基于北斗云的轮胎自动检测系统＊

刘涛，田野，马永志,2*

（1.青岛大学机电工程学院，山东 青岛 266071； 2.电动车辆智能化动力集成国家地方联合工程研究中心（青岛），山东 青岛 266071）

前言

轮胎胎压低于或高于正常轮胎压力值范围时会导致车辆行驶过程当中轮胎发生爆胎问题，引起交通事故，造成严重的后果。由于自然渗透作用，轮胎不免会存在胎压时刻降低的趋势，并且存在着其它外界破坏因素，会导致胎压不能一直稳定在一定程度[1]。为了能够确保车辆行驶当中轮胎的正常运行，降低交通事故发生率，研制一种可以实时监测轮胎状态并且能够及时向驾驶员进行警报反馈的系统显得尤为必要。此系统能够在轮胎气压处于非安全范围时，引发灯光警报和语音警报来提醒车内所有成员，根据北斗云计算平台进行故障分析，驾驶员可根据故障分析对车辆进行临时的维护措施。

轮胎内置无线射频识别，简称RFID，俗称电子标签。RFID 可以轻松地将轮胎型号、规格、花纹等信息写入轮胎内置芯片[2]，也能够将传感器所收集到的信息传递给接收器。车辆信息采集模块又包括信息采集器、接收器、发射器[3]，发射器将采集器的信息发送至网络终端；网络终端实现数据的分析和发送，向北斗云计算平台进行远程通信；本文便是基于北斗云计算技术，将行驶过程中有胎压、胎温、加速度变化信息、关键部位的轮胎磨损情况以及轮胎动平衡数据进行集成，建立起一个实时汽车轮胎自动检测信息的北斗云计算平台。

1 轮胎检测系统及其结构

1.1 现有轮胎检测系统及其结构

从TPMS 的产品分类来看，主要分为间接式TPMS 与直接式TPMS 两种分类[4]，间接式TPMS：间接式TPMS（Wheel- Speed Based TPMS）是指通过汽车ABS 系统的轮速传感器来比较轮胎之间的转速差别，以达到监视胎压的目的。直接式TPMS：直接式TPMS（Pressure-Sensor Based TPMS）则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，并传输有关数据[5]。TPMS 系统主要由两个部分构成：信号处理模块和中央监视器模块。信号采集模块安装轮胎内部，主要监测轮胎内部的温度信息和压力信息，这些轮胎信息经过微处理器的分析和整理由发射器通过无线电波发送到中央监测模块，中央监视器将接收过来的信号进行显示，供驾驶员参考。当显示数据出现异常时，中央监视器会根据状况发出对应的报警信号，提醒驾驶员，以便于采取必要的措施。

1.2 轮胎自动检测系统及其结构

TPMS 一共由两个功能模块组成：信号处理模块、中央监视器模块[6]。如图1 所示为TPMS 系统结构示意图，信号处理模块监测各个轮胎的状态并将轮胎参数信息通过无线电波发送至中央监视器；中央监视模块将接收到的轮胎信息收集并处理，一同发送到网络终端等待进一步处理。

图1 轮胎监测压力总框图

图2 北斗云计算平台的轮胎自动监测系统

结合北斗云计算平台的轮胎自动检测系统是在目前智能轮胎监测系统的基础上发展而来的，主要以下由以下五部分组成：车辆信息采集模块、网络终端、北斗云计算平台、报警与信息显示模块、救助模块组成，具体系统结构及其关系如图2 所示。

车辆信息采集系统包括采集模块、微处理器、发射器、接收器，发射器用于将微处理器分析后的信息发送至网络终端，该网络终端接收和存储采集模块的信息并将该信息发送至北斗云计算中心。网络终端优选为手机等可移动设备，以便于随时了解轮胎状况。网络终端与接收器之间通过蓝牙通信，接收器与发射器之间优选通过低频或射频通信。采集模块还用在于采集轮胎磨损、环境温度、大气压、车辆位置和海拔信息。本系统通过北斗云中的大量轮胎事故状态参数分析，提前预知危险。通过大量的特征采集和对比，可以明显的获得轮胎出现漏气或者空洞爆炸时的轮胎气压、胎温、加速度等数据，通过提取这些数据的共同特征，能够在远程监控这些特征的出现，在问题出现前就报警。

2 轮胎自动检测系统功能设计

如图3 所示，北斗云计算轮胎自动检测系统具有历程追溯功能、危险预测功能、报警功能、救助功能。

图3 北斗云计算轮胎自动检测系统功能

2.1 历程追溯功能

每个轮胎具有独立的ID 编码，人机接口处可以对轮胎ID 进行识别，读取轮胎的历史数据，追溯轮胎生命周期内的使用信息，可调取的轮胎资料主要包括四个部分：（1）轮胎的生产资料，通常包括轮胎生产时间、生产厂家、生产序列号、胎宽、扁平比、最大载重指数等；（2）轮胎的使用信息，包括历次行车时轮胎的温度、内部压力、速度变化、磨损程度、行车距离等数据；（3）轮胎报废资料，包括报废时间、报废具体原因和报废后的去处。以上所有信息均通过网络终端进行显示，以便于用户需要。

2.2 危险预测功能

手机作为一个网络终端十分便利，它具有可移动性和数据处理功能，同时它还可以作为一个很好的接收器，通过互联网连接北斗云计算平台，结合北斗云数据库当中的车胎爆炸前的参数信息，提取特征参数进行对比，当参数达到爆炸前的阈值时，及时向网络终端发送预警信息。

2.3 报警功能

结合北斗云计算平台的轮胎自动检测系统具有功能更加强大的报警系统，比如维修轮胎时，轮胎胎压没有充到足够气压时，系统发出声光警报。车辆在行驶过程当中胎压、胎温等数据超出系统所设定的安全参数范围值后，系统会借助北斗云计算平台分析轮胎故障并通过网络终端引起报警模块响应，通过声光警报告知驾驶员，以便于提前做出正确措施，防患于未然。

2.4 救助功能

轮胎监测系统具备强大的救助功能，将轮胎状态实时与北斗云计算平台进行数据的交换，在用户开放权限的情况下，可以向救助中心或者是附近拥有同系统的用户进行反馈具体状况，等待及时的救援，救助中心也可以对故障车辆做出应急方案，引导故障车辆做出有利于救援的措施。

3 创新性

（1）实时监测轮胎状态，记录和共享轮胎实时信息，对轮胎生命周期内的各项参数进行存储和管理，以便于查询轮胎历史信息。

（2）轮胎自动检测系统强大的预测功能，最大限度降低了汽车轮胎可能会出现的危险性，将可能会发生意外事故的风险性降到最低。

（3）个人手机、北斗云计算平台的应用，可以根据路况信息、海拔信息等可随时向用户提供注意事项或是处理方案。

（4）轮胎自动检测系统拥有强大的救助系统，可以查询附近拥有同系统的车辆，并且将自身故障第一时间传递给救助中心，让救助工作变得更快捷、精确。

4 结论

本文提出了一种北斗云计算轮胎自动检测系统，通过安 放在轮胎内部的温度和压力传感器，实时监测胎压和轮胎内部压力信息，微处理器对这些信息进行初步分析和整理，由发射器将处理后的信息发送至网络终端，网络终端利用互联网与北斗云计算平台进行数据交互，北斗云计算平台将接收到的实时信号与数据库内部的轮胎爆胎前的数据进行对比、分析，得出结果向网络终端反馈，当反馈结果没有出现异常时，系统继续按原来状况运行；若反馈结果异常，则发送报警信号，网络终端收到报警信号后，立即做出反应，将警报通过声光的形式告知驾驶员，同时在用户开设权限的情况下，救助中心同时也会收到报警信号，远程分析故障问题，指导驾驶员做出正确合理的措施，必要时对出动应急小组进行援助。北斗云计算平台数据库对海量轮胎信息的管理、存储、计算与分析，分析预测轮胎参数变化情况，由此尽可能降低意外事故发生的可能性。结合我国自主研发的北斗云系统，该轮胎自动检测系统市场前景广阔，可广泛应用于轮胎制造、汽车制造、交通运输等行业。