劉濤，田野，馬永志,2*

（1.青島大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，山東 青島 266071； 2.電動(dòng)車輛智能化動(dòng)力集成國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心（青島），山東 青島 266071）

前言

輪胎胎壓低于或高于正常輪胎壓力值范圍時(shí)會(huì)導(dǎo)致車輛行駛過(guò)程當(dāng)中輪胎發(fā)生爆胎問(wèn)題，引起交通事故，造成嚴(yán)重的后果。由于自然滲透作用，輪胎不免會(huì)存在胎壓時(shí)刻降低的趨勢(shì)，并且存在著其它外界破壞因素，會(huì)導(dǎo)致胎壓不能一直穩(wěn)定在一定程度[1]。為了能夠確保車輛行駛當(dāng)中輪胎的正常運(yùn)行，降低交通事故發(fā)生率，研制一種可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎狀態(tài)并且能夠及時(shí)向駕駛員進(jìn)行警報(bào)反饋的系統(tǒng)顯得尤為必要。此系統(tǒng)能夠在輪胎氣壓處于非安全范圍時(shí)，引發(fā)燈光警報(bào)和語(yǔ)音警報(bào)來(lái)提醒車內(nèi)所有成員，根據(jù)北斗云計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行故障分析，駕駛員可根據(jù)故障分析對(duì)車輛進(jìn)行臨時(shí)的維護(hù)措施。

輪胎內(nèi)置無(wú)線射頻識(shí)別，簡(jiǎn)稱RFID，俗稱電子標(biāo)簽。RFID 可以輕松地將輪胎型號(hào)、規(guī)格、花紋等信息寫入輪胎內(nèi)置芯片[2]，也能夠?qū)鞲衅魉占降男畔鬟f給接收器。車輛信息采集模塊又包括信息采集器、接收器、發(fā)射器[3]，發(fā)射器將采集器的信息發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)終端；網(wǎng)絡(luò)終端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析和發(fā)送，向北斗云計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程通信；本文便是基于北斗云計(jì)算技術(shù)，將行駛過(guò)程中有胎壓、胎溫、加速度變化信息、關(guān)鍵部位的輪胎磨損情況以及輪胎動(dòng)平衡數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，建立起一個(gè)實(shí)時(shí)汽車輪胎自動(dòng)檢測(cè)信息的北斗云計(jì)算平臺(tái)。

1 輪胎檢測(cè)系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)

1.1 現(xiàn)有輪胎檢測(cè)系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)

從TPMS 的產(chǎn)品分類來(lái)看，主要分為間接式TPMS 與直接式TPMS 兩種分類[4]，間接式TPMS：間接式TPMS（Wheel- Speed Based TPMS）是指通過(guò)汽車ABS 系統(tǒng)的輪速傳感器來(lái)比較輪胎之間的轉(zhuǎn)速差別，以達(dá)到監(jiān)視胎壓的目的。直接式TPMS：直接式TPMS（Pressure-Sensor Based TPMS）則是利用安裝在每一個(gè)輪胎里的壓力傳感器來(lái)直接測(cè)量輪胎的氣壓，并傳輸有關(guān)數(shù)據(jù)[5]。TPMS 系統(tǒng)主要由兩個(gè)部分構(gòu)成：信號(hào)處理模塊和中央監(jiān)視器模塊。信號(hào)采集模塊安裝輪胎內(nèi)部，主要監(jiān)測(cè)輪胎內(nèi)部的溫度信息和壓力信息，這些輪胎信息經(jīng)過(guò)微處理器的分析和整理由發(fā)射器通過(guò)無(wú)線電波發(fā)送到中央監(jiān)測(cè)模塊，中央監(jiān)視器將接收過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行顯示，供駕駛員參考。當(dāng)顯示數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，中央監(jiān)視器會(huì)根據(jù)狀況發(fā)出對(duì)應(yīng)的報(bào)警信號(hào)，提醒駕駛員，以便于采取必要的措施。

1.2 輪胎自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)

TPMS 一共由兩個(gè)功能模塊組成：信號(hào)處理模塊、中央監(jiān)視器模塊[6]。如圖1 所示為TPMS 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，信號(hào)處理模塊監(jiān)測(cè)各個(gè)輪胎的狀態(tài)并將輪胎參數(shù)信息通過(guò)無(wú)線電波發(fā)送至中央監(jiān)視器；中央監(jiān)視模塊將接收到的輪胎信息收集并處理，一同發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)終端等待進(jìn)一步處理。

圖1 輪胎監(jiān)測(cè)壓力總框圖

圖2 北斗云計(jì)算平臺(tái)的輪胎自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

結(jié)合北斗云計(jì)算平臺(tái)的輪胎自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)是在目前智能輪胎監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，主要以下由以下五部分組成：車輛信息采集模塊、網(wǎng)絡(luò)終端、北斗云計(jì)算平臺(tái)、報(bào)警與信息顯示模塊、救助模塊組成，具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其關(guān)系如圖2 所示。

車輛信息采集系統(tǒng)包括采集模塊、微處理器、發(fā)射器、接收器，發(fā)射器用于將微處理器分析后的信息發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)終端，該網(wǎng)絡(luò)終端接收和存儲(chǔ)采集模塊的信息并將該信息發(fā)送至北斗云計(jì)算中心。網(wǎng)絡(luò)終端優(yōu)選為手機(jī)等可移動(dòng)設(shè)備，以便于隨時(shí)了解輪胎狀況。網(wǎng)絡(luò)終端與接收器之間通過(guò)藍(lán)牙通信，接收器與發(fā)射器之間優(yōu)選通過(guò)低頻或射頻通信。采集模塊還用在于采集輪胎磨損、環(huán)境溫度、大氣壓、車輛位置和海拔信息。本系統(tǒng)通過(guò)北斗云中的大量輪胎事故狀態(tài)參數(shù)分析，提前預(yù)知危險(xiǎn)。通過(guò)大量的特征采集和對(duì)比，可以明顯的獲得輪胎出現(xiàn)漏氣或者空洞爆炸時(shí)的輪胎氣壓、胎溫、加速度等數(shù)據(jù)，通過(guò)提取這些數(shù)據(jù)的共同特征，能夠在遠(yuǎn)程監(jiān)控這些特征的出現(xiàn)，在問(wèn)題出現(xiàn)前就報(bào)警。

2 輪胎自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

如圖3 所示，北斗云計(jì)算輪胎自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)具有歷程追溯功能、危險(xiǎn)預(yù)測(cè)功能、報(bào)警功能、救助功能。

圖3 北斗云計(jì)算輪胎自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)功能

2.1 歷程追溯功能

每個(gè)輪胎具有獨(dú)立的ID 編碼，人機(jī)接口處可以對(duì)輪胎ID 進(jìn)行識(shí)別，讀取輪胎的歷史數(shù)據(jù)，追溯輪胎生命周期內(nèi)的使用信息，可調(diào)取的輪胎資料主要包括四個(gè)部分：（1）輪胎的生產(chǎn)資料，通常包括輪胎生產(chǎn)時(shí)間、生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)序列號(hào)、胎寬、扁平比、最大載重指數(shù)等；（2）輪胎的使用信息，包括歷次行車時(shí)輪胎的溫度、內(nèi)部壓力、速度變化、磨損程度、行車距離等數(shù)據(jù)；（3）輪胎報(bào)廢資料，包括報(bào)廢時(shí)間、報(bào)廢具體原因和報(bào)廢后的去處。以上所有信息均通過(guò)網(wǎng)絡(luò)終端進(jìn)行顯示，以便于用戶需要。

2.2 危險(xiǎn)預(yù)測(cè)功能

手機(jī)作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端十分便利，它具有可移動(dòng)性和數(shù)據(jù)處理功能，同時(shí)它還可以作為一個(gè)很好的接收器，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接北斗云計(jì)算平臺(tái)，結(jié)合北斗云數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中的車胎爆炸前的參數(shù)信息，提取特征參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)參數(shù)達(dá)到爆炸前的閾值時(shí)，及時(shí)向網(wǎng)絡(luò)終端發(fā)送預(yù)警信息。

2.3 報(bào)警功能

結(jié)合北斗云計(jì)算平臺(tái)的輪胎自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)具有功能更加強(qiáng)大的報(bào)警系統(tǒng)，比如維修輪胎時(shí)，輪胎胎壓沒(méi)有充到足夠氣壓時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲光警報(bào)。車輛在行駛過(guò)程當(dāng)中胎壓、胎溫等數(shù)據(jù)超出系統(tǒng)所設(shè)定的安全參數(shù)范圍值后，系統(tǒng)會(huì)借助北斗云計(jì)算平臺(tái)分析輪胎故障并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)終端引起報(bào)警模塊響應(yīng)，通過(guò)聲光警報(bào)告知駕駛員，以便于提前做出正確措施，防患于未然。

2.4 救助功能

輪胎監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具備強(qiáng)大的救助功能，將輪胎狀態(tài)實(shí)時(shí)與北斗云計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，在用戶開(kāi)放權(quán)限的情況下，可以向救助中心或者是附近擁有同系統(tǒng)的用戶進(jìn)行反饋具體狀況，等待及時(shí)的救援，救助中心也可以對(duì)故障車輛做出應(yīng)急方案，引導(dǎo)故障車輛做出有利于救援的措施。

3 創(chuàng)新性

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎狀態(tài)，記錄和共享輪胎實(shí)時(shí)信息，對(duì)輪胎生命周期內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，以便于查詢輪胎歷史信息。

（2）輪胎自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)強(qiáng)大的預(yù)測(cè)功能，最大限度降低了汽車輪胎可能會(huì)出現(xiàn)的危險(xiǎn)性，將可能會(huì)發(fā)生意外事故的風(fēng)險(xiǎn)性降到最低。

（3）個(gè)人手機(jī)、北斗云計(jì)算平臺(tái)的應(yīng)用，可以根據(jù)路況信息、海拔信息等可隨時(shí)向用戶提供注意事項(xiàng)或是處理方案。

（4）輪胎自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)擁有強(qiáng)大的救助系統(tǒng)，可以查詢附近擁有同系統(tǒng)的車輛，并且將自身故障第一時(shí)間傳遞給救助中心，讓救助工作變得更快捷、精確。

4 結(jié)論

本文提出了一種北斗云計(jì)算輪胎自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)安 放在輪胎內(nèi)部的溫度和壓力傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)胎壓和輪胎內(nèi)部壓力信息，微處理器對(duì)這些信息進(jìn)行初步分析和整理，由發(fā)射器將處理后的信息發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)終端，網(wǎng)絡(luò)終端利用互聯(lián)網(wǎng)與北斗云計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，北斗云計(jì)算平臺(tái)將接收到的實(shí)時(shí)信號(hào)與數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部的輪胎爆胎前的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比、分析，得出結(jié)果向網(wǎng)絡(luò)終端反饋，當(dāng)反饋結(jié)果沒(méi)有出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)繼續(xù)按原來(lái)狀況運(yùn)行；若反饋結(jié)果異常，則發(fā)送報(bào)警信號(hào)，網(wǎng)絡(luò)終端收到報(bào)警信號(hào)后，立即做出反應(yīng)，將警報(bào)通過(guò)聲光的形式告知駕駛員，同時(shí)在用戶開(kāi)設(shè)權(quán)限的情況下，救助中心同時(shí)也會(huì)收到報(bào)警信號(hào)，遠(yuǎn)程分析故障問(wèn)題，指導(dǎo)駕駛員做出正確合理的措施，必要時(shí)對(duì)出動(dòng)應(yīng)急小組進(jìn)行援助。北斗云計(jì)算平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)海量輪胎信息的管理、存儲(chǔ)、計(jì)算與分析，分析預(yù)測(cè)輪胎參數(shù)變化情況，由此盡可能降低意外事故發(fā)生的可能性。結(jié)合我國(guó)自主研發(fā)的北斗云系統(tǒng)，該輪胎自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)市場(chǎng)前景廣闊，可廣泛應(yīng)用于輪胎制造、汽車制造、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)。