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1、轮胎压力监测系统设计及仿真研究第7卷第l5期2007年8月1671.1819(2007)15—3823?06科学技术与工程ScienceTechnologyandEngineeringVo1.7No.15Aug.2007⑥2007Sci.Tech.Engng.轮胎压力监测系统设计及仿真研究周玉兰刘春孝柴永生王燕涛(烟台大学机电汽车工程学院,烟台264005;焦作大学机电工程系,焦作454003)摘要将多传感器信息融合技术应用于轮胎压力监测系统,提高其精度.本文运用贝叶斯方法对轮胎的压力和温度进行融合.基于LabVIEW的仿真结果验证了本系统的优越性,可行性,实用性,为监测轮
2、胎压力,保证行车安全提供了一个更为有效的途径.关键词轮胎压力温度多传感器中图法分类号U463.341;文献标识码ATPMS发展非常迅速,尤其自2001年以来国际上相关的研讨会和研究成果层出不穷.文献[1]和文献[2]分析了被动辐射表面波(SurfaceAcousticWave,SAW)技术应用于TPMS的可行性以及两种TPMS的特点和关键技术;文献[3]利用硅压力电容传感器监测轮胎压力,分析其结构,生产过程.以上研究存在以下不足之处:(1)难以全面掌握,分析轮胎内的压力和温度情况;(2)难以自行判断某个轮胎模块内的传感器数据失效和故障并发出警报;(3)轮胎模块是不平衡质量块
3、,在车辆高速行驶时会造成偏心摩擦;(4)为了克服(3)中缺陷,要对车辆进行四轮平衡,这将影响车辆的美观,对于新车来说是不可取的.解决这些问题的一种有效途径就是利用多传感器信息融合技术.研究表明,经融合处理比单个2007年4月2日收到山东省中青年科学家基金(2006BS05008)资助第一作者简介:周玉兰(1974～),女,黑龙江讷河人,讲师,硕士,研究方向:汽车安全性,动力性的研究.E?mail:zylcys@163.传感器得到的结果更准确,同时信息的冗余还可以提高整个系统自身的鲁棒性,从而提高有效性和准确性,消除单个传感器的局限性.1建模多传感器信息融合亦称信息融合或数据
4、融合(Datafusion),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.它通过一定的算法,"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.采用贝叶斯(Bayes)方法进行融合.该方法不需要任何有关轮胎压力和温度的历史统计资料与专家经验知识.通过分析有限个压力温度传感器(集成传感器)的测量结果,以置信距离测度作为数据融合的融合度,再利用置信矩阵,融合矩阵得到多传感器的最佳融合数,以Bayes估计理论为基础得到多传感器的
5、最优融合数据.信息融合模型主要从功能,结构和数学模型等几方面来研究和表示.在功能模型上,融合级别为科学技术与工程7卷检测级,即直接在多传感器分布检测系统中检测判决或信号层上进行的融合.对于其结构模型,采用并行结构.数学模型是信息融合算法和综合逻辑.在数学模型中,判断置信距离测度(融合度)d与J8的大小(J8的值由经验或多次试验的结果确定),并令rq=㈩err()(2)若r=1,则认为第个传感器与第个传感器相融性差,或称它们相互不支持.若r=0则认为第个传感器和第_『个传感器相融性好,称第i个传感器和第个传感器相互支持.如果一个传感器只被少数传感器支持,则这个传感器的数据为失
6、效数据,应剔除该信息.若这个传感器的读数长期失效,应考虑检查该传感器是否故障.设有M个传感器,有效传感器为(L≤M),最终的融合值(最佳融合数据)为t『4]:.t:阜(3)=—了———二.———一【j,.(3)式中为第k个传感器的观测值;为第k个传感器的测量值的标准偏差;To为个传感器观测值的均值;.为个传感器观测值的标准偏差.2融合方案由于本系统中含有压力和温度两种互补信息,在融合的时候有两种方案可供选择J.3.1压力和温度分开融合由轮胎模块发射出的数据帧内包含压力值和温度值,在接收器内对它们分别进行融合,接收器同时显示每个轮胎的压力和温度.该方案的优点是:(a)冗余信息
7、的融合可以提高系统的容错能力及可靠性,减少测量噪声等引起的不确定性,提高整个系统的精度.(b)接收器同时显示每个轮胎压力和温度,便于驾驶者掌握轮胎综合情况;(c)避免理论值和实际值之间的较大偏差造成的数据失真.3.2温度转化为压力后同压力一起融合利用理想气体定律PV=nRT将温度转化为压力后再与压力融合,在接收器上也仅显示四个轮胎的压力值.将温度转化为压力的算法在轮胎模块内进行,由轮胎模块发射至接收器的不包含温度值.其优点主要有:(a)互补信息的融合可减少由于缺少某些环境特征而产生的对环境理解的歧义,提高系统描述环
