高速行驶时轮速信号动态监测及轮胎气压模糊识别

轮胎气压对汽车高速行驶安全性具有重要影响。通过分析轮速传感器信号判断胎压是间接式监测胎压（TPMS）的重要方法。车速高于100km/h时轮速信号噪声增大，用传统方法采集以及常用滤波方法处理的轮速数据发散严重，间接监测胎压的方法失效。精确地采集和正确地处理轮速信号也是ABS、ESP、DSC等主动安全系统有效控制的基础。本项目用实车道路试验结合仿真重点研究汽车高速行驶时轮速信号的动态采集和处理方法，以及由轮速参数模糊判断轮胎气压高低。方法是：通过安装双轮速传感器复合采集轮速信号和快速傅里叶/逆傅里叶变换数据融合的处理方法，降低信号噪声和数据发散程度；用安装于轮胎内的压力传感器和射频收发技术检测轮胎气压；根据轮速参数在MATLAB 平台上用模糊识别技术判断不同工况的轮胎气压。其意义在于探寻更加精准的轮速信号动态检测和处理新方法，为汽车主动安全系统提供理论和技术支持。

当车辆在高速或者崎岖路面行驶工况下，由于轮胎受到驻波影响，产生扭转振动，使得车轮轮速信号波动加剧，而且轮速信号易受外界电磁干扰。以轮速传感器为基础的主动安全控制系统，如ABS、DSC、EPS、TPMS等，均需要准确与可靠的轮速信号，由于轮速信号波动以及干扰会导致与其相关的电子控制单元出现故障与失控的危险。因此，本项目重点研究轮速信号的监测与处理方法，以及与轮速信号相关的轮胎气压监测方法，提出了基于FFT与IFFT的轮速采集与滤波算法，以及多数据融合的胎压监测方法。为得到轮胎气压与其影响因素的关系，为下一步进行车辆的轮胎气压监测做了充分的准备工作。.研究过程中，无线胎压传感器进行测试，分别安装在轮胎内与轮胎气嘴上，测量轮胎压力与轮胎温度的数值，在车轮附近布置单独的接收天线采用中继传输方法，能有效提高数据传输的可靠性。其次，在实验车辆上安装GPS数据采集系统，测量距离、车速、加速度等参数，在轮辋螺栓处外接高精度轮速传感器，并设计轮速传感器信号处理电路。将ABS轮速、高精度轮速、GPS车速等数据都记录在数据采集器中，形成数据文件，重点对于轮速干扰大的行驶工况进行测试。轮速采集精度提高对车轮扭转振动较为敏感，虽然能提高测量精度但也容易受到干扰。根据行驶车速的范围，进行两种采集方法对轮速计算的权重指数分配，得到了比较理想的轮速计算方法。在车速为20km/h~120km/h速度范围内每隔20km/h进行测试，分别对不同速度采集的信号进行FFT变换与滤波，然后再进行IFFT变换，变换后的信号还原成原始的正弦信号。可以看出虽然幅值与原始信号有一定的变化，但高频干扰信号消失，极大提高信号的抗干扰能力。在单片机中实现了FFT与IFFT代码工作。然后，选择车辆较少的新通车高速公路作为测试场地，为简化测试条件，选择直行作为测试工况。根据车速、载荷、气压值的不同以及不同型号的轮胎，设定大量的实验工况，根据道路采集设备记录的数据，形成数据库，分析轮胎型号、车速、载荷对采集器的轮速脉冲信号的影响。试验结果存入数据库，作为轮胎气压检测的基础数据。