確定車輛輪胎壓力和花紋深度的方法
2023-10-10 15:37:54
專利名稱：確定車輛輪胎壓力和花紋深度的方法
技術領域：
本發明涉及一種確定充氣車輛輪胎的壓力和花紋深度的方法，通過提供力分布的 二維圖樣的力信號的負載傳感器陣列，該力由與傳感器接觸的輪胎施加，能夠當車輛行進 在陣列上時測量壓力，並且不依靠製造的方式或車輪和車輛的型號而從力分布中確定輪胎 氣壓，並能選擇性地顯示所述輪胎氣壓。
背景技術：
專利文獻US 5396817中描述了用來確定充氣車輛輪胎的氣壓的該類方法。該篇 現有技術的出版物描述了一種力傳感器的線性陣列，車輛輪胎在其上滾動。當輪胎滾壓過 負載傳感器陣列時，從信號的上升和下降中可以確定車輛速度。然而速度的測量取決於輪 胎氣壓的信號的邊沿的斜率，並且由於花紋因素而導致非常不準確。然而，輪胎花紋的幹擾作用在這一過程中並不能加以考慮。尤其是，信號上升被輪 胎的橫向花紋明顯地改變，例如橫向凹槽或斜的花紋凹槽，並且因此可以認為，信號上升不 是遵循線性路徑的。
發明內容
因此，本發明的目的是得到一種確定車輛的充氣車胎的壓力和花紋深度的方法， 並且在壓力測量的過程中，輪胎花紋的影響可以儘可能地被降低，並且輪胎花紋可以被精 確地表示。本發明闡明了一種具有權利要求1的特徵的方法。本發明的有利的改進體現在從 屬權利要求的主題中。本發明要求保護的方法用於確定安裝在車輛上的充氣輪胎的壓力和花紋深度，其 中壓力通過負載傳感器陣列進行確定，負載傳感器陣列提供力的分布的二維圖樣功率信 號，該力由當車輛在陣列上行進時與負載傳感器接觸的車輛輪胎施加；由此不依靠製造的 方式或輪胎和車輛的型號，而從力的分布來確定輪胎壓力。本發明還適於提供一種顯示壓 力的裝置。負載傳感器陣列優選地包括至少兩行負載傳感器，這些負載傳感器在行進方向上 先後依序排列，其中，至少有一行負載傳感器相對於一行或多行負載傳感器在與行進方向 垂直的方向上偏移一個預定的量。然而，從根本上說，還可以應用任何其他的壓力測量方 法。本發明還披露了在確定壓力的過程中或確定壓力之後能夠測量輪胎的花紋深度。輪胎壓力和花紋深度在前後相繼布置的站點進行測量。為了測量輪胎壓力，規定的尺寸應該小於單個負載傳感器在與行進方向垂直的方 向上的尺寸。一般而言，布置在一行中的負載傳感器是相同的。在多行負載傳感器中，至少一行的負載傳感器的長度也可以大於至少一個其他的 負載傳感器行中的負載傳感器的長度。從而短的負載傳感器減少了在出現高輪胎壓力和低負載時必須作出的補償的數值。長的傳感器能更好地測量橫向凹槽。總的說來，行數較多時採用較短的負載傳感器是有利的，儘管因此增加了所需的 負載傳感器的數量和相關的費用。然而，還能獲得更多有用的信息。從物理的角度看，本發明的測量原理是在可能最長的傳感器表面和可能最短的傳 感器表面之間的折衷方案，希望取得最長的傳感器表面是因為這樣能使花紋的影響最小 化。具有高氣壓和低負載輪胎在縱向的接觸長度只不過很短的一段。如果不進行附加補償， 接觸長度比傳感器表面長度還短會導致不可忽略的測量誤差。這大大地限制了傳感器長度 的可用範圍。 各個傳感器表面應該彼此邊靠邊地儘可能緊密地排布，優選地在行進方向上以及 與行進方向垂直的方向上均如此。傳感器元件排列的偏移所帶來的結果是，各個傳感器表面還可以製作得比與行進 方向垂直的方向上的傳感器之間的實際距離更寬，而不明顯地降低三維解析度。總的說來，由於縱向凹槽引起的效應可被消除，花紋上的縱向凹槽帶來的負面影 響能被可靠地最小化。為達此目的，最佳方式是用負載傳感器進行大面積的覆蓋，因為之後 在任何情形下，縱向凹槽都可以被檢測。有利地，提供一計算機裝置，其根據來自第一負載傳感器行和來自第二負載傳感 器行的信號計算重心，按照如下公式計算 其中，Ip是位置p處的強度，在時刻t時，重心pt經過，由第二負載傳感器行的重 心pt2和第一負載傳感器行的重心ptl的差值，根據如下公式可確定速度v 由此，從來自兩行傳感器的信號的時間差中，可以非常精確地計算車輛的速度及 其加速度。因此，優選地，負載傳感器被同時地或準同時地讀取數據。在準同時的方法中，數 據被讀入得非常快，以至沒有明顯延遲或測量誤差，或者採取相應的校正措施。輪胎在每一傳感器長度上的精確接觸長度可以利用速度信息來計算，通過將力的 信號轉換為長度量值並減去傳感器長度得出。如果接觸長度小於傳感器長度或處於傳感器 長度的範圍內，則適於進行補償計算。在多數情況下，進行線性補償就足夠了。應該指出的是，對於確定輪胎壓力，速度測量不是絕對必要的。它也可以獨立地進 行。本發明要求保護的確定速度的方法中，降低了花紋、胎趾和車輪外傾的影響。通過專門對信號的上升側面的微分考慮，花紋效應被可視化並被考慮在內。尤其是典型的圓錐形花紋切口，花紋的深度留下了特徵信號。花紋比較深時，花紋 的凹槽非常深非常寬，並且在橫向以及縱向都留下高的信號電平。隨著花紋的深度減小，花 紋的凹槽也變得更窄，這就減小了信號幅度。花紋深度可以容易地由信號幅度得出。因此， 本發明要求保護的方法公開了，應用力的信號在行進方向和/或與行進方向垂直的方向上 的幅度，計算機裝置可確定輪胎花紋的深度。
本方法的另一作用是測量車輛的重量。各個輪胎必須承受的負載可以由所測量的 輪胎壓力在行進距離和輪胎寬度上的積分來確定。車輛的軸負載或總負載通過累加車軸的 各個車胎的負載或車輛的負載來確定。本方法的一種簡易安裝方式是直接安裝在道路表面上，通常由入口和出口匝道保 護。這種安裝方式可以快速且簡易地進行，儘管它具有一些由車軸的垂直加速度引起的缺 陷。具體來說，除增加了傳感器板的負載和磨損之外，還會出現負載的突然變化或車軸跳過 傳感器的一部分，導致測量偏差增加。特別地，本測量方法的高精確度和負載的最小化可以通過將傳感器板凹進地面內 使得其表面與道路表面齊平而實現，並且車軸不必進行任何由坡道或類似結構引起的豎向 移動，也沒有輪胎或車軸的破壞性振動。本發明綜合了輪胎壓力測量和花紋深度測量，當車輛行進經過測量點時，優選地， 相繼地進行測量。在這種情形下，例如輪胎壓力就可用如上所述的方法來測量。花紋深度 通過掃描或光學方法來測量。例如光斷面或雷射斷面方法。花紋深度優選通過三角測量法來確定。例如，用於確定花紋深度的雷射三角測量 法與其他方法比起來，特別適合測量空載的花紋。這基本上已經是本發明要求保護的方法 中的情形，輪胎花紋在相對於道路表面小於90°的入射光測量射束角的照射下，由此，當輪 胎與測量設備存在一段距離時，總是可以進行輪胎花紋的測量，並且負載後的由輪胎接地 面積定義的花紋斷面不會被用來確定花紋深度。因此，在本發明要求保護的測量方法中，與 負載的花紋比起來，空載花紋沒有經過任何變形，並被經常測量，因此，在這些區域中，三角 測量法的應用不會產生測定值的任何失真。花紋深度也可採用光影轉換或常規光源通過三角測量來確定。優選地，在這一類型的三角測量方法中，諸如雷射的光源的激活時間與檢測反射 信號的照相機快門速度適當的同步，這樣，照相機實質上只測量光源的強度，因此在這一方 法中，有幹涉作用的背景光(如陽光或反射光)就可基本上被排除掉。三角測量應該以相對於輪胎表面小於90°的角度進行。在可能是溼的輪胎表面的 情況下，這樣的角度防止了在照相機中發生可能嚴重幹擾測量的反射。三角測量從較平的 角中消除了這一幹擾性的反射效應。因為採用了三角測量，花紋深度的確定的只不過是在輪胎周緣的一小塊區域上進 行，對同一輪胎相繼進行多次測量，比如甚至在不同的日期裡，可用於鑑定輪胎的整個周緣。通常出現在車輛輪胎上的磨損痕跡是測量誤差的另一來源。在這一情形中，使用 兩束雷射束進行檢測和防止輪胎的磨損痕跡的測量誤差是有效的。作為選擇，可以進行多 次測量。為了使輪胎的整個周緣區域的完全鑑定成為可能，通過連續不斷地進行一個接一 個的局部測量，本發明也教導了將上述的三角測量方法集成到輪胎試驗臺以確定花紋深 度。由此，輪胎的整個周緣上的不同的花紋特性都可以被徹底地測量，花紋特性例如花紋深 度或花紋缺陷。還可以有利的是，可將本發明要求保護的用於安裝在道路表面上的三角測量設備 和用於自身保護的三角測量設備集成在入口或出口匝道上，或集成在立交匝道上。
下面結合附圖對本發明進行更詳細的解釋，附圖中圖1是負載傳感器陣列的第一實施例，其中第一負載傳感器行在車輛的行進方向 A上偏離第二負載傳感器行；圖2是負載傳感器陣列的第二實施例；以及圖3是負載傳感器陣列的第三實施例；以及圖4是負載傳感器陣列的第四實施例；以及圖5是一通過雷射三角測量來測量距離從而確定輪胎的花紋深度的實例。
具體實施例方式在圖中，箭頭A指示行進方向。第一負載傳感器行10(如1、3、5...)相對於第二 負載傳感器行20 (如2、4、6...)發生偏移，與行進方向垂直的方向上的偏移量為x。輪胎與 兩行接觸時，由車輛速度產生的時間差可用於確定這一速度。這一方法的優勢在於所需的 一行中的傳感器的數量僅僅是現有技術中要求的數量，還具有獲得速度信息的優勢。負載 傳感器不是電串聯的，而是根據數據處理程序可被同時或至少同時被讀數。傳感器表面必須彼此相隔一段足夠的距離，這樣它們就不會彼此重疊。因此，在傳 感器表面之間留出的狹小的間隙仍然未被測量。偏移排布使得各個傳感器表面可被加長或加寬，最多被加長或加寬至負載傳感器 之間的距離的兩倍。因此，輪胎花紋引起的幹擾影響可被明顯地減少，而不會明顯地損失解析度。圖2示出了由兩個負載傳感器行10' ,20'構成的陣列的實施例，這些負載傳感 器在行進方向A上和與行進方向垂直的方向上都端靠端、側對側地連續排列。由此，完全消 除了在圖1中示出的具體實施例中出現的狹小的間隙，而且可以測量並選擇性地補償縱向 凹槽的影響。圖3示出了負載傳感器陣列的一個實施例，其中第一負載傳感器行10"和第二負 載傳感器行20 「在行進方向上具有不同的傳感器長度。這樣的布置大大地減少了花紋的影 響，而且輪胎在低負載和高壓力時的實際接觸長度可以被精確地確定。圖4示出了負載傳感器陣列的實施例，其中三個負載傳感器行10" 『、20"『、 30"『具有相等的傳感器長度。布設兩個或多個負載傳感器行是絕對有利的。由此可獲得 大量信息，所以結果就更加可靠。但是，這一型式的陣列相應地會昂貴得多。負載傳感器陣列有可能進行其他變型。如果需要更大量的信息，甚至可以提供四 個或更多個負載傳感器行，其中各行的傳感器長度可以相同，也可以不同。附圖中僅示出兩 行彼此偏移傳感器寬度的一半，但是其他型式的偏移量也是可能的，例如，四分之一的傳感 器寬度或任何其他分數的傳感器寬度。圖5示出了通過雷射三角測量來測量距離從而確定花紋深度的實施例。在圖5 中Apt 待測量的花紋深度rA 輪胎的齒頂圓半徑
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xLq 從輪胎表面上的接觸點起的光源(雷射)的水平距離a切角日照相機視角y雷射入射角xK 從輪胎的接觸點起的照相機的水平距離SA = (xA/yA) 在輪胎的接觸面上的測量點SPT = xPT/yPT)在輪胎的花紋凹槽上的測量點AE目標平面中的合成偏移量照相機從點(xK/0)以角度0朝向待測目標，光源從點(xu/0)以角度、朝向待 測目標。目標平面上的距離AE形成了象平面上的一個距離Apix。兩個距離彼此成比例 (截線定理)。通過計算八唚和A ,的行程差，距離A PT可按如下公式確定 通過利用透鏡的焦距和象元間隔，可將APix轉換到Ae。上文說明書中、附圖中以及權利要求中所公開的本發明的特徵，既單獨地又以任 何可能的組合方式對實現本發明都是必不可少的。
權利要求
用於確定安裝在車輛上的充氣輪胎的壓力和花紋深度的方法，其中壓力通過負載傳感器陣列進行確定，負載傳感器陣列提供力的分布的二維圖樣的力信號，該力由當車輛在陣列上行進時與負載傳感器接觸的車輛輪胎施加，並且不依靠製造的方式或輪胎和車輛的型號，而從力的分布來確定輪胎壓力，其特徵在於，輪胎的花紋深度是在確定壓力之前、之中或之後確定的。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，花紋深度通過三角測量確定。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，花紋深度是通過採用雷射、光影轉換或 標準光源的三角測量來確定的。
4.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，為了遮擋背景光，照相機的快門速度和諸如 雷射這樣的光源的激活時間是同步的，這樣，照相機實質上只測量光源的強度。
5.如權利要求2至4之一所述的方法，其特徵在於，三角測量以相對於輪胎表面小於 90°的角度來進行。
6.如權利要求2或3所述的方法，其特徵在於，三角測量用於輪胎的空載花紋斷面，，使 測量光束以相對於道路表面小於90°的入射角度來照射空載的車胎花紋。
7.如權利要求2至5之一所述的方法，其特徵在於，對同一輪胎進行多次測量，以鑑定 輪胎的整個周緣和/或消除磨損痕跡的效應。
8.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，至少採用兩束雷射光束進行測量。
9.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，負載傳感器陣列包括至少兩行負載傳感器，它們在行進方向上前後依次排布，其中至 少一行負載傳感器相對於一行或多行負載傳感器沿與行進方向垂直的方向上偏移一個預 定的量。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，預定的量在與行進方向垂直的方向上小於 負載傳感器的尺寸。
11.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，在至少一行負載傳感器中，負載傳感器的 長度大於至少一個其它負載傳感器行中的負載傳感器的長度。
12.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，負載傳感器被同時或準同時讀數。
13.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，具有將負載傳感器產生的力信號轉換為長 度量值的計算機裝置，並且該計算機裝置從力信號的長度減去相應的負載傳感器的長度來 計算輪胎在每一負載傳感器的表面的精確的接觸長度。
14.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，具有計算機裝置，該計算機裝置為來自第 一負載傳感器行的信號和來自第二負載傳感器行的信號分別計算重心，按如下公式計算 其中，iP是位置P處的強度，重心Pt在時間t時經過，並且根據第二負載傳感器行的重 心pt2和第一負載傳感器行的重心ptl之差，按如下公式確定速度V
15.如權利要求1至14之一所述的方法，其特徵在於，如果輪胎的接觸長度小於一個或多個負載傳感器的長度，就進行補償計算。
16.如權利要求1至15之一所述的方法，其特徵在於，計算機裝置進行力信號的上升側 的微分分析，以檢測並補償輪胎的花紋效應。
17.如權利要求1至13之一所述的方法，其特徵在於，計算機裝置使用力信號在行進方 向上和/或與行進方向垂直的方向上的幅度，來確定輪胎的花紋深度。
18.如權利要求2至17之一所述的方法，其特徵在於，該方法和剎車檢測臺組合在一起 實施，由此，有可能對輪胎的整個周緣針對花紋深度和缺陷進行直接鑑定。
19.如權利要求2至17之一所述的方法，其特徵在於，該方法在車輛行駛通過進出口匝 道或立交匝道上時被實施。
全文摘要
一種用於確定安裝在車輛上的充氣輪胎的壓力和花紋深度的方法，其中壓力通過負載傳感器陣列進行確定，負載傳感器陣列提供力的分布的二維圖樣的力信號，該力由當車輛在陣列上行進時與負載傳感器接觸的車輛輪胎施加，並且不依靠製造的方式或輪胎和車輛的型號，而從力的分布來確定輪胎壓力，其特徵在於，輪胎的花紋深度是在確定壓力之前、之中或之後來確定的。
文檔編號G01L17/00GK101855530SQ200880115772
公開日2010年10月6日 申請日期2008年11月11日 優先權日2007年11月12日
發明者烏爾裡希·平厄爾 申請人:萬泰克股份有限公司