一种汽车轮胎磨损程度估计方法与系统pdf

　　本发明涉及汽车电子技术领域，具体涉及一种汽车轮胎磨损程度估计方法与系统，利用轮胎模块和中央模块实现汽车轮胎磨损程度的估计。轮胎模块测量轮胎的压力、温度、纵向加速度和径向加速度，提取轮胎接地特征和接地周期信号，发送给车内的中央模块。中央模块利用接收轮胎模块的轮胎压力、接地特征和接地周期，通过深度神经网络进行轮胎磨损程度的估计。本发明选择径向加速度和纵向加速度接地过程的波形变化特征，利用深度神经网络的多变量非线性任意复杂函数的高精度描述能力，进行轮胎磨损程度的准确估计，估计结果通过平滑滤波方式剔除异

　　(19)国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 116086835 A (43)申请公布日 2023.05.09 (21)申请号 4.4 (22)申请日 2023.01.04 (71)申请人 广东合微集成电路技术有限公司 地址 523000 广东省东莞市松山湖园区新 竹路4号5栋101室 (72)发明人 刘沛钊张向文陈凯文唐干旋 邝国华 (74)专利代理机构 广东莞信律师事务所 44332 专利代理师 方小明 (51)Int.Cl. G01M 17/02 (2006.01) G06N 3/02 (2006.01) G07C 5/08 (2006.01) B60C 11/24 (2006.01) 权利要求书5页 说明书12页 附图6页 (54)发明名称 一种汽车轮胎磨损程度估计方法与系统 (57)摘要 本发明涉及汽车电子技术领域，具体涉及一 种汽车轮胎磨损程度估计方法与系统，利用轮胎 模块和中央模块实现汽车轮胎磨损程度的估计。 轮胎模块测量轮胎的压力、温度、纵向加速度和 径向加速度 ，提取轮胎接地特征和接地周期信 号，发送给车内的中央模块。中央模块利用接收 轮胎模块的轮胎压力、接地特征和接地周期，通 过深度神经网络进行轮胎磨损程度的估计。本发 明选择径向加速度和纵向加速度接地过程的波 形变化特征，利用深度神经网络的多变量非线性 任意复杂函数的高精度描述能力，进行轮胎磨损 程度的准确估计，估计结果通过平滑滤波方式剔 A 除异常值，获得更加稳定的估计结果，不需要轮 5 胎载荷信息，估计结果更加准确，具有更好的自 3 8 6 适应性。 8 0 6 1 1 N C CN 116086835 A 权利要求书 1/5页 1.一种汽车轮胎磨损程度估计方法，其特征在于：包括安装于汽车轮胎的轮胎模块以 及安装于汽车内的中央模块；包括以下步骤： S1、中央模块初始化轮胎磨损程度估计次数i＝0，有效估计次数n＝0；给定均值计算次 数N，其中N不小于10次；轮胎磨损估计波动的阈值ε，其中ε不大于0.1mm；中央模块判断汽车 启动之后，中央模块向轮胎模块发送唤醒命令，唤醒轮胎模块； S2、轮胎模块测量轮胎的压力、温度、纵向加速度和径向加速度，进行测量信号的处理 和判断，通过平滑滤波去除干扰噪声后提取轮胎的接地特征和接地周期信息； S3、中央模块通过CAN总线接收汽车的速度、加速度、行驶里程和转向角信息，通过无线 方式接收轮胎模块发送的轮胎的压力、温度、接地特征和接地周期信息，根据汽车的速度、 加速度和转向角信息判断汽车行驶状态，若汽车是直线匀速行驶状态，进入步骤S4，否则返 回步骤S2； S4、中央模块利用接收到的轮胎的压力、温度、接地特征和接地周期信息进行轮胎磨损 程度估计，得到估计结果之后，i＝i+1，记录估计的次数i和第i次估计得到的轮胎磨损程度 Wi； 当估计次数i小于设定次数N时，返回步骤S2； 当估计次数i等于设定次数N时，利用估计得到的N次轮胎磨损程度，求取平均轮胎磨损 程度norm＝(W1+W2+…+WN)/N，返回步骤S2； 当估计次数i大于设定次数N时，进入步骤S5； S5、利用平均轮胎磨损程度norm判断估计得到的轮胎磨损程度Wi是否异常，当估计得 到的轮胎磨损程度的值和平均轮胎磨损程度的值之间的差异的绝对值超过设定的阈值ε 时，即norm‑Wiε时，平均轮胎磨损程度norm保持不变，返回步骤S2，否则进入步骤S6； S6、根据当前的平均轮胎磨损程度和当前估计的轮胎磨损程度Wi，确定新的平均轮胎 磨损程度为norm＝(norm*n+Wi)/(n+1)，有效估计次数加1，即n＝n+1，进入步骤S7； S7、根据步骤S6中估计得到的平均轮胎磨损程度norm，以及轮胎的压力和轮胎的温度 进行轮胎安全性判断，根据汽车的行驶里程和估计的平均轮胎磨损程度norm预测轮胎的剩 余使用寿命，若轮胎是安全的，中央模块通过液晶屏显示轮胎的压力、温度、平均轮胎磨损 程度、预测剩余使用寿命和安全状态，然后返回步骤S2，否则进入步骤S8； S8、中央模块向报警显示装置发送报警信息，显示轮胎的压力、温度、磨损程度、剩余使 用寿命和安全状态信息，提醒驾驶人员注意，进行及时的处理，在处理完成之后，报警信息 消失，轮胎危险解除，返回步骤S2； 其中在步骤S2中，轮胎模块利用测量得到的纵向加速度和径向加速度提取轮胎的接地 特征和接地周期信息； 轮胎的接地特征包括根据测量的径向加速度提取的峰值接地时间、均值接地时间、左 宽、左高、左宽与左高比、左面积、右宽、右高、右宽与右高比、右面积、谷底高度和陷面积以 及根据测量的纵向加速度提取的极大值、极小值、左宽、左面积、右宽、右面积、宽度、高度、 高宽比和面积信息的部分或全部； 所述径向加速度的峰值接地时间是一个周期内径向加速度连续两个峰值之间的距离； 所述径向加速度的均值接地时间是一个周期内达到第一个峰值之后，提取第一次最接 近均值的点为第一个均值点，在第一个均值点之后和第二个峰值之前，提取最接近均值的 2 2 CN 116086835 A 权利要求书 2/5页 点为第二个均值点，第一个和第二个均值点之间的距离为均值接地时间； 所述径向加速度的左宽是在一个周期内径向加速度第一个均值点和第一个峰值之间 的距离； 所述径向加速度的左高是一个周期内径向加速度在第一个峰值位置的幅值与径向加 速度在第一个均值点位置的幅值的差； 所述径向加速度的左宽与左高比是一个周期内径向加速度的左宽的值和径向加速度 左高的值之间的比例； 所述径向加速度的左面积是一个周期内径向加速度第一个峰值和第一个均值点之间 径向加速度幅值与径向加速度均值的幅值之差的累加和； 所述径向加速度的右宽是一个周期内径向加速度第二个均值点和第二个峰值之间的 距离； 所述径向加速度的右高是一个周期内径向加速度在第二个峰值位置的幅值与径向加 速度在第二个均值点位置的幅值的差； 所述径向加速度的右宽与右高比是一个周期内径向加速度右宽的值和径向加速度右 高的值之间的比例； 所述径向加速度的右面积是一个周期内径向加速度第二个均值点和第二个峰值之间， 径向加速度幅值与径向加速度均值的幅值之差的累加和； 所述径向加速度的谷底高度是一个周期内径向加速度第一个均值点和第二个均值点 之间，径向加速度均值的幅值和径向加速度最低点幅值的差； 所述径向加速度的陷面积是一个周期内径向加速度第一个均值点和第二个均值点之 间，径向加速度均值的幅值和径向加速度幅值之差的累加和； 所述径向加速度的均值是连续采集至少1个周期的径向加速度信号求均值得到； 所述纵向加速度的极大值是一个周期内纵向加速度极大值位置的纵向加速度幅值和 纵向加速度均值的幅值的差； 所述纵向加速度的极小值是一个周期内纵向加速度极小值位置的纵向加速度幅值和 纵向加速度均值的幅值的差； 所述纵向加速度的左宽是在一个周期内纵向加速度极大值位置之前第一个凹点位置 和极大值位置之间的距离； 所述纵向加速度的左面积是在一个周期内纵向加速度极大值位置之前第一个凹点和 极大值之间，纵向加速度幅值和纵向加速度极大值位置之前第一个凹点的幅值之差的累加 和； 所述纵向加速度的右宽是在一个周期内纵向加速度极小值位置之后第一个凸点位置 和极小值位置之间的距离； 所述纵向加速度的右面积是在一个周期内纵向加速度极小值位置之后第一个凸点和 极小值之间，纵向加速度极小值位置之后第一个凸点的幅值和纵向加速度幅值之差的累加 和； 所述纵向加速度的宽度是一个周期内纵向加速度的极大值点的位置和极小值点位置 之间的距离； 所述纵向加速度的高度是一个周期内纵向加速度在极大值点位置的幅值和极小值点 3 3 CN 116086835 A 权利要求书 3/5页 位置的幅值的差； 所述纵向加速度的高宽比是一个周期内纵向加速度高度的值和纵向加速度宽度的值 之间的比例； 所述纵向加速度的面积是一个周期内纵向加速度极大值点位置和极小值点位置之间， 纵向加速度的幅值和极小值点位置的纵向加速度幅值的差的累加和； 所述纵向加速度的均值是采集至少1个周期的纵向加速度信号求均值得到； 所述接地周期是轮胎的径向加速度在连续两个周期内检测到的两个最小值位置之间 的距离。 2.根据权利要求1所述的一种汽车轮胎磨损程度估计方法，其特征在于：轮胎的接地特 征为轮胎径向加速度和轮胎纵向加速度不同特征的组合，表示为：F＝[f ，…，f ]，1≤m≤ 1 m 22，式中，F为接地特征，f ，…，f为选择的轮胎径向加速度和纵向加速度特征，可以从径向 1 m 加速度的峰值接地时间、径向加速度的均值接地时间、径向加速度的左宽、径向加速度的左 高、径向加速度的左宽与左高比、径向加速度的左面积、径向加速度的右宽、径向加速度的 右高、径向加速度的右宽与右高比、径向加速度的右面积、径向加速度的谷底高度、径向加 速度的陷面积、纵向加速度的极大值、纵向加速度的极小值、纵向加速度的左宽、纵向加速 度的左面积、纵向加速度的右宽、纵向加速度的右面积、纵向加速度的宽度、纵向加速度的 高度、纵向加速度的高宽比以及纵向加速度的面积中进行选择，m为选择的轮胎径向加速度 和纵向加速度特征的数量。 3.根据权利要求1所述的一种汽车轮胎磨损程度估计方法，其特征在于：轮胎的接地特 征为轮胎径向加速度和轮胎纵向加速度不同特征变换的组合，表示为： 式中，F为接地特征， 为选择的径向加速度和纵向加速度的 不同特征变换的结果，可以从径向加速度的峰值接地时间/接地周期、径向加速度的均值接 地时间/接地周期、径向加速度的左宽/接地周期、径向加速度的左高/接地周期、径向加速 度的左宽与左高比、径向加速度的左面积*接地周期、径向加速度的右宽/接地周期、径向加 速度的右高*接地周期、径向加速度的右宽与右高比、径向加速度的右面积*接地周期、径向 加速度的谷底高度*接地周期、径向加速度的陷面积*接地周期、纵向加速度的极大值*接地 周期、纵向加速度的极小值*接地周期、纵向加速度的左宽/接地周期、纵向加速度的左面 积*接地周期、纵向加速度的右宽/接地周期、纵向加速度的右面积*接地周期、纵向加速度 的宽度/接地周期、纵向加速度的高度*接地周期、纵向加速度的高宽比、纵向加速度的面 积*接地周期中进行选择，l为选择的轮胎径向加速度和纵向加速度特征变换结果的数量。 4.根据权利要求1所述的一种汽车轮胎磨损程度估计方法，其特征在于：所述中央模块 根据接收到的轮胎的压力、接地特征和接地周期信息，通过深度神经网络进行轮胎磨损程 度的估计，深度神经网络的输入信息为轮胎的压力、接地特征以及接地周期；输入信息经过 归一化处理，转换为[‑1  1]之间的数值，神经网络的层数至少为3层，输出结果根据轮胎磨 损程度的变化范围进行线性转换，得到估计的轮胎磨损程度。 5.根据权利要求1所述的一种汽车轮胎磨损程度估计方法，其特征在于：所述中央模块 根据接收到的轮胎压力、接地特征和接地周期信息，通过不同输入信息的一次函数、交叉项 和二次函数的组合进行轮胎磨损程度的估计： 4 4 CN 116086835 A 权利要求书 4/5页 式中，W为轮胎磨损程度，x为选择的轮胎压力、接地特征和接地周期输入变量，M为输入 j 变量的个数，M＝m+2或M＝l+2或M＝m+l+2，p ，p ，p ，p 分别为常数项、一次函数项、二次 0 j M+j jk 函数项和交叉项的系数。 6.一种汽车轮胎磨损程度估计系统，其特征在于：包括设于汽车轮胎的轮胎模块以及 设于汽车内的中央模块；所述轮胎模块和中央模块之间采用无线连接； 轮胎模块可以接收中央模块发送的唤醒信号，轮胎模块在唤醒之后，轮胎模块测量轮 胎的压力、温度、纵向加速度和径向加速度信息，进行测量信息的数据处理和判断，提取轮 胎的接地特征和接地周期信息；轮胎模块将获取的轮胎的压力、温度、接地特征和接地周期 信息通过无线方式传递到中央模块，中央模块接收轮胎模块发送的信息； 中央模块通过CAN总线接收汽车的速度、加速度、行驶里程和转向角信息，根据接收的 信息判断汽车是否是匀速直线行驶状态；当汽车处于匀速直线行驶状态时，中央模块利用 轮胎模块发送的轮胎的压力、接地特征和接地周期信息进行轮胎磨损程度的估计。 7.根据权利要求6所述的一种汽车轮胎磨损程度估计系统，其特征在于：所述轮胎模块 粘贴在轮胎内壁的中心线位置，所述轮胎模块包括轮胎压力传感器、轮胎温度传感器、轮胎 加速度传感器、第一微控制器、存储器、唤醒电路和射频收发器； 所述轮胎压力传感器测量轮胎的压力变化，轮胎温度传感器测量轮胎的温度变化，轮 胎加速度传感器测量轮胎纵向加速度和径向加速度变化； 所述存储器用于存储轮胎压力传感器测量信息、轮胎温度传感器测量信息、轮胎加速 度传感器测量信息、轮胎测量信息的处理和判断程序、轮胎接地特征提取程序以及轮胎接 地周期提取程序； 所述射频收发器接收中央模块发射的唤醒脉冲，所述射频收发器发射轮胎的压力、温 度、接地特征和接地周期信息；所述唤醒电路与第一微控制器相连，在中央模块发送的唤醒 脉冲作用下产生唤醒信号用于唤醒第一微控制器； 所述轮胎压力传感器、轮胎温度传感器、轮胎加速度传感器、射频收发器和存储器与第 一微控制器的输入输出接口相连，射频收发器接收的信息、存储器存储的信息、轮胎压力传 感器测量的轮胎压力、轮胎温度传感器测量的轮胎温度、轮胎加速度传感器测量的径向加 速度和纵向加速度通过第一微控制器的输入输出口送给第一微控制器，第一微控制器进行 传感器测量信息的处理和判断，进行轮胎接地特征的提取和接地周期的提取，第一微控制 器通过输入输出口向存储器发送存储或读取命令进行信息的存或取，第一微控制器向射频 收发器发送接收或发射命令控制射频收发器接收或发射的工作状态，第一微控制器向轮胎 压力传感器、轮胎温度传感器和轮胎加速度传感器发送测量与读取命令对轮胎状态进行测 量与读取。 8.根据权利要求6所述的一种汽车轮胎磨损程度估计系统，其特征在于：所述中央模块 安装在汽车驾驶室内，所述中央模块包括第二微控制器、存储器、显示报警装置、CAN收发器 和射频收发器； 所述存储器用于存储轮胎压力测量信息、轮胎温度测量信息、轮胎接地特征信息、轮胎 5 5 CN 116086835 A 权利要求书 5/5页 接地周期信息、轮胎磨损程度估计程序和估计结果、轮胎剩余使用寿命预测程序和预测结 果、轮胎安全状态判断程序和判断结果、汽车行驶状态判断程序和判断结果； 所述显示报警装置用于显示轮胎的压力、温度、磨损程度、预测剩余使用寿命和安全状 态并在轮胎状态异常时发出报警信息； 所述CAN收发器接收汽车的速度、加速度、行驶里程和转向角信息； 所述射频收发器接收轮胎模块发射的轮胎的压力、温度、接地特征和接地周期信息，并 且发射低频唤醒脉冲信号； 所述存储器、显示报警装置、CAN收发器和射频收发器分别与第二微控制器的输入输出 接口相连，存储器存储的信息、CAN收发器接收的信息和射频收发器接收的信息都通过第二 微控制器的输入输出口送给第二微控制器，第二微控制器通过输入输出口向存储器发送存 储或读取命令进行信息的存或取，第二微控制器顺序执行汽车行驶状态判断程序、轮胎磨 损程度估计程序、轮胎剩余使用寿命预测程序和轮胎安全状态判断程序，根据估计和判断 的结果，第二微控制器向显示报警装置发送显示报警的命令和内容，第二微控制器向CAN收 发器发送接收或发送命令控制CAN总线信号的接收或发送，第二微控制器向射频收发器发 送接收或发射命令控制射频收发器接收或发射的工作状态。 6 6 CN 116086835 A 说明书 1/12页 一种汽车轮胎磨损程度估计方法与系统 技术领域 [0001] 本发明涉及汽车电子技术领域，具体涉及一种汽车轮胎磨损程度估计方法与系 统。 背景技术 [0002] 随着汽车行驶里程的增加，汽车轮胎逐渐磨损，当轮胎磨损到磨损标志之后，轮胎 的安全性降低，需要及时更换轮胎。另外，轮胎磨损之后，轮胎的排水能力降低，轮胎在路面 的附着性能下降，影响汽车驱动、制动和转向性能的正常发挥，因此，通过检测轮胎的磨损 程度可以及时发现磨损严重的轮胎，优化汽车控制系统，提高汽车驾驶的安全性、经济性和 舒适性。 [0003] 轮胎的磨损程度可以通过驾驶人用眼观察胎面花纹根据经验判断、用花纹深度尺 直接测量或利用摄像机拍摄轮胎花纹图像进行识别，但是，人眼观察主观性太强，依赖于驾 驶人的经验，花纹深度尺或摄像机拍摄测试效率比较低，并且不方便在汽车行驶过程中进 行检测，因此，目前对轮胎磨损程度的检测一般通过轮胎内安装的加速度传感器的测量信 息估计得到。在2018年01月19日公布的申请号为5.4的专利“轮胎磨损量估计 方法和轮胎磨损量估计设备”，利用轮胎踏入地面时径向加速度的微分峰值和离开地面时 径向加速度微分峰值的比例在0.6～1.2的范围内的数据进行磨损程度的估计，估计结果准 确性不高，没有考虑轮胎压力、速度和载荷的影响，并且微分峰值的确定容易受到干扰因素 的影响。在2021年05月25日公布的申请号为0.0的专利“一种轮胎磨损程度监 测方法、系统”中，利用径向加速度的波谷面积的线性回归函数估计轮胎的磨损程度，轮胎 压力、速度和载荷影响线性回归函数的系数，但是，其中的影响关系比较复杂，并且参数辨 识的难度较大，利用波谷面积的线性函数估计轮胎磨损程度变化，误差较大。 发明内容 [0004] 本发明的目的是针对现有技术中的上述不足，提供了一种汽车轮胎磨损程度估计 方法与系统，充分利用轮胎内安装的径向加速度传感器、纵向加速度传感器和压力传感器 测量信息，考虑轮胎压力、速度和载荷的影响，选择径向加速度和纵向加速度接地过程的波 形变化特征，通过神经网络深度学习方法建立不同特征与轮胎磨损程度之间的联系，进行 汽车轮胎磨损程度的估计，提高汽车轮胎磨损程度估计的准确性和自适应性。 [0005] 本发明的目的通过以下技术方案实现：一种汽车轮胎磨损程度估计方法，包括安 装于汽车轮胎的轮胎模块以及安装于汽车内的中央模块；包括以下步骤： [0006] S1、中央模块初始化轮胎磨损程度估计次数i＝0，有效估计次数n＝0；给定均值计 算次数N，其中N不小于10次；轮胎磨损估计波动的阈值ε，其中ε不大于0.1mm；中央模块判断 汽车启动之后，中央模块向轮胎模块发送唤醒命令，唤醒轮胎模块； [0007] S2、轮胎模块测量轮胎的压力、温度、纵向加速度和径向加速度，进行测量信号的 处理和判断，通过平滑滤波去除干扰噪声后提取轮胎的接地特征和接地周期信息； 7 7 CN 116086835 A 说明书 2/12页 [0008] S3、中央模块通过CAN总线接收汽车的速度、加速度、行驶里程和转向角信息，通过 无线方式接收轮胎模块发送的轮胎的压力、温度、接地特征和接地周期信息，根据汽车的速 度、加速度和转向角信息判断汽车行驶状态，若汽车是直线匀速行驶状态，进入步骤S4，否 则返回步骤S2； [0009] S4、中央模块利用接收到的轮胎的压力、温度、接地特征和接地周期信息进行轮胎 磨损程度估计，得到估计结果之后，i＝i+1，记录估计的次数i和第i次估计得到的轮胎磨损 程度Wi； [0010] 当估计次数i小于设定次数N时，返回步骤S2； [0011] 当估计次数i等于设定次数N时，利用估计得到的N次轮胎磨损程度，求取平均轮胎 磨损程度norm＝(W1+W2+…+WN)/N，返回步骤S2； [0012] 当估计次数i大于设定次数N时，进入步骤S5； [0013] S5、利用平均轮胎磨损程度norm判断估计得到的轮胎磨损程度Wi是否异常，当估 计得到的轮胎磨损程度的值和平均轮胎磨损程度的值之间的差异的绝对值超过设定的阈 值ε时，即norm‑Wiε时，平均轮胎磨损程度norm保持不变，返回步骤S2，否则进入步骤S6； [0014] S6、根据当前的平均轮胎磨损程度和当前估计的轮胎磨损程度Wi，确定新的平均 轮胎磨损程度为norm＝(norm*n+Wi)/(n+1)，有效估计次数加1，即n＝n+1，进入步骤S7； [0015] S7、根据步骤S6中估计得到的平均轮胎磨损程度norm，以及轮胎的压力和轮胎的 温度进行轮胎安全性判断，根据汽车的行驶里程和估计的平均轮胎磨损程度norm预测轮胎 的剩余使用寿命，若轮胎是安全的，中央模块通过液晶屏显示轮胎的压力、温度、平均轮胎 磨损程度、预测剩余使用寿命和安全状态，然后返回步骤S2，否则进入步骤S8； [0016] S8、中央模块向报警显示装置发送报警信息，显示轮胎的压力、温度、磨损程度、剩 余使用寿命和安全状态信息，提醒驾驶人员注意，进行及时的处理，在处理完成之后，报警 信息消失，轮胎危险解除，返回步骤S2； [0017] 其中在步骤S2中，轮胎模块利用测量得到的纵向加速度和径向加速度提取轮胎的 接地特征和接地周期信息； [0018] 轮胎的接地特征包括根据测量的径向加速度提取的峰值接地时间、均值接地时 间、左宽、左高、左宽与左高比、左面积、右宽、右高、右宽与右高比、右面积、谷底高度和陷面 积以及根据测量的纵向加速度提取的极大值、极小值、左宽、左面积、右宽、右面积、宽度、高 度、高宽比和面积信息的部分或全部； [0019] 所述径向加速度的峰值接地时间是一个周期内径向加速度连续两个峰值之间的 距离； [0020] 所述径向加速度的均值接地时间是一个周期内达到第一个峰值之后，提取第一次 最接近均值的点为第一个均值点，在第一个均值点之后和第二个峰值之前，提取最接近均 值的点为第二个均值点，第一个和第二个均值点之间的距离为均值接地时间； [0021] 所述径向加速度的左宽是在一个周期内径向加速度第一个均值点和第一个峰值 之间的距离； [0022] 所述径向加速度的左高是一个周期内径向加速度在第一个峰值位置的幅值与径 向加速度在第一个均值点位置的幅值的差； [0023] 所述径向加速度的左宽与左高比是一个周期内径向加速度的左宽的值和径向加 8 8 CN 116086835 A 说明书 3/12页 速度左高的值之间的比例； [0024] 所述径向加速度的左面积是一个周期内径向加速度第一个峰值和第一个均值点 之间径向加速度幅值与径向加速度均值的幅值之差的累加和； [0025] 所述径向加速度的右宽是一个周期内径向加速度第二个均值点和第二个峰值之 间的距离； [0026] 所述径向加速度的右高是一个周期内径向加速度在第二个峰值位置的幅值与径 向加速度在第二个均值点位置的幅值的差； [0027] 所述径向加速度的右宽与右高比是一个周期内径向加速度右宽的值和径向加速 度右高的值之间的比例； [0028] 所述径向加速度的右面积是一个周期内径向加速度第二个均值点和第二个峰值 之间，径向加速度幅值与径向加速度均值的幅值之差的累加和； [0029] 所述径向加速度的谷底高度是一个周期内径向加速度第一个均值点和第二个均 值点之间，径向加速度均值的幅值和径向加速度最低点幅值的差； [0030] 所述径向加速度的陷面积是一个周期内径向加速度第一个均值点和第二个均值 点之间，径向加速度均值的幅值和径向加速度幅值之差的累加和； [0031] 所述径向加速度的均值是连续采集至少1个周期的径向加速度信号求均值得到； [0032] 所述纵向加速度的极大值是一个周期内纵向加速度极大值位置的纵向加速度幅 值和纵向加速度均值的幅值的差； [0033] 所述纵向加速度的极小值是一个周期内纵向加速度极小值位置的纵向加速度幅 值和纵向加速度均值的幅值的差； [0034] 所述纵向加速度的左宽是在一个周期内纵向加速度极大值位置之前第一个凹点 位置和极大值位置之间的距离； [0035] 所述纵向加速度的左面积是在一个周期内纵向加速度极大值位置之前第一个凹 点和极大值之间，纵向加速度幅值和纵向加速度极大值位置之前第一个凹点的幅值之差的 累加和； [0036] 所述纵向加速度的右宽是在一个周期内纵向加速度极小值位置之后第一个凸点 位置和极小值位置之间的距离； [0037] 所述纵向加速度的右面积是在一个周期内纵向加速度极小值位置之后第一个凸 点和极小值之间，纵向加速度极小值位置之后第一个凸点的幅值和纵向加速度幅值之差的 累加和； [0038] 所述纵向加速度的宽度是一个周期内纵向加速度的极大值点的位置和极小值点 位置之间的距离； [0039] 所述纵向加速度的高度是一个周期内纵向加速度在极大值点位置的幅值和极小 值点位置的幅值的差； [0040] 所述纵向加速度的高宽比是一个周期内纵向加速度高度的值和纵向加速度宽度 的值之间的比例； [0041] 所述纵向加速度的面积是一个周期内纵向加速度极大值点位置和极小值点位置 之间，纵向加速度的幅值和极小值点位置的纵向加速度幅值的差的累加和； [0042] 所述纵向加速度的均值是采集至少1个周期的纵向加速度信号求均值得到； 9 9 CN 116086835 A 说明书 4/12页 [0043] 所述接地周期是轮胎的径向加速度在连续两个周期内检测到的两个最小值位置 之间的距离。 [0044] 本发明进一步设置为，轮胎的接地特征为轮胎径向加速度和轮胎纵向加速度不同 特征的组合，表示为：F＝[f，…，f]，1≤m≤22，式中，F为接地特征，f ，…，f为选择的轮胎 1 m 1 m 径向加速度和纵向加速度特征，可以从径向加速度的峰值接地时间、径向加速度的均值接 地时间、径向加速度的左宽、径向加速度的左高、径向加速度的左宽与左高比、径向加速度 的左面积、径向加速度的右宽、径向加速度的右高、径向加速度的右宽与右高比、径向加速 度的右面积、径向加速度的谷底高度、径向加速度的陷面积、纵向加速度的极大值、纵向加 速度的极小值、纵向加速度的左宽、纵向加速度的左面积、纵向加速度的右宽、纵向加速度 的右面积、纵向加速度的宽度、纵向加速度的高度、纵向加速度的高宽比以及纵向加速度的 面积中进行选择，m为选择的轮胎径向加速度和纵向加速度特征的数量。 [0045] 本发明进一步设置为，轮胎的接地特征为轮胎径向加速度和轮胎纵向加速度不同 特征变换的组合，表示为： 式中，F为接地特征， 为选择的径 向加速度和纵向加速度的不同特征变换的结果，可以从径向加速度的峰值接地时间/接地 周期、径向加速度的均值接地时间/接地周期、径向加速度的左宽/接地周期、径向加速度的 左高/接地周期、径向加速度的左宽与左高比、径向加速度的左面积*接地周期、径向加速度 的右宽/接地周期、径向加速度的右高*接地周期、径向加速度的右宽与右高比、径向加速度 的右面积*接地周期、径向加速度的谷底高度*接地周期、径向加速度的陷面积*接地周期、 纵向加速度的极大值*接地周期、纵向加速度的极小值*接地周期、纵向加速度的左宽/接地 周期、纵向加速度的左面积*接地周期、纵向加速度的右宽/接地周期、纵向加速度的右面 积*接地周期、纵向加速度的宽度/接地周期、纵向加速度的高度*接地周期、纵向加速度的 高宽比、纵向加速度的面积*接地周期中进行选择，l为选择的轮胎径向加速度和纵向加速 度特征变换结果的数量。 [0046] 本发明进一步设置为，所述中央模块根据接收到的轮胎的压力、接地特征和接地 周期信息，通过深度神经网络进行轮胎磨损程度的估计，深度神经网络的输入信息为轮胎 的压力、接地特征以及接地周期；输入信息经过归一化处理，转换为[‑1  1]之间的数值，神 经网络的层数至少为3层，输出结果根据轮胎磨损程度的变化范围进行线性转换，得到估计 的轮胎磨损程度。 [0047] 本发明进一步设置为，所述中央模块根据接收到的轮胎压力、接地特征和接地周 期信息，通过不同输入信息的一次函数、交叉项和二次函数的组合进行轮胎磨损程度的估 计： [0048] [0049] 式中，W为轮胎磨损程度，x为选择的轮胎压力、接地特征和接地周期输入变量，M j 为输入变量的个数，M＝m+2或M＝l+2或M＝m+l+2，p ，p ，p ，p 分别为常数项、一次函数 0 j M+j jk 项、二次函数项和交叉项的系数。 [0050] 一种汽车轮胎磨损程度估计系统，包括设于汽车轮胎的轮胎模块以及设于汽车内 的中央模块；所述轮胎模块和中央模块之间采用无线] 轮胎模块可以接收中央模块发送的唤醒信号，轮胎模块在唤醒之后，轮胎模块测 量轮胎的压力、温度、纵向加速度和径向加速度信息，进行测量信息的数据处理和判断，提 取轮胎的接地特征和接地周期信息；轮胎模块将获取的轮胎的压力、温度、接地特征和接地 周期信息通过无线方式传递到中央模块，中央模块接收轮胎模块发送的信息； [0052] 中央模块通过CAN总线接收汽车的速度、加速度、行驶里程和转向角信息，根据接 收的信息判断汽车是否是匀速直线行驶状态；当汽车处于匀速直线行驶状态时，中央模块 利用轮胎模块发送的轮胎的压力、接地特征和接地周期信息进行轮胎磨损程度的估计。 [0053] 本发明进一步设置为，所述轮胎模块粘贴在轮胎内壁的中心线位置，所述轮胎模 块包括轮胎压力传感器、轮胎温度传感器、轮胎加速度传感器、第一微控制器、存储器、唤醒 电路和射频收发器； [0054] 所述轮胎压力传感器测量轮胎的压力变化，轮胎温度传感器测量轮胎的温度变 化，轮胎加速度传感器测量轮胎纵向加速度和径向加速度变化； [0055] 所述存储器用于存储轮胎压力传感器测量信息、轮胎温度传感器测量信息、轮胎 加速度传感器测量信息、轮胎测量信息的处理和判断程序、轮胎接地特征提取程序以及轮 胎接地周期提取程序； [0056] 所述射频收发器接收中央模块发射的唤醒脉冲，所述射频收发器发射轮胎的压 力、温度、接地特征和接地周期信息；所述唤醒电路与第一微控制器相连，在中央模块发送 的唤醒脉冲作用下产生唤醒信号用于唤醒第一微控制器； [0057] 所述轮胎压力传感器、轮胎温度传感器、轮胎加速度传感器、射频收发器和存储器 与第一微控制器的输入输出接口相连，射频收发器接收的信息、存储器存储的信息、轮胎压 力传感器测量的轮胎压力、轮胎温度传感器测量的轮胎温度、轮胎加速度传感器测量的径 向加速度和纵向加速度通过第一微控制器的输入输出口送给第一微控制器，第一微控制器 进行传感器测量信息的处理和判断，进行轮胎接地特征的提取和接地周期的提取，第一微 控制器通过输入输出口向存储器发送存储或读取命令进行信息的存或取，第一微控制器向 射频收发器发送接收或发射命令控制射频收发器接收或发射的工作状态，第一微控制器向 轮胎压力传感器、轮胎温度传感器和轮胎加速度传感器发送测量与读取命令对轮胎状态进 行测量与读取。 [0058] 本发明进一步设置为，所述中央模块安装在汽车驾驶室内，所述中央模块包括第 二微控制器、存储器、显示报警装置、CAN收发器和射频收发器； [0059] 所述存储器用于存储轮胎压力测量信息、轮胎温度测量信息、轮胎接地特征信息、 轮胎接地周期信息、轮胎磨损程度估计程序和估计结果、轮胎剩余使用寿命预测程序和预 测结果、轮胎安全状态判断程序和判断结果、汽车行驶状态判断程序和判断结果； [0060] 所述显示报警装置用于显示轮胎的压力、温度、磨损程度、预测剩余使用寿命和安 全状态并在轮胎状态异常时发出报警信息； [0061] 所述CAN收发器接收汽车的速度、加速度、行驶里程和转向角信息； [0062] 所述射频收发器接收轮胎模块发射的轮胎的压力、温度、接地特征和接地周期信 息，并且发射低频唤醒脉冲信号； [0063] 所述存储器、显示报警装置、CAN收发器和射频收发器分别与第二微控制器的输入 输出接口相连，存储器存储的信息、CAN收发器接收的信息和射频收发器接收的信息都通过 11 11 CN 116086835 A 说明书 6/12页 第二微控制器的输入输出口送给第二微控制器，第二微控制器通过输入输出口向存储器发 送存储或读取命令进行信息的存或取，第二微控制器顺序执行汽车行驶状态判断程序、轮 胎磨损程度估计程序、轮胎剩余使用寿命预测程序和轮胎安全状态判断程序，根据估计和 判断的结果，第二微控制器向显示报警装置发送显示报警的命令和内容，第二微控制器向 CAN收发器发送接收或发送命令控制CAN总线信号的接收或发送，第二微控制器向射频收发 器发送接收或发射命令控制射频收发器接收或发射的工作状态。 [0064] 本发明的有益效果：本发明利用轮胎内安装的传感器检测轮胎的压力、温度、纵向 加速度和径向加速度，综合考虑轮胎旋转过程中径向加速度和纵向加速度的变化，提取轮 胎接地特征和接地周期信号，利用深度神经网络的多变量非线性任意复杂函数的高精度描 述能力，建立轮胎压力、接地周期、多种接地特征和轮胎磨损程度之间的联系，进行轮胎磨 损程度的准确估计，估计结果通过平滑滤波方式剔除异常值，可以获得更加稳定的估计结 果，这种估计方法，充分利用了轮胎压力、轮胎纵向加速度和径向加速度的不同接地特征和 接地周期的信息，不需要轮胎载荷信息，估计结果更加准确，具有更好的自适应性。 附图说明 [0065] 利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制， 对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其 它的附图。 [0066] 图1是本发明汽车轮胎磨损程度估计方法的流程图； [0067] 图2是本发明轮胎径向加速度接地特征的提取示意图； [0068] 图3是本发明轮胎纵向加速度接地特征的提取示意图； [0069] 图4是本发明轮胎径向加速度接地周期特征的提取示意图； [0070] 图5是本发明的轮胎磨损程度估计结果的示意图； [0071] 图6是本发明均值滤波剔除异常值后的轮胎磨损程度估计结果的示意图； [0072] 图7是本发明汽车轮胎磨损程度估计系统的结构示意图； [0073] 图8是本发明汽车轮胎磨损程度估计系统的轮胎模块的结构示意图； [0074] 图9是本发明汽车轮胎磨损程度估计系统的中央模块的结构示意图。 具体实施方式 [0075] 结合以下实施例对本发明作进一步描述。 [0076] 本实施例的汽车轮胎磨损程度估计方法的流程图如附图1所示，车内的中央模块 通过无线方式接收轮胎模块发送的轮胎的压力、温度、接地特征和接地周期信息，通过CAN 总线接收汽车的速度、加速度、行驶里程和转向角信息，判断汽车是否处于直线匀速行驶状 态，在汽车直线匀速行驶时，利用接收轮胎模块的轮胎压力、接地特征和接地周期，进行轮 胎磨损程度的估计，具体步骤如下： [0077] S1、中央模块初始化轮胎磨损程度估计次数i＝0，有效估计次数n＝0；给定均值计 算次数N，其中N不小于10次；轮胎磨损估计波动的阈值ε，其中ε不大于0.1mm；中央模块判断 汽车启动之后，中央模块向轮胎模块发送唤醒命令，唤醒轮胎模块； [0078] S2、轮胎模块测量轮胎压力、温度、纵向加速度和径向加速度信号，进行测量信号 12 12 CN 116086835 A 说明书 7/12页 的处理和判断，通过平滑滤波去除干扰噪声后提取轮胎的接地特征和接地周期信息，将测 量的轮胎压力、温度和提取的轮胎接地特征和接地周期信息无线、中央模块通过CAN总线接收汽车的速度、加速度、行驶里程和转向角信息，通过 无线方式接收轮胎模块发送的轮胎的压力、温度、接地特征和接地周期信息，根据汽车的速 度、加速度和转向角信息判断汽车行驶状态，若汽车是直线匀速行驶状态，进入步骤S4，否 则返回步骤S2； [0080] S4、中央模块利用接收到的轮胎的压力、温度、接地特征和接地周期信息进行轮胎 磨损程度估计，得到估计结果之后，i＝i+1，记录估计的次数i和第i次估计得到的轮胎磨损 程度Wi； [0081] 当估计次数i小于设定次数N时，返回步骤S2； [0082] 当估计次数i等于设定次数N时，利用估计得到的N次轮胎磨损程度，求取平均轮胎 磨损程度norm＝(W1+W2+…+WN)/N，返回步骤S2； [0083] 当估计次数i大于设定次数N时，进入步骤S5； [0084] S5、利用平均轮胎磨损程度norm判断估计得到的轮胎磨损程度Wi是否异常，当估 计得到的轮胎磨损程度的值和平均轮胎磨损程度的值之间的差异的绝对值超过设定的阈 值ε时，即norm‑Wiε时，平均轮胎磨损程度norm保持不变，返回步骤S2，否则进入步骤S6； [0085] S6、根据当前的平均轮胎磨损程度和当前估计的轮胎磨损程度Wi，确定新的平均 轮胎磨损程度为norm＝(norm*n+Wi)/(n+1)，有效估计次数加1，即n＝n+1，进入步骤S7； [0086] S7、根据步骤S6中估计得到的平均轮胎磨损程度norm，以及轮胎的压力和轮胎的 温度进行轮胎安全性判断，根据汽车的行驶里程和估计的平均轮胎磨损程度norm预测轮胎 的剩余使用寿命，若轮胎是安全的，中央模块通过液晶屏显示轮胎的压力、温度、平均轮胎 磨损程度、预测剩余使用寿命和安全状态，然后返回步骤S2，否则进入步骤S8； [0087] S8、中央模块向报警显示装置发送报警信息，通过液晶屏显示不同轮胎的压力、温 度、磨损程度、剩余使用寿命和安全状态信息，通过数码管显示具体报警信息，例如：压力过 高、压力过低、温度过高、磨损严重、临近使用寿命等，同时通过二极管闪烁，报警喇叭发出 报警声音，提醒驾驶人员注意，进行及时的处理，在处理完成之后，报警信息消失，轮胎危险 解除，返回步骤S2； [0088] 其中在步骤S2中，轮胎模块利用测量得到的纵向加速度和径向加速度提取轮胎的 接地特征和接地周期信息； [0089] 轮胎的接地特征包括根据测量的径向加速度提取的峰值接地时间、均值接地时 间、左宽、左高、左宽与左高比、左面积、右宽、右高、右宽与右高比、右面积、谷底高度和陷面 积以及根据测量的纵向加速度提取的极大值、极小值、左宽、左面积、右宽、右面积、宽度、高 度、高宽比和面积信息的部分或全部； [0090] 如图2所示，所述径向加速度的峰值接地时间是一个周期内径向加速度连续两个 峰值之间的距离； [0091] 所述径向加速度的均值接地时间是一个周期内达到第一个峰值之后，提取第一次 最接近均值的点为第一个均值点，在第一个均值点之后和第二个峰值之前，提取最接近均 值的点为第二个均值点，第一个和第二个均值点之间的距离为均值接地时间； [0092] 所述径向加速度的左宽是在一个周期内径向加速度第一个均值点和第一个峰值 13 13 CN 116086835 A 说明书 8/12页 之间的距离； [0093] 所述径向加速度的左高是一个周期内径向加速度在第一个峰值位置的幅值与径 向加速度在第一个均值点位置的幅值的差； [0094] 所述径向加速度的左宽与左高比是一个周期内径向加速度的左宽的值和径向加 速度左高的值之间的比例； [0095] 所述径向加速度的左面积是一个周期内径向加速度第一个峰值和第一个均值点 之间径向加速度幅值与径向加速度均值的幅值之差的累加和； [0096] 所述径向加速度的右宽是一个周期内径向加速度第二个均值点和第二个峰值之 间的距离； [0097] 所述径向加速度的右高是一个周期内径向加速度在第二个峰值位置的幅值与径 向加速度在第二个均值点位置的幅值的差； [0098] 所述径向加速度的右宽与右高比是一个周期内径向加速度右宽的值和径向加速 度右高的值之间的比例； [0099] 所述径向加速度的右面积是一个周期内径向加速度第二个均值点和第二个峰值 之间，径向加速度幅值与径向加速度均值的幅值之差的累加和； [0100] 所述径向加速度的谷底高度是一个周期内径向加速度第一个均值点和第二个均 值点之间，径向加速度均值的幅值和径向加速度最低点幅值的差； [0101] 所述径向加速度的陷面积是一个周期内径向加速度第一个均值点和第二个均值 点之间，径向加速度均值的幅值和径向加速度幅值之差的累加和； [0102] 所述径向加速度的均值是连续采集至少1个周期的径向加速度信号求均值得到； [0103] 如图3所示，所述纵向加速度的极大值是一个周期内纵向加速度极大值位置的纵 向加速度幅值和纵向加速度均值的幅值的差； [0104] 所述纵向加速度的极小值是一个周期内纵向加速度极小值位置的纵向加速度幅 值和纵向加速度均值的幅值的差； [0105] 所述纵向加速度的左宽是在一个周期内纵向加速度极大值位置之前第一个凹点 位置和极大值位置之间的距离； [0106] 所述纵向加速度的左面积是在一个周期内纵向加速度极大值位置之前第一个凹 点和极大值之间，纵向加速度幅值和纵向加速度极大值位置之前第一个凹点的幅值之差的 累加和； [0107] 所述纵向加速度的右宽是在一个周期内纵向加速度极小值位置之后第一个凸点 位置和极小值位置之间的距离； [0108] 所述纵向加速度的右面积是在一个周期内纵向加速度极小值位置之后第一个凸 点和极小值之间，纵向加速度极小值位置之后第一个凸点的幅值和纵向加速度幅值之差的 累加和； [0109] 所述纵向加速度的宽度是一个周期内纵向加速度的极大值点的位置和极小值点 位置之间的距离； [0110] 所述纵向加速度的高度是一个周期内纵向加速度在极大值点位置的幅值和极小 值点位置的幅值的差； [0111] 所述纵向加速度的高宽比是一个周期内纵向加速度高度的值和纵向加速度宽度 14 14 CN 116086835 A 说明书 9/12页 的值之间的比例； [0112] 所述纵向加速度的面积是一个周期内纵向加速度极大值点位置和极小值点位置 之间，纵向加速度的幅值和极小值点位置的纵向加速度幅值的差的累加和； [0113] 所述纵向加速度的均值是采集至少1个周期的纵向加速度信号求均值得到； [0114] 如图4所示，所述接地周期是轮胎的径向加速度在连续两个周期内检测到的两个 最小值位置之间的距离。 [0115] 本实施例的汽车轮胎磨损程度估计方法，轮胎的接地特征为轮胎径向加速度和轮 胎纵向加速度不同特征的组合，表示为：F＝[f ，…，f ]，1≤m≤22，式中，F为接地特征， 1 m f ，…，f为选择的轮胎径向加速度和纵向加速度特征，可以从径向加速度的峰值接地时间、 1 m 径向加速度的均值接地时间、径向加速度的左宽、径向加速度的左高、径向加速度的左宽与 左高比、径向加速度的左面积、径向加速度的右宽、径向加速度的右高、径向加速度的右宽 与右高比、径向加速度的右面积、径向加速度的谷底高度、径向加速度的陷面积、纵向加速 度的极大值、纵向加速度的极小值、纵向加速度的左宽、纵向加速度的左面积、纵向加速度 的右宽、纵向加速度的右面积、纵向加速度的宽度、纵向加速度的高度、纵向加速度的高宽 比以及纵向加速度的面积中进行选择，m为选择的轮胎径向加速度和纵向加速度特征的数 量。 [0116] 本实施例的汽车轮胎磨损程度估计方法，轮胎的接地特征还可以为轮胎径向加速 度和轮胎纵向加速度不同特征变换的组合，表示为： 式中，F为接地 特征， 为选择的径向加速度和纵向加速度的不同特征变换的结果，可以从径向加速 度的峰值接地时间/接地周期、径向加速度的均值接地时间/接地周期、径向加速度的左宽/ 接地周期、径向加速度的左高/接地周期、径向加速度的左宽与左高比、径向加速度的左面 积*接地周期、径向加速度的右宽/接地周期、径向加速度的右高*接地周期、径向加速度的 右宽与右高比、径向加速度的右面积*接地周期、径向加速度的谷底高度*接地周期、径向加 速度的陷面积*接地周期、纵向加速度的极大值*接地周期、纵向加速度的极小值*接地周 期、纵向加速度的左宽/接地周期、纵向加速度的左面积*接地周期、纵向加速度的右宽/接 地周期、纵向加速度的右面积*接地周期、纵向加速度的宽度/接地周期、纵向加速度的高 度*接地周期、纵向加速度的高宽比、纵向加速度的面积*接地周期中进行选择，l为选择的 轮胎径向加速度和纵向加速度特征变换结果的数量。 [0117] 轮胎接地特征可以根据轮胎实验测试结果，建立纵向加速度和径向加速度的不同 接地特征和轮胎磨损程度之间的相关性，选择相关性较大的特征形成接地特征组合。 [0118] 在本实施例中，选择型号为275/80R22.5的轮胎，通过胎面打磨，得到胎面花纹深 度分别为2mm、5mm、8mm、11mm和14mm的5种磨损程度的轮胎。利用这5种轮胎进行实验测试， 测试过程中，轮胎速度选择20km/h、30km/h、40km/h、50km/h和60km/h，轮胎压力选择冷态 700MPa、800MPa、900MPa、1000MPa和1100MPa，轮胎实际施加的载荷选择700kg、900kg、 1100kg、1300kg、1500kg、1700kg、1900kg、2100kg、2300kg、2500kg、2700kg、2900kg、3100kg、 3300kg、3500kg和3700kg，利用安装在轮胎内的压力传感器和加速度传感器测量获得轮胎 的压力、纵向加速度和径向加速度，通过提取轮胎纵向加速度与径向加速度接地特征和接 地周期，分析不同接地特征与轮胎花纹深度之间的相关性，最终选择相关性比较大的10个 特征组成接地特征组合，包括径向加速度谷底高度、径向加速度左高、径向加速度均值接地 15 15 CN 116086835 A 说明书 10/12页 时间、径向加速度陷面积、径向加速度右高、纵向加速度极大值、纵向加速度宽度、纵向加速 度面积、纵向加速度高度、纵向加速度高宽比。 [0119] 在实际的测试过程中，轮胎不同，选择的接地特征可以不同，通过实验测试和相关 性分析，选择部分相关性较大的接地特征形成接地特征组合。 [0120] 本实施例的汽车轮胎磨损程度估计方法，在步骤S4中，所述中央模块根据接收到 的轮胎的压力、接地特征和接地周期信息，通过深度神经网络进行轮胎磨损程度的估计，在 本实施例中，深度神经网络选择3层BP神经网络，网络的输入为轮胎的压力、选择的径向加 速度谷底高度、径向加速度左高、径向加速度均值接地时间、径向加速度陷面积、径向加速 度右高、纵向加速度极大值、纵向加速度宽度、纵向加速度面积、纵向加速度高度、纵向加速 度高宽比10个接地特征和接地周期，输入信息需要经过归一化处理，转换为[‑1  1]之间的 数值。归一化时，假定网络的输入为x (j＝1，…，12)，根据实验测试结果选择每一个输入的 j 最小值x 和最大值x ，然后按照下列公式进行归一化处理： m i n j m a x j [0121] 输入信息归一化之后，输入隐含层，本实施例隐含层神经元个数选择为20个，隐含 层激活函数选择sigmoid函数，可以按照下列公式计算隐含层输出为： 式中， 为输入层第j个输入和隐含层 第k个神经元之间的权重系数，θ为隐含层第k个神经元的偏置参数。 k [0122] 输出层只有一个神经元，为神经网络估计的磨损程度估计值，输出层选择线性函 数，可以按照下列公式计算输出层结果为： 式中， 为隐含层第k个神 经元和输出层之间的权重系数，b为输出层的偏置参数。输出层输出的结果经过线性转换得 到实际的轮胎磨损程度值W，本实施例用花纹深度描述轮胎的磨损程度，花纹深度的变化范 围在1.5‑14.5之间。线性转换公式如下： 式中，y 为神经网络 min 输出最小值，y 为神经网络输出最大值，根据实际测试数据的结果选择。 max [0123] 由于利用单一工况测试数据获得的轮胎接地特征、接地周期和压力数据估计得到 的轮胎磨损程度存在一定的波动，如图5所示，不同磨损程度估计平均偏差为0.092808mm， 最大偏差接近0.9mm，误差较大。 [0124] 为了减少估计误差，通过多次估计结果的平均并且剔除异常点，提高估计结果的 准确性。在本实施例中，利用10次估计的结果作为估计的平均轮胎磨损程度norm。其中在步 骤S5中，设定的阈值为ε为0.1mm，当利用新的数据估计得到的轮胎磨损程度Wi和平均轮胎 磨损程度norm之间的差异的绝对值超过0.1mm，即norm‑Wi＞ε，舍弃当前的轮胎磨损程度 估计值，进行下一次的估计，通过这种方式获得有效的轮胎磨损程度估计值。在本实施例 中，根据实验测试数据，得到1980个估计的轮胎磨损程度，根据平均值和估计值之间的差异 绝对值的判断，舍弃了超过阈值的451个估计值，最终得到1529个有效估计结果，估计结果 如图6所示，可以看出，估计得到的轮胎磨损程度准确性很高，并且波动很小，估计误差最大 不超过0.16mm。 [0125] 其中在步骤S7中，根据估计得到的平均轮胎磨损程度norm、压力和温度可以进行 轮胎安全性的判断，在安全性判断时，根据设定的轮胎压力、温度和磨损程度的安全阈值进 16 16 CN 116086835 A 说明书 11/12页 行判断。 [0126] 其中在步骤S7中，根据汽车的行驶里程和估计的平均轮胎磨损程度norm进行轮胎 剩余使用寿命的预测，在本实施例中，利用剩余行驶里程表示轮胎的剩余使用寿命，按照下 面的公式进行预测： [0127] 式中，D为轮胎剩余行驶里程，W为当前估计得到的轮胎磨损程度，即轮胎的花纹 L 深度，W 为轮胎达到磨损极限时的花纹深度，W 为新轮胎的花纹深度，D为目前汽车的行 old new 驶里程。 [0128] 本实施例的轮胎磨损程度估计系统如附图7所示，包括设于汽车轮胎的轮胎模块 以及设于汽车内的中央模块；所述轮胎模块和中央模块之间采用无线] 轮胎模块可以接收中央模块发送的唤醒信号，轮胎模块在唤醒之后，轮胎模块测 量轮胎的压力、温度、纵向加速度和径向加速度信息，进行测量信息的数据处理和判断，提 取轮胎的接地特征和接地周期信息；轮胎模块将获取的轮胎的压力、温度、接地特征和接地 周期信息通过无线方式传递到中央模块，中央模块接收轮胎模块发送的信息； [0130] 中央模块通过CAN总线接收汽车的速度、加速度、行驶里程和转向角信息，根据接 收的信息判断汽车是否是匀速直线行驶状态；当汽车处于匀速直线行驶状态时，中央模块 利用轮胎模块发送的轮胎的压力、接地特征和接地周期信息进行轮胎磨损程度的估计。 [0131] 中央模块通过CAN总线接收汽车的速度、加速度、行驶里程和转向角信息，当汽车 速度超过20km/h，加速度小于0.01m/s2，转向角小于2度，判定汽车处于匀速直线行驶状态， 中央模块利用轮胎模块发送的轮胎的压力、接地特征和接地周期信息进行轮胎磨损程度的 估计。 [0132] 本实施例的轮胎磨损程度估计系统的轮胎模块，如附图8所示，包括轮胎压力传感 器、轮胎温度传感器、轮胎加速度传感器、第一微控制器、存储器、电池、唤醒电路和射频收 发器。本实施例的轮胎压力传感器和轮胎温度传感器采用集成的HIWAY800传感器，进行轮 胎压力和温度的测量，轮胎加速度传感器采用ADXL372传感器测量轮胎运动过程的径向加 速度和纵向加速度变化。第一微控制器采用HIWAY800集成的微控制器，存储器采用 HIWAY800自带的FLASH，可以存储轮胎压力传感器测量信息、轮胎温度传感器测量信息、轮 胎加速度传感器测量信息、轮胎测量信息的处理和判断程序、轮胎接地特征提取程序、轮胎 接地周期提取程序。唤醒电路与第一微控制器相连，用于在外部的唤醒脉冲作用下产生唤 醒信号唤醒第一微控制器。射频收发器为nRF905，射频收发器接收中央模块发送的唤醒脉 冲，发射轮胎压力、温度、接地特征和接地周期信息。轮胎压力传感器、轮胎温度传感器、轮 胎加速度传感器、射频收发器和存储器与第一微控制器的输入输出接口相连，射频收发器 接收的信息、存储器存储的信息、轮胎压力传感器测量的轮胎压力、轮胎温度传感器测量的 轮胎温度、轮胎加速度传感器测量的径向加速度和纵向加速度通过第一微控制器的输入输 出口送给第一微控制器，第一微控制器进行传感器测量信息的处理和判断，进行轮胎接地 特征的提取和接地周期的提取，第一微控制器通过输入输出口向存储器发送存储或读取命 令进行信息的存或取，向射频收发器发送接收或发射命令控制射频收发器接收或发射的工 作状态，向轮胎压力传感器、轮胎温度传感器和轮胎加速度传感器发送测量与读取命令对 轮胎状态进行测量与读取。 [0133] 本实施例的轮胎磨损程度估计系统的中央模块，如附图9所示，包括第二微控制 17 17 CN 116086835 A 说明书 12/12页 器、存储器、显示报警装置、CAN收发器和射频收发器。第二微控制器为PIC16F877，存储器为 微控制器自带的FLASH，可以存储轮胎压力和温度测量信息、轮胎接地特征信息、轮胎接地 周期信息、轮胎磨损程度估计程序和估计结果、轮胎剩余使用寿命预测程序和预测结果、轮 胎安全状态判断程序和判断结果、汽车行驶状态判断程序和判断结果。显示报警装置包括 液晶屏、数码管、发光二极管、闪光灯、喇叭和报警器等，液晶屏显示轮胎的压力、温度、磨损 程度、预测剩余使用寿命和安全状态。数码管和发光二极管显示轮胎压力过高、压力过低、 温度过高、磨损严重等危险状态信号，闪光灯、喇叭和报警器进行报警，提醒驾驶人员注意。 CAN收发器为SCM3425ASA，连接第二微控制器和汽车其他控制模块，相互之间通过CAN总线 传递信息，第二微控制器通过CAN总线获取汽车的速度、加速度、行驶里程和转向角信息。射 频收发器为nRF905，工作频率为433MHz，射频收发器接收轮胎模块发射的轮胎压力、温度、 接地特征和接地周期信息，向轮胎模块发射唤醒脉冲信号。存储器、显示报警装置、CAN收发 器和射频收发器分别与第二微控制器的输入输出接口相连，存储器存储的信息、CAN收发器 接收的信息和射频收发器接收的信息都通过第二微控制器的输入输出口送给第二微控制 器，第二微控制器通过输入输出口向存储器发送存储或读取命令进行信息的存或取，第二 微控制器顺序执行汽车行驶状态判断程序、轮胎磨损程度估计程序、轮胎剩余使用寿命预 测程序和轮胎安全状态判断程序，根据估计和判断的结果，第二微控制器向显示报警装置 发送显示报警的命令和内容，第二微控制器向CAN收发器发送接收或发送命令控制CAN总线 信号的接收或发送，第二微控制器向射频收发器发送接收或发射命令控制射频收发器接收 或发射工作状态。 [0134] 最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保 护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应 当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实 质和范围。 18 18 CN 116086835 A 说明书附图 1/6页 图1 19 19 CN 116086835 A 说明书附图 2/6页 图2 图3 20 20 CN 116086835 A 说明书附图 3/6页 图4 21 21 CN 116086835 A 说明书附图 4/6页 图5 22 22 CN 116086835 A 说明书附图 5/6页 图6 图7 23 23 CN 116086835 A 说明书附图 6/6页 图8 图9 24 24

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