本发明涉及汽车行车安全技术领域，具体为一 种乘用车轮胎气压监测系 统 （TPMS) 技术改进方法。 背景技术

轮胎气压监测系统 （Tire Pressure Monitoring System) 的英文缩写是 TPMS, TPMS技术功效是对轮胎气压实施实时监测， 对轮胎欠压和胎压过 高进行报警。 TPMS有间接式 TPMS和直接式 TPMS两种类型， 间接式 TPMS监测轮速变化， 实质是监测轮胎形变（车轮滚动半径） ， 将轮胎形变 通过胎压变化表述； 直接式 TPMS 以压力传感器直接监测胎压， 通过控制 胎压超限间接控制轮胎形变超限。 无论是间接式 TPMS还是直接式 TPMS, 其技术功效最终目标是监测、控制轮胎形变于 许用形变范围内， 胎压仅仅是 表述轮胎形变的中间变量。 根据现行 TPMS 技术标准 （如 FMVSS 138； GB/T26149等） 规定， 当实时胎压 轮胎冷态充气压力 75%或 轮胎冷态 充气压力 125%， TPMS即以声光和显示实时胎压数据方式发出胎� �异常报 警信息

TPMS技术研发初衷是通过胎压异常报警信息提� �，通过人的干预提高 轮胎充气正常率， 降低轮胎损毁事故。 2012年 11月， 美国 NHTSA发布的 TPMS 技术产品应用效果评价报告指出， TPMS 应用使车辆轮胎缺气 （以 TPMS胎压标准值 ±25%为阈值） 情况下降了 55.6%， 但难以评价 TPMS 应用导致轮胎损毁或交通事故下降功效， 也就是说， TPMS应用并未显现降 低轮胎损毁交通事故功效。 发明内容

轮胎产品属性表明， 在轮胎许用条件范围内， 轮胎充气压力与载荷成正 比，轮胎载荷与轮胎形变成正比。为保证车辆 轮胎形变处于许用形变范围内， 最直接最便利的方式就是监测和调整轮胎充气 压力， 由于轮胎产品具有一定 的 "载荷储备"属性， 车辆载荷也仅在整备质量和最大载荷质量的有 限区间 变动， 对乘用车而言， 只需标定半载载荷 （3人以下）和满载载荷 （4-7人) 充气压力数据 （以奥迪 Q7车型为例， 前轴车轮半载、 满载充气压力分别为 240Kpa 和 300Kpa， 后轴车轮车轮半载、 满载充气压力为 240kpa 和 340Kpa _o ) ， 并根据载荷对轮胎正确充气， 即可实现轮胎形变不超限功效， 满足实际使用要求。

现有 TPMS技术方案表明， TPMS据以分析判断实时胎压数据的胎压 基准统一标定为轮胎半载冷态充气压力数据， 而轮胎技术标准 （如 GB/T 2978)规定了轮胎在不同载荷下应具有不同的充� ��压力， 显然， TPMS技术 方案的胎压基准标定不符合轮胎产品技术标准 要求， 当轮胎载荷变动时， TPMS无法实现其标称的技术功效， 存在明显而确定的设计缺陷。令人困惑 的是， 随着 TPMS技术应用的普及， 乘用车产品竟然出现了由原来标注轮 胎半载、满载冷态充气压力数据转而只标注单 一充气压力数据的动向， 表明 该领域存在某种技术偏见。

对装备 TPMS 的不同品牌汽车产品进行的试验验证结果表明 ， 当车辆 (轮胎）载荷发生变动使轮胎形变远远超过许� �形变时， TPMS却未能发出 胎压异常报警信息， 证实现有 TPMS (含直接式 TPMS、 间接式 TPMS)无 法监测因载荷变动产生的轮胎缺气或严重缺气 的 "隐性缺气"现象， 现有 TPMS产品和装备 TPMS的汽车产品全部为不符合 TPMS现行技术标准要 求的缺陷产品。

中国发明专利申请 201010592003.0公开了一种《载货汽车轮胎压力异� �� 状态辨识方法》 ， 该申请针对现有 TPMS 预警规则存在的盲目性、 不科学 性和误报、 漏报现象， 提出了建立包括轮胎型号、 轮胎负荷与初始充气压力 对应关系、 轮胎实时压力、 负荷、 车速和环境温度等参数在内的轮胎动静态 数据库， 通过轮胎压力与载荷、 温度、 速度的关联函数关系和特定算法， 将 实时胎压数据换算成 18°C时的压力数据，并与轮胎数据库中的初始� ��气压力 数据比较， 从而做出相对精确的实时胎压信息报警。

201010592003.0技术方案特别注明为载货汽车适用� ��技术方案涉及的影 响因素（元素）众多，在提高胎压异常信息预 警精确度的同时，也使轮胎（车 辆）的使用条件近于严酷， 精确的数据和频繁的报警将使得车辆使用者无 所 适从， 不具备在交通实践中付诸实用的可能性。

轮胎产品属性为技术常识，根据载荷对轮胎正 确充气属于该领域技术常 识， 并为国家技术标准所规定， 监测轮胎载荷和设定动态胎压基准在技术和 工艺上没有难度和障碍， 乘用车 TPMS领域之所以出现仅标定单一胎压基 准的诡异设计， 源于高估了轮胎载荷储备作用， 忽视了对载荷变动轮胎超限 形变危害后果的研宄，或者想当然认为根据载 荷对轮胎正确充气会遭到车辆 使用者抗拒， 因此而形成了技术偏见。该技术偏见引导人们 不去思考根据载 荷设置动态胎压基准技术方案， 或者说 "根据载荷设置动态胎压基准"技术 方案在乘用车领域被舍弃， 乘用车轮胎充气压力数据标牌由原来标注半载 、 满载两种工况数据改为只标注单一充气压力数 据，就是上述技术偏见存在的 确证。

间接式（WSB) TPMS利用轮胎形变与胎压的关联性， 通过监测轮速变 化（轮胎形变）间接表述胎压变化，其在车辆 运行后的一定时间内（数百秒） 采集实时轮速数据， 经学习、 修正而确定为当前轮速基准， 当前轮速基准具 有随机性， 是建立在假定当前实时胎压正常的前提下， 未与轮胎冷态充气压 力数据关联， 若当前实时胎压异常， TPMS轮速基准也异常。 当车辆由半载 工况变为满载工况、载荷增加使轮胎形变超限 形成隐性缺气时， 由于载荷增 加使所有轮胎的形变呈同比例增加， 轮速及轮速基准均异常， TPMS提供的 胎压信息必然错误， 显而易见， 现有间接式 TPMS 无法监测载荷增加导致 的轮胎形变和轮胎隐性缺气，解决方案在于建 立起不随轮胎磨损变动的车速 基准和轮速基准。

为了消除现有 TPMS 技术缺陷， 本发明提出一种乘用车轮胎气压监测 系统技术改进方法， 包括胎压监测：

建立胎压基准数据库和 /或轮胎载荷与充气压力数学关系式： 胎压基准 为轮胎许用载荷范围内与轮胎载荷对应的轮胎 冷态充气压力数据，胎压基准 数据集合组成胎压基准数据库， 或根据车型设计参数和轮胎产品规格数据， 建立以轮胎载荷为自变量的轮胎载荷与充气压 力数学分析关系式；

以与实时载荷对应的轮胎冷态充气压力数据为 当前胎压基准： TPMS 数据处理中心（ECU)根据轮胎实时载荷数据， 从胎压基准数据库调用与实 时载荷对应的胎压基准数据， 确定为当前胎压基准， 实现胎压基准与载荷关 联的动态配置；胎压基准动态配置包括根据轮 胎载荷与充气压力数学分析关 系式， 对实时载荷下的胎压基准数据作补偿修正。

轮胎实时载荷数据由安装于轮胎载荷力作用点 和 /或面的载荷传感器采 集， 和 /或通过安装在其它部位， 能够直接或间接采集车辆、 车轮实时载荷 数据的其它类型传感器采集， 包括静态载荷数据和 /或动态载荷数据的连续 数据采集和 /或脉冲数据采集。

车轮载荷监测采集传感器包括但不限于压力传 感器、位移传感器、座椅 传感器、 红外线传感器、 超声波传感器。

实时载荷数据通过有线传输和 /或无线传输方式， 传送至 TPMS数据处 理中心 （ECU) 。

TPMS胎压数据信息显示包括胎压基准数据和实� �胎压数据的同时、同 屏显示和 /或语音提示， 如当前胎压基准数据、 当前胎压基准上下限 （如士 25% ) 数据和实时胎压数据的同时、 同屏显示和 /或语音提示。

本发明为一种间接式乘用车间接式轮胎气压监 测系统技术改进方法，包 括：

1、 以车载全球定位系统（GPS、 北斗）的测速数据为 TPMS车速基准， 建立 GPS车速基准下标准车轮的基准轮速数据库和 /或车速 /轮速数学分析关 系模型或表达式： Vg= R= _n 2 :i R= _nz a R， Vg为 GPS 车速， ω为车轮角 速度， η为车轮转数， ζ为轮速传感器齿数， a为两齿 （对应两个电信号） 间夹角 （弧度） ， R为车轮滚动半径；

2、 根据轮胎使用寿命与磨损极限的关联关系， 以轮胎运行里程数据计 算轮胎磨损量和车轮实时滚动半径，并以车轮 实时滚动半径与标准车轮滚动 半径的比值为修正系数， 对轮胎磨损导致的实时轮速误差进行修正补偿 ； 3、 以修正补偿后的实时轮速数据与标准轮速数据 库比对， 或通过车速 / 轮速 /轮胎形变 /轮胎气压的数学分析关系模型进行分析运算� � 作出轮胎气压 异常判断和报警。

标准车轮为全新无磨损轮胎和半载冷态充气压 力充气状态；基准轮速数 据库和 /或数学分析关系模型为标准车轮在半载载荷� �况下， 在零至最大车 速区间， GPS车速与 75%半载冷态充气压力、 125%半载冷态充气压力范围 内对应的轮速数据集合和 /或数学分析关系模型。

轮胎运行里程数据为车载 GPS的里程累计数据和 /或车载车速计 （里程 表） 的里程累计数据。

本发明具有以下有益效果：

第一，本发明技术方案是在对轮胎载荷变动导 致的轮胎形变超限及所造 成的轮胎隐性缺气现象进行研宄和验证后提出 ，通过对乘用车载荷变动导致 的轮胎隐性缺气现象的研宄分析，发现了乘用 车技术领域内技术偏见的形成 原因和危害后果， 解释了 TPMS 技术应用未能导致轮胎损毁交通事故明显 下降的原因。通过监测采集轮胎实时载荷数据 ， 建立轮胎许用载荷范围内的 胎压基准数据库， 或根据轮胎实时载荷对胎压基准数据作补偿修 正， 以与当 前轮胎载荷相对应的轮胎冷态充气压力数据为 当前胎压基准，确立了以胎压 基准动态化为主要特征的直接式 TPMS 技术改进方案， 启用了乘用车领域 因技术偏见未予以研宄和弃用的技术方案， 消除了现有直接式 TPMS 设计 缺陷。 同时， 本发明技术方案还对现有 TPMS 的胎压监测数据和信息显示 做出了重大改进， 将胎压基准数据、胎压基准上下限极限值数据 和实时胎压 数据同时、 同屏显示和 /或语音提示， 提供了全面且必要的胎压数据信息， 为人工提前干预和正确调整胎压提供了前提条 件和极大便利，使现有 TPMS 技术功效获得大幅度提升。

第二、本发明将车载 GPS车速信号引为 TPMS车速基准，通过 GPS车 速下基准轮速数据库或车速、轮速数学分析关 系式以及轮胎行驶里程与磨损 数学关系式的建立， 消除了现有间接式 TPMS无轮速基准的缺陷， 实现了 对轮胎使用磨损导致的车速误差、 轮速误差的补偿和修正。

由于轮胎许用形变为轮胎的固有属性，轮胎许 用形变的量值范围不随载 荷和胎压的变动而变化，无论轮胎处于半载还 是满载，充气压力是高还是低， 轮胎许用形变量值范围不变， 轮胎形变的直接反映是车轮有效滚动半径变 化， 有效滚动半径变化又直接反映为轮速变化， 因此， 监测控制轮胎形变于 许用形变范围就转化为监测控制轮速变化于允 许范围， 只要建立起轮速基准 和对轮胎使用磨损后的轮速变化做补偿修正这 一前提，无需监测轮胎载荷和 胎压数据， 就可实现轮胎许用载荷范围内轮胎形变的无缝 监测， 消除了现有 间接式 TPMS设计缺陷， 是对现有间接式 TPMS的实质性创新。 附图

图 1为直接式 TPMS技术改进方法软件流程图。

图 2为胎压基准数据、 实时胎压数据同时、 同屏显示示意图。

图 3为间接式 TPMS技术改进方法软件流程图。

图 4为轮速基准数据库数学图形表达。 具体实施方式

本发明实施例 1是直接式 TPMS技术方案在乘用车前装工况的具体实 施例。 在具体车型设计阶段， 车辆制造商可以通过轮胎产品使用手册、 轮胎 产品技术标准要求和实测标定方式， 取得车辆半载、 满载两种工况或半载、 半满载、满载三种工况下各轮位车轮载荷数据 ， 以及与载荷对应的轮胎冷态 充气压力数据， 并将上述数据集合定义为 TPMS动态胎压基准数据库。

以奥迪 A6乘用车为例， 车辆制造商标示的后轮半载 （3人） 冷态充气 压力 220Kpa， 后轮满载（5人）冷态充气压力为 290Kpa， 该两组数据即可 直接作为 TPMS动态胎压数据引入 TPMS胎压基准数据库。 也可以根据己 给出的半载、 满载充气压力数据， 求出轮胎载荷与充气压力数学关系式（线 性方程） ， 按照线性方程依次求出车辆细分载荷 （如 1人、 2人、 3人、 4 人、 5人）所对应的冷态充气压力数据，或建立以� �胎载荷为自变量的 TPMS 胎压数值分析关系模型， 根据实时载荷动态确定当前胎压基准。 由于轮胎产 品具有一定的 "载荷储备"特性， 在乘用车许用载荷范围内， 以半载、 满载 两种工况所对应的轮胎冷态充气压力数值作为 胎压基准， 即可实现轮胎形变 不超限目标， 满足实际使用需求。

轮胎载荷（压力）传感器安装于各轮位车轮承 载柱的适当部位， 载荷传 感器通过汽车线束与 TPMS 数据处理中心联接， 或通过数据总线 (CAN-BUS) 与 TPMS数据处理中心通讯。

根据轮胎载荷与形变和胎压三者的函数关系， 还可以建立轮胎冷态充气 压力数据补偿修正数学模型， 在选定一个轮胎冷态充气压力数据（如以半载 冷态充气压力为胎压基准）的基础上， 根据轮胎实时载荷数据对冷态充气压 力数据实施补偿， 实现胎压基准与轮胎载荷相适应。

在胎压基准动态化设置基础上， TPMS数据处理中心将以当前胎压基准 为依据， 对实时胎压数据进行分析判断， 并将实时胎压数据、 当前胎压基准 数据、 当前胎压基准数据极值作同时、 同屏显示和 /或语音提示， 程序软件 流程如图 1所示。胎压基准数据和胎压基准数据极限值� �示向驾驶员提供了 与载荷相对应的胎压基准数值， 如图 2 所示， 图中 1为实时胎压数据， 3为 胎压基准数据， 2为胎压基准上限阈值数据， 4为胎压基准下限阈值数据， 驾驶员可以通过实时胎压数据与胎压基准数据 的比较， 了解实时胎压偏离胎 压基准的程度， 为正确实施胎压调整和提前实施胎压调整提供 条件， 使 TPMS技术功效得到强化和提升。

本发明实施例 2是以座椅传感器或其它传感器间接监测轮胎� �荷变化的 实施例，它以汽车乘员的一般体重数据与乘员 数的乘积作为实时载荷增减计 算依据， 例如奥迪 A6乘用车整备质量 1800K _g ， 总质量 2310K _g ， 汽车乘员 5人 +行李质量为 510K _g ， 每乘员平均质量按 100K _g 计， 因此， 只需计算乘 员数， 即可计算出车轮的实时载荷， 由于轮胎产品具有一定的 "载荷储备" 性能， 载荷数据的精确度要求宽松， 上述方案可以满足实际交通工况使用需 求。

汽车座椅传感器是现有汽车成熟技术，部分车 型全部座位均配有座椅传 感器， 绝大部分车型前排具有座椅传感器， 只需增加后排座椅传感器， 就实 现了车辆载荷的间接监测。 由于 TPMS 技术产品后加装工况不具备改变汽 车电气总线的条件， 本发明实施例 2尤其适用于 TPMS技术产品的后加装。 除载荷数据的间接监测外， 本发明实施例 2与实施例 1 的其余内容相同。

本发明实施例 3是间接式 TPMS缺陷消除及改进方法的具体实施说明， 现有间接式 TPMS通过 ABS轮速传感器监测获取轮速数据， 轮速数据信号 通过汽车线束传送至 TPMS数据处理中心 （ECU) 。 本发明在现有间接式 TPMS中接入车载 GPS设备， 将车载 GPS测速数据引入间接式 TPMS, 作 为 TPMS车速基准。 在 GPS车速基准下， 以无磨损全新轮胎并以车辆标示 的轮胎半载冷态充气压力充气， 车辆半载工况下， 记录在 GPS车速基准下 零至最大车速区间的车速 /轮速数据 （轮速传感器电信号数量） 对应值， 包 括车轮在标准半载充气和 75%半载充气至 125%半载充气范围的轮速数据集 合 （如图 4剖面线区域所示） ， 建立 GPS车速基准下的基准轮速数据库， 或建立 GPS 车速基准下的车速、 轮速 （电信号数） 的数学表达式： V _g = c R=n2 π R=nz a R, Vg 为 GPS车速， ω为车轮角速度， η为车轮转数， ζ为 轮速传感器齿数， α为两齿（对应两个电信号） 间夹角 （弧度） ， R为车轮 滚动半径。

由轮胎磨损极限与轮胎使用寿命的对应关系， 可以求得轮胎行驶里程与 磨损量的对应数据， 例如， 某型轮胎的使用寿命为 5万 Km， 轮胎磨损极限 胎面高度降低 5mm， 也即车轮滚动半径减少 5mm， 换算为每行驶 1万 Km 车轮滚动半径减少 lmm， 因此， 通过车载 GPS里程累计数据或汽车车速计 的行驶里程数据， 或者通过累计轮速传感器电信号个数， 即可算出轮胎在任 意时刻的车轮滚动半径。磨损车轮滚动半径与 标准车轮滚动半径比值即为实 时轮速修正系数， 通过对轮胎磨损导致的轮速数据失真补偿， 使实时轮速逼 近于真实。

如果车辆使用过程中因轮胎意外损毁而更换新 胎， 由于新胎滚动半径大 于其它车轮滚动半径， 其轮速变化与轮胎磨损轮速升高反向， TPMS数据处 理中心容易识别该轮速变化， 并可以通过 "人机对话" （报警灯 +文字显示 询问）方式， 要求驾驶员对是否更换轮胎作出确认（设置按 钮） ， 若确认为 己更换新胎， TPMS数据处理中心重新开始累计换胎车轮行驶� �程和计算轮 胎磨损， 否则， 即判定轮胎气压异常偏高所致。

在将 GPS测速数据引为间接式 TPMS车速基准或轮速基准后， 建立轮 速基准和修正轮胎磨损导致的实时轮速失真两 项功能得以实现， 由于 TPMS 轮速基准数据库的建立， TPMS 无需通过学习、 记忆建立实时轮速基准， 车辆运行后即可实施监测， 大幅缩短了 TPMS系统反应时间； 且 TPMS只 需监测轮速变化， 即当以实时车速为自变量的实时轮速数值落入 TPMS轮 速数据集合范围内 （图 4所示面积范围） ， 就可确定轮胎气压与载荷相适应 且形变不超限， 无需关注轮胎载荷， 就能够判断轮胎气压是否正常， 消除了 现有间接式 TPMS技术缺陷， 程序软件流程图如图 3所示。

现有技术间接式 TPMS 的轮速信号监测和异常判定方法有多种方式， 如轮速信号监测的 "轮速比较法"、 "有效滚动半径法"、 "扭转刚度法"、 "频率法"和 "轮胎模型法"， 以及车辆转弯过程轮速差异补偿计算方法等， 属于该领域内成熟、 实用技术， 本发明除引入 GPS车速基准、 建立轮速基 准数据库和修正轮胎磨损轮速失真功能外，其 余的轮速监测方法和数学分析 关系模型均可参照或援用现有间接式 TPMS 实施方式实现， 本发明不再赘 述。