（车辆工程专业论文）脉冲数互比法汽车轮胎气压异常报警模式研究.pdf

摘要 摘要 汽车高速行驶时，爆胎是引起恶性交通事故的主要原因之一。轮胎在 非正常气压下，尤其是在低气压下长时间高速行驶是造成爆胎的最主要内 因。安装轮胎气压监测系统( t p m s ) ，能有效的防止轮胎在非正常气压下 长时间行驶，提高汽车的主动安全性。 目前，t p m s 的控制方法很多，分为直接式和间接式，但都有不尽之处。 本文采用间接式监测轮胎气压的方法。 本文首先进行了车轮滚动半径的试验，得到了试验结果；总结出了脉 冲数的相对差值随车速、气压差和轮胎磨损的变化关系，创立了脉冲数互 比法的理论依据；提出了基于脉冲数互比的轮胎气压异常报警模式。 本文将整个报警模式中设计成四个部分。采样周期和车速测算模式采 样轮速传感器的脉冲信号、计算车速和更新存储器数据。自检模式检测硬 件故障、监视采样信号。标定模式测算标定常数、确定轮胎的磨损关系。 报警模式判断轮胎气压异常和完成报警功能。 在报警模式中，首先将轮速传感器的脉冲数进行了车速修正和轮胎磨 损修正，提出了标准脉冲数的概念；为保证脉冲数比较的精度，设计了两 级比较、单报警的模式；为防止短时间的随机因素造成的误报警，设计 了三重防误报警模式。 本文提出了一种新的轮胎气压异常报警模式，结构简单，方法可行， 为以后的进一步研究开创了思路、奠定了基础。 关键词轮胎安全；胎压监视系统；脉冲数互比；气压异常：报警 燕山大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t w h e nac a ri sr u n n i n ga tah i g hs p e e d , t i r eb u r s ti so n eo ft h em a i nr e a s o n s t ot h em a l i g n a n tt r a f f i c a c c i d e n t s r u n n i n go u to ft h en o r m a lp r e s s u r e ， p a r t i c u l a r l yu n d e rl o wp r e s s u r e ，f o rl o n gh o u r s ，i st h em o s ti n t e r n a lc a u s ef o ra h i g h - s p e e dt i r et oe x p l o d e i n s t a l l i n gt i r ep r e s s u r em o n i t o r i n gs y s t e m ( t p m s ) c a np r e v e n te f f e c t i v e l yat i r ef r o mr u m f i n go u to f n o r m a lp r e s s u r ef o rl o n gh o u r s ， a n di n c r e a s e sa u t o m o b i l ea c t i v es a f e t y a tt h ep r e s e n tt i m e ，t h e r ea r em a n yt p m sc o n t r o lm e t h o d s ，d i v i d e di n t o d i r e c tt y p ea n di n d i r e c tt y p e ，b u ta l lo f t h e mc a r ln o tl e a v en o t h i n at ob ed e s i r e d i n d i r e c tt y p em o n i t o r i n gt i r ep r e s s u r ei su s e di nt h i sp a p e r f i r s t ，t h i sp a p e rp r o c e e d st h ee x p e r i m e n t so fw h e e lr o l l i n gr a d i u s , g a i n s e x p e r i m e n t a lr e s u l t s ；n e x t ，t h i sp a p e rs u m m a r i z e st h ev a r i a t i o no f p u l s er e l a t i v e d i f f e r e n c et a k e ni n t oa c c o u n to fs p e e d ，t i r ep r e s s u r ed i f f e r e n c ea n dt i r ea b r a s i o n , a n df o u n d st h ea c a d e m i cg i s to fp u l s ei n t e r c o m p a r i s o nm e t h o d ；l a s t ，t h i sp a p e r b r i n g s f o r w a r da na l a r mm o d eo ft i r ep r e s s u r ea b n o r m i t yb a s e do np u l s e i n t e r c o m p a r i s o n t h i sp a p e rd e s i g n st h ee n t i r ea l a r mm o d ei n t of o u rp a r t s s a n a p l i n gc y c l e a n ds p e e dc a l c u l a t i n gm o d es a m p l e st h ep u l s e so ff o u rw h e e ls p e e ds e n s o r s ， c a l c u l a t e st h es p e e do ft h ev e h i c l e ，a n dr e n o v a t e st h ed a t ai nt h em e m o r i z o r s e l f - i n s p e c t i o nm o d ec h e c k sh a r d w a r ef a u l t s ，s u p e r v i s e ss a m p l i n gs i g n a l s c a l i b r a t i n gm o d em e a s u r e sc a l i b r a t i n gc o n s t a n t s ，a n dt h ea b r a s i o nr e l a t i o no f f o u rt i r e s a l a r mm o d ej u d g e st i r ep r e s s u r ea b n o r m i t ya n da c c o m p l i s h e st h e a l a r mf u n c t i o n i na l a r mm o d e ，f l r s t ，t h ep u l s e so fw h e e ls p e e ds e n s o r sa r ea m e n d e db y s p e e da n dt i r ea b r a s i o na n ds t a n d a r dp u l s e si sp u tf o r w a r d ；t h e n , t os e x ：u r et h e p r e c i s i o no fp u l s ec o m p a r i s o n ，t h es i n g l e n e s sa l a r m m o d eo ft w og r a d e c o m p a r i s o ni sd e s i g n e d ；l a s t ，t op r e v e n tt h es y s t e mf r o me r r o ra l a r mm a d eb y l i 摘要 s e v e r a lt e m p o r a l , r a n d o mf a c t o r s ，t h em o d eo ft r i p l e xe r r o ra l a r m i n gp r e v e n t i o n i sa d o p t e d an e wt i r ep r e s s u r ea b n o r m i t ya l a r mm o d ei sp u tf o r w a r di nt h i sp a p e r t h e m a k e u po ft h em o d ei ss i m p l ea n di t sm e a l l si sf e a s i b l e t h i sp a p e ri n i t i a t e sa n e wt h o u g h ta n de s t a b l i s h e saf o u n d a t i o nf o raf u r t h e rr e s e a r c h k e y w o r d s t i r e s a f e t y ；t i r ep r e s s u r em o n i t o r i n gs y s t e m ；p u l s e i n t e r c o m - p a r i s o n ；p r e s s u r ea b n o r r n i t y ；a l a r m 1 1 1 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 所选课题的科学意义 随着汽车产量和保有量的快速增长，我国每年道路交通死亡人数已居 世界第一位。据交管部门提供的数据， 2 0 0 0 年我国道路交通死亡9 3 9 万 人，2 0 0 1 年死亡1 0 5 9 万人，2 0 0 2 年死亡1 0 9 万人，2 0 0 3 年死亡1 0 4 万 人，2 0 0 4 年死亡1 0 万人。近十多年来，我国高速公路飞速发展，但据交管 部门的统计资料，在过去几年中，我国高速公路交通事故百公里发生率约 为普通公路的4 倍，且重大、恶性交通事故时有发生【1 1 。在高速公路上发生 的交通事故，由轮胎原因引起的已占交通事故总量的7 0 ，其中爆胎一项 又占轮胎事故总量的7 0 1 2 。 国内外对爆胎的原因有了较统一的认识，爆胎的三个主要原因是： ( 1 ) 轮胎气压不足。汽车高速行驶时( 车速大于3 3 3 3m s ) ，胎压不足易 造成胎体驻波和轮胎温度急剧升高，最终导致轮胎橡胶断裂爆胎 3 5 1 。 ( 2 ) 轮胎气压过高。汽车高速行驶时，轮胎温度升高，气压随之升高， 此时胎体弹性降低，如遇到冲击会产生内裂或爆胎睁引。 ( 3 ) 严重超载。轮胎超载行驶时，轮胎变形增大，帘线和帘布应力增大， 容易造成帘线折断、松散和帘布脱层，同时，因轮胎接地面积增大，增加 了胎肩的磨损，尤其在遇到冲击时，会引起胎冠爆破。严重超载主要是针 对卡车轮胎，轿车轮胎不存在严重超载现象【9 1 。 其中轮胎气压不足引起的爆胎又占到了爆胎总事故的7 0 。汽车高速 行驶时，胎压不足易造成胎体的“谐振动”，即驻波f i “，从而引发巨大的谐 振作用力，造成爆胎 q 3 l ；另外，胎压不足使得轮胎的变形增大，胎温因 摩擦增加而急剧升高，导致轮胎变软强度下降，过热状态会加速子午胎橡 胶的老化、变形、甚至内部断裂，这些都可能造成爆胎 1 4 a s l 。 汽车轮胎压力监视系统( t i r ep r e s s u r em o n i t o r i n gs y s t e m ，简称t p m s ) 用于汽车行驶过程中实时监测轮胎气压，并对轮胎气压异常进行报警，提 燕山大学工学硕士学位论文 高汽车的主动安全 1 6 a 7 】。 目前，各种类型的t p m s 已在部分汽车上装备。汽车行驶时，若出现 轮胎气压异常现象，t p m s 会自动报警，提醒驾驶员注意，避免了因轮胎气 压异常所造成的交通事故。 根据国务院发展研究中心信息网提供的消息，美国政府汽车安全专家 和白宫达成协议，2 0 0 3 年1 1 月以后在美国生产的汽车必须安装轮胎气压监 测器。轮胎充气不足时，仪表盘会显示警告，提醒驾驶员注意。 在我国，汽车已经走入了普通家庭，交通安全是交通发展的重要指标， 是指导每个人交通行为的第一准则。在以后的几年里，t p m s 将成为普通轿 车基本的主动安全装置之一。 1 2 国内外研究现状分析 1 2 1 t p m s 的分类 根据对轮胎气压检测方式的不同，t p m s 主要分为两种类型”j ： 1 2 1 ，1 间接式t p m s 这种系统是通过汽车a b s 系统的轮速传感器或其 他传感器信号，利用轮胎的力学模型间接计算出轮胎气压，或者是通过比 较轮胎之间的气压差别以达到监视胎压的目的。该类型的主要缺点是无法 对两个以上轮胎同时气压异常的状况和车速超过2 7 7 8m s 的情况进行判 断，并且压力分辨率低。 1 2 1 2 直接式t p m s 这种系统是利用安装在每一个轮胎里的压力传感 器来直接测量轮胎的气压，并通过无线传输方式调制发射到安装驾驶台的 监视器上。监视器随时显示各轮胎气压，驾驶者可以直接地了解各个轮胎 的气压状况，当气压异常时，系统会自动报警。由于这种系统在轮胎一出 现气压异常时就能及时发现并报警，最大限度地将事故消灭在萌芽状态， 极大地提高了汽车高速行驶的主动安全性。该类型的主要缺点是传感器需 要供电，而传感器在旋转的轮辋内，实现对它供电比较困难。 1 2 2 直接式轮胎气压监视系统 直接式轮胎气压监视系统有三种，分别是机械直接式胎压报警器、电 第1 章绪论 子直接式轮胎气压监视系统和纳米材料直接式胎压示警系统。 1 2 2 1 机械直接式机械式胎压报警器安装在轮胎气嘴上，由泵体、阀体、 阀针、压簧、喇叭等组成。当轮胎气压不足时，由于阀体中气压减小，使 原来被高压压缩的压簧逐渐恢复，推动阀芯移动，打开连通管道，利用流 动的空气吹响喇叭，发出报警声 ”】。其优点是结构简单，价格便宜；缺点 是在高速行驶的车内，驾驶员很难听到报警声。 1 2 2 2 电子直接式电子直接式轮胎气压监视系统的原理如图1 1 所示。 安装在轮胎里的压力传感器直接测量轮胎的气压，并通过无线调制发射， 接收装置将接受到的信号解调后，送到中央控制单元，当轮胎异常时，控 制单元驱动仪表板上的监视装置报警 2 0 - 2 2 。电子直接式最大的缺点是对压 力传感器供电困难。 幽1 1电子直接式轮胎气压监视原理图 f i g 1 - 1p r i n c i p l ec h a r to f e l e c t r o n i cd i r e c tt p m s 1 2 2 3 纳米材料赢接式纳米材料直接式胎压示警系统是由喷涂在轮胎 内壁的爆胎指示剂和安装在仪表板上的纳米接收器组成。高速轮胎出现异 常时，会引起轮胎腔内温度和压力的变化，从而改变了爆胎指示剂的化学 性质，产生一系列的热敏效应，在爆胎前3 0 6 0s 内爆胎指示剂会瞬间发 出信号，该信号经纳米接收器接收并转换成报警声讯，告之驾驶员。该产 品的优点是测量精度高，安装简便，并对轮胎没有影响；缺点是价格较贵， 并且是一次性产品，一经报警不再循环使用。 1 2 _ 3 间接式轮胎气压监视系统 1 2 3 1 间接计算式轮胎气压监视系统在汽车行驶过程中，轮胎的周向扭 转刚度随轮胎气压的变化而变化【2 3 1 。利用四个车轮上安装的制动防抱死系 统的轮速传感器产生的波形信号并经过汽车稳定控制系统处理，求出轮胎 的周向扭转共振频率，由此可得轮胎的周向扭转刚度，最后反求出轮胎气 压。 燕山大学工学硕士学位论文 1 2 3 2 比较式间接轮胎气压监视系统别克君威轿车上采用的这种系统 由车身控制模块、电子制动控制模块、仪表组件和各轮速传感器组成1 2 4 】。 当某轮胎气压过低时，其转速会比其它的车轮大。电子制动控制模块使用 从轮速传感器获得的轮速数据探测出各轮的转速差异，当1 只轮胎气压与其 他3 只相比低8 3k p a 以上时，系统报警。 1 2 3 3 磁敏式间接轮胎气压监视系统图1 2 为磁敏式间接轮胎气压监视 系统组成框图。其中轮胎气压传感器安装在车轮轮辋上，而霍尔装置安装 在与悬架支柱固接的托架或车轮制动底板上。汽车行驶时，轮胎气压变化 引起压力传感器中磁性元件磁场方向变化，从而使通过霍尔装置磁敏元件 的磁感应强度变化，霍尔装置的输出信号随之变化，由此，系统计算和监 测轮胎气压。 图1 2 磁敏式间接轮胎气压监视系统组成 f i g 1 2m a k e u po f m a g n e t i cs e n s i t i v et y p et p m s 1 3 相近研究 上海别克轿车装备的轮胎气压监视系统和本文研究的系统相近。当轮 胎之一出现气压异常时，监视系统将点亮仪表板上的黄色报警灯l o w t i r e ，提醒驾驶员执行所需的保养。该系统作为本文的研究参照，有必要 作详细介绍。 系统的工作原理如下： 在车辆行驶状态下，电子控制器监测每个车轮的转速与其它车轮的速 转速相比是否超出了极限。如果气压低，则它的轮速就会过快，系统电脑 就会检测出来。如果系统电脑检钡5 的轮速差超过一定值时，就认为是轮胎 气压过低造成的。在这种情况下控制模块就会接通“l o wt i r e ”指示灯【2 ”。 该系统主要由以下几个部件组成口4 0 6 】： 第1 章绪论 ( 1 ) 4 个转速传感器，位于各个车轮的轮毂内。 ( 2 ) 电子制动控制模块。 ( 3 ) 车身控制模块位于仪表扳下部，转向柱左侧。 ( 4 ) 复位开关，位于右前车门门洞熔断丝盒内，红色的r e s e t 按键。 ( 5 ) 轮胎压力过低( l o w t i r e ) 报警灯，位于仪表板组件中。 轮胎气压监视系统接收4 个转速传感器的车轮转速信号，进行综合分 析后，判断有一个轮胎气压过低或过高： ( 1 ) 轮胎之一气压不足或太高。 ( 2 ) 轮胎经过调换，压力发生变化，但未重新设置轮胎压力监视系统。 ( 3 ) 系统元件损坏或线路不良。 ( 4 ) 高速转向。 系统工作需要满足的条件： ( 1 ) 系统的标定。系统会在汽车的运转速度范围内“学习”每个轮胎的 压力，通常需要2 7 0 0 5 4 0 0s ，在三个速度( 6 9 4 1 8 0 6m s 、1 8 ，0 6 2 9 1 7 m s 、2 9 1 7m s 以上) 范围来完成学习。如果一个轮胎的压力与其它三个轮 胎的压力相差8 3k p a ，系统就会在1 2 0 4 8 0s 后向驾驶员发出警告。 ( 2 ) 保证使用符合原厂规定的轮胎。 ( 3 ) 及时复位。 从系统的组成及工作原理来看，系统报警模式的要点有： ( 1 ) 以轮速传感器的信号为基准。 ( 2 ) 利用气压差与轮速差关系来判断气压差。 ( 3 ) 将制动和转向信号考虑进来。 ( 4 ) 系统需要自“学习”。 从系统的组成及工作需要的条件来看，系统的不足之处有： ( 1 ) 需要的传感器过多，系统结构复杂。 ( 2 ) 车速超过2 6 3 9m s ，系统不能正常工作，不能满足汽车高速时对气 压异常报警要求。 ( 3 ) 对轮胎的使用苛刻，只能使用原厂轮胎。也就是说系统无法消除轮 胎不一致的影响。 燕山大学工学硕士学位论文 1 4 本文的研究内容 本文的主要研究内容有： ( 1 ) 轮速传感器脉冲数相对差值的影响因素和影响规律。 f 2 ) 脉冲数互比法设计。 ( 3 ) 脉冲数互比法气压异常报警系统的结构与组成。 ( 4 ) 脉冲数互比法气压异常报警模式设计，包括采样周期和车速测算模 式设计、自检模式设计、标定模式设计、气压异常报警模式设计。 本文结构如图1 - 3 所示。 轮胎滚动半径的 试验结果介绍 采样周期及车速 测算模式设计 轮速传感器脉冲数相对差 值的影响因素及影响规律 自检模 式设计 标定模 式设计 图1 - 3 本文结构 f i g i - 3m a k e u po f t h i sp a p e r 6 t p m s 的基 本组成设计 结论 竺黝脉比广i 第2 章试验结果与脉冲数互比法设计 第2 章试验结果与脉冲数互比法设计 利用脉冲数互比来判断轮胎存在气压异常现象，首先要弄清轮速传感 器脉冲数相对差值的影响因素及规律。本文在总结试验数据和总结文献的 基础上，找出了脉冲数相对差值的影响因素，并分别求出了脉冲数相对差 值随各因素的变化关系式。 2 1 车轮滚动半径的试验结果 2 1 1 滚动半径的概念 车轮的滚动半径是一个计算量，它是以车轮转动圈数与实际车轮滚动 距离之问的关系来换算的。车轮的滚动半径一的计算公式为伫7 1 ： = 去( 2 - 1 ) 式中九车轮转动的圈数 j 在转动月圈时车轮滚动的距离( m ) 轮速传感器记录的脉冲数与车轮转过的圈数成正比，在相同的距离内， 滚动半径大的车轮滚过的圈数少，相应的该轮的脉冲数就少。同一采样周 期内，四轮脉冲数闯的关系与四轮滚动半径间的关系成反比。研究同一车 轮在不同工况下的滚动半径，为确定轮胎的报警模式打下基础。 在相同的时间内，各轮脉冲数的差与各轮滚过圈数的差成正比，脉冲 数互比其实就是放大了各轮圈数的差。 车轮的滚动模型有很多种口8 3 2 ，但是对于滚动半径，尚无公开的计算 方法。滚动半径的影响因素通常有车速、载荷、气压、驱从动轮及轮胎的 磨损状况等。通过试验，找出各因素对轮胎滚动半径的影响规律。 试验车型：韩国现代s o n a t a ，试验车的轮胎型号：1 8 5 7 0 r 1 4 8 8 t 。 2 1 2 载荷、气压对车轮静力半径的影晌 汽车静止时，车轮中心至轮胎与道路接触面间的距离称为车轮的静力 燕山大学工学硕士学位论文 半径 2 ”。在载荷对车轮静力半径的影响试验中，轮胎气压保持在0 2 5m p a ； 在气压对轮胎静力半径的影响试验中，轮胎的载荷保持为38 2 2n 。试验得 出轮胎的静力半径与载荷的关系如图2 1 所示，与气压的关系如图2 2 所示。 由图2 1 看出，轮胎气压保持在0 。2 5m p a 时，车轮的静力半径与轮胎 载荷成很好的线性关系。载荷每增加约1 4 1n ，轮胎静力半径约减少1i t l r n 。 由图2 2 看出，载荷为38 2 2n 时，车轮的静力半径与轮胎气压近似成三次 多项式关系【33 1 。 蘸筐囊蓁霹 2 93 ，l3 33 53 ，73 9 载荷k n 图2 - 1 静力半径与载荷的关系 f i g 2 - 1 r e l a t i o nb e t w e e ns t a t i cr a d i u s a n d l o a d o 1 0 2 0 30 4 气压m p a 图2 - 2 静力半径与气压的关系 f i g 2 - 2 r e l a t i o nb e t w e e ns t a t i cr a d i u s a n da i rp r e s s u r e 2 1 3 车速对车轮滚动半径的影响 试验时，车上乘坐4 人，前排2 人，后排2 人。试验得出驱动轮的滚 动半径与车速的关系如图2 - 3 所示，从动轮的滚动半径与车速的关系如图 2 - 4 所示。 3 0 2 l3 0 1 登3 0 0 藻2 9 9 2 9 8 ，- 卜 - 一一 一 ：。 l 一 2 s2 83 13 43 74 0 生j 塞m s 圈2 - 3 驱动轮滚动半径与车速的关系 f i g 2 3 r e l a t i o nb e t w e e nd r i v i n gw h e e lr o l l i n gr a d i u sa n dv e h i c l es p e e d 第2 章试验结果与脉冲数互比法设计 3 0 2 重3 0 1 爨3 0 0 墓2 9 9 2 9 8 一 ! j k 卜 一 l r 一一 t l 一，。p ， _ 1 31 61 92 22 52 8 车速m s 图2 - 4 从动轮滚动半径与车速的关系 f i g 2 - 4 r e l a t i o nb e t w e e nr o l l i n gr a d i u sa n dv e h i c l es p e e d 由图2 3 ，图2 - 4 可看出，车轮的滚动半径与车速近似成线性关系，这 与文献 2 7 中的论述相符。 2 1 。4 载荷对车轮滚动半径的影响 车速分别按1 6 6 7m s 和2 7 7 8r n s 两组进行试验，得出车速为1 6 6 7m s 时车轮的滚动半径与载荷的关系如图2 5 所示，车速为2 7 7 8m s 时车轮的 滚动半径与载荷的关系如图2 - 6 所示。 暑2 9 9 董2 9 8 羔2 9 7 铡2 9 6 e 2 9 9 童2 9 8 慧2 9 7 蟋2 9 6 2 93 】3 3353 73 929313 33 53 73 9 载荷k n载荷k n 图2 - 5 滚动半径与载荷的关系图2 - 6 滚动半径与载荷的关系 f i g 2 - 5 r e l a t i o nb e t w e e nr o l l i n gr a d i u s r i g 2 - 6r e l a t i o nb e t w e e nr o l l i n gr a d i u s a n dl o a d a n dl o a d 由图2 - 5 ，图2 - 6 可看出，车轮的滚动半径随载荷的增大略有减小，但 变化不大。车速1 6 6 7m s 时，载荷每增加约1 0 0 0n ，轮胎滚动半径约减小 0 1m l n ，车速2 7 7 8m s 时，载荷每增加约1 0 0 0n ，轮胎滚动半径约减小 0 0 lr n l r l 。轿车轮胎的载荷变化范围最大为1 0 0 0n ，对1 0 0 0n 载荷变化， 轮胎滚动半径变化不大。车速越大，载荷对车轮半径的影响越小。 燕山大学工学硕士学位论文 2 1 5 气压对车轮滚动半径的影响 车速分别按1 6 6 7m s 和2 7 7 8m s 两组进行试验，得出车速为1 6 6 7m s 时，车轮滚动半径与气压的关系如图2 7 所示；车速为2 7 7 8m s 时，车轮 滚动半径与气压的关系如图2 - 8 所示。 3 0 1 童z 9 9 慧2 9 7 懊f 2 9 5 0 10 1 50 20 2 5 0 3 0 3 5 0 404 50 5 气压f m p a 图2 7 车速为1 6 6 7r d s 时，滚动半径与气压的关系 f i g 2 7 r e l a t i o nb e t w e e nr o l l i n gr a d i u sa n da i rp r e s s u l ea tt h es p e e do f1 6 6 7m s 3 0 l 妻：9 9 甚2 9 7 镪2 9 5 l j|j4 r i 十1 t 十ol l ，一- - - 7 _ t 0 10 1 5 0 20 2 50 30 3 50 40 4 5 0 5 气压m p a 图2 - 8 车速为2 7 7 8 m s 时，滚动半径与气压的关系 f i g 2 8 r e l a t i o n b e t w e e nr o l l i n gr a d i u sa n d a i r p r e s s u r ea t t h es p e e d o f 2 7 7 8 m s 由图2 7 看出，车速1 6 6 7m s 时，车轮的滚动半径与轮胎气压成较好 的线性关系，线性拟合方程为： 扎= 1 0 2 9 3 p + 2 9 4 9 5 ( 2 - 2 ) 式中r r _ 车轮的滚动半径( 衄n ) p 轮胎气压( m p a ) 由图2 墙看出，车速2 7 7 8m s 时，车轮的滚动半径与轮胎气压也成较 好的线性关系，线性拟合方程为： 1 0 第2 章试验结果与脉冲数互比法设计 = l1 2 8 7 p + 2 9 4 5 7( 2 3 ) 式中 r 厂一车轮的滚动半径( 删m ) p 轮胎气压( m p 曲 2 1 6 车轮滚动半径的试验结果分析 由车轮滚动半径的试验及总结文献 3 4 ，3 5 】后得出以下结论： ( 1 ) 车速增大时，车轮滚动半径随之增大，且近似成线性变化关系【2 7 】。 ( 2 ) j e 常的载荷范围内，车轮的滚动半径基本上不受载荷的影响 3 6 , 3 7 j 。 ( 3 ) 轮胎气压增大时，车轮滚动半径随之增大，且近似成线性变化关系。 ( 4 ) 在试验中，没有进行磨损状态对轮胎滚动半径影响的试验。 2 2 脉冲数相对差值的影响因素分析 2 2 1 脉冲数互比法的含义 脉冲数是指轮速传感器在一个采样周期内记录的脉冲数。脉冲数互比 法就是将四个轮速传感器在同一采样周期内记录的脉冲数进行相互比较， 从中得出各轮胎气压的关系。由于各轮的脉冲数受很多因素的影响，要从 脉冲数的比较中得出气压的关系，必须首先分析所有影响脉冲数互比的因 素，从中找出规律。然后利用已求出的规律，在脉冲数互比中，消除非气 压因素的影响。最后，根据各轮脉冲数差值的大小，来判断是否存在气压 异常现象。 虽然所有采样周期时间长度相同，但是由于车速的不同，汽车行驶距 离不同，各个采样周期内得到的脉冲数差别很大，比较各轮的绝对脉冲数 没有意义。但是，只要汽车的工况一定，各脉冲数的相对关系就确定了， 各脉冲数之间的相对差值就确定了。 在本文中，相对差值的计算是这样的，设有两个数a 、b ，它们的相对 差值g 是： g = 2 ( a b ) f ( a + 6 ) ( 2 - 4 ) 再将g 转化成百分比或千分比。 在本章中，主要研究脉冲数相对差值与各因素的关系。 燕山大学工学硕士学位论文 2 2 2 轮速传感器脉冲数的影响因素 在相同的行驶距离内，轮速传感器的脉冲数与车轮转动的圈数成正比， 与车轮的滚动半径成反比。同影响车轮滚动半径的因素一样，影响轮速传 感器脉冲数的因素有：车速、载荷、气压、驱从动轮和轮胎的磨损状况等。 车速越高。车轮的滚动半径越大，在相同的行驶距离内，车轮转动的圈数 减少，脉冲数减少。对s o n a t a 车型1 8 5 7 0 r 1 48 8 t 型轮胎，试验表明 在相同的距离内，车速每增加1m s ，脉冲数约减少万分之四。 轿车轮胎上的载荷变化不大。在轿车轮胎正常的载荷变化范围内，在 相同的行驶距离内，轮胎的载荷增加，脉冲数略有减少。但是随着车速增 大，载荷变化对脉冲数的影响会越来越小。 轮胎气压增大，车轮的滚动半径增大，在相同的行驶距离内，脉冲数 减少。试验表明，轮胎气压每增大0 1m p a ，在相同的行驶距离内，脉冲数 约减少3 7 7 o 。 轮胎的磨损是一个渐进的过程，对汽车上某一固定轮胎在同一时期， 在同一路况下，在相同的行驶距离内，轮速传感器发出的脉冲数只与车速、 载荷和气压有关。 在相同的时间内，在平直的路面上，四轮胎的行驶距离是一样的，但 四轮速传感器发出的脉冲数是不同的。脉冲数互比法首先就是要分别找出 影响脉冲数相对差值的各因素，得出影响关系式。四个轮胎位置一定，脉 冲数相对差值的影响因素有车速、载荷、气压、轮胎的磨损状况、弯道、 汽车急加速引起的驱动轮滑转和制动引起的制动滑移等。 2 2 3 车速的影响 车速增加，四车轮的速度同时增加，应该说车速对脉冲数的相对差值 没有影响。但是随着车速增大，汽车所需的驱动力增大，由此引起驱动轮 的滑转率增大，驱动轮的脉冲数相对增多，驱从动轮脉冲数的相对差值增 大。表2 1 是试验得出了1 8 5 7 0 r 1 48 8 t 型轮胎在正常的路况下，左右轮 脉冲数的相对差值及驱从动轮脉冲数的相对差值与车速的关系，每次试验 第2 章试验结果与脉冲数互比法设计 汽车的行驶距离不同，但是四个轮速传感器同步计数。 表2 - 1 中，第1 9 组数据是汽车往返方向试验得到的数据，这样可以 消除弯道的影响，所以左右轮脉冲数的相对差值不大。第1 0 组数据是在高 速公路上单向测得数据，由于弯道的影响，左右轮脉冲数差别较大。 表2 - 1 脉冲数相对差值与车速的关系 t a b l e2 - 1 r e l a t i o nb e t w e e nr d a t i v ed i f f e r e n c eo f p u l s e sa n ds p e e d 组车速两左轮总两右轮总左右轮相对驱动轮总从动轮总驱从动轮榻 别( 1 t l ，s )脉冲数脉冲数差值( )脉冲数脉冲数对差值( ) l1 3 8 91 7 3 7 31 7 3 8 00 4 0 31 7 3 7 91 7 3 7 40 2 8 8 21 6 6 71 7 2 7 81 7 2 8 10 1 7 41 7 2 7 31 7 2 8 60 7 5 2 3 1 9 4 4 1 2 9 3 51 2 9 4 50 7 7 31 2 9 3 21 2 9 4 8 i 2 4 42 2 2 21 4 5 4 91 4 5 4 40 3 4 41 4 5 3 81 4 5 5 5- 1 1 7 52 5 0 01 6 1 1 91 6 1 2 00 0 6 2 01 6 1 2 l1 6 1 1 80 1 8 6 62 7 7 8 2 1 9 8 1 2 1 9 7 80 1 3 62 1 9 7 52 1 9 8 4- 0 4 0 9 73 0 5 61 6 7 9 71 6 7 9 8- o 0 5 9 51 6 7 9 31 6 8 0 20 5 3 6 83 3 3 32 0 2 3 92 0 2 3 40 2 5 02 0 2 3 02 0 2 4 3- 0 5 4 4 93 6 1 l2 5 5 7 62 5 5 7 00 2 3 52 5 5 8 02 5 5 6 60 5 4 7 1 03 8 8 92 3 1 8 12 3 1 5 41 1 72 3 1 7 72 3 1 5 80 8 2 0 从表2 - 1 中得出： ( 1 ) 平直路面上，左右轮脉冲数的相对差值随车速的变化很小。 ( 2 ) 前后轮脉冲数的相对差值随车速变化较大，随着车速的提高，这种 差值会逐渐变大。车速超过3 8 8 9m s 时，前后轮脉冲数的相对差别会变的 更大。 ( 3 ) 弯道时，左右轮脉冲数的相对差值变大。 2 2 4 载荷的影响 轿车轮胎载荷的相对变化不大，前轮的载荷变化小。汽车载荷的变化 主要集中在后轮。四轮胎间载荷的变化有两种情况： ( 1 ) 四轮同时加载，加载的大小几乎相等，如前排坐人，前后轮加载大 约相等。 ( 2 ) 载荷主要加在后轮，前轮载苟变化小。如后排坐凡后备箱载货等。 后排坐人，载荷约8 0 n 在后轮；后备箱载货，后轮加载约是货物重量的 燕山大学工学硕士学位论文 1 4 倍，相应前轮的载荷减少。 四轮间载荷的变化将引起各轮脉冲数相对差值的变化。 表2 - 2 是试验得出的1 8 5 7 0 r 1 48 8 t 型轮胎在正常的路况下，前后前 后轮脉冲数的差值与载荷差值的关系。 表2 - 2 脉冲数相对差值与载荷差值的关系 t a b l e2 - 2r e l a t i o nb 就w e e nr e l a t i v ed i f f e r e n c eo fp u l s e sa n dl o a dd i f f e r e n c e 组车速前轴载荷后轴载荷前后轴载荷前轮总后轮总前后轮脉冲数 别( m s )( n )差值( n )脉冲数脉冲数相对差值( ) 17 9 2 65 9 3 51 9 9 14 2 7 3 34 2 5 9 83 1 6 27 9 9 56 4 0 61 5 8 91 4 1 1 51 4 0 6 4 3 6 2 31 6 6 78 0 9 36 8 9 61 1 9 72 8 5 3 82 8 4 5 32 9 8 4 8 1 7 27 2 1 09 6 22 3 1 6 72 3 0 9 0 3 3 3 57 9 9 57 8 2 81 6 92 8 9 9 92 8 9 2 92 4 2 67 9 2 65 9 3 51 9 9 l2 1 5 3 52 1 4 9 12 0 6 7 7 9 9 5 6 4 0 61 5 8 92 3 6 8 32 3 6 5 81 0 6 82 7 7 88 0 9 36 8 9 61 1 9 72 6 3 9 l2 6 2 9 33 7 2 98 1 7 27 2 l o9 6 21 4 4 2 61 4 3 7 2 3 7 5 1 0 7 9 9 5 7 8 2 8 1 6 9 1 8 3 7 11 8 3 1 23 2 2 从表2 2 中得出： f 1 ) 随着后轮载荷的加大，前后轮间载荷差值在减小，而前后轮间脉冲 数的相对差值却无明显变化。 ( 2 ) 随着车速的提高，载荷的变化对脉冲数相对差值的影响越来越小， 甚至可以忽略不计。 ( 3 ) 在计算影响脉冲数相对差值的因素中，载荷的变化可不考虑。 2 2 5 气压羞的影响 四只轮胎间气压的变化，将引起各轮滚动半径的变化，在相同的行驶 时间内，各轮脉冲数的相对差值将发生变化。某个轮胎气压变低，其脉冲 数相对增多。 表2 3 是试验得出的1 8 5 7 0 r 1 48 8 t 型轮胎在正常的路况下，前后轮 脉冲数的相对差值与气压差值的关系。试验中，脉冲总数是在同一路段往 返行驶得到的，基本上消除了弯道的影响。 1 4 笙! 兰苎丝堕墨兰壁i 主墼兰些生堡盐 表2 - 3 脉冲数相对差值与气压差值的关系 t a b l e2 - 3r e l a t i o nb e t w e e nr e l a t i v ed i f f e r e n c eo f p u l s e sa n da i rp r e s s u r ed i f f e r e n c e 组车速前胎气压后胎气压前后胎气压 前轮总 后轮总 前后轮脉冲数 别 ( m s )r m c a )( m p a ) 差( m p a ) 脉冲数脉冲数相对差值( 1 lo 1 0 0o 1 8 01 8 9 5 31 9 0 1 3- 3 1 6 2 0 1 2 50 1 5 51 8 1 7 41 8 2 1 2- 2 0 9 30 1 5 00 1 3 01 8 4 7 418 4 9 1- 0 9 2 0 401 7 50 1 0 51 8 2 7 71 8 2 6 70 5 4 7 5 02 0 00 0 8 01 9 1 4 l1 9 j 2 70 7 3 2 60 2 2 50 0 5 51 3 6 4 7i 3 6 2 01 9 8 7 0 2 5 00 0 3 01 4 0 9 11 4 0 5 32 7 0 g0 2 7 5o 0 0 51 8 3 2 91 8 2 6 03 7 7 9 1 6 6 7 0 2 鲫0 3 0 0- 0 0 2 01 4 9 0 71 4 8 l l4 2 4 1 0 0 3 2 5- 0 0 4 5 l3 】8 3 1 8 0 3 35 5 】 l l0 3 5 00 0 7 01 7 9 7 01 7 8 5 46 4 8 1 20 3 7 50 0 9 51 7 7 7 21 7 6 3 87 5 7 1 30 4 0 00 1 2 01 7 7 5 11 7 6 0 08 5 4 1 40 4 2 5- 0 1 4 51 8 2 2 21 8 0 5 69 1 5 1 50 4 5 0- o 1 7 01 3 4 7 41 3 3 “9 6 9 1 6 0 ，4 7 5 0 1 9 51 8 0 3 01 7 8 3 31 0 9 8 1 70 5 0 00 2 2 01 8 7 5 21 8 5 3 41 1 8 0 1 801 0 00 1 8 01 9 9 3 01 9 9 7 52 2 5 1 9o 1 2 50 1 5 5】8 6 9 31 8 7 7 l- 0 9 6 2 2 001 5 00 1 3 01 5 5 0 71 5 5 1 00 1 9 3 2 l0 1 7 50 1 0 51 3 6 4 51 3 6 3 10 9 0 3 2 20 2 加o 0 8 018 0 3 51 7 9 9 92 0 0 2 3 0 2 2 50 ，0 5 5 18 4 3 21 8 3 7 33 2 l 2 40 2 5 00 0 3 01 8 4 0 61 8 3 3 43 9 2 2 50 2 7 500 0 5 8 0 6 41 7 9 8 04 6 6 2 62 7 7 8o 2 3 00 3 0 0o 0 2 01 7 9 4 81 7 8 4 45 9 1 2 70 3 2 50 0 4 51 8 0 0 71 7 8 8 56 8 0 2 80 ，3 5 000 7 01 8 2 4 7 1 8 1 0 67 7 6 2 903 7 50 0 9 51 7 9 2 81 7 7 7 08 8 5 3 00 4 0 00 1 2 01 7 6 2 31 7 4 7 3 8 5 5 3 i 0 4 2 5 0 1 4 5i 8 5 2 41 8 3 4 39 8 2 3 20 4 5 00 1 7 01 8 3 3 61 8 1 4 81 03 1 3 30 ，4 7