劉濤，田野，馬永志,2*

（1.青島大學機電工程學院，山東 青島 266071； 2.電動車輛智能化動力集成國家地方聯(lián)合工程研究中心（青島），山東 青島 266071）

前言

輪胎胎壓低于或高于正常輪胎壓力值范圍時會導致車輛行駛過程當中輪胎發(fā)生爆胎問題，引起交通事故，造成嚴重的后果。由于自然滲透作用，輪胎不免會存在胎壓時刻降低的趨勢，并且存在著其它外界破壞因素，會導致胎壓不能一直穩(wěn)定在一定程度[1]。為了能夠確保車輛行駛當中輪胎的正常運行，降低交通事故發(fā)生率，研制一種可以實時監(jiān)測輪胎狀態(tài)并且能夠及時向駕駛員進行警報反饋的系統(tǒng)顯得尤為必要。此系統(tǒng)能夠在輪胎氣壓處于非安全范圍時，引發(fā)燈光警報和語音警報來提醒車內(nèi)所有成員，根據(jù)北斗云計算平臺進行故障分析，駕駛員可根據(jù)故障分析對車輛進行臨時的維護措施。

輪胎內(nèi)置無線射頻識別，簡稱RFID，俗稱電子標簽。RFID 可以輕松地將輪胎型號、規(guī)格、花紋等信息寫入輪胎內(nèi)置芯片[2]，也能夠?qū)鞲衅魉占降男畔鬟f給接收器。車輛信息采集模塊又包括信息采集器、接收器、發(fā)射器[3]，發(fā)射器將采集器的信息發(fā)送至網(wǎng)絡終端；網(wǎng)絡終端實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析和發(fā)送，向北斗云計算平臺進行遠程通信；本文便是基于北斗云計算技術，將行駛過程中有胎壓、胎溫、加速度變化信息、關鍵部位的輪胎磨損情況以及輪胎動平衡數(shù)據(jù)進行集成，建立起一個實時汽車輪胎自動檢測信息的北斗云計算平臺。

1 輪胎檢測系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)

1.1 現(xiàn)有輪胎檢測系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)

從TPMS 的產(chǎn)品分類來看，主要分為間接式TPMS 與直接式TPMS 兩種分類[4]，間接式TPMS：間接式TPMS（Wheel- Speed Based TPMS）是指通過汽車ABS 系統(tǒng)的輪速傳感器來比較輪胎之間的轉(zhuǎn)速差別，以達到監(jiān)視胎壓的目的。直接式TPMS：直接式TPMS（Pressure-Sensor Based TPMS）則是利用安裝在每一個輪胎里的壓力傳感器來直接測量輪胎的氣壓，并傳輸有關數(shù)據(jù)[5]。TPMS 系統(tǒng)主要由兩個部分構(gòu)成：信號處理模塊和中央監(jiān)視器模塊。信號采集模塊安裝輪胎內(nèi)部，主要監(jiān)測輪胎內(nèi)部的溫度信息和壓力信息，這些輪胎信息經(jīng)過微處理器的分析和整理由發(fā)射器通過無線電波發(fā)送到中央監(jiān)測模塊，中央監(jiān)視器將接收過來的信號進行顯示，供駕駛員參考。當顯示數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，中央監(jiān)視器會根據(jù)狀況發(fā)出對應的報警信號，提醒駕駛員，以便于采取必要的措施。

1.2 輪胎自動檢測系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)

TPMS 一共由兩個功能模塊組成：信號處理模塊、中央監(jiān)視器模塊[6]。如圖1 所示為TPMS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，信號處理模塊監(jiān)測各個輪胎的狀態(tài)并將輪胎參數(shù)信息通過無線電波發(fā)送至中央監(jiān)視器；中央監(jiān)視模塊將接收到的輪胎信息收集并處理，一同發(fā)送到網(wǎng)絡終端等待進一步處理。

圖1 輪胎監(jiān)測壓力總框圖

圖2 北斗云計算平臺的輪胎自動監(jiān)測系統(tǒng)

結(jié)合北斗云計算平臺的輪胎自動檢測系統(tǒng)是在目前智能輪胎監(jiān)測系統(tǒng)的基礎上發(fā)展而來的，主要以下由以下五部分組成：車輛信息采集模塊、網(wǎng)絡終端、北斗云計算平臺、報警與信息顯示模塊、救助模塊組成，具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其關系如圖2 所示。

車輛信息采集系統(tǒng)包括采集模塊、微處理器、發(fā)射器、接收器，發(fā)射器用于將微處理器分析后的信息發(fā)送至網(wǎng)絡終端，該網(wǎng)絡終端接收和存儲采集模塊的信息并將該信息發(fā)送至北斗云計算中心。網(wǎng)絡終端優(yōu)選為手機等可移動設備，以便于隨時了解輪胎狀況。網(wǎng)絡終端與接收器之間通過藍牙通信，接收器與發(fā)射器之間優(yōu)選通過低頻或射頻通信。采集模塊還用在于采集輪胎磨損、環(huán)境溫度、大氣壓、車輛位置和海拔信息。本系統(tǒng)通過北斗云中的大量輪胎事故狀態(tài)參數(shù)分析，提前預知危險。通過大量的特征采集和對比，可以明顯的獲得輪胎出現(xiàn)漏氣或者空洞爆炸時的輪胎氣壓、胎溫、加速度等數(shù)據(jù)，通過提取這些數(shù)據(jù)的共同特征，能夠在遠程監(jiān)控這些特征的出現(xiàn)，在問題出現(xiàn)前就報警。

2 輪胎自動檢測系統(tǒng)功能設計

如圖3 所示，北斗云計算輪胎自動檢測系統(tǒng)具有歷程追溯功能、危險預測功能、報警功能、救助功能。

圖3 北斗云計算輪胎自動檢測系統(tǒng)功能

2.1 歷程追溯功能

每個輪胎具有獨立的ID 編碼，人機接口處可以對輪胎ID 進行識別，讀取輪胎的歷史數(shù)據(jù)，追溯輪胎生命周期內(nèi)的使用信息，可調(diào)取的輪胎資料主要包括四個部分：（1）輪胎的生產(chǎn)資料，通常包括輪胎生產(chǎn)時間、生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)序列號、胎寬、扁平比、最大載重指數(shù)等；（2）輪胎的使用信息，包括歷次行車時輪胎的溫度、內(nèi)部壓力、速度變化、磨損程度、行車距離等數(shù)據(jù)；（3）輪胎報廢資料，包括報廢時間、報廢具體原因和報廢后的去處。以上所有信息均通過網(wǎng)絡終端進行顯示，以便于用戶需要。

2.2 危險預測功能

手機作為一個網(wǎng)絡終端十分便利，它具有可移動性和數(shù)據(jù)處理功能，同時它還可以作為一個很好的接收器，通過互聯(lián)網(wǎng)連接北斗云計算平臺，結(jié)合北斗云數(shù)據(jù)庫當中的車胎爆炸前的參數(shù)信息，提取特征參數(shù)進行對比，當參數(shù)達到爆炸前的閾值時，及時向網(wǎng)絡終端發(fā)送預警信息。

2.3 報警功能

結(jié)合北斗云計算平臺的輪胎自動檢測系統(tǒng)具有功能更加強大的報警系統(tǒng)，比如維修輪胎時，輪胎胎壓沒有充到足夠氣壓時，系統(tǒng)發(fā)出聲光警報。車輛在行駛過程當中胎壓、胎溫等數(shù)據(jù)超出系統(tǒng)所設定的安全參數(shù)范圍值后，系統(tǒng)會借助北斗云計算平臺分析輪胎故障并通過網(wǎng)絡終端引起報警模塊響應，通過聲光警報告知駕駛員，以便于提前做出正確措施，防患于未然。

2.4 救助功能

輪胎監(jiān)測系統(tǒng)具備強大的救助功能，將輪胎狀態(tài)實時與北斗云計算平臺進行數(shù)據(jù)的交換，在用戶開放權限的情況下，可以向救助中心或者是附近擁有同系統(tǒng)的用戶進行反饋具體狀況，等待及時的救援，救助中心也可以對故障車輛做出應急方案，引導故障車輛做出有利于救援的措施。

3 創(chuàng)新性

（1）實時監(jiān)測輪胎狀態(tài)，記錄和共享輪胎實時信息，對輪胎生命周期內(nèi)的各項參數(shù)進行存儲和管理，以便于查詢輪胎歷史信息。

（2）輪胎自動檢測系統(tǒng)強大的預測功能，最大限度降低了汽車輪胎可能會出現(xiàn)的危險性，將可能會發(fā)生意外事故的風險性降到最低。

（3）個人手機、北斗云計算平臺的應用，可以根據(jù)路況信息、海拔信息等可隨時向用戶提供注意事項或是處理方案。

（4）輪胎自動檢測系統(tǒng)擁有強大的救助系統(tǒng)，可以查詢附近擁有同系統(tǒng)的車輛，并且將自身故障第一時間傳遞給救助中心，讓救助工作變得更快捷、精確。

4 結(jié)論

本文提出了一種北斗云計算輪胎自動檢測系統(tǒng)，通過安 放在輪胎內(nèi)部的溫度和壓力傳感器，實時監(jiān)測胎壓和輪胎內(nèi)部壓力信息，微處理器對這些信息進行初步分析和整理，由發(fā)射器將處理后的信息發(fā)送至網(wǎng)絡終端，網(wǎng)絡終端利用互聯(lián)網(wǎng)與北斗云計算平臺進行數(shù)據(jù)交互，北斗云計算平臺將接收到的實時信號與數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的輪胎爆胎前的數(shù)據(jù)進行對比、分析，得出結(jié)果向網(wǎng)絡終端反饋，當反饋結(jié)果沒有出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)繼續(xù)按原來狀況運行；若反饋結(jié)果異常，則發(fā)送報警信號，網(wǎng)絡終端收到報警信號后，立即做出反應，將警報通過聲光的形式告知駕駛員，同時在用戶開設權限的情況下，救助中心同時也會收到報警信號，遠程分析故障問題，指導駕駛員做出正確合理的措施，必要時對出動應急小組進行援助。北斗云計算平臺數(shù)據(jù)庫對海量輪胎信息的管理、存儲、計算與分析，分析預測輪胎參數(shù)變化情況，由此盡可能降低意外事故發(fā)生的可能性。結(jié)合我國自主研發(fā)的北斗云系統(tǒng)，該輪胎自動檢測系統(tǒng)市場前景廣闊，可廣泛應用于輪胎制造、汽車制造、交通運輸?shù)刃袠I(yè)。