具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

首先，简要说明本发明提供的一种轮胎自定位方法的设计思路。常规的，以小型汽车为例，包含四个轮胎，分别是前部左边(FL)、前部右边(FR)、后部右边(RR)、后部左边(RL)。在各个轮胎上安装了轮胎状况监测系统之后，需要确定轮胎气压检测装置的安装位置。在轮胎行驶过程中，在任意一个转动周期的同一个参考点(同一转动角度)获取一个无线信号和有线信号。该无线信号与加速度信号的参考点关联，该有线信号包含轮胎的轮齿脉冲传感器的ABS信号及已知的轮齿脉冲传感器所在的轮胎位置(例如FL)。根据有线信号和无线信号来计算参考点对应的实际齿数信息，生成一组齿数信息的队列。举例来说，一个轮胎的无线信号与前部左边的轮胎(FL)的有线信号、与前部右边的轮胎(FR)的有线信号、与后部右边的轮胎(RR)的有线信号、与后部左边的轮胎(RL)的有线信号可以形成四组齿数信息的队列。根据数据统计，偏离程度最小的那一组齿数信息，假设前部左边的轮胎(FL)的有线信号对应的偏离程度最小，则对应的轮胎状况监测系统被确定是安装在前部左边的轮胎(FL)。以此类推，可以确认每个轮胎状况监测系统所在的实际位置，从而实现轮胎状况监测系统轮胎位置的自主学习。

图3示出了本发明的一个实施例的轮胎自定位方法的流程框图。如图所示，本发明提供的一种轮胎自定位方法包括步骤：

S1，数据采集，获取轮胎的无线信号和有线信号，无线信号能索引到第一信号达到参考点时对应的时间，第一信号至少包含轮胎的加速度信息，有线信号包含第二信号及对应的轮胎的位置信息，第二信号至少包含轮胎的转动角度信息；

S2，数据转换，根据当前接收到的无线信号和有线信号来计算第一信号达到参考点时对应的轮胎的参考转动角度信息；

S3，数据统计，重复执行步骤S1和S2，对获取的参考转动角度信息的队列进行偏离程度统计，偏离程度统计包括根据参考转动角度信息获取对应的参考角度，计算参考角度的正弦值和余弦值，对累积的正弦值队列和余弦值队列进行方差和统计；

S4，根据统计结果判定第一信号对应的轮胎的具体位置。

较佳地，轮胎转动角度信息包含轮胎转动的ABS齿数，在步骤S1中获取有线信号，保存ABS齿数，生成编码值的队列，多个编码值形成编码值队列；

在步骤S2，根据当前接收到的无线信号和有线信号来计算第一信号达到参考点时对应的轮胎的参考转动角度信息，记为参考编码值；

在步骤S3，对获取的参考编码值的队列进行偏离程度统计，偏离程度统计包括根据参考编码值获取对应的参考角度。

图4示出了本发明的一个实施例的轮胎自定位方法中步骤S3的流程框图。较佳地，如图所示，步骤S3包括：

S31，计算参考编码值所对应的参考角度α；

S32，计算参考角度α的正弦值，并对累积的正弦值队列进行方差统计；计算参考角度α的余弦值，并对累积的余弦值队列进行方差统计；

S33，对正弦方差统计和余弦方差统计求和，方差和＝正弦方差+余弦方差。

较佳地，在步骤S31中，参考角度α＝((ABS_ref-n)/ABS_CODE_MAX)*2Π；

其中，ABS_ref为参考编码值，ABS_CODE_MAX为轮胎旋转一圈的ABS增加的齿数，编码值从n开始。

较佳地，第一信号的特性曲线为正弦曲线，选定第一信号的特定角度作为参考点。根据第一信号的特性曲线，确定参考点的位置，该参考点可以是第一信号特性曲线的最高点、最低点，也可以是轮胎与地面接触的位置，或者其他任意角度位置。更佳地，选定第一信号的正弦曲线的最高点作为数据转换的参考点。

图5示出了本发明的一个实施例的轮胎自定位方法中步骤S2的流程框图。较佳地，步骤S2包括：

S21，记录当前接收的无线信号和有线信号的时间间隔T1；

S22，获取第一信号达到参考点至接收无线信号的回溯时间T2；

S23，索引时间T3＝回溯时间T2-时间间隔T1；

S24，计算需要往回索引的编码值的个数，该个数为索引时间T3/第二信号的周期ABS_period取整；

S25，根据往回索引的个数，记录在编码值的队列中索引到的编码值ABS_search；

S26，修正编码值ABS_search，获取参考编码值ABS_ref。

图6示出了本发明的一个实施例的轮胎自定位系统的结构示意图。如图所示，本发明还提供了一种轮胎自定位系统600，用于执行前述的轮胎自定位方法。该轮胎自定位系统600主要包括轮胎601、轮胎状况检测装置602、第二信号传感器603、第二信号控制器604、通信总线605和信号接收处理器606。

其中，轮胎状况检测装置602和第二信号传感器603设置于轮胎601上。轮胎状况检测装置602用于采集第一信号以及轮胎的压力、温度和识别码，并生成无线信号。

第二信号传感器603用于采集第二信号。

第二信号控制器604与第二信号传感器603电连接。第二信号控制器604接收第二信号并生成有线信号，有线信号包含第二信号对应的编码值及第二信号传感器所在轮胎的位置信息。

信号接收处理器606通过通信总线605接收有线信号。信号接收处理器606同时接收无线信号。信号接收处理器606根据无线信号和有线信号来执行轮胎自定位方法中的步骤S2至S4，最终判定第一信号对应的轮胎的具体位置。在一实施例中，通信总线605可以是CAN通信总线。

较佳地，轮胎状况检测装置602包括第一信号采集传感器和无线发射电路，第一信号采集传感器用于采集第一信号，所生成的无线信号通过无线发射电路发送到信号接收处理器606。通常，轮胎状况检测装置602安装在轮胎里。轮胎状况检测装置602还包括轮胎空气压力传感器，温度传感器等。轮胎状况检测装置602可以通过其芯片上集成的微控制单元处理各传感器采集的轮胎状况信息，同时对采集到的轮胎气压值、温度值等合并入无线信号，并同时配合无线发射电路，将无线信号发送出去。

较佳地，第一信号采集传感器为加速度传感器，第二信号传感器603为制动防抱死系统的ABS轮齿脉冲传感器。随着轮胎601的旋转，第一信号呈现为正弦曲线特性。常规的，车辆具备多个轮胎601，在本实施例中，车辆有4个轮胎601，分别是左前轮胎(FL),右前轮胎(FR)，右后轮胎(RR)，左后轮胎(RL)。每个轮胎都设有轮胎状况检测装置602，每个轮胎状况检测装置602都具有一个唯一的标识符，称为轮胎状况检测装置602的ID。作为举例而非限制，轮胎状况检测装置602发送的无线信号包括标识符、压力、发送时间等。进一步的，在轮胎601做滚动运动时，防抱死刹车系统的齿轮会跟随轮胎601一起做滚动运动，ABS轮齿脉冲传感器会采集转过的ABS齿数，并将ABS齿数信息发送出来。对ABS齿数信息进行编码，形成编码值。图7示出了本发明的一个实施例的ABS齿数示意图。如图所示，以正向X轴为起点，记为最小编码ABS_CODE_MIN，逆时针方向，轮胎每旋转1齿编码增加1齿，直到轮胎旋转一个周期后，编码达到最大值ABS_CODE_MAX，之后编码又从最小编码开始。本实施例中轮齿的齿数为48个，即ABS_CODE_MIN＝0；ABS_CODE_MAX＝47，轮胎601每旋转一齿产生一个脉冲，所以轮胎601旋转一圈产生48个脉冲，旋转2圈产生96个脉冲。由于同一个位置的轮胎状况检测装置602和齿轮一起随轮胎做滚动运动，并且他们同轴，所以第一信号和第二信号的特性曲线始终保持同步。图8示出了本发明的一个实施例的第一信号和第二信号的特性曲线图。如图所示，上方的第一信号(加速度信号)特性曲线，下方为第二信号(ABS轮齿编码信号)特性曲线，两者同步。

第二信号控制器604接收第二信号传感器603输出的ABS齿数数据，并将ABS齿数数据以累加的形式存储到内部变量，内部变量累加到ABS变量的最大值ABS_MAX之后,会从ABS变量的最小值ABS_MIN重新开始计数。第二信号控制器604把ABS变量处理成符合总线协议的数据格式，周期性的发送到总线上。图9示出了本发明的一个实施例的ABS编码值和ABS变量的特性曲线图。ABS编码值和ABS变量的对应关系为：ABS编码值＝(ABS变量)％ABS_CODE_MAX。例如：ABS编码值的取值范围可以是0-47；ABS变量的取值范围可以是0-47。

信号接收处理器606布置在车体侧，配置为在任意随机时刻从每个轮胎状况检测装置602接收无线信号。信号接收处理器606从第二信号控制器604接收有线信号，该有线信号包含有第二信号，有线信号是周期性的，在该实施例中有线信号包含FL/FR/RR/RL四个位置的第二信号。

图10示出了本发明的一个实施例的第一信号的加速度和第二信号的ABS齿数的特性曲线图。如图所示，由于同一个位置的轮胎状况检测装置602和轮胎601轮齿同轴，所以来自轮胎状况检测装置602的位于图10中上方的第一信号加速度特性曲线和位于下方的第二信号特性曲线呈现出同步的规律。利用该特性，如果选取参考点在第一信号特性曲线的同一个角度，则对应同轴的第二信号编码值聚合在一个特定的值。图中虚线位置是选定第一信号的正弦曲线的最高点作为参考点。由于有线信号中包含有第二信号对应的轮胎所在位置信息，以及ABS齿数信息，所以就可以利用已知的第二信号的位置信息以及第一信号特性曲线和第二信号特性曲线同步的关系实现轮胎状况检测装置602的位置识别。

图11示出了本发明的一个实施例的通过索引第二信号编码值来获得参考编码值的示意图。如图所示，Receive_RF为信号接收处理器606接收到的当前无线信号，ABS_ref为第一信号达到参考点的参考编码值。T2为回溯时间，是指当前接收到的无线信号Receive_RF到第一信号达到参考点之间的时间间隔，该回溯时间T2可以被包含在无线信号中，或以时间戳的形式通过计算获得。如图所示，以当前获得的有线信号的第二信号的编码值记为ABS[n]，作为起点，往回索引，并计算参考点处的参考编码值ABS_Ref。结合图5所示对于获取参考编码值做详细说明。

可以通过以下步骤索引到参考点处对应的参考编码值，步骤S2包括：

S21，记录当前无线信号和有线信号接收的时间间隔T1。

S22，获取第一信号达到参考点至接收无线信号的回溯时间T2；。

S23，索引时间T3＝回溯时间T2-时间间隔T1，是从参考点至当前有线信号对应的编码值ABS[n]的时间。

S24，计算需要往回索引的编码值的个数，该个数为索引时间T3/有线信号的周期ABS_period取整，计算索引到的编码值队列的下标值。

S25，根据往回索引的个数，记录在编码值的队列中索引到的编码值ABS_search，在本示例中，该第二信号的编码值ABS_search＝ABS[n-2]

S26，修正编码值ABS_search，获取参考编码值ABS_ref。

具体的，步骤S26包括：

S261，计算ABS_search和ABS_ref之间时间间隔△T＝索引时间T3％第二信号的周期ABS_period(取余)。

S262，计算ABS_ref和ABS_search之间的差值(两者之间的ABS齿数差)：△ABS＝(△T/ABS_period)*(ABS[n-2]-ABS[n-3])，这里的ABS[n-2]为索引到的编码值ABS_search。

S263，修正对应参考点处的参考编码值，获取参考编码值ABS_ref＝ABS[n-2]-△ABS。

容易理解的，信号接收处理器606每次接收到一个轮胎状况检测装置602的无线信号，就执行一次以上步骤S21到步骤S26，可以得到每个轮胎状况检测装置602累积的参考编码值ABS_ref的队列。以4个轮胎安装4个轮胎状况检测装置602为例，每个轮胎对应4组参考编码值ABS_ref数据。4个轮胎共对应16组参考编码值ABS_ref数据。对每个轮胎对应的4组参考编码值ABS_ref进行数据偏离程度的分析，方差和的最小值判定为偏离程度最小。

根据图3和图4进一步说明依据方差和统计参考编码值ABS_ref的偏离程度，统计的步骤如下：

1)计算参考编码值对应的参考角度α，α＝((ABS_ref-1)/ABS_CODE_MAX)*2π。在本实施例中第二信号的编码值从1开始。其中，ABS_CODE_MAX为轮齿旋转一圈ABS增加的齿数。

2)计算偏离角度α的正弦值sinα，并对累积的正弦值队列进行方差统计；计算参考角度α的余弦值，并对累积的余弦值队列进行方差统计；

3)对正弦方差统计和余弦方差统计求和，方差和＝正弦方差+余弦方差。

方差公式:

F＝(∑(x-μ)²)/N

F为总体方差，x为变量，μ为总体均值，N为总体例数

sinα的方差记为Fsin；cosα的方差记为Fcos

4)“方差和”代表偏离程度，其公式如下：

S＝Fsin+Fcos；

由信号接收处理器606对同一轮胎状况检测装置602ID对应的第二信号的参考编码值ABS_ref进行方差和运算，将与最小“方差和”相对应的第二信号所包含的轮胎601位置判断为该轮胎状况检测装置602的位置。通过对全部的轮胎状况检测装置602进行判断，从而识别出各个轮胎状况检测装置602的具体位置。

在本实施例中，以下面四个轮胎状况检测装置602ID0～ID3分别对应的4组第二信号的参考编码值队列为例，对ID0对应的四组第二信号参考编码值队列进行方差和计算，计算的出来RR位置的方差和最小为0.04其他三组的方差均远大于该组的方差和，所以将这组方差和最小的第二信号参考编码值对应的位置分配给轮胎状况检测装置602ID0。通过对全部的轮胎状况检测装置602进行判断，从而识别出各个轮胎状况检测装置602的具体位置。

执行完所有轮胎状况检测装置的位置分配之后，校验是否有同一个轮胎状况将测装置被分配到两个不同的位置，如果没有，则执行下一步校验，校验是否有两个轮胎状况检测装置602被分配到了同一个位置。如果没有则判定轮胎位置分配成功。否则等待存储的参考编码值队列，增加一组，并重复以上判定过程。

信号接收处理器606执行轮胎状况ID学习过程的时间要控制在10min以内。10min的计时条件是车速大于一定阈值才开始记时，本实施例的车速阈值为35km/h，主动学习超时时间为8min。若根据以上方差和分配结果失败，对历史ID保留其位置不变，对于新增ID则随机分配在没有历史ID的位置。

采用方差和统计的优势分析如下：

由于存储的ABS齿数数据存在齿数翻转的情况，考虑将ABS齿数信息转换为角度信息之后并带入三角函数计算。齿数翻转的情况在三角函数上表现为平滑过渡。

首先将齿数转换为角度信息，可以采用如下换算关系：

1)转动角度α＝((ABS_ref-1)/ABS_cycle)*2Π；//轮齿数从1开始编码

2)转动角度α＝((ABS_ref)/ABS_cycle)*2Π；//轮齿数从0开始编码

参考编码值ABS_ref，ABS_cycle为轮齿旋转一圈ABS增加的齿数。

将换算后的角度信息带入正弦三角函数后，对比轮齿旋转一周齿数变化和三角函数的变化，可以看出齿数在在旋转一圈之后会出现数值跳变的情况，称之为齿数的翻转现象，但是正弦数值则呈现出了平滑变化的趋势。图12示出了本发明的一个实施例的正弦曲线特性和ABS齿数特性，说明了正弦函数的引入很好的解决了齿数旋转一圈后带了的翻转现象。但是正弦曲线的引入又会带来一个新的问题，将ABS齿数等效为单位圆，由于正弦特性，第一象限的值和第二象限的正弦值可能会出现相等的情况,但是第一象限的齿数值和第二象限的齿数值则是不同的，也就是说不同的齿数等效为正弦函数后出现了不同齿数对应同一正弦值的情况。这种情况会导致本来离散分布的齿数值，被误认为是偏离程度是很小的。为了解决这种情况，在引入正弦函数的同时，也把余弦函数考虑进去，针对以上问题，当α等于∏-β时，利用余弦函数在第一象限和第二象限呈现相反数的特性，可以轻松识别出齿数真实的偏离程度。为了解决这种情况，在引入正弦函数的同时，也把余弦函数考虑进去，针对以上问题，当α等于∏-β时，利用余弦函数在第一象限和第二象限呈现相反数的特性，可以轻松识别出齿数真实的偏离程度。从三角函数在各个象限的正负可以得出：

当两个角的正弦函数在第一象限和第二象限相等时，他们的余弦函数互为相反数；当两个角的正弦函数在第三象限和第四象限相等时，他们的余弦函数互为相反数；当两个角的余弦函数在第一象限和第四象限相等时，他们的正弦函数互为相反数；当两个角的余弦函数在第二象限和第三象限相等时，他们的正弦函数互为相反数。

引入余弦函数之后，利用“两个角的正弦函数在第一象限和第二象限相等时，他们的余弦函数互为相反数”的关系，消除正弦函数的影响，将正弦函数和余弦函数的方差进行求和运算。

FL的正余弦方差和为0.63＝0+0.63；

FR的正余弦方差和为0.95＝0.47+0.47；

RR的正余弦方差和为0.06＝0.05+0.01；

RL的正余弦方差和为0.98＝0.51+0.47；

RR位置的方差和最小，所以推定出轮胎状况检测装置602ID0对应的位置为右后位置(RR)。与齿数方差求得的结果一致。

利用改进后的算法重新统计ABS齿数编码值存在反转的情况：

从上表可以看出FL位置的齿数方差为466.86远大于其他三组的方差，而方差和则为0.06，远小于其他三组。

本发明提供的一种轮胎自定位系统及其定位方法，利用正弦方差和余弦方差在轮胎状况监测系统中执行主动学习的方法，可以提高定位成功率，算法简单且对车辆ECU的硬件资源要求不高，并可以解决齿数翻转引入的偏离误差问题。

本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。