摘要: 為了提高輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的精度, 運(yùn)用貝葉斯方法建立了其多傳感器信息融合的數(shù)學(xué)模型。該模型融合了輪胎的溫度和壓力這兩種互補(bǔ)信息, 相對于傳統(tǒng)的輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)而言, 具有信息的完整性、統(tǒng)一性、多樣性和容錯(cuò)性等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)可以達(dá)到全面預(yù)警爆胎的作用, 為監(jiān)測輪胎壓力和溫度提供了一個(gè)行之有效的方法, 功能可靠, 適于推廣。

　　關(guān)鍵詞: 輪胎;壓力;溫度;多傳感器;融合

引言

　　多傳感器信息融合是新興的多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域, 涉及信號處理、概率統(tǒng)計(jì)、信息論、模式識別、人工智能、模糊數(shù)學(xué)等多種理論, 它是人類模仿自身信息處理能力的結(jié)果。概括地說, 多傳感器信息融合技術(shù)就是指通過一定的算法“合并”來自多個(gè)信息源的信息, 以產(chǎn)生比單個(gè)傳感器所得到數(shù)據(jù)更可靠、更準(zhǔn)確的信息, 并根據(jù)這些信息做出最可靠的決策。為了提高輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)( tire pressure monitoring system , 簡稱tpms) 的精度, 提高報(bào)警的準(zhǔn)確性, 減少誤報(bào)漏報(bào), 本文就多傳感器信息融合技術(shù)在tpms 中的應(yīng)用加以探討。

　

　　輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)( tpms) 的出現(xiàn)是由普利司通/ 費(fèi)爾斯通(bsf) 公司的輪胎質(zhì)量問題引發(fā)的。該質(zhì)量問題引起大量的爆胎和翻車事故, 事故的主要原因是輪胎氣壓不足, 產(chǎn)生熱量過多, 以致破壞了其內(nèi)部結(jié)構(gòu), 發(fā)生爆胎。2000 年11 月1 日美國總統(tǒng)克林頓簽署批準(zhǔn)了國會(huì)關(guān)于修改聯(lián)邦運(yùn)輸法的提案, 要求2003 年后所有的新的輕型車輛都必須把該系統(tǒng)作為標(biāo)準(zhǔn)配置。2001 年7 月, 為響應(yīng)美國國會(huì)對車輛安裝tpms立法的要求, 美國運(yùn)輸部(us department of transportation)和國家高速公路安全管理局(national highway traffic safetyadminist ration) 聯(lián)合對現(xiàn)有的兩種tpms 系統(tǒng)進(jìn)行了評價(jià),報(bào)告第一次將tpms 作為專用詞匯使用。

　　按照輪胎壓力監(jiān)測方法主要分為兩類: 間接式、直接式。間接式( wheel - speed based tpms 簡稱: wsb tpms) 是通過汽車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(dá)到監(jiān)視輪胎壓力的目的。直接式( pressure - sensorbased tpms 簡稱: psb tpms) 是利用安裝在每一個(gè)輪胎里的壓力傳感器來直接測量輪胎的氣壓, 并對其進(jìn)行顯示及監(jiān)視, 當(dāng)輪胎氣壓不在給定范圍內(nèi)時(shí), 系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。據(jù)預(yù)測, 到2005 年國家美國高速公路安全管理局(n htsa) 再修改tpms 法規(guī)時(shí), 可能會(huì)用直接式代替過渡期的間接式。目前, 國外頂級轎車配裝的tpms 都是直接式的, 可見對直接式的研究和開發(fā)的空間很大。

　　文獻(xiàn)(李文印, 周斌. 輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)；jeff b. tire pressure monitoring: an industry under pressure)詳細(xì)介紹了直接式tpms 的一個(gè)設(shè)計(jì)思路,其硬件是摩托羅拉公司的傳感器mpxy8020a、接收器mc33594 、mcu 和發(fā)射機(jī)一體化芯片mc68hc908rf2 。mpxy8020a 有4 種操作方式: 待機(jī)、測量壓力、測量溫度、讀數(shù)據(jù); mc68hc908rf2 可以根據(jù)所有晶振的不同用315mhz 或434mhz 發(fā)送數(shù)據(jù); mc33594 能夠接收并解調(diào)oo k或fsk調(diào)制的曼徹斯特編碼數(shù)據(jù), 采用fsk調(diào)制, 利用匹配的天線, 靈敏度可達(dá)到- 105dbm。在軟件設(shè)計(jì)方面, 獲取數(shù)據(jù)的方法采用閾值檢查法, 通信協(xié)議采用曼徹斯特編碼、fsk信號調(diào)制方式和9600bps 的傳輸速率, 是目前較成熟的產(chǎn)品。

　

　　由于工作環(huán)境的限制, 所選傳感器必須超小且節(jié)電。genova sensor 的npx 系列傳感器是在npp 系列基礎(chǔ)之上發(fā)展的新一代輪胎壓力監(jiān)控系統(tǒng)專用傳感器, 其體積為16mm ×8mm ×3mm (含引腳) , 且集溫度、壓力、電壓3 種傳感器和asic (專用集成電路) 控制器于一體, 由一塊帶有大量外圍器件的risc (精簡指令集計(jì)算機(jī)) 核心模塊組成, 開發(fā)時(shí)可直接將微控制器(μc) 程序通過編程器裝載于eprom 中。該傳感器可以選擇3 種主要的測量方式: 壓力( p) 、溫度( t) 和電池電壓(u)。傳感器內(nèi)的單片機(jī)負(fù)責(zé)信號的測量及將溫度轉(zhuǎn)化為壓力信號, 然后發(fā)送到接收機(jī)的單片機(jī)內(nèi)再融合。其原理圖如圖1 所示。

　　其中, 溫度傳感器設(shè)計(jì)在asic 電路中, 并具有與絕對溫度成比例( ptat) 的特性。圖中所示的transmit ter u hf 是外連接的發(fā)射機(jī), 并不是傳感器本身自帶的。

　　該傳感器有14 個(gè)引線, 各引線名稱及功能如表1 所示,

　　其測量的壓力范圍是100～450 kpa ,溫度范圍是- 40～125 ℃, 工作的環(huán)境溫度范圍是-