【重型设备胎压监测系统的设计5700字（论文）】

重型设备胎压监测系统的设计目录TOC\o"1-2"\h\u15190重型设备胎压监测系统的设计 116507摘要 141071引言 117452重型设备胎压监测系统原理分析 2109562.1系统组成及工作原理 2153322.2TPMS功能测试点分析 340153重型设备胎压监测系统测试平台设计 3175443.1测试试验台原理 312853.2测试试验台硬件平台设计 459913.3测试台软件平台设计 7209644试验台验证实验与结果 7179064.1轮胎胎压精度标定实验 7219914.2TPMS系统胎压显示及胎压报警测试 875805结论 927629参考文献 10摘要针对重型设备胎压监测系统的工作原理及特点，研发出一套仿真实车运行中不同轮胎环境的重型设备胎压监测系统测试试验台。文章介绍了目前主流重型设备胎压监测系统的工作原理及特点，从硬件设计以及软件设计两方面对试验台设计原理进行阐述。试验台设计硬件方面主要包括系统压力控制模块、温度控制模块、中央控制台模块、总线仿真监测模块和上位机模块，软件方面主要包括总线仿真界面、试验台中央控制界面以及总线信号监测界面。本文从试验台精度验证及重型设备胎压监测系统实际测试两方面对试验台进行实验，实验结果显示试验台精度符合要求，对重型设备胎压监测系统实际测试中体现了较好的便利性及准确性。关键词:重型设备胎压监测系统;轮胎环境;总线仿真1引言近年来，轮胎压力监测系统（TPMS）是广泛应用于国内外汽车企业的发展，汽车已成为中高端车型的标准配置（1）。TPMS实现监测轮胎的压力和温度，在正常胎压环境调整驱动轮，这不仅增加了车辆的安全性，大大降低突发风险的高速运行，并能有效地保证车辆的燃油经济性稳定性和运行，意义重大。而且对TPMS验证的发展没有完善的测试环境和测试过程中，只有在功能验证测试车辆的行车环境集成测试简单，与实车试验操作复杂，测试效率低，并不能掩盖很多试验条件包括一些极端条件。同时在一些特殊条件下测试人身安全威胁3。针对这些问题，本文开发了一套TPMS试验台。试验台可根据试验要求调整轮胎压力和温度值，通过控制电机转速模拟轮胎转速。因此，该测试系统可以进行全方位的在整车开发过程的TPMS系统测试，包括正常条件和异常工作条件的限制条件和实车无法实现，大大降低了TPMS车型上市的故障率，提高车辆运行的安全性。2重型设备胎压监测系统原理分析TPMS目前有两大类：第一类是间接的，主要通过ABS轮速传感器的速度差之间的比较来实现轮胎压力监测；第二类是直接收购，直接式胎压、轮胎温度和速度通过一个传感器安装在每个轮胎。目前，第二类方案在汽车企业中得到了广泛的应用。2.1系统组成及工作原理TPMS系统主要由控制器和传感器以及仪表3部分组成。重型设备胎压监测传感器集成了压力传感器、温度传感器、加速度传感器以及电池电压传感器，可以实时检测轮胎气压、温度、加速度等信息，当加速度传感器采集到旋转加速度＞9g时将采集到的信息经过编码通过无线射频方式发送给重型设备胎压监测控制器。控制器进行解码，得出当前轮胎的压力、温度状态。当轮胎出现压力低于/高于预定阈值、轮胎温度超过预定阈值或者漏气速度大于预定阈值等异常状态时，重型设备胎压监测系统发出相应的报警信息，报警信息通过CAN总线网络传送给仪表进行显示。如图1所示为TPMS结构示意。2.2TPMS功能测试点分析根据TPMS工作原理，在进行功能测试中如下4个方面需要考虑［8］:1)集成在胎压传感器里的压力传感器、温度传感器、重力加速度传感器的精度;2)TPMS对各类报警阈值设定的准确性;3)TPMSCAN总线报文与协议定义的一致性;4)TPMS实际策略与功能设计要求的一致性。3重型设备胎压监测系统测试平台设计根据TPMS工作原理以及测试需求分析，本系统应具备如下功能:1)胎压调节:能够根据测试需求实现轮胎压力控制，调节范围0～500kPa;2)温度调节:能够根据测量需求实现轮胎温度控制，调节范围20～90℃;3)轮胎转速调节:能够根据测量需求实现轮胎转速控制，体现为传感器重力加速度调节，调节范围为0～20g;4)CAN总线信号仿真与采集:ECU接收仿真总线车速信号，同时能够实现对ECU发送的总线信号实时监控;5)中央控制界面:通过上位机编程，实现对整个测试系统的集中控制，包括测试工况设置以及信号采集监测。3.1测试试验台原理1)轮胎运动状态控制(转速)现阶段的轮胎传感器主要由内部电池供电，但如何保证最大程度的延长电池使用寿命，目前供应商的处理方式是:在车辆静止状态，传感器停止工作，只有在汽车运行过程中(超过一定的车速)才会触发传感器进行工作。车辆运行:所述车辆运行是指重型设备胎压监测传感器检测到旋转加速度≥9g时，当前车辆的状态。设汽车的行驶速度为:V;汽车轮胎半径为:R;汽车轮毂半径为:r;则:如图2所示TPMS工作时，汽车速度应满足:2)轮胎压力模拟控制轮胎压力模拟控制由压力容器控制，进气孔和排气孔上设有开启可控电磁阀。通过电磁阀将压力容器和测试轮胎通过电磁阀一体成型，控制腔体的通断，由于气压差，气压容器作为试验轮胎，可以加入轮胎压力。同时，电磁阀用于控制轮胎的排气压力，通过控制电磁阀的开启来调节泄压速率。3)轮胎温度模拟控制通过控制容器内气体的温度，在储气罐和仿真轮胎的内部加入大功率加热器以直接加热气体。4)总线信号仿真与监控轮胎压力监测控制器与CAN总线通信的其他节点。因此，有必要使用网络模拟设备模拟信号接收和发送的TPMS监测轮胎压力监测系统的网络消息。该系统利用CAN总线测试仪为KvaserCAN网络仿真。5)上位机系统上位机主要进行测试平台参数设置（胎压、温度、漏风率、转速）以及采集信号的集中显示。本文基于NI公司的LabView软件，开发了上位机系统。3.2测试试验台硬件平台设计测试试验台硬件平台按照功能可分为以下5个模块:压力控制模块主要由一个大容量储气罐、仿真轮胎以及各类型电磁阀组成。温度控制模块主要由两组大功率加热器组成，一组安装在储气罐内部用于气体预加热。另一组安装在仿真轮胎内部用于温度调节。中控操作台模块主要集成一些操作开关、智能仪表，用户可脱离上位机在中控台进行试验台控制。CAN总线仿真及监测模块采用Kvaser总线测试仪。5)上位机模块采用装有NI公司的LabVIEW软件的PC机。如图3所示为TPMS测试试验台系统硬件结构示意。3.2.1压力容器设计在TPMS试验台压力容器的关键部分，测试必须在高压力的环境下进行的，并且需要反复模拟轮胎的压力，所以煤气罐安全性、气密性、尺寸有严格的要求。储气罐需要专业生产厂家定做，出厂前严格检验。自定义参数：0~10MPa压力范围内，实际设置压力调节范围0~1.6MPa；直径1米，高1.2米；底部设有进风口，外接气源；顶部设置安全阀，可根据设定的阈值的要求，一旦储气罐压力超过阈值时，自动触发安全阀排气；水箱安装在机械压力表，温度计的顶端，为压力和温度条件下，监测储气罐。3.2.2仿真轮胎设计轮胎是用来模拟轮胎的压力，温度和环境。铁圆柱谐振腔的设计，大小和真正的汽车轮胎一致；腔由管道和压力容器相连，入口端的电磁阀入口控制，调节充电速度，出口也设有电磁阀是用来控制泄漏率。为了保证轮胎的安全性，在安全阀出口端和泄压阀快速释放时，将安全阀的阀值设置为500KPa.以模拟轮胎的运动状态，对轮胎进行模拟。因此，有必要利用风道与轮胎之间的轴承连接，使轮胎在轴承上自由转动，从而达到模拟轮胎转动的效果。在试验台的设计中，伺服电机用于驱动轮胎转动，电机的转速由变频器控制。3.2.3中控操作台设计中央控制台是测试台的集中控制台和数据采集的集中显示区域。操作员可以通过中央控制台控制整个测试台，包括电源管理，轮胎压力调节，温度设定，轮胎速度调节等。此外，它还可以监测整个试验床的运行状态，如油箱的压力和温度显示，轮胎压力和温度监测，轮胎速度监测。在控制台电源，开关阀门（如爆破控制阀）采用机械按钮控制，按钮功能简单、稳定，不易发生故障；压力和温度的显示和控制，压力变送器和温度变送器和电磁阀实现智能控制和显示，变送器属于智能仪器的控制目标是根据当前的数据分析，实现系统的闭环控制。智能仪表为串行通信接口，由上位机控制。3.2.4温度控制设计测试平台的温度控制是一个很大的难点。介质的温度为气体，根据气体的导热系数直接向气体加热的效果不明显，且温度很容易丢失。为解决这一问题，实验平台采用双加热方式控制燃气罐的温度，第一次预热处理，空气温度升高，油箱内部采用两个大功率电加热棒，内部储气罐直接加热。二是对轮胎内部温度的精确控制的热辐射加热的轮胎，辐射装置采用环形灯管，可以保证对轮胎内部温度的均匀性，灯是固定在轴承上，随着轮胎的旋转，以保证工作的稳定性。同时，为了降低热损失率，储气罐、空气管、轮胎外侧用石棉包裹。3.2.5总线仿真和监测设计ECU传感器四轮轮胎状态信息，经过内部数据处理后，相应的轮胎状态信息和报警信息被发送到CAN网络；另一方面，ECU需要加快信号接收和发送节点到其他。在测试中，总线速度是模拟和ECU总线信号实时监测。因此需要加入总线仿真测试在台中，试验设计，采用Kvaser叶监测与模拟CAN总线、Kvaser叶片直接连接通过与PC机的USB接口，LabVIEW两开发支撑环境，可与上位机系统试验台测试集成。3.2.6上位机界面设计主机接口是TPMS测试平台的人机界面，可用于控制和监视整个测试系统，包括运行的测试床状态和ECU的总线信号的监测。利用NI公司的LabView软件实现整个系统的开发。上位机通过RS485串行总线与智能仪表和传感器进行数据交换。3.3测试台软件平台设计基于LabView软件的测试平台软件平台设计。该程序采用图形编辑语言G编程，程序是以方框图的形式生成的。LabView提供了很多外观和传统仪器（如示波器、万用表）的类似控件，可以用来方便用户界面的创建。上位机界面主要包括以下3个部分：1）信号发送模块的模块主要是对ECU的参数进行仿真，包括消息ID、长度、周期、数据、通信波特率等；2）测试控制模块模块的控制和监控的测试平台，通过上位机可以改变储罐温度，直接测量轮胎压力和温度，轮胎漏气率，并实时显示试验台的当前状态；3）ECU总线信号监测模块该模块主要是对ECU发送数据监视，因为Kvaser对采集的原始数据总线信号，因此对原始数据，根据软件的协议进行分析，在对PC接口测试平台如图5所示。4试验台验证实验与结果试验台搭建好后需经历严格的验证测试，包括对轮胎压力调节精度进行验证、轮胎温度调节精度进行验证、轮胎转速调节进行验证。下面将通过轮胎胎压精度标定实验以及针对TPMS实际胎压以及胎压报警进行测试实验。4.1轮胎胎压精度标定实验通过上位机界面设置一组胎压数据，监测压力变送器采集到的数据进行对比评价。试验结果如表1所示，实验曲线如图6所示。根据验证结果可以看出胎压设定值和实际采集的轮胎压力数据误差都在4kPa以内，说明试验台胎压控制效果比较理想，精度较高，满足测试精度要求。根据曲线线性度计算公式δ=ΔYmax/Y×100%，其中ΔYmax为拟合曲线与理想曲线的最大偏差。Y为曲线最大量程。胎压调节实验曲线线性度δ=ΔYmax/Y×100%=4/400×100%=1%，线性度良好。4.2TPMS系统胎压显示及胎压报警测试TPMS胎压传感器实时采集轮胎内部压力信息发送给ECU，控制器一方面解析射频信号将四轮压力值转发到CAN网络上，另一方面对压力值进行处理，若超过设定的阈值(例如低于180kPa或者高于300kPa)，则向CAN总线发送相应的低压/高压报警信号。测试步骤如下:1)设置旋转加速度大于9g;2)通过上位机分别设置10个胎压值，从100kPa开始，步长为20kPa递增，直到280kPa，记录实际采集胎压值;3)对比实际数据和设置数据间的误差大小进行评价;4)胎压从190kPa开始，步长为2kPa递减，直到触发低压报警，记录报警阈值;5)胎压从290kPa开始，步长为2kPa递增，直到触发高压报警，记录报警阈值。根据实验测试结果，如表2所示实验数据说明，TPMS传感器能正确采集到轮胎压力值的变化，并且将压力值准确有效的传输到TPMS控制器，控制器将接收传感器的射频信号转换成CAN总线信号发送给仪表进行显示，胎压显示信号和设定值之间误差在4kPa以内，考虑设备本身的误差，TPMS系统轮胎压力采集显示精度满足设计要求，功能正常。如表3所示的实验数据表明，低气压报警传感器在轮胎压力178kPa，TPMS在实际设计中的低压报警定义为小于180kPa，误差为2kPa，考虑设备本身的误差，TPMS轮胎低压报警阈值满足设计要求，功能。表3低压报警阈值测试设定值/KPA190188186184182180178176低压报警00000011从表4的实验数据表明300kPa轮胎气压报警传感器的TPMS压力，当实际设计定义为超过300kPa时产生低电压报警，误差为0爸，轮胎压力高报警值满足设计要求的TPMS系统，功能。5结论根据轮胎压力标定试验和轮胎压力和轮胎压力报警试验显示的TPMS轮胎压力监测系统，控制精度高，系统测试平台的设计，操作方便，运行稳定可靠，达到了应用效果理想，覆盖车辆无法实现或难以操作试验条件。基于轮胎压力监测系统的工作原理，对TPMS系统试验台的研究与开发的进行，以及整个系统的设计和开发进行阐述，从硬件设计和软件设计。试验结果表明，试验台的精度满足试验要求。当然，在这个试验台上还有一些不足有待解决。首先是高压环境，主要问题是轴承和轮胎连接在轮胎上的转动。另一种是控制轮胎的温度，因为气体的温度作为介质本身而高速旋转的气体流量，温度控制是困难的。因此，为了提高试验台的精度，试验台系统的严密性和温度调节的稳定性仍是后续研究的重点。参考文献［1］王昊，陈仁文．基于SP37和MSP430的汽车轮胎压力监测系统设计［J