统采集到的轮速信号谱进行分析进而转速信号的频域变化来判断胎压变化，相较于传统胎压监测系统(tirepressuremonitoringsystem)具有数字化，造价经济等特点，而在其车轮半径分析模块中的重要影响因素之一即是车辆负载情况，在后备箱增加/减少加载会导致后轴车轮滚动半径减少/增大，进而造成后轴/前轴缺气误判。

在传统的车辆加载补偿系统中，常用的方法有空气悬架法(airsuspensionmethod)和轴高法(axleheightmethod)。空气悬架法使用空气悬架采集空气弹簧压力，该压力值近似与每个轮胎上的负载值成比例进而对有负载情况下的车轮滚动半径进行补偿修正；轴高法使用装有的疝灯的车轮高度传感器，这些传感器测量前轴与底盘之间的距离以及后轴和底盘之间的距离，对具有刚悬架的车辆来说这些距离值与每个轴上的加载成比例，可以通过使用高度差来进行加载补偿。这两种补偿方法都需要使用到额外的传感器，故降低了间接胎压监测系统的经济性。

需要设计一种无需额外传感器的加载补偿系统，实现了对车身负载情况下的车轮实际滚动半径修正的目的。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种测量车辆轮胎压力的误差补偿方法与装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种测量车辆轮胎压力的误差补偿方法，包括：

1)估算汽车当前时刻所在路面的坡度，当坡度小于坡度预设值时进入加载补偿模式；

2)获取汽车车身在无负载加载时的俯仰角，设为标定值p1，获取汽车车身有负载加载时的俯仰角，设为实际值p2；

3)若标定值与实际值之差大于设定阈值，则根据标定值与实际值之差(p1-p2)计算车轮半径的补偿值。

按上述方案，所述步骤3)中车轮半径的补偿值为标定值与实际值之差(p1-p2)与增益系数a的乘积，即

r＝r0+a×(p1-p2)，其中，r0为补偿前的车轮半径，r为补偿前的车轮半径估计值。

按上述方案，所述步骤2)中汽车车身在无负载加载时的俯仰角，和汽车车身有负载加载时的俯仰角获取方式如下：

根据汽车行驶过程中坡度小于预设值时的俯仰角数据，快速获得汽车在无负载情况下俯仰角的收敛值，设为标定值p1，以及汽车车身有负载加载时的俯仰角的收敛值，设为实际值p2；

按上述方案，所述步骤1)中，坡度预设值为3度。

按上述方案，所述步骤1)中，估算汽车当前时刻所在路面的坡度采用以下方法：使用汽车平底行驶时的数据对设定速度情况下的风阻系数和滚动摩擦系数进行拟合，用轮速信号差分得到的汽车加速度与can总线采集到的汽车加速度之差估算任一时刻的汽车俯仰角。

按上述方案，所述步骤1)中，估算汽车当前时刻所在路面的坡度采用以下步骤：

对汽车上下坡情况建立模型，假设汽车实际牵引力等于引擎扭矩产生的牵引力减去风阻和滚动摩擦力以及重力分量的差值：

fa＝fwheel-fdrag-froll-fg

其中，fwheel为引擎扭矩产生的牵引力，fdrag为风阻，froll为滚动摩擦力，fg为重力分量，fa为汽车实际牵引力；

fa＝ma；

轮端牵引力fwheel可由传动比η与引擎扭矩tengine的乘积除以车轮半径r获得

fwheel＝tengine·η/r

其中，tengine为引擎扭矩，直接通过传感器在can总线上获取；ηwie对于前驱型车辆记引擎转速ξ，左前轮角速度ωfl和右前轮角速度ωfr，动比计算公式如下：

风阻近似与车身速度v的平方成正比，计算公式如下：

fdrag＝cdv²

汽车的重力分量收所在坡度α影响

fg＝mgsinα

采用正规方程法对待求系数车体质量m，风阻系数cd，滚动摩擦系数cr进行拟合，在有n组数据的情况下线性参数的误差方程为

其中加速度a^(k)可由轮速信号差分获得，因此我们把输入矩阵x定义为

输出矩阵定义y为

记待定系数b＝[m；cd；cr],由正规方程法可得

b＝(x^tx)^-1x^ty

所有向量b的三个值分别对应m，cd，cr的拟合值，记拟合值为m0、cd0、cr0，得到汽车上下坡的数学模型为

fwheel＝m0a+cd0v²+cr0+m0gsinα；

在汽车实际行驶过程中轮端牵引力、速度、加速度均为已知量，则汽车行驶的角度为

一种测量车辆轮胎压力的误差补偿装置，包括：

加载补偿启用判定模块，用于估算汽车当前时刻所在路面的坡度，当坡度小于预设值时启用加载补偿；

一阶数字低通滤波模块，用于根据汽车行驶过程中坡度小于预设值时的俯仰角数据，快速获得汽车在无负载情况下俯仰角的收敛值，设为标定值p1，以及汽车车身有负载加载时的俯仰角的收敛值，设为实际值p2；

差值判定模块，用于判断标定值与实际值之差是否大于设定阈值；

加载补偿模块，用于根据标定值与实际值之差(p1-p2)计算车轮半径的补偿值。

按上述方案，所述加载补偿模块中车轮半径的补偿值为标定值与实际值之差(p1-p2)与增益系数a的乘积，即

r＝r0+a×(p1-p2)，其中，r0为补偿前的车轮半径，r为补偿前的车轮半径估计值。

按上述方案，所述一阶数字低通滤波模块中汽车车身在无负载加载时的俯仰角，和汽车车身有负载加载时的俯仰角获取方式如下：

根据汽车行驶过程中坡度小于预设值时的俯仰角数据，快速获得汽车在无负载情况下俯仰角的收敛值，设为标定值p1，以及汽车车身有负载加载时的俯仰角的收敛值，设为实际值p2；

按上述方案，所述加载补偿启用判定模块中，坡度预设值为3度。

按上述方案，所述加载补偿启用判定模块中，估算汽车当前时刻所在路面的坡度采用以下方法：使用汽车平底行驶时的数据对设定速度情况下的风阻系数和滚动摩擦系数进行拟合，用轮速信号差分得到的汽车加速度与can总线采集到的汽车加速度之差估算任一时刻的汽车俯仰角。

本发明产生的有益效果是：

作为胎压监测的辅助部分，本发明不需要使用到额外的传感器，降低了间接胎压监测系统的成本。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的方法流程图；

图2是本发明实施例的汽车行驶角度变化图；

图3是本发明实施例的数字低通滤波效果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种测量车辆轮胎压力的误差补偿方法，包括：

1)估算汽车当前时刻所在路面的坡度，当坡度小于预设值时进入加载补偿模式；

估算汽车当前时刻所在路面的坡度采用以下方法：使用汽车平底行驶时的数据对一定速度情况下的风阻系数和滚动摩擦系数进行拟合，用轮速信号差分得到的汽车加速度与can总线采集到的汽车加速度之差估算任一时刻的汽车俯仰角。

具体如下：

先通过预处理阶段筛选掉一些例如倒车和低速等不满足加载补偿要求的情况，然后再通过正规方程法根据建立好的汽车牵引力模型拟合出风阻系数cd和滚动摩擦系数cr进而估算出当前汽车所在坡度α，当α小于预定的值时进入加载补偿阶段，

由于车辆在行驶时的路面情况复杂且车身牵引力与路面情况之间的关系是一个及其复杂的系统，要想用精确的数学模型来描述系统从而得出精确的系统参数是十分困难的，因此在建立数学模型时作如下的简化：

1、进行参数拟合时数据均采用平地行驶数据(-3°<α<3°)。

2、风阻视为与速度的平方成正比例关系

3、一定速度情况下的滚动摩擦力视为常量

4、标定值p1与状态值p2均为收敛后的平均值而非瞬时值

5、舍弃倒车和低速情况以免对模型的影响

对于汽车上下坡情况建立模型时，认为汽车实际牵引力等于引擎扭矩产生的牵引力减去风阻和滚动摩擦力以及重力分量的差值。

fa＝fwheel-fdrag-froll-fg

车身实际牵引力fa由牛顿第二定律可得

fa＝ma

轮端牵引力fwheel可由传动比η与引擎扭矩tengine的乘积除以车轮半径r获得

fwheel＝tengine·η

引擎扭矩tengine可直接通过传感器在can总线上获取，对于前驱型车辆记引擎转速ξ，左前轮角速度ωfl和右前轮角速度ωfr，动比计算公式如下：

风阻近似与车身速度v的平方成正比，计算公式如下：

fdrag＝cdv²

汽车的重力分量收所在坡度α影响

fg＝mgsinα

在建立好数学模型后便可以正规方程法对待求系数车体质量m，风阻系数cd，滚动摩擦系数cr进行拟合，在有n组数据的情况下线性参数的误差方程为

其中加速度a^(k)可由轮速信号差分获得，因此我们把输入矩阵x定义为

输出矩阵定义y为

记待定系数b＝[m；cd；cr],由正规方程法可得

b＝(x^tx)^-1x^ty

所有向量b的三个值分别对应m，cd，cr的拟合值，记拟合值为m0、cd0、cr0，可以得到汽车上下坡的数学模型为

fwheel＝m0a+cd0v²+cr0+m0gsinα

在汽车实际行驶过程中轮端牵引力、速度、加速度均为已知量，则汽车行驶的角度为

角度变化曲线如图2所示。

通在加载补偿阶段can总线采集到的纵向加速度ax、轮速信号差分得到的纵向加速度vx与车身角度之间的关系可用如下关系表示

ax-vx≈gθ

p＝ax-vx

2)获取汽车车身在无负载加载时的俯仰角，设为标定值p1，获取汽车车身有负载加载时的俯仰角，设为实际值p2；

获取汽车的俯仰角时，使用一阶数字低通滤波，第一阶段我们采用一个较大的滤波系数β1使汽车在无负载情况下快速逼近收敛值，然后采用一个较小的滤波系数β2使汽车在无负载情况下平稳地逼近收敛值，当达到收敛状态后我们记该收敛值为标定值p1，然后连续输入汽车在有负载情况下的数据使其达到收敛值p2(注意达到p1值与p2值之间的时间间隔不超过t)，我们通过收敛值与标定值之差(p1-p2)与增益系数a的乘积作为车轮半径的补偿值。

一阶数字低通滤波阶段的第一阶段滤波系数为β1，第二阶段滤波系数为β2，补偿值为w,计算公式如下

wn+1＝(1-β1)pn+β1·wn

wn+1＝(1-β2)pn+β2·wn

滤波效果如图3所示；

3)若标定值与实际值之差大于设定阈值，则根据标定值与实际值之差(p1-p2)计算车轮半径的补偿值。

设即无加载时汽车达到的收敛值为标定值p1，加载情况下汽车达到的收敛值为p2，当p1与p2的差值大于设定的阈值p时加长补偿模块启动，加载补偿增益系数为a,补偿前后的车轮半径估计值为wra0，补偿后的车轮半径估计值为wra1，计算公式如下

wraxl1＝wraxl0+a·(p1-p2)

wraxr1＝wraxr0+a·(p1-p2)

根据上述方法，可以获得一种测量车辆轮胎压力的误差补偿装置，包括：

加载补偿启用判定模块，用于估算汽车当前时刻所在路面的坡度，当坡度小于预设值时启用加载补偿；本实施例中，坡度预设值为3度。

加载补偿启用判定模块中，估算汽车当前时刻所在路面的坡度采用以下方法：使用汽车平底行驶时的数据对设定速度情况下的风阻系数和滚动摩擦系数进行拟合，用轮速信号差分得到的汽车加速度与can总线采集到的汽车加速度之差估算任一时刻的汽车俯仰角。

一阶数字低通滤波模块，用于根据汽车行驶过程中坡度小于预设值时的俯仰角数据，快速获得汽车在无负载情况下俯仰角的收敛值，设为标定值p1，以及汽车车身有负载加载时的俯仰角的收敛值，设为实际值p2；

中汽车车身在无负载加载时的俯仰角，和汽车车身有负载加载时的俯仰角获取方式如下：

根据汽车行驶过程中坡度小于预设值时的俯仰角数据，快速获得汽车在无负载情况下俯仰角的收敛值，设为标定值p1，以及汽车车身有负载加载时的俯仰角的收敛值，设为实际值p2；

差值判定模块，用于判断标定值与实际值之差是否大于设定阈值；

加载补偿模块，用于根据标定值与实际值之差(p1-p2)计算车轮半径的补偿值。

加载补偿模块中车轮半径的补偿值为标定值与实际值之差(p1-p2)与增益系数a的乘积，即

r＝r0+a×(p1-p2)，其中，r0为补偿前的车轮半径，r为补偿前的车轮半径估计值。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。