劉卡 龔佳慧 李鵬

摘 要：文章通過對現(xiàn)有的汽車輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)進行研究分析，提出了基于3σ準(zhǔn)則的爆胎預(yù)警門限算法和雙層次報警決策策略相結(jié)合的預(yù)警門限設(shè)計。為了對預(yù)警門限設(shè)計進行驗證，文章用兩組數(shù)據(jù)分別代表壓力和溫度進行了模擬驗證，證明了預(yù)警門限設(shè)計的可行性。

關(guān)鍵詞：爆胎預(yù)警;預(yù)警門限;報警決策

中圖分類號：U462.1? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）15-63-02

Abstract： This paper puts forward the design of Pressure-Sensor Based Tire Pressure Monitoring System by researching and analyzing those systems. Meanwhile， the puncture warning threshold based on 3σ criteria and the dual level alarm warning decision strategy is designed. Finally， this paper proves the feasibility of the design of warning threshold by simulation and verification which use two sets of data， one represents the pressure and the other represents the temperature.

Keywords： Puncture warning; Warning threshold; Alarm warning strategy

CLC NO.： U462.1? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）15-63-02

1 前言

隨車輪胎引起的交通事故逐漸增加，汽車輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)（TPMS）技術(shù)正逐漸被汽車的設(shè)計制造所采用。國外對于TPMS的研究起步較早，20世紀(jì)70年代末歐洲的一些發(fā)達(dá)國家就開始對輪胎氣壓監(jiān)控系統(tǒng)進行研究。而且因立法較早，TPMS技術(shù)較為成熟，市場占有率較高[1]。據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會相關(guān)市場調(diào)查表明，國內(nèi)輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)的相關(guān)產(chǎn)品已有推出，如佛山的TOPCHEK輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)、偉力通胎壓報警器、南京泰晟科技輪胎監(jiān)測系統(tǒng)等等[2]。但大多技術(shù)性能不甚完善或系統(tǒng)簡易，產(chǎn)品也沒有形成一定的規(guī)模，存在以下缺點：（1）系統(tǒng)工作壽命短;（2）系統(tǒng)在低溫或高溫環(huán)境下穩(wěn)定性不夠;（3）工作可靠性較差;（4）檢測精度不夠。

2 預(yù)警門限設(shè)計

輪胎爆胎預(yù)警門限的設(shè)置直接關(guān)系到系統(tǒng)的綜合預(yù)警性能，在系統(tǒng)設(shè)計過程中，需要科學(xué)準(zhǔn)確的設(shè)定預(yù)警門限，并進行最優(yōu)決策的研究和處理，以提高預(yù)警的準(zhǔn)確率。

現(xiàn)有的預(yù)警算法包括兩種：

（1）按照將基準(zhǔn)胎壓的1.2倍的氣壓值作為“壓力預(yù)警門限的上限值”，基準(zhǔn)胎壓的85%的氣壓值作為“壓力預(yù)警門限的下限值”，將85℃作為“溫度預(yù)警的門限值”，將檢測的壓力和溫度值實時與門限值進行比較，并判斷是否啟動預(yù)警[3]。這種方法的缺點是：當(dāng)車輛在顛簸的路面行駛時，會出現(xiàn)輪胎氣壓瞬時超過預(yù)警門限值而導(dǎo)致虛警;當(dāng)車輛外部環(huán)境劇變，造成胎內(nèi)氣壓短時間發(fā)生較大變化，則會被判斷為輪胎出現(xiàn)故障。

（2）多傳感器融合預(yù)警算法。輪胎檢測模塊檢測獲得輪胎壓力和溫度，利用理想氣體定律將溫度值轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的壓力值，實時顯示并判斷是否啟動預(yù)警[4]。這種方法的缺點是如果出現(xiàn)輪胎漏氣，則理想氣體定律不成立帶來系統(tǒng)判斷出現(xiàn)差錯。

2.1 3σ準(zhǔn)則爆胎預(yù)警門限算法

汽車行駛時，當(dāng)輪胎處于正常狀態(tài)時，輪胎的氣壓、溫度接近于正態(tài)分布。輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)工作時會記錄輪胎的壓力、溫度數(shù)據(jù)，取輪胎正常工作時的一段數(shù)據(jù)為樣本，分別計算出溫度的均值和標(biāo)準(zhǔn)差μT、σT，壓力的均值和標(biāo)準(zhǔn)差μP、σp，則根據(jù) 3σ準(zhǔn)則，（μP+3σp）為壓力預(yù)警門限的上限值，（μP-3σp）為壓力預(yù)警門限的下限值;將（μT +3σT）作為溫度預(yù)警的門上限值，溫度預(yù)警下限值為0。

2.2 雙層次報警決策策略

為提高輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)報警的正確率，并減小誤報率，將報警決策分為兩個層次：第一層次為雙路信號報警決策，如果某一時刻測得的溫度、壓力數(shù)據(jù)都超出預(yù)警門限閾值，則立即進行報警;第二層次為單路信號報警決策，若單獨的溫度或壓力信號連續(xù)三次超出預(yù)警門限閾值，即使另一信號正常，也進行報警，否則不報警。決策圖如圖1所示。

輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)容易出現(xiàn)的失誤主要有誤報、漏報、報警不及時等[5]。誤報警主要出現(xiàn)在輪胎遇到突發(fā)偶然情況時，比如路面凹凸引起輪胎氣壓突變，第二層次單路報警決策可以有效減少誤報警;漏報警問題可以通過第一層次的雙路信號報警決策來解決;針對報警不及時出現(xiàn)在輪胎真正出現(xiàn)故障的情況，采用雙層次報警決策策略，兩路都可以獨立報警，因此會在輪胎出現(xiàn)故障時及時準(zhǔn)確的進行預(yù)警。

3 預(yù)警門限算法驗證

為了驗證將3σ準(zhǔn)則爆胎預(yù)警門限算法和雙層次報警決策策略相結(jié)合的預(yù)警門限設(shè)計，使用分別代表壓力和溫度的兩組樣本數(shù)據(jù)進行驗證。

兩組樣本數(shù)據(jù)是通過模擬輪胎運行時的狀況由傳感器測得的，分別有1920個樣本點。用Matlab將兩組數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖像形式，壓力樣本如圖2所示，在前1120個樣本點保持正常，在X：1121開始出現(xiàn)明顯異常;溫度樣本如圖3所示，在前1121個樣本點保持正常，在X：1122開始出現(xiàn)明顯異常。

分別取壓力、溫度樣本數(shù)據(jù)處于正常狀態(tài)的前800個點進行計算，求出均值、方差，根據(jù)預(yù)警閾值，壓力預(yù)警門限上限值為（μp+3σp）=9.5861，下限值為（μp -3σp）=9.1019;溫度預(yù)警門限上限值為（μT +3σT）=94.9887。

根據(jù)預(yù)警門限設(shè)計進行報警實驗。由圖4可以看出：

第379個樣本點時，壓力值超出預(yù)警上限一次，但溫度正常，根據(jù)單路信號報警決策，不報警;

第577個樣本點時，壓力值低于預(yù)警下限一次，但溫度正常，根據(jù)單路信號報警決策，不報警;

第1121個樣本點，壓力值低于預(yù)警下限，且之后連續(xù)低于預(yù)警下限值，同時，在第1122個樣本點，溫度值超出預(yù)警門限值，且之后連續(xù)超出，根據(jù)雙層次預(yù)警決策策略，在第1122個樣本點進行預(yù)警。

上述預(yù)警結(jié)果與之前所觀察的輪胎狀態(tài)相符合，證明了預(yù)警門限設(shè)計的可行性和準(zhǔn)確性。

4 結(jié)論

通過對現(xiàn)有爆胎預(yù)警算法的分析，設(shè)計的3σ準(zhǔn)則爆胎預(yù)警門限算法和雙層次報警決策策略相結(jié)合的輪胎爆胎預(yù)警方案，可以有效的提高預(yù)警正確率的同時，減小誤報率。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉全有，趙福全，楊安志，等.TPMS的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程2010（12）：3-5，10.

[2] 鄧海燕.輪胎充氣壓力檢測技術(shù)開發(fā)背景與最新動向[J].輪胎工業(yè)，2003，23 （2）：110-112 .

[3] 王吉忠，魏兆宏.輪胎氣壓自動監(jiān)測和報警系統(tǒng)[M].汽車電器， 2002，4：56-58.

[4] 李敏，趙繼印，陳興文，楊亞寧.汽車輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)綜述.[J]大連民族學(xué)院學(xué)報，2011，13（05）：454-457+464.

[5] 孫宏偉.汽車輪胎爆胎預(yù)警系統(tǒng)的研制[D].吉林大學(xué)，2005.