基于轮胎纵向刚度估计理论的间接轮胎压力监测技术研究

论文摘要

汽车高速行驶时,爆胎是引起恶性交通事故的主要原因之一。轮胎在非正常气压下,尤其是低气压下长时间高速行驶是造成爆胎的最主要原因。实时监测轮胎气压变化,保持汽车在标准的轮胎气压下行驶是防止爆胎的关键。汽车轮胎压力监测系统(TPMS)的主要作用就是在汽车行驶时对轮胎气压进行实时自动监测,对轮胎漏气和低气压进行报警,以保证驾车者、乘车人的生命安全。针对目前TPMS市场和研究存在的问题,本文以驱动轮胎的纵向刚度为研究对象对间接轮胎气压监测方法进行研究。研究工作从轮胎刚度的概念着手,提出了通过轮胎纵向刚度监测轮胎气压变化的思想,分析了用于轮胎性能研究的轮胎模型;以此为基础,基于刷子轮胎模型分析了轮胎气压对轮胎纵向刚度的影响。根据汽车动力学理论建立了轮胎纵向刚度与轮胎纵向力的关系,并由此得到轮胎纵向刚度估计的数学模型,利用该模型,可以只利用轮速信号对轮胎纵向刚度进行估计,从而实现对轮胎气压的监测。论文首先对影响轮速计算精度的主要因素进行研究。通过对轮速不同计算方法的比较分析,确定对于量化误差采用自适应方法进行处理。在此基础上,研究了利用轮速信号计算汽车参考车速及行驶加速度的方法,根据自适应非线性滤波器的理论,研究了利用轮速信号计算汽车行驶车速的自适应非线性滤波器法。汽车行驶加速度则采用基于轮胎纵向力估计的方法,通过建立轮胎纵向力估计的状态方程,研究状态方程输入估计方法;设计了用于汽车行驶加速度估计的最优微分滤波器,并对其结构的优化特性进行分析验证,确定最优微分滤波器的求解方法,并应用于汽车行驶加速度估计。不同工况下,由试验数据得到的车速及加速度计算结果与由传感器直接测得的结果比较说明,车速及加速度的计算结果比较准确,其计算方法应用于本文的研究是可行的。根据系统辨识理论,研究基于模式搜索的轮胎纵向刚度估计方法。MATLAB仿真以及由试验数据估计的结果说明,不同轮胎气压下,估计的轮胎的纵向刚度之间有较大的差别,可以监测轮胎气压的变化;而同一条件下对轮胎滚动半径的估计却没有明显差别,不能反映轮胎气压的变化情况。论文最后介绍了自行研发的间接TPMS数据采集及处理系统的组成原理及其实现过程,并通过该试验系统对轮胎纵向刚度进行实时估计。试验结果说明驱动轮轮胎气压对轮胎纵向刚度的估计值具有较显著的影响,利用驱动轮胎纵向刚度值的变化监测驱动轮胎气压变化不仅可行,而且精确性较高。以驱动轮为基准,利用汽车同侧轮速互比的方法监测从动轮轮胎气压变化,可以实现同时对每一个轮胎气压的监测。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 气压不足对汽车轮胎的危害
• 1.3 国内外研究现况及其发展
• 1.3.1 直接TPMS的研究现状
• 1.3.2 间接TPMS研究现况
• 1.3.3 直接TPMS与间接TPMS的特点分析
• 1.4 课题研究的意义
• 1.5 本文主要研究内容
• 第二章 气压对轮胎纵向刚度的影响分析
• 2.1 轮胎刚度的概念
• 2.2 轮胎的模型化
• 2.3 气压对轮胎纵向刚度影响的理论分析
• 2.3.1 轮胎的滑移率
• 2.3.2 基于刷子模型的轮胎纵向刚度与轮胎气压关系分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 轮胎纵向刚度估计模型的建立
• 3.1 轮胎纵向力与轮胎滑移率之间的关系
• 3.2 汽车行驶方程
• 3.3 汽车驱动轮胎纵向刚度估计模型的建立
• 3.4 轮胎纵向刚度模型简化分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 轮胎纵向刚度估计模型参数估计
• 4.1 TPMS轮速信号及其误差分析处理
• 4.1.1 轮速传感器的结构
• 4.1.2 TPMS轮速信号量化误差处理方法
• 4.1.3 间接轮胎压力监测轮速计算方法试验分析
• 4.2 汽车行驶车速计算研究
• 4.2.1 自适应非线性滤波器
• 4.2.2 自适应非线性滤波器应用于车速计算
• 4.2.3 自适应非线性滤波器计算车速结果分析
• 4.3 汽车行驶加速度的估计方法
• 4.3.1 汽车行驶纵向力估计问题
• 4.3.2 最优微分滤波器设计及汽车行驶加速度估计
• 4.3.3 汽车行驶加速度估计试验结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 轮胎纵向刚度估计方法研究
• 5.1 基于模式搜索的最小二乘法
• 5.2 模式搜索法应用于轮胎纵向刚度估计的可行性分析
• 5.3 基于PS的轮胎纵向刚度估计
• 5.4 轮胎纵向刚度及轮胎半径估计的仿真研究
• 5.5 轮胎纵向刚度及轮胎半径试验数据估计结果分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 轮胎纵向刚度估计的试验研究
• 6.1 TPMS数据采集与处理系统的组成
• 6.2 数据采集与处理系统的实现原理
• 6.3 道路试验验证
• 6.3.1 试验条件及方法
• 6.3.2 轮胎纵向刚度估计结果的可行性及精确性
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文完成的主要工作
• 7.2 论文工作的结论及主要创新点
• 7.3 对今后工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论文目录