摘要: 为了提高轮胎压力监测系统的精度, 运用贝叶斯方法建立了其多传感器信息融合的数学模型。该模型融合了轮胎的温度和压力这两种互补信息, 相对于传统的轮胎压力监测系统而言, 具有信息的完整性、统一性、多样性和容错性等优点。实验表明该系统可以达到全面预警爆胎的作用, 为监测轮胎压力和温度提供了一个行之有效的方法, 功能可靠, 适于推广。

　　关键词: 轮胎;压力;温度;多传感器;融合

引言

　　多传感器信息融合是新兴的多学科交叉的研究领域, 涉及信号处理、概率统计、信息论、模式识别、人工智能、模糊数学等多种理论, 它是人类模仿自身信息处理能力的结果。概括地说, 多传感器信息融合技术就是指通过一定的算法“合并”来自多个信息源的信息, 以产生比单个传感器所得到数据更可靠、更准确的信息, 并根据这些信息做出最可靠的决策。为了提高轮胎压力监测系统( tire pressure monitoring system , 简称tpms) 的精度, 提高报警的准确性, 减少误报漏报, 本文就多传感器信息融合技术在tpms 中的应用加以探讨。

　

　　轮胎压力监测系统( tpms) 的出现是由普利司通/ 费尔斯通(bsf) 公司的轮胎质量问题引发的。该质量问题引起大量的爆胎和翻车事故, 事故的主要原因是轮胎气压不足, 产生热量过多, 以致破坏了其内部结构, 发生爆胎。2000 年11 月1 日美国总统克林顿签署批准了国会关于修改联邦运输法的提案, 要求2003 年后所有的新的轻型车辆都必须把该系统作为标准配置。2001 年7 月, 为响应美国国会对车辆安装tpms立法的要求, 美国运输部(us department of transportation)和国家高速公路安全管理局(national highway traffic safetyadminist ration) 联合对现有的两种tpms 系统进行了评价,报告第一次将tpms 作为专用词汇使用。

　　按照轮胎压力监测方法主要分为两类: 间接式、直接式。间接式( wheel - speed based tpms 简称: wsb tpms) 是通过汽车abs 系统的轮速传感器来比较轮胎之间的转速差别,以达到监视轮胎压力的目的。直接式( pressure - sensorbased tpms 简称: psb tpms) 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, 并对其进行显示及监视, 当轮胎气压不在给定范围内时, 系统会自动报警。据预测, 到2005 年国家美国高速公路安全管理局(n htsa) 再修改tpms 法规时, 可能会用直接式代替过渡期的间接式。目前, 国外顶级轿车配装的tpms 都是直接式的, 可见对直接式的研究和开发的空间很大。

　　文献(李文印, 周斌. 轮胎压力监测系统设计及实现；jeff b. tire pressure monitoring: an industry under pressure)详细介绍了直接式tpms 的一个设计思路,其硬件是摩托罗拉公司的传感器mpxy8020a、接收器mc33594 、mcu 和发射机一体化芯片mc68hc908rf2 。mpxy8020a 有4 种操作方式: 待机、测量压力、测量温度、读数据; mc68hc908rf2 可以根据所有晶振的不同用315mhz 或434mhz 发送数据; mc33594 能够接收并解调oo k或fsk调制的曼彻斯特编码数据, 采用fsk调制, 利用匹配的天线, 灵敏度可达到- 105dbm。在软件设计方面, 获取数据的方法采用阈值检查法, 通信协议采用曼彻斯特编码、fsk信号调制方式和9600bps 的传输速率, 是目前较成熟的产品。

　

　　由于工作环境的限制, 所选传感器必须超小且节电。genova sensor 的npx 系列传感器是在npp 系列基础之上发展的新一代轮胎压力监控系统专用传感器, 其体积为16mm ×8mm ×3mm (含引脚) , 且集温度、压力、电压3 种传感器和asic (专用集成电路) 控制器于一体, 由一块带有大量外围器件的risc (精简指令集计算机) 核心模块组成, 开发时可直接将微控制器(μc) 程序通过编程器装载于eprom 中。该传感器可以选择3 种主要的测量方式: 压力( p) 、温度( t) 和电池电压(u)。传感器内的单片机负责信号的测量及将温度转化为压力信号, 然后发送到接收机的单片机内再融合。其原理图如图1 所示。

　　其中, 温度传感器设计在asic 电路中, 并具有与绝对温度成比例( ptat) 的特性。图中所示的transmit ter u hf 是外连接的发射机, 并不是传感器本身自带的。

　　该传感器有14 个引线, 各引线名称及功能如表1 所示,

　　其测量的压力范围是100～450 kpa ,温度范围是- 40～125 ℃, 工作的环境温度范围是-