Research and Optimization on Influencing Factors on Indirect Tire Pressure Monitoring in High Speed Driving Conditions

Peng Jiageng, Wang Yudai, Han Zongqi, Wang Zhen

1

脉冲比较法的理论基础为三均值比较法，将 个采样周

3

期中某车轮的标准脉冲数与其他 个车轮标准脉冲数

3平均值进行比较[7]。除第i轮外的其他 个轮胎的标准脉冲数平均值为：

13Σ

4 S--N- SN ， j i = ≠ i, = 1,2,3,4

=1式中， SNi为对应车轮的传感器脉冲数统计值。每个车轮的三均值脉冲差为：

ΔSN =| - = 1,2,3,4 2） SN S--N- ， i

（

ΔSN

越大，该轮的气压异常程度越高，从而可实现轮胎气压异常的判断[8]。

TPMS

在实际应用中，车辆高速行驶时， 监测结果波动较大，具体表现为：前轮轻度缺气易判定为气压不足，而后轮气压不足易判定为气压正常。对不同行驶

4 ΔSN

速度下单轮缺气时 个车轮的 进行统计，结果如

1

图 所示。1） （

其中，后轴的垂向载荷Fzr为：

= F Gna + Faerol - FLla L式中， G为车辆的重力； na为车辆重心至前轴的距离；为轴距； la为风圧中心至前轴的距离；为风圧中心至地lz面的距离； FL =( GL ρv2S)/ 2

为空气升力； GL为升力系数。由车辆垂向力平衡可得到前轴的垂向载荷Fzf为： - na)- Faerol - FL( - la) G( L L

= 7）

（

L

高速工况下汽车受到的阻力加大，驱动轮需要更大的驱动力，导致其滑转率增大[12]，因此，在行驶距离相同时，驱动轮转过的圈数增加，导致滚动半径变小。

4

TPMS制动过程的持续时间短暂，在 监测过程中舍弃制动过程，仅对驱动工况进行研究。因此纵向力分析用于计算驱动轮、从动轮的滑转率，垂向力分析则用于观察轮胎滚动半径的真实变化情况。

4.1

F

轮胎受力特性分析轮胎模型的选择

在轮胎建模领域，研究者们进行了大量的探索，目前主要建立了经验模型和物理模型两大类模型[13]。

Pacejka

等提出的魔术公式[14- 15]、郭孔辉院士提出的幂指数统一模型[16]属于半经验公式，并广泛应用于轮胎仿真领域，且在纵向与侧向力联合工况下具有很好的效果[17]，但该类模型需要大量的试验数据，参数较多。

TPMS，

对于 主要分析其驱动过程中的纵向运动受力，因此本文选用更加简化的刷子模型。

刷子模型作为一个简化物理模型，将轮胎看作由连接在刚性基座（轮缘）上的一系列可以产生伸缩变形的弹性刷毛组成，这些刷毛则承受垂向载荷以及轮胎受到的纵向力和侧向力。

2a，

轮胎接地区域长度为 当车轮滚动速度大于车轮平均移动速度时，刷毛接地端有“粘附于路面”的趋势，从而使刷毛单元产生形变，其两端产生速度差，如

3 r≫

图 所示。假设车轮半径远大于接地区域长度，即 a，

A-A′

且刷毛单元足够小，以刷毛单元 为例，相对于车轮

A′中心，单元上端点A以速度ωr向后运动，下端点 因地面附着作用以速度u运动，则刷毛单元沿x方向的纵向

ξ=(ωr- u) Δt

形变为 。若以刷毛单元所处位置为自变量，则有：

- Δx 8） =( - Δx

ξ ωr u) Δt Δx =(

ωr u)

（

ωr

Δx= a- Δt

式中， x为带束层宽度； 为时间变化量； x为刷毛单元相对于带束层离开接地点的距离。

μλ∫-

= - x2) dx +

a2 cex s( x - dx

a)

-

= 13 3a - d)+ 21 2a -

2

μλd2( μλd( d)

4得到滑转率曲线和纵向力曲线如图 所示。- 15） （

式中， a1、a2、a3为待定系数，通过插值拟合得到。得到其拟合方程为= 0.011 27x2 + 0.024 36 - 0.010 83 s x x ，其中x=Fx/ 1 000， 5

模型结果与拟合结果如图 所示。

9

一段实际驾驶数据为例，分离结果如图 所示，其中as= 0.2 m/s2

。

5.2.2

基于车速求解驱动轮滑转率对于达到截止条件的Ni，其对应的车速为Vi，联立

4） 16），

式（ 、式（ 可得：

2

= a1 1 000 + 1 000 +

s Faero a2 Faero a3

23

= a1C1V + a2C2V + a3C3V

4

2 c ρs c ρs 3 c ρs式中， C1 =

、C2 = 2 000

2 000、C3 = 2 000

程系数，均由车辆的固有结构决定。

5.2.3 TPMS

基于滑转率求解 参数

9）

由式（ 的滑转率定义，在车辆实际行驶中，从动轮

TPMS

接近自由滚动，且间接式 求解的是相对关系，将其作为车速参考，滑转率公式变形为：

= -= 22） s ωr u ωFrF - ωRrR = ωF - ωR ωr ωFrF ωF （式中， ωF、ωR分别为驱动轮、从动轮角速度； rF、rR分别为驱动轮、从动轮半径。其中，以左前轮为例，在实际应用中，车轮角速度为ω1= 2πn1/ n0T，

其中n0为车轮旋转一周的脉冲数， T为轮速计数周期[19]，因此得到轮速传感器信号同滑转率的关系为：

= 23） s nF - nR

（

nF 3

Faero 1 000 21） （

为过

准气压。在正常自由驾驶过程中，按照本文中轮速信号的分离与重构对轮速信号进行过滤，将筛选后的数据用TPMS

于 系统的运算。试验中采集车辆几种匀速工况与驱动轮、从动轮间的1 Nmax= 5 000轮速信号差异[20]，如表 所示，其截止条件为 。

表 试验车辆数据记录

胎纵向刚度、滑转率和驱动状态的分析建立了轮速信号补偿方程，并对提出的轮速信号补偿方法进行了验证，

TPMS结果表明，该方法在高速工况下能够有效估计 参数补偿量的变化。

参考文献