王寶琳,夏懷成,董倩倩
(燕山大學(xué) 車輛與能源學(xué)院,秦皇島 066004,中國(guó))
輪胎有承受車輛的質(zhì)量、傳遞力和力矩,吸收和緩和車輛行駛時(shí)所受到的沖擊和振動(dòng)的作用[1]。胎壓作為影響輪胎狀態(tài)的關(guān)鍵因素,對(duì)于車輛的安全性、穩(wěn)定性和燃油經(jīng)濟(jì)性都具有十分重要的作用。目前,胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為保障輪胎氣壓處于正常范圍、使車輪處于良好工作狀態(tài)的最有效技術(shù),已經(jīng)成為中國(guó)乘用車的強(qiáng)制性安全保障系統(tǒng)[2]。
相較于直接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng),間接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)需增加胎壓傳感器等硬件設(shè)備,具有使用壽命同車、成本低的優(yōu)點(diǎn);因此,間接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)受到越來(lái)越多汽車制造廠商的青睞。不過由于轉(zhuǎn)彎工況對(duì)于車輪脈沖數(shù)的影響較為復(fù)雜,進(jìn)而會(huì)影響間接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的胎壓監(jiān)測(cè)精度。應(yīng)用間接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的車企一般選擇不監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)的胎壓。這樣雖然能滿足汽車大部分行駛工況下胎壓監(jiān)測(cè)的要求,但是這種做法顯然存在極大的安全隱患,尤其是在高速公路、高架橋的進(jìn)出口,山區(qū)道路等還會(huì)存在幾百m到幾千m的弧形彎道;因此有必要對(duì)轉(zhuǎn)彎工況下的間接式胎壓監(jiān)測(cè)算法進(jìn)行優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)胎壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),提高汽車行駛時(shí)的安全性。
燕山大學(xué)韓宗奇等推導(dǎo)出由各輪標(biāo)準(zhǔn)脈沖數(shù)相對(duì)差值計(jì)算各車輪轉(zhuǎn)彎半徑的計(jì)算公式,用計(jì)算的轉(zhuǎn)彎半徑對(duì)各車輪行駛的距離進(jìn)行修正[3]。
本文在以脈沖法為原理的間接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上分析車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)影響脈沖差的因素,證明了方向盤轉(zhuǎn)角與內(nèi)外側(cè)車輪脈沖差滿足一定的非線性關(guān)系,提出反向傳播(back propagation, BP)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練法對(duì)脈沖差進(jìn)行修正。
基于脈沖法的間接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理如圖1所示。
輪胎缺氣時(shí)滾動(dòng)半徑變小,在汽車行駛了相同的距離后,缺氣車輪滾動(dòng)的圈數(shù)增加,與缺氣車輪同步旋轉(zhuǎn)的輪速傳感器齒盤轉(zhuǎn)過的齒數(shù)相應(yīng)增加,輪速傳感器采集的脈沖數(shù)相應(yīng)增加。通過獲取輪速傳感器采集的4輪脈沖數(shù),利用三均值比較法分別計(jì)算4輪的三均值脈沖差,并通過實(shí)車道路試驗(yàn)標(biāo)定出閾值,即可對(duì)輪胎進(jìn)行胎壓狀態(tài)判斷[4-5]。若利用三均值比較法計(jì)算出的三均值脈沖差ΔNi不超過閾值α,則判斷胎壓正常,否則,判斷胎壓異常[6]。
第i車輪的三均值脈沖差為式中:Ni為第i車輪的脈沖數(shù);Nj為除第i車輪外的其他車輪的脈沖數(shù)。
顯然,除了輪胎胎壓外,汽車轉(zhuǎn)彎工況下內(nèi)外側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速差是影響車輪脈沖數(shù)的重要因素,即使是小角度的轉(zhuǎn)彎,經(jīng)過脈沖數(shù)的累積,所造成的汽車內(nèi)外側(cè)車輪脈沖數(shù)的差異,亦會(huì)使間接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生誤報(bào)警,具體表現(xiàn)為:汽車進(jìn)行轉(zhuǎn)彎行駛時(shí),正常胎壓下的外側(cè)車輪常常被誤判為缺氣。
由于受輪胎磨損因素的影響,汽車4輪即使在胎壓相同的情況下,滾動(dòng)半徑也并不完全相等,這就使得即使在行駛了相同的距離后,4輪的原始脈沖數(shù)也并不相等。所以有必要在轉(zhuǎn)彎修正前先對(duì)4輪的原始脈沖數(shù)進(jìn)行修正,獲得4輪的標(biāo)準(zhǔn)脈沖數(shù)。
獲得4輪的標(biāo)準(zhǔn)脈沖數(shù)前需要先對(duì)4輪的平均脈沖數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。本文利用實(shí)車道路試驗(yàn)的方法標(biāo)定4輪的平均脈沖數(shù)。試驗(yàn)條件為:汽車在附著因數(shù)良好的水平道路以60 km/h的車速勻速直線行駛,4輪胎壓皆為標(biāo)準(zhǔn)胎壓230 kPa,以左后輪脈沖數(shù)達(dá)到100為一組數(shù)據(jù)采集的截止條件,共獲得6 000組數(shù)據(jù)。
第i車輪的平均脈沖數(shù)為
式中:n為標(biāo)定試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)組數(shù),本文取為6 000。
第i車輪的標(biāo)準(zhǔn)脈沖數(shù)為
經(jīng)過原始脈沖數(shù)修正,汽車在摩擦因數(shù)良好的道路上勻速直線行駛的情況下所獲得的四輪標(biāo)準(zhǔn)脈沖數(shù)皆接近于100,利用標(biāo)準(zhǔn)脈沖數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)彎工況下間接式胎壓監(jiān)測(cè)算法脈沖數(shù)的修正和胎壓判斷即可以消除輪胎磨損對(duì)修正方法精度的影響。由于輪胎磨損量與駕駛?cè)说鸟{駛習(xí)慣與行駛的道路有很大關(guān)系,4輪磨損量不同,而且輪胎磨損量會(huì)隨著汽車的行駛里程而增大。所以,汽車每行駛1萬(wàn) km,則需要重新對(duì)4輪的平均脈沖數(shù)進(jìn)行標(biāo)定以保證轉(zhuǎn)彎修正方法的有效性與胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的精度。在實(shí)際應(yīng)用中,4輪脈沖數(shù)的初次標(biāo)定可以人為控制試驗(yàn)條件獲得,而后續(xù)汽車每行駛1萬(wàn) km后則可以通過獲取汽車控制器局域網(wǎng) (controller area network, CAN) 總線的數(shù)據(jù)進(jìn)行自學(xué)習(xí)標(biāo)定。
若令左前輪為1號(hào)輪,右前輪為2號(hào)輪,左后輪為3號(hào)輪,右后輪為4號(hào)輪;則簡(jiǎn)化的Ackermann轉(zhuǎn)向幾何(Ackermann steering geometry)關(guān)系圖如圖2所示。此時(shí)車輛向左轉(zhuǎn)彎,假設(shè)車輪與車身為剛體,車輪純滾動(dòng),橫向加速度不大,4輪轉(zhuǎn)向半徑滿足Ackermann轉(zhuǎn)向幾何關(guān)系,相交于后軸的延長(zhǎng)線,交點(diǎn)記為O點(diǎn)。
由圖2可知:3號(hào)輪、4號(hào)輪的轉(zhuǎn)彎半徑分別為:
式中:δ1為1號(hào)輪轉(zhuǎn)向角;L為軸距;B為輪距。
當(dāng)車輛正常轉(zhuǎn)彎行駛時(shí),轉(zhuǎn)彎過程中車輪轉(zhuǎn)向角隨駕駛員的意圖而變化,為了方便分析,取車輛左轉(zhuǎn)時(shí)的一小段行駛軌跡進(jìn)行分析,在這一小段行駛軌跡內(nèi),轉(zhuǎn)向中心O點(diǎn)位置不變,車輪轉(zhuǎn)向角不變,轉(zhuǎn)彎半徑不變。以后軸內(nèi)外側(cè)車輪為例,車輛行駛軌跡及局部放大效果如圖3所示。其中:dθ為3號(hào)輪和4號(hào)輪駛過的弧度,dS3、dS4為3號(hào)輪和4號(hào)輪駛過的弧長(zhǎng)。
由圖3所示幾何關(guān)系,有:
由式(5)得
利用車輪脈沖數(shù)和齒盤齒數(shù)的關(guān)系,又可以得到如下計(jì)算公式:
式中:r為車輪滾動(dòng)半徑;Z為與輪速傳感器配套的齒盤轉(zhuǎn)一圈的齒數(shù);Ns3、Ns4為3號(hào)輪、4號(hào)輪的標(biāo)準(zhǔn)脈沖數(shù)。
由式(6)、(9)得
由式(8)、(10)得
3號(hào)輪和4號(hào)輪的脈沖差為
由式(4)、(6)、(9),得
由式(13)、(14)得
式(15)兩邊積分,得
故,可以通過輪距B、軸距L、轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)側(cè)車輪的標(biāo)準(zhǔn)脈沖數(shù)和1號(hào)輪轉(zhuǎn)向角近似求得車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)外側(cè)車輪標(biāo)準(zhǔn)脈沖數(shù)的差值ΔN,外側(cè)車輪標(biāo)準(zhǔn)脈沖數(shù)減去差值ΔN,即可將轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)的脈沖數(shù)修正為等效的直線行駛時(shí)的脈沖數(shù),避免胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在轉(zhuǎn)彎時(shí)的誤報(bào)警。由于輪胎轉(zhuǎn)角傳感器并未在汽車上得到普遍的應(yīng)用,在實(shí)際應(yīng)用的過程中,可以選擇利用方向盤轉(zhuǎn)角來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)彎工況下間接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)脈沖數(shù)的修正。
汽車在轉(zhuǎn)彎行駛時(shí),由于離心力的作用輪胎會(huì)受到作用于輪轂的側(cè)向力Fy,同時(shí)輪胎會(huì)受到地面?zhèn)认蚍醋饔昧?,即?cè)偏力FY的作用[7];由于輪胎是彈性體,輪胎受到的側(cè)向力與側(cè)偏力并不在同一垂直平面內(nèi),而是偏移一定的距離;因此,在側(cè)偏力的作用下,輪胎產(chǎn)生側(cè)偏角α,車輪行駛方向偏離車輪平面。汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)的輪胎側(cè)偏現(xiàn)象如圖4所示。
由圖4可知:輪胎發(fā)生側(cè)偏,汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí),車輪的實(shí)際轉(zhuǎn)角β由方向盤輸入引起的理論轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角σ和輪胎側(cè)偏角α共同決定,即:
由于輪胎側(cè)偏角的存在,轉(zhuǎn)向輪實(shí)際轉(zhuǎn)角會(huì)小于由方向盤輸入引起的理論轉(zhuǎn)角,故而轉(zhuǎn)彎引起的輪胎側(cè)偏會(huì)在一定程度上減小內(nèi)外側(cè)車輪脈沖差。
汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí),車廂會(huì)發(fā)生側(cè)傾,由于側(cè)傾力矩的作用,垂直載荷會(huì)在左、右車輪上重新分配。
將汽車簡(jiǎn)化為工字型車架,并將靜力狀態(tài)下汽車的重力及四輪地面垂直反力作為一個(gè)平衡力系分離出去,只考慮轉(zhuǎn)彎導(dǎo)致的車廂側(cè)傾對(duì)左右側(cè)車輪上垂直載荷重新分配的影響,得到如圖5所示的汽車左轉(zhuǎn)時(shí)簡(jiǎn)化的受力分析模型。車廂的離心力Fsy與前后鉸鏈處的側(cè)向反力Fsyf和Fsyr示意圖如圖6所示。
Fsy由Fsyf和Fsyr所平衡,即:
取后軸為隔離體,進(jìn)行受力分析,如圖7所示。
根據(jù)力矩平衡,有
式中:ΔFZ4為車廂側(cè)傾引起的右后輪垂直載荷增加量;Br為后軸輪距;F’syr為車廂作用于后鉸鏈的作用力;hr為后軸側(cè)傾中心的高度;T’Φr為車廂作用于后懸架的側(cè)傾力矩;hur為后軸非懸掛質(zhì)心的高度。且有:
式中:KΦr為后懸架的側(cè)傾角剛度;Φ為側(cè)傾角。
由式(21) 得:
式中:ΔFZ3為車廂側(cè)傾引起的左后輪垂直載荷減小量。
由式(23)、(24)可知:汽車轉(zhuǎn)彎引起的車廂側(cè)傾會(huì)使外側(cè)車輪的垂直載荷增大,內(nèi)側(cè)車輪的垂直載荷減小,而由于車輪是彈性體,車輪的垂向載荷的增大會(huì)使車輪的滾動(dòng)半徑變小,車輪的垂向載荷的減小會(huì)使車輪的滾動(dòng)半徑增大[8],故而轉(zhuǎn)彎引起的車廂側(cè)傾會(huì)在一定程度上增大內(nèi)外側(cè)車輪脈沖差。
同時(shí),垂直載荷的變化會(huì)對(duì)輪胎的側(cè)偏特性產(chǎn)生影響,具體表現(xiàn)為:在一定的載荷范圍內(nèi),輪胎側(cè)偏剛度隨著垂直載荷的增大而增大[9],輪胎側(cè)偏角相應(yīng)減??;輪胎側(cè)偏剛度隨著垂直載荷的減小而減小,輪胎側(cè)偏角相應(yīng)增大。因此,由車廂側(cè)傾引起的內(nèi)外側(cè)車輪側(cè)偏剛度的變化會(huì)削弱由輪胎側(cè)偏引起的內(nèi)外側(cè)車輪脈沖差減小量。
汽車在轉(zhuǎn)彎行駛時(shí),輪胎側(cè)偏和車廂側(cè)傾程度主要由汽車側(cè)向力決定,在固定轉(zhuǎn)角的情況下,則主要受車速的影響,故而可以通過觀察車速與汽車轉(zhuǎn)向時(shí)內(nèi)外側(cè)車輪脈沖差的關(guān)系來(lái)確定輪胎側(cè)偏和車廂側(cè)傾對(duì)內(nèi)外側(cè)車輪脈沖差的綜合影響效果。
如圖8所示,汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由一系列傳動(dòng)桿件所組成,并安裝有轉(zhuǎn)向減振器。
傳動(dòng)桿件之間的間隙以及桿件由于力矩的作用產(chǎn)生的變形使得方向盤轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角并非是固定的線性關(guān)系,而是呈現(xiàn)出一定的非線性關(guān)系[10]。故而在車速一定的情況下,方向盤轉(zhuǎn)角與內(nèi)外側(cè)車輪脈沖差應(yīng)滿足一定的非線性關(guān)系。
線性回歸是利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的回歸分析,來(lái)確定2種或2種以上變量間相互依賴的定量關(guān)系的一種統(tǒng)計(jì)分析方法[11]。根據(jù)式(16)可知,汽車方向盤轉(zhuǎn)角與后軸內(nèi)外側(cè)車輪脈沖差在將車身與車輪看作剛體且橫向加速度不大的條件下,可以由幾何關(guān)系模型推導(dǎo)出的公式計(jì)算。而汽車實(shí)際行駛過程中,由于彈性元件的作用,方向盤轉(zhuǎn)角與內(nèi)外側(cè)車輪脈沖數(shù)的差值關(guān)系較為復(fù)雜,需要綜合考慮輪胎側(cè)偏,車廂側(cè)傾和轉(zhuǎn)向系變形的影響。
為驗(yàn)證上述推論,本文以后軸內(nèi)外側(cè)車輪脈沖差為例,利用線性回歸對(duì)實(shí)車道路試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,構(gòu)造包含汽車方向盤轉(zhuǎn)角、車速和后軸內(nèi)外側(cè)車輪脈沖差的線性平面并進(jìn)行分析。
內(nèi)外側(cè)車輪脈沖差的預(yù)測(cè)值為式中:φi為方向盤轉(zhuǎn)角;vi為車速;p1、p2和p3為線性回歸擬合參數(shù)。
利用最小二乘法進(jìn)行線性回歸參數(shù)估計(jì)[12],即:
將實(shí)車道路采集的數(shù)據(jù)代入,得到p1= 0.075 36,p2= 0.040 29,p3= -3.62。
數(shù)據(jù)采集的標(biāo)準(zhǔn)與組成如表1所示,數(shù)據(jù)總數(shù)為2 500組。汽車方向盤轉(zhuǎn)角φi和車速v作為自變量,后軸內(nèi)外側(cè)車輪脈沖差ΔN(4-3)作為因變量,根據(jù)實(shí)車采集數(shù)據(jù)繪制出線性平面,效果如圖9所示。
表1 數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)與組成
以構(gòu)造的線性平面為基準(zhǔn),觀察29°~31°方向盤轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)車速與后軸內(nèi)外側(cè)車輪脈沖差ΔN’(4-3)的關(guān)系,如圖10所示。以構(gòu)造的線性平面為基準(zhǔn),觀察10~12 km/h內(nèi)方向盤轉(zhuǎn)角與后軸內(nèi)外側(cè)車輪脈沖差的關(guān)系,如圖11所示。
由圖10可知:除去一些異常突變點(diǎn),后軸內(nèi)外側(cè)車輪脈沖差會(huì)隨著車速的升高而有小幅度的增加。因此,轉(zhuǎn)彎引起的輪胎側(cè)偏和車廂側(cè)傾的綜合作用會(huì)在一定程度上增大內(nèi)外側(cè)車輪脈沖差。由圖11可知:后軸內(nèi)外側(cè)車輪脈沖差與汽車方向盤轉(zhuǎn)角滿足一定的非線性關(guān)系。
綜合分析方向盤轉(zhuǎn)角和車速與后軸內(nèi)外側(cè)車輪脈沖差的關(guān)系可知,在不同車速下轉(zhuǎn)彎行駛的汽車后軸內(nèi)外側(cè)車輪脈沖差與方向盤轉(zhuǎn)角應(yīng)滿足一定的非線性關(guān)系。
逆向傳播(back propagation,BP)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種按照誤差逆向傳播算法訓(xùn)練的多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),通過訓(xùn)練可以獲得使輸出誤差最小的權(quán)值,對(duì)于非線性關(guān)系也有極強(qiáng)的擬合作用[13]。根據(jù)上述分析與實(shí)車道路測(cè)試的數(shù)據(jù)可證明,輪胎側(cè)偏,車廂側(cè)傾和轉(zhuǎn)向系變形的共同作用使方向盤轉(zhuǎn)角與后軸內(nèi)外側(cè)車輪脈沖差應(yīng)滿足一定的非線性關(guān)系。故本文嘗試?yán)肂P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)對(duì)轉(zhuǎn)彎時(shí)的內(nèi)外側(cè)車輪脈沖差進(jìn)行修正。
Hecht-Nielsen證明:對(duì)于任何閉區(qū)間內(nèi)的一個(gè)連續(xù)函數(shù)都可以用含有一個(gè)隱含層的BP網(wǎng)絡(luò)來(lái)逼近,故一個(gè)3層的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就可以完成任意的m維到n維的映射[14]。
本文選擇構(gòu)建一個(gè)3層的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。將方向盤轉(zhuǎn)角X1和車速X2作為網(wǎng)絡(luò)模型的輸入,故輸入層有2個(gè)神經(jīng)元。模型的輸出只有后軸內(nèi)外側(cè)車輪的脈沖差,亦是后軸外側(cè)車輪的修正量,記為YΔN,故輸出層有1個(gè)神經(jīng)元。隱含層根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇3個(gè)神經(jīng)元。構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)模型如圖12所示。
隱含層每個(gè)神經(jīng)元的輸出為:
式中:λij為輸入層與隱含層之間的連接權(quán)值;qj為隱含層閾值;f1為隱含層的激活函數(shù)。
本文選用S型函數(shù)
輸出層的輸出為
式中:λk為隱含層與輸出層之間的連接權(quán)值;c為輸出層的閾值;f2為輸出層的激活函數(shù),本文同樣選用S型函數(shù),函數(shù)形式同式(28)。
誤差評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)定義為
式中,e為預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的誤差。
BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過反復(fù)修正權(quán)值和閾值,使得E達(dá)到最小[15]。利用梯度下降法,得權(quán)值更新公式為:
式中,η為學(xué)習(xí)速率。
閾值更新公式為:
上述過程迭代多次,直到達(dá)到設(shè)定的訓(xùn)練次數(shù)或達(dá)到精度要求,即完成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練。
選取表1所示的實(shí)車采集數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖差擬合效果驗(yàn)證。將這2 500組數(shù)據(jù)順序打亂,并隨機(jī)選取60%的數(shù)據(jù)用于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練,20%的數(shù)據(jù)用于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試,剩下20%的數(shù)據(jù)用于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的驗(yàn)證。設(shè)置模型訓(xùn)練要求的精度為1×10-4,最大訓(xùn)練迭代次數(shù)Npo最大值為3 000,模型訓(xùn)練的實(shí)時(shí)均方誤差E結(jié)果如圖13所示。
由圖13可知,模型訓(xùn)練到2 354次時(shí),達(dá)到模型訓(xùn)練的最優(yōu)點(diǎn),即均方誤差最小的點(diǎn),此時(shí)已極其接近所設(shè)置的模型訓(xùn)練要求精度。雖然訓(xùn)練結(jié)果未完全達(dá)到模型訓(xùn)練要求的精度和最大訓(xùn)練迭代次數(shù),但是根據(jù)梯度下降法計(jì)算結(jié)果,在此之后的訓(xùn)練結(jié)果精度無(wú)更小的情況,故模型訓(xùn)練結(jié)束,最終訓(xùn)練出的均方誤差為2.134×10-4。
擬合效果以決定系數(shù)R2為判斷標(biāo)準(zhǔn)
式中:yi為實(shí)車路試測(cè)得的數(shù)據(jù);為實(shí)車路試測(cè)得的數(shù)據(jù)的均值;為預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)。
得到的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合效果如圖14所示。圖中,Nin表示輸入樣本數(shù)量??芍和ㄟ^逆向傳播算法訓(xùn)練出的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),其擬合的決定系數(shù)達(dá)到0.995 41,擬合效果較好。
轉(zhuǎn)彎工況下胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的誤報(bào)警多數(shù)是由于外側(cè)車輪脈沖數(shù)變大所引起,使正常胎壓下的外側(cè)車輪被誤報(bào)為缺氣,故本文以右后輪為例,利用三均值比較法對(duì)右后輪的胎壓進(jìn)行判斷,驗(yàn)證BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練法對(duì)于消除轉(zhuǎn)彎工況下胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)誤報(bào)警的效果。判斷輪胎缺氣的閾值α根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置為2。
為了排除試驗(yàn)效果的偶然性,進(jìn)行新的實(shí)車道路數(shù)據(jù)采集試驗(yàn),數(shù)據(jù)采集的標(biāo)準(zhǔn)與表1所示相同,數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為25組。為便于觀察和計(jì)算,修正后的脈沖數(shù)以四舍五入的原則取整,三均值脈沖差計(jì)算結(jié)果取小數(shù)點(diǎn)后兩位。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),前軸內(nèi)外側(cè)車輪標(biāo)準(zhǔn)脈沖數(shù)的差值修正量與后軸內(nèi)外側(cè)車輪標(biāo)準(zhǔn)脈沖數(shù)的差值修正量相同,故本文中2號(hào)輪的脈沖數(shù)修正量取與4號(hào)輪的脈沖數(shù)修正量相同的結(jié)果。
將采集的25組汽車左轉(zhuǎn)4輪標(biāo)準(zhǔn)脈沖數(shù)據(jù)和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練法修正后的標(biāo)準(zhǔn)脈沖數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并計(jì)算右后輪的三均值脈沖差得到BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練法修正結(jié)果,如表2所示。
表2 轉(zhuǎn)彎工況下脈沖數(shù)修正結(jié)果
由表2可知:25組數(shù)據(jù)中,利用未經(jīng)修正的標(biāo)準(zhǔn)脈沖數(shù)計(jì)算出的右后輪三均值脈沖差有22次超出閾值,誤報(bào)率為88%;利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練法修正后的標(biāo)準(zhǔn)脈沖數(shù)計(jì)算出的右后輪三均值脈沖差沒有超出閾值的情況,誤報(bào)率為0。
本文綜合分析了基于脈沖法的間接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在轉(zhuǎn)彎工況下誤報(bào)警的原因,提出利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練法對(duì)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)的脈沖數(shù)進(jìn)行修正,得到以下結(jié)論:
1) 影響汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)內(nèi)外側(cè)車輪脈沖差的因素除了轉(zhuǎn)向幾何關(guān)系,還包括:輪胎側(cè)偏、車廂側(cè)傾和轉(zhuǎn)向比的影響。
2) 輪胎側(cè)偏、車廂側(cè)傾和轉(zhuǎn)向比的綜合作用,使得在不同車速下轉(zhuǎn)彎行駛的汽車內(nèi)外側(cè)車輪脈沖差與方向盤轉(zhuǎn)角滿足一定的非線性關(guān)系。
3) 對(duì)于非線性關(guān)系有極強(qiáng)擬合作用的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法適用于對(duì)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)的車輪脈沖數(shù)進(jìn)行修正,可以將轉(zhuǎn)彎工況下的間接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的誤報(bào)率降為0。