基于轮胎纵向刚度模型的汽车胎压监测系统的研究与实现

摘要

如今汽车已经成为人们出行的重要交通工具，汽车的安全问题也逐渐受到人们的关注和重视。汽车行驶过程中的胎压异常会导致爆胎，这将威胁到汽车乘客的生命安全。另外从节能环保的角度，胎压不足会导致油耗增加。因此，如何准确高效地对胎压进行实时监测是亟待解决的问题。
　　美国著名汽车动力学专家Chistopher.R.Carlson的研究表明，汽车胎压与轮胎的纵向刚度成反相关性。本文基于该理论，通过对轮胎纵向刚度的实时估计，来判断胎压的异常情况，并以DSP作为核心器件设计一套间接式的胎压监测系统，该系统将有助于及时发现胎压的异常情况，及早采取相应的安全处理措施。
　　本文首先介绍了胎压监测系统的发展历史，现状及分类。然后由轮胎的力学特性入手，结合汽车运动时的受力分析，建立轮胎纵向刚度的数学模型。针对目前国内在纵向刚度估计算法这一问题上普遍采用的基本模式搜索法其精度不高，误报警概率高等问题，本文采用变步长的模式搜索法对此问题进行改进，并从原理上进行对比分析说明，最后由仿真实验对比验证其改进的效果。在得到与当前轮速对应的纵向刚度的参数估计值之后，将其和预先设定好的标准胎压下对应的纵向刚度标准值进行比较，即可判断出胎压的异常情况，然后通过报警系统进行故障报警。
　　在硬件电路方面，基于DSP强大的数据运算及信号处理能力，本文设计了一套以 TMS320F2812为核心的硬件电路，其特点是采用四级指令流水线技术，运算速度快，并且有两个事件管理器作为片内外设，刚好可以用于采集汽车四个轮胎的轮速信号，外围电路主要包括电源电路，信号采集处理电路和报警电路三部分。利用信号采集电路从ABS轮速传感器采集轮速的波形信号，经过DSP的运算处理后实现判断异常情况并实时输出报警信号。在程序代码开发过程中，主要采用C语言在CCS软件平台上编写软件程序并进行运行调试。
　　整个系统结构简单、运行速度快、易于工程实现，减少了错报和误报概率，有较高的实用价值。

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第1章 文献综述

1.1 课题背景及意义

1.2 TPMS的分类介绍

1.3 国内外发展现状

1.4 本文主要研究内容

第2章轮胎模型的建立

2.1 魔术公式与滑移率的关系

2.2 汽车行驶方程

2.3 轮胎纵向刚度模型及其简化分析

2.4 车速V的确定

2.5 加速度计算

2.6 轮胎压力监测方法的确立

第3章纵向刚度的估计

3.1纵向刚度估计

3.2 两种模式搜索法的仿真对比分析

3.3本章小结

第4章基于DSP的胎压监测系统的硬件设计

4.1 系统整体功能设计

4.2 CPU的选型

4.3 电源电路

4.4 复位电路

4.5 输入信号处理电路

4.6 输出报警电路

4.7本章小结

第5章 基于DSP的轮胎压力监测系统软件设计

5.1 DSP集成开发工具介绍

5.2 C28X芯片结构及性能概述

5.3 实时数据采集系统

5.4 参考车速估计模块

5.5 加速度计算模块

5.6 纵向刚度估计模块

5.7 报警指示模块

5.8 软件调试

5.9本章小结

第6章 轮胎压力监测方法试验研究

6.1 试验设计

6.2 试验数据处理结果

6.3本章小结

第7章总结与展望

7.1全文总结

7.2展望

参考文献

攻读硕士期间已发表的论文

致谢