在車輛運行過程中確定輪胎的迴轉角的方法和系統的製作方法

2023-12-10 04:41:01

專利名稱：在車輛運行過程中確定輪胎的迴轉角的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於在車輛運行過程中確定安裝在這種車輛上的輪胎的迴轉角(cornering angle)的方法和系統。
背景技術：
為了控制車輛，與輪胎條件有關的信息應被提供給車輛控制系統。例如，這種信息可包括與施加到輪胎上的負載或輪胎和地面之間的接觸區域的長度有關的信息。
PCT專利申請No.WO03/016115公開了用於確定施加到機動車輛的輪胎上的負荷或負載和/或用於監視輪胎壓力的方法，其中，各個輪胎中的壓力在車輛的操作中被檢測，並且各單個車輪的旋轉行為被觀察。還通過考慮預設和/或預定的和/或學習的變量、比較給定驅動狀態中的各單個車輪的旋轉行為和/或所述旋轉行為的變化，確定負載分布參數。輪胎壓力和負載分布參數被用於確定施加到輪胎上的負載或負荷和/或壓力損失。並且，美國專利申請No.2003/0058118公開了用於確定車輛輪胎的負載導致的偏轉或變形的車輛和車輛輪胎監視系統、裝置和方法。基於它們，提供諸如輪胎負載、摩爾空氣含量總車輛質量和車輛質量分布的與偏轉有關的信息。
美國6,538,566說明了用於在使用中監視在地面上行進的車輪的輪胎的條件的方法，該輪胎具有胎面，該方法包括以下步驟在輪胎內、在胎面附近設置用於感測徑向加速度的微型傳感器；監視來自傳感器的測量值的變化；檢測徑向加速度的降低，所述降低與接觸地面的胎面的區域對應；和測量低徑向加速度階段的周期和徑向加速度較低的該周期的分數，各周期內的所述分數與胎面與地面接觸的所述區域的長度並由此與輪胎的條件有關。
EP0887211涉及車輛用氣胎並特別涉及用於通過監視它們的偏轉監視輪胎的系統。該系統包括在操作上相對於輪胎配置以在與輪胎的變形對應的足跡通過(footprint pass)的過程中產生電脈衝的傳感器器件；用於計算所述電脈衝的持續時間與一個輪胎旋轉的持續時間的比值的裝置；用於將所述比值傳送到位於車輛中的評價單元的裝置；其中，為了使得所述電脈衝在進入所述足跡通過時給出第一最大值並在離開時給出第二最大值，所述傳感器器件被放在所述輪胎的胎面區內。
根據申請人，在車輛在滾動面上行駛的過程中測量裝在這種車輛上的輪胎的迴轉角會是有益的。對於本發明，「輪胎的迴轉角」必須意指輪胎的赤道面與安裝輪胎的車輛的前進方向之間的角度(瞬時確定)。必須注意，在車輛的迴轉(cornering)過程中，前進方向在各個瞬間對應於與車輛遵循的迴轉軌跡相切的方向。迴轉角是用於控制車輛和避免諸如例如偏航不穩定性的其任何不穩定性的基本參數。必須注意，在車輛中設置的一定的轉向角可導致輪胎的不同的迴轉角。這齣於幾個原因，包括輪胎由變形橡膠製成的事實。因此，不能容易地從對車輛執行的測量導出輪胎在駕駛機動(steering manoeuvre)的過程中受到的迴轉角。
申請人面對以可靠且更容易的方式實時即在車輛行進過程中確定裝在車輛上的輪胎受到的迴轉角的問題。

發明內容
根據第一方面，本發明提供一種用於在車輛在滾動表面上運行的過程中確定安裝在所述車輛上的輪胎的迴轉角的方法，該方法包括在距離所述輪胎的赤道面某一距離的位置上確定與所述輪胎的胎面對應的部分受到的沿側向的加速度；確定所述輪胎的旋轉速度；和從所述側向加速度和所述徑向速度確定所述迴轉角。
有利的是，確定沿側向的加速度的步驟包括當輪胎的所述部分處於所述輪胎和所述滾動表面之間的接觸區域外面時獲取側向加速度信號，並在輪胎的所述部分處於所述接觸區域內時獲取側向加速度信號。
特別地，確定沿側向的加速度的步驟包括計算所述接觸區域外面的側向加速度信號的平均水平以及計算所述接觸區域內的所述側向加速度信號的峰值。
優選地，確定沿側向的加速度的步驟包括計算作為所述平均水平和所述峰值之間的差值的側向加速度幅度。
優選地，提供低通過濾所述側向加速度信號的步驟。
優選地，確定所述輪胎的旋轉速度的步驟包括獲取徑向加速度信號。
一般地，獲取徑向加速度信號的步驟包括在輪胎的所述赤道面上或附近獲取這種徑向加速度信號。
根據優選實施例，確定所述輪胎的旋轉速度的步驟包括計算所述輪胎和所述滾動表面之間的所述接觸區域外面的平均徑向加速度。
優選地，確定所述迴轉角的步驟包括提供側向加速度幅度與至少一個旋轉速度的迴轉角的預定值之間的特性曲線。
根據本發明的實施例，該方法還包括提供近似所述特性曲線的擬合公式的步驟。
優選地，所述提供擬合公式的步驟包括提供平面中的直線的公式，並且，所述方法還包括對於輪胎旋轉速度的至少一個值使所述擬合直線的斜率和截距的值相關。
根據第二方面，提供一種用於在車輛在滾動表面上運行的過程中確定安裝在所述車輛上的輪胎的迴轉角的系統，所述系統包括適於確定沿與所述輪胎的胎面對應的所述輪胎的部分的側向的加速度的至少一個器件，該部分位於距離所述輪胎的赤道面某一距離的位置上；適於確定所述輪胎的旋轉速度的至少一個器件；和適於從所述側向加速度和所述徑向速度確定所述迴轉角的至少一個處理單元。
優選地，所述用於確定沿側向的加速度的至少一個器件包括適於產生至少一個側向加速度信號的至少一個側向加速計。
根據一個實施例，所述用於確定旋轉速度的至少一個器件包括適於產生至少一個徑向加速度信號的至少一個徑向加速計。
優選地，所述用於確定沿側向的加速度的至少一個器件和所述用於確定所述輪胎的旋轉速度的至少一個器件包括適於以至少5kHz的頻率對信號採樣的至少一個採樣器件。
優選地，所述至少一個採樣器件適於以至少7kHz的頻率對信號採樣。
優選地，本發明的系統還包括與所述處理單元相關的至少一個存儲器。
根據一個實施例，所述至少一個存儲器包括預存的與輪胎旋轉速度的預定值對應的、迴轉角與側向加速度幅度的特性函數。
優選地，所述用於確定沿側向的加速度的至少一個器件包含於與所述輪胎的所述部分有關的至少一個傳感器器件中。
一般地，所述至少一個傳感器器件被設置在距離包含15～30％的胎面寬度、優選18～28％的胎面寬度、更優選20～25％的胎面寬度的輪胎的所述赤道面某一距離的位置上。
優選地，所述至少一個傳感器器件被固定在輪胎的內襯裡上。
優選地，至少一個阻尼元件被設置在所述至少一個傳感器和所述內襯裡之間。
優選地，所述至少一個傳感器器件還包含至少一個傳送器件。一般地，所述至少一個傳送器件在操作上與第一天線連接。
任選地，根據本發明的系統還包括適於低通過濾所述加速度信號的濾波器件。
所述至少一個傳感器器件還包含至少一個電源。一般地，所述至少一個電源包含至少一個電池。
根據優選的實施例，所述至少一個電源包含適於作為所述至少一個傳感器器件在所述車輛的運行過程中承受的機械應力的結果產生電力的至少一個自供電器件。
所述至少一個自供電器件包含至少一個壓電元件。
所述至少一個自供電器件包含至少一個電力存儲電路。一般地，所述至少一個電力存儲電路包含至少一個電阻器和電容器。
優選地，所述至少一個處理單元包含於所述至少一個傳感器器件中。
優選地，該系統還包括適於被定位在車輛上的固定單元，該固定單元包含用於從所述至少一個傳感器器件接收數據的接收器件。
一般地，所述接收器件包含第二天線。
優選地，所述第一天線和所述第二天線適於以400～450MHz的頻率進行數據傳送。
根據第三方面，本發明提供一種控制上面安裝有至少一個輪胎的車輛的方法，該方法包括如上所述確定所述輪胎的迴轉角；將所述確定的迴轉角發送給車輛的車輛控制系統；和基於所述確定的迴轉角調整所述車輛控制系統中的至少一個參數。
根據一個實施例，所述車輛控制系統包括剎車控制系統，並且所述調整至少一個參數的步驟包括調整所述輪胎上的剎車力的步驟。
根據另一實施例，所述車輛控制系統包括轉向控制系統，並且，所述調整至少一個參數的步驟包含從轉向命令選擇允許的最大變化的步驟。
根據另一實施例，所述車輛控制包括懸掛控制系統，並且，所述調整至少一個參數的步驟包含調整與所述輪胎有關的懸掛彈簧的剛度的步驟。


通過這裡參照附圖給出的本發明的例子的以下詳細說明，可以更好地解釋本發明的其它特徵和優點，其中，圖1表示根據本發明的優選實施例的包括三個一組的傳感器器件的輪胎的截面圖；圖2表示在根據本發明的系統中包含的固定單元的實施例的示圖；
圖3表示在根據本發明的輪胎中包含的傳感器器件的實施例的示圖；圖4表示在過濾由外部傳感器採取的側向加速度信號後獲得的示例性側向加速度曲線；圖5表示在過濾由內部傳感器採取的側向加速度信號後獲得的示例性側向加速度曲線；圖6表示在過濾徑向加速度信號後獲得的示例性徑向加速度曲線；圖7表示承載由外部傳感器測量的側向加速度峰值與輪胎負載的關係曲線的曲線圖；圖8表示承載由內部傳感器測量的側向加速度峰值與輪胎負載的關係曲線的曲線圖；圖9表示承載由外部傳感器測量的側向加速度峰值與外傾角(camber)的關係曲線的曲線圖；圖10表示承載由內部傳感器測量的側向加速度峰值與外傾角的關係曲線的曲線圖；圖11表示承載由外部傳感器測量的側向加速度峰值與旋轉速度ω的關係曲線的曲線圖；圖12表示承載由內部傳感器測量的側向加速度峰值與旋轉速度ω的關係曲線的曲線圖；圖13表示承載由外部傳感器測量的側向加速度峰值與迴轉角的關係曲線的曲線圖；以及圖14表示承載由內部傳感器測量的側向加速度峰值與迴轉角的關係曲線的曲線圖。
具體實施例方式
圖1表示包含輪胎11和支撐輪圈12的車輪的截面圖。圖1中所示的輪胎11為常規上稱為「無胎(tubeless)」的類型，即，它不包含內胎。該輪胎可通過位於例如所述輪圈12的溝道上的充氣閥13被充氣。該輪胎被安裝在車輛(未示出)上。
輪胎11包含終止於兩個輪胎卷邊(bead)14和14′的骨架16，每個輪胎卷邊沿骨架16的內周緣形成，用於將輪胎11固定到相應的支撐輪圈12上。輪胎卷邊14、14′包含各個稱為輪胎卷邊芯的增強環形芯15和15′。骨架16由至少一個增強層板(ply)形成，該增強層板包含以螺旋管形外形沿軸向從一個輪胎卷邊14延伸到另一個14′的織物或金屬繩索，並使其端部與各個輪胎卷邊芯15和15′相關。在稱為輻射狀輪胎的類型的輪胎中，上述繩索大致位於包含輪胎的旋轉軸的平面內。稱為帶結構的環形結構17被放在相對於骨架16沿徑向為外部的位置上。一般地，帶結構17包含加入金屬和/或織物繩索的彈性體材料的相互交搭的一個或更多個條帶。彈性體材料的車輪觸軌面18被纏繞在帶結構17周圍，並壓有用於輪胎與地面滾動接觸的隆起圖案。彈性體材料的分別從相應的輪胎卷邊14和14′的外緣沿徑向向外延伸的兩個側壁19和19′也在軸向相對的側向位置上被放在骨架16上。在無胎型輪胎中，骨架16的內表面一般覆蓋有襯裡111，即，一層或更多層不透氣的彈性體材料。可以根據輪胎11的特定設計設置諸如例如輪胎卷邊填充劑的其它公知元件。
將在餘下的說明中詳細說明的至少一個傳感器器件3i、3e與輪胎11相關。該至少一個傳感器器件3i、3e用於在輪胎在滾動表面上滾動時確定輪胎的至少沿側向的加速度(圖1中示為Y)。如下面討論的那樣，至少一個傳感器器件3i、3e被放在距離輪胎的赤道面一定距離的位置上。至少一個傳感器器件3i、3e可有益地位於與輪胎11的胎面對應的輪胎部分中，即位於沿軸向在輪胎11的側壁之間延伸的輪胎11的部分中。更特別地，這種傳感器被設置在上述輪胎部分的肩部區中，即距離輪胎的赤道面E一定距離的位置上。
在優選實施例中，兩個傳感器器件3i、3e可被設置在關於輪胎11的赤道面的相對的兩側，更優選基本上關於輪胎11的赤道面對稱。本實施例特別是對於由傳感器器件3i、3e執行的測量的相互校驗是有益的。優選地，兩個傳感器器件基本上沿輪胎的同一子午面即包含輪胎旋轉軸的平面放置。
在優選實施例中，第三傳感器器件3c被放在輪胎上，更優選基本上沿至少一個傳感器器件3i、3e的同一子午面放置。第三傳感器器件基本上被設置在輪胎11的赤道面E上。在本說明中，更接近車輛的傳感器器件3i被稱為「內部傳感器器件」，而在輪胎的最外部的傳感器器件3e被稱為「外部傳感器器件」。對於本發明，表達方式「基本上沿同一子午面」設想傳感器相對於所述子午面有一定的偏差量，該偏差量可以用在由傳感器位置限定的子午面之間包含的角度表達。優選地，容許的偏差可對應於不大於5°、更優選不大於3°、最優選不大於1°的角度。優選地，外部和/或內部傳感器件應被設置在到輪胎11的赤道面E的距離為胎面寬度的15％～30％、更優選為胎面寬度的18％～28％、最優選為胎面寬度的20％～25％的位置上。例如，在具有195mm的胎面寬度的輪胎中，兩個傳感器器件3i、3e可被設置在關於赤道面的相對的兩側，每一個距離其45mm。
傳感器器件3c、3i、3e優選被固定到輪胎11的內襯裡111上。固定元件332同時粘附到各傳感器器件和內襯裡111上。用於固定元件332的適當的材料可包含一般呈柔性的橡膠，諸如例如，天然橡膠、或合成橡膠，例如，諸如聚異戊二烯、聚丁二烯、苯乙烯-丁二烯橡膠等的從具有4～10個碳原子的共軛二烯製成的橡膠。在優選實施例中，為了穩固傳感器器件對於輪胎的內表面的固定並且同時減少在輪胎11的使用過程中施加到固定表面上的機械應力，在固定元件332中包含的材料應具有阻尼效應。並且，阻尼材料通過防止上述應力傳送到器件減少損壞傳感器器件的可能性。適當的阻尼材料可具有約1～40的Shore A硬度(根據ASTM標準D2240在23℃下測量)和低於約60的彈性回彈(根據ASTM標準D1054在23℃下測量)。交聯二烯彈性體或聚亞胺酯凝膠材料可為了符合這些阻尼規格被調整。為了提高傳感器器件和襯裡111之間的粘接性，在固定元件332和襯裡111的內表面之間和/或在固定元件332和傳感器器件3e、3i、3c之間插入例如雙面粘接膜的另一粘接元件會是有利的。適當的雙面粘接膜可以為由3M經銷的Scotch300SL HI Strength。在替代性實施例中，可以在胎面區域中例如在車輪觸軌面18內或在帶結構17的外帶條(outer belt strip)和車輪觸軌面18之間將傳感器器件3c、3i、3e加入輪胎的結構中。
在本發明的優選實施例(未示出)中，幾組傳感器器件可以在以優選基本上以相同的角度相互隔開的周向位置上被設置在輪胎11內。例如，三組傳感器器件可以在以基本上為120°的角度相互隔開的周向位置上位於輪胎內。各組傳感器器件可包含一個或更多個傳感器器件。關於各組中的傳感器器件的數量，部署和對輪胎的固定，參照上面所述的內容進行。更特別地，屬於不同的組的相應的傳感器器件可以基本上沿與輪胎的赤道面平行的面被定位。使用在輪胎內的周向隔開的位置上設置的幾組傳感器器件使得能夠執行更加精確和可靠的測量、以及能夠更好地在整個車輪旋轉過程中監視輪胎。
傳感器器件3c、3i、3e適於與輪胎11外面的單元通信。這種外部的單元在本說明中稱為「固定單元」。固定單元可位於固定輪胎11的車輛上。
例如，圖2表示固定單元2的框圖，該固定單元2包含用於從在輪胎11內包含的傳感器器件3c和/或3i和/或3e接收的器件。優選地，固定單元2還包含用於向所述傳感器器件3c和/或3i和/或3e傳送的器件。接收器件可包含與以下稱為「固定天線」的天線25連接的射頻接收器26。優選地，接收器件還包含電解調器器件27。諸如例如EPROM的存儲器28可存儲由傳感器器件3c和/或3i和/或3e接收並被解調器27解調的數據。在優選的實施例中，為了從被傳感器器件3c和/或3i和/或3e接收並/或被存儲在存儲器28中的數據執行計算，存儲器28與中央處理單元(CPU，圖2未示出)相關。存儲器28還存儲例如車輛穩定性的測量或控制系統採取的控制車輛的步驟或向車輛駕駛員顯示的報警的歷史記錄。傳送器件優選包含供給用於固定天線25的驅動器電路24的振蕩器電路23。如果固定單元2位於車輛上，那麼可通過車輛電池直接供給為固定單元2供電所需要的電能。
示例性框圖示於圖3中的各傳感器器件3c、3e或3i大致包含用於向所述固定單元進行數據傳送的器件31和測量器件32。在內部/外部傳感器器件3i、3e中，測量器件32使得能夠至少確定與傳感器器件3i、3e相關的輪胎部分受到的側向加速度。優選地，測量器件32包含適於至少測量這種側向加速度的加速計。在傳感器器件3c中，測量器件32使得能夠確定與傳感器器件3c相關的輪胎部分受到的徑向加速度。測量器件可優選包含徑向加速計。由於被輪胎的胎面區支撐的徑向加速度可在高速下達到500～1000g的值，其中g是重力加速度，因此這種加速計應能夠支持和正確測量非常高的加速度值。
為了執行輪胎迴轉角的實時確定，應優選在輪胎的任一轉以高精度獲取由測量器件32提供的信號。為此，並考慮旋轉輪胎(特別是在高速下)的頻率旋轉，測量器件32優選包含能夠以至少5kHz的頻率、更優選以至少7kHz的頻率啟用信號的讀取的採樣器件(未示出)，以供給其採樣的信號。各傳感器器件3c、3i、3e一般還包含以下稱為「移動天線」的天線37，該天線37在操作上與用於向固定單元的固定天線進行數據傳送的所述傳送器件31連接。可以在常規的遙測射頻上、例如在400～450MHz(例如，在418～433MHz上)的帶中、出現從移動天線到固定天線和/或從固定天線到移動天線的傳送。
各傳感器器件3c、3i、3e還可包括與存儲器器件35相關的處理單元(CPU)34。該存儲器器件35可包含其中可存儲關於由測量器件32進行的測量的信息的可重寫存儲器位置。並且，它還可包含用於處理單元34的預存儲指令，該預存儲指令適於在傳送前對來自測量單元32的信號進行預處理，以減少從輪胎11發出的信息的量。更特別地，由測量器件32提供的信號可被預處理，以檢測其特性點，諸如例如最大值和最小值，這些特性點的坐標可被發送給用於向固定單元傳送的傳送器件31。這導致保存傳送帶寬和需要的傳送用功率。並且，為了對變形信號進行低通過濾並從由車輪觸軌面和道路之間的交互作用導致的高頻噪聲中辨別有用的信號，濾波器件(未示出)可被插入測量單元32和處理單元34之間。但是，這種過濾可由包含於測量器件32內的電子裝置提供或作為存儲在存儲器35內的另外的預處理指令被提供。
電源33允許對包含於傳感器器件3c和/或3i和/或3e內的元件供電。電源33可包含電池。但是，對於輪胎迴轉角的實時確定，測量器件32(特別是高頻採樣器件)、處理單元34以及傳送器件31會要求大電源消耗，使得與輪胎的總壽命相比電池會具有較短的壽命。因此，在優選實施例中，電源33包含自供電器件，該自供電器件作為所述自供電器件受到的機械應力(例如，離心力或襯裡的變形或由於不平坦的道路導致的移動)的結果產生電力。作為例子，可為此在自供電器件中使用壓電材料。自供電器件還可包含一般包含電阻器和電容器的電能存儲電路(未示出)。作為另一替代方案，傳感器器件3c和/或3i和/或3e可通過適當的接收器件(未示出)由與移動天線31連接的固定單元2供電。
用於分布電力的器件36優選根據需要適當地將由電源33提供的電力分布到所述處理單元34、所述存儲器器件35、所述用於傳送的器件31和所述測量器件32。
必須注意，在單個封裝的傳感器器件中不必包含測量器件、向固定單元的傳送部分和控制電子裝置。例如，控制電子裝置和向固定單元的傳送部分可被封裝在固定在輪胎或車輪的其它部分(例如，輪圈或側壁)上的單獨的器件中，該單獨的器件通過與位於輪胎的胎面區部分中的測量器件的有線或無線(例如，光學或通過射頻)連接聯繫。
圖4作為例子表示在對相應的加速度信號進行採樣和過濾之後的、由包含側向加速計的外部傳感器器件獲得的典型側向加速度曲線的一部分，該側向加速計以距赤道面一定的距離被固定到輪胎的內襯裡上。應當注意，在傳感器器件與接觸區(即，輪胎和滾動表面之間的區域)對應通過時，當傳感器器件開始通過接觸區時，由外部加速計感測的側向加速度的水平從平均水平開始稍微增加，然後，當其大致在接觸區域的中間時，突然下降到最小值，並且最終返回大致的平均水平。由於肩部附近的輪胎曲率，因此接觸區域外面的側向加速度的平均水平不會為零。
與圖4類似，圖5作為例子表示在對相應的加速度信號進行採樣和過濾之後的、由包含側向加速計的內部傳感器器件獲得的典型側向加速度曲線的一部分，該側向加速計以距赤道面一定的距離被固定到輪胎的內襯裡上。應當注意，在傳感器器件與接觸區對應通過時，當傳感器器件開始通過接觸區時，由外部加速計感測的側向加速度的水平稍微降低，然後，當其大致在接觸區域的中間時，突然從平均水平上升到最大值，並且最終降低並返回大致的平均水平。
對於本發明，峰值(圖4中的最小值、圖5中的最大值)和平均水平之間的距離被稱為側向幅度(簡稱LA)。對通過內部和外部傳感器器件獲取的信號執行的測量可導致側向幅度的不同的值。
圖4和圖5的曲線表示，當與傳感器器件的位置對應的輪胎部分開始和結束其通過接觸區時，這種輪胎部分受到在接近接觸區域的中間時變為最大值(與曲線中所示的峰值對應)並且比輪胎部分在其它位置受到的側向加速度(與接觸區域外面的加速度值的平均水平對應)強烈得多的側向變形。
除了通過內部和/或外部傳感器器件3i、3e在側向上執行的測量以外，可以根據從中心傳感器器件3c取得的徑向加速度信號計算輪胎的旋轉速度。圖6作為例子表示在對相應的加速度信號進行採樣和過濾之後的、由包含徑向加速計的中心傳感器器件3c獲得的典型徑向加速度曲線的一部分，該徑向加速計在輪胎的赤道面上被固定到輪胎的內襯裡上。應當注意，在傳感器器件3c與接觸區對應通過時，由加速計感測的徑向離心加速度的水平第一次突然增加，然後當大致處於接觸區域的中間時下降到基本上為零，並最終第二次突然增加。在其它位置中，由加速計感測的徑向加速度具有與滾動輪胎的旋轉速度有關的平均水平速度越高，則感測的加速度越高。輪胎的旋轉速度可由 導出，其中，ai是在進入與滾動表面的接觸區域之前或之後計算的平均徑向加速度(例如，通過使用圖6中所示的峰值以外的徑向加速度信號的一部分)。
在優選的實施例中，使用在不同的周向位置上位於輪胎內的多個傳感器器件，為了在被設置在距離輪胎的赤道面某一距離的位置上並測量側向加速度的第二傳感器件(諸如圖1中的傳感器3i、3e)與接觸區域對應的相同時間間隔內實時測量平均徑向加速度水平a(並由此導出輪胎的瞬時旋轉速度)，可以使用被設置在輪胎的赤道面上並位於接觸區外面的第一傳感器器件(諸如圖1中的傳感器3c)。為了協調所需要的測量，可以在傳感器器件內或在固定單元內實現簡單的控制電子裝置。
申請人發現，與位於距離赤道面某一距離的位置上的輪胎胎面對應的輪胎的部分在通過接觸區域時受到的側向加速度與在滾動表面上運行的輪胎的迴轉(或滑動)角有關。特別地，申請人發現，在距離赤道面某一距離的位置上測量的側向幅度基本上僅是輪胎旋轉速度和迴轉(或滑動)角的函數。
將在下面參照申請人使用輪胎PirelliP6 195/65R15執行的大量試驗的結果的說明示出該結果。在第一系列的試驗中，申請人測量了LAe和LAi的值即分別由外部和內部側向加速計3e和3i測量的側向幅度與施加到輪胎上的負載的關係。不同的迴轉角(-2°、-1°、0°、+1°、+2°)被應用於輪胎上。輪胎在不同的速度下運行。外傾角被設為0°。
圖7表示在恆定的速度下(在特定情況下為40Km/h)對於不同的迴轉角由外部加速計測量的側向幅度LAe(縱坐標)與輪胎負載(橫坐標)之間的關係曲線。不同的線與不同的迴轉角對應。可以看出，側向幅度值基本上不隨輪胎負載改變。
圖8表示在恆定的速度下(與圖7相同)對於不同的迴轉角由內部加速計測量的側向幅度LAi(縱坐標)與輪胎負載(橫坐標)之間的關係曲線。不同的線與不同的迴轉角對應。可以看出，在這種情況下，側向幅度值也基本上不隨輪胎負載改變。
在第二系列的試驗中，申請人在恆定的輪胎負載下、在標稱的膨脹壓力下並在恆定的速度下測量了LAe和LAi的值，即分別由外部和內部加速計3e和3i測量的側向幅度與外傾角的關係。不同的迴轉角(-2°、-1 °、0°、+1 °、+2°)已被設定。圖9表示在40Km/h的速度和3500N的輪胎負載下對於不同的迴轉角由外部加速計測量的LAe(縱坐標)與外傾角(橫坐標)之間的關係曲線。不同的線與不同的迴轉角對應。可以看出，在-2°～+2°的範圍內即在足夠寬的外傾角的範圍內LAe幾乎不取決於外傾角。因此，LAe對於外傾角的依賴性實際上可被忽略。
類似地，圖10表示在與圖9相同的速度和輪胎負載下對於不同的迴轉角由內部加速計測量的LAi(縱坐標)與外傾角(橫坐標)之間的關係曲線。不同的線與不同的迴轉角對應。可以看出，在這種情況下，在至少-2°～+2°的範圍內LAi也幾乎不取決於外傾角。因此，同樣，LAi對於外傾角的依賴性實際上可被忽略。
在第三系列的試驗中，申請人在恆定的輪胎負載下、在零迴轉角下以及在標稱的膨脹壓力下測量了LAe和LAi的值，即分別由外部和內部加速計3e和3i測量的側向幅度與輪胎旋轉速度的關係。
圖11表示LAe(縱坐標)與旋轉速度ω(橫坐標)之間的關係曲線。圖12表示LAi(縱坐標)與旋轉速度ω(橫坐標)之間的關係曲線。可以看出，LA強烈依賴於旋轉速度。特別地，LA基本上依賴於ω2。
最後，在第四系列的試驗中，申請人在恆定的輪胎負載下、在標稱的膨脹壓力下並在恆定的速度下測量了LAe和LAi的值，即分別由外部和內部加速計3e和3i測量的側向幅度與迴轉角的關係。不同的外傾角(-2°、-1°、0°、+1°、+2°)已被設定。
圖13表示在5000N的輪胎負載和40Km/h的速度下對於不同的外傾角由外部加速計測量的LAe(縱坐標)與迴轉角(橫坐標)之間的關係曲線。圖14表示在與圖13相同的輪胎負載和速度下對於不同的外傾角由內部加速計測量的LAi(縱坐標)與迴轉角(橫坐標)之間的關係曲線。圖13和圖14中的不同曲線均與不同的迴轉角對應。可以看出
-圖13的曲線可由平面中的直線表示，即，LAe＝Ke(ω)*α+Qe(ω)(1)其中，LAe是由外部加速計測量的側向加速度的幅度；Ke(ω)是斜率(僅取決於輪胎旋轉速度ω)；α是迴轉角；Qe(ω)是截距(僅取決於旋轉速度ω)。
-同樣，圖14的曲線可由平面中的直線表示，即，LAi＝Ki(ω)*α+Qi(ω)(2)其中，LAi是由內部加速計測量的側向加速度的幅度；Ki(ω)是斜率(僅取決於輪胎旋轉速度ω)；α是迴轉角；Qi(ω)是截距(僅取決於旋轉速度ω)。
圖13的曲線的斜率與圖14的曲線的斜率相反；在相同的旋轉速度下，它們的絕對值|Ke|和|Ki|一般會相互不同。
上述結果表明，能夠從側向加速度信號以及從輪胎的旋轉速度導出迴轉角。
特別地，已發現在恆定的旋轉速度下線性關係可使側向幅度與迴轉角相關。可以在恆定的速度下通過從內部和/或外部傳感器器件測量的側向幅度的值與預定的迴轉角的關係的線性擬合，在輪胎的表徵試驗中確定線性關係的斜率和截距。為了考慮旋轉速度，可對試驗輪胎的預定旋轉速度ω的值重複上述表徵試驗和線性擬合，以確定其相應的斜率和截距值。
從上述表徵，當估計徑向速度時，可以通過使用式(1)和/或(2)直接導出迴轉角。
α＝[LAe-Qe(ω)]/Ke(ω)(3)α＝[LAi-Qi(ω)]/Ki(ω)(4)可以分別從從傳感器器件3e或3i發射的側向加速度信號導出LAe或LAi的值。上面說明的用於計算迴轉角的公式以及用於預定的旋轉速度值的擬合係數K和Q可被存儲在包含於固定單元內或傳感器器件3e或3i內的存儲器內。例如在室內試驗中，可以每個輪胎模型執行一次上述輪胎的表徵。
如上所述，在包含中心傳感器3c的傳感器配置中，可以通過從中心傳感器器件3c採取的徑向加速度信號導出輪胎的徑向速度。但是，對於本發明，可採用本領域技術人員可用的用於確定輪胎旋轉速度的任何其它方法。
應當理解，不僅可以通過使用所述的傳感器器件3c、3i、3e的方法和配置，而且可以用對計算或導出與位於距離赤道面某一距離的位置上的輪胎胎面對應的輪胎的一部分在滾動時受到的側向加速度有用的任何其它方法或配置，實現上述的用於導出輪胎的迴轉角的方法。
申請人相信，至少在由車輛和輪胎製造商規定的標稱值附近的範圍內擬合係數不隨輪胎壓力大大變化。在任何情況下，要得到更徹底、詳盡的輪胎表徵，可以在不同的壓力值下執行這裡對於等於或非常接近標稱壓力的壓力說明的相同的試驗，以找到與這些壓力值有關的一組相應的擬合係數。
安裝在車輛上的輪胎的實時確定的迴轉角是可傳達給車輛控制系統以控制車輛的行為特別是臨界條件的重要參數。車輛控制系統可包含剎車控制器(例如，防鎖剎車單元)和/或轉向控制器和/或懸掛控制器和/或車輛穩定控制系統。
例如，車輛剎車控制系統可根據實時確定的迴轉角調整各輪胎上的剎車力。
作為另一例子，為了從轉向命令選擇允許的最大擾動，可以通過車輛控制系統檢測車輛穩定性包絡線。可將該信息與實時確定的迴轉角相比較，以理解是否會到達危險的偏航率(yaw rate)。或者，也可以給予轉向控制系統(電氣輔助轉向系統)校正命令。
車輛的條件可指示車輛的性能下降以及駕駛員應限制其駕駛機動。例如，為了限制最大車輛速度以保持穩定性且不超過輪胎規格或限制轉向偏航率以保持不發生傾翻，車輛控制系統本身可採取行動。可以根據需要在顯示器上警告駕駛員當前的車輛控制系統條件及車輛控制系統為車輛安全代表其採取的行動(降低最大的可達到的速度、轉向率(steering rate)、發動機功率)。在同一顯示器上，它還可示出他是否應自己採取進一步的行動(改變質量的分布、限制驅動機動和速度)。顯示器可包含例如位於車輛的儀錶板中的可視和/或可聽單元。
由此，示出和說明了實現所有的目的和因此尋求的優點的新型系統和新型方法。但是，對本領域技術人員來說，在考慮公開其優選實施例的說明書和附圖後，本發明的許多改變、變更、變化和其它用途和應用將變得十分明顯。
例如，可以通過收集迴轉角值與預定的側向幅度和旋轉速度(或者以及壓力)的值的關係的資料庫的存儲，代替擬合函數和/或擬合係數K和Q在與傳感器器件和/或固定單元有關的存儲器內的實際存儲。作為另一例子，也可以為了找到描述斜率K和/或截距Q與旋轉速度的關係的函數執行擬合。並且，不必排除不同的函數可使側向幅度和迴轉角相關以及可以通過擬合或通過本領域技術人員可用的任何方法確定函數。
如上面參照圖9和圖10說明的那樣，LAe和LAi均幾乎不依賴於外傾角，由此，LAe和LAi對外傾角的依賴性實際上可被忽略。在任何情況下，要得到更徹底、詳盡的輪胎表徵，可以在不同的外傾角下執行這裡對於一個外傾角說明的相同的試驗，以找到與這些外傾角有關的一組相應的擬合係數。
所有不背離本發明的範圍的改變、變更、變化和其它用途和應用均被視為被僅由以下提出的權利要求限定的本發明覆蓋。
權利要求
1.一種用於在車輛在滾動表面上運行的過程中確定安裝在所述車輛上的輪胎的迴轉角的方法，該方法包括-在距離所述輪胎的赤道面一距離的位置上確定與所述輪胎的胎面對應的部分受到的沿側向的加速度；-確定所述輪胎的旋轉速度；和-從所述側向加速度和所述徑向速度確定所述迴轉角。
2.根據權利要求1的方法，其中，所述確定沿側向的加速度包括當輪胎的所述部分處於所述輪胎和所述滾動表面之間的接觸區域外面時獲取側向加速度信號，並在輪胎的所述部分處於所述接觸區域內時獲取側向加速度信號。
3.根據權利要求2的方法，其中，所述確定沿側向的加速度包括計算所述接觸區域外面的側向加速度信號的平均水平。
4.根據權利要求2的方法，其中，所述確定側向加速度信號包括計算所述接觸區域內的所述側向加速度信號的峰值。
5.根據權利要求3或4的方法，其中，所述確定沿側向的加速度包括計算作為所述平均水平和所述峰值之間的差值的側向加速度幅度。
6.根據權利要求2～5中的任一項的方法，還包括低通過濾所述側向加速度信號。
7.根據權利要求1的方法，其中，所述確定所述輪胎的旋轉速度包括獲取徑向加速度信號。
8.根據權利要求7的方法，其中，所述獲取徑向加速度信號包括在輪胎的所述赤道面上或附近獲取這種徑向加速度信號。
9.根據權利要求7的方法，其中，所述確定所述輪胎的旋轉速度包括計算所述輪胎和所述滾動表面之間的所述接觸區域外面的平均徑向加速度。
10.根據權利要求5～9中的任一項的方法，其中，所述確定所述迴轉角包括提供側向加速度幅度與至少一個旋轉速度的迴轉角的預定值之間的特性曲線。
11.根據權利要求10的方法，還包括提供近似所述特性曲線的擬合公式。
12.根據權利要求11的方法，其中，所述提供擬合公式包括提供平面中的直線的公式，並且，所述方法還包括對於輪胎旋轉速度的至少一個值使所述擬合直線的斜率K和截距Q的值相關。
13.一種用於在車輛在滾動表面上運行的過程中確定安裝在所述車輛上的輪胎的迴轉角的系統，該系統包括-適於確定沿與所述輪胎的胎面對應的所述輪胎的部分的側向的加速度的至少一個器件，該部分位於距離所述輪胎的赤道面一距離的位置上；-適於確定所述輪胎的旋轉速度的至少一個器件；和-適於從所述側向加速度和所述徑向速度確定所述迴轉角的至少一個處理單元。
14.根據權利要求13的系統，其中，所述用於確定沿側向的加速度的至少一個器件包括適於產生至少一個側向加速度信號的至少一個側向加速計。
15.根據權利要求13或14的系統，其中，所述用於確定旋轉速度的至少一個器件包括適於產生至少一個徑向加速度信號的至少一個徑向加速計。
16.根據權利要求13～15中的任一項的系統，其中，所述用於確定沿側向的加速度的至少一個器件和所述用於確定所述輪胎的旋轉速度的至少一個器件包括適於以至少5kHz的頻率對信號採樣的至少一個採樣器件。
17.根據權利要求16的系統，其中，所述至少一個採樣器件適於以至少7kHz的頻率對信號採樣。
18.根據權利要求13～17中的任一項的系統，還包括與所述處理單元相關的至少一個存儲器。
19.根據權利要求18的系統，其中，所述至少一個存儲器包括預存的與輪胎旋轉速度的預定值對應的、迴轉角與側向加速度幅度之間的特性函數。
20.根據權利要求13～19中的任一項的系統，其中，所述用於確定沿側向的加速度的至少一個器件包含於與所述輪胎的所述部分相關的至少一個傳感器器件中。
21.根據權利要求20的系統，其中，所述至少一個傳感器器件被設置在距離包含15～30％的胎面寬度、優選18～28％的胎面寬度、更優選20～25％的胎面寬度的輪胎的所述赤道面一距離的位置上。
22.根據權利要求20或21的系統，其中，所述至少一個傳感器器件被固定在輪胎的內襯裡上。
23.根據權利要求22的系統，其中，至少一個阻尼元件被設置在所述至少一個傳感器和所述內襯裡之間。
24.根據權利要求20～23中的任一項的系統，其中，所述至少一個傳感器器件還包含至少一個傳送器件。
25.根據權利要求24的系統，其中，所述至少一個傳送器件在操作上與第一天線連接。
26.根據權利要求14～25中的任一項的系統，還包括適於低通過濾所述加速度信號的濾波器件。
27.根據權利要求20～26中的任一項的系統，其中，所述至少一個傳感器器件還包含至少一個電源。
28.根據權利要求27的系統，其中，所述至少一個電源包含至少一個電池。
29.根據權利要求27的系統，其中，所述至少一個電源包含適於作為所述至少一個傳感器器件在所述車輛的運行過程中承受的機械應力的結果產生電力的至少一個自供電器件。
30.根據權利要求29的系統，其中，所述至少一個自供電器件包含至少一個壓電元件。
31.根據權利要求29或30的系統，其中，所述至少一個自供電器件包含至少一個電力存儲電路。
32.根據權利要求31的系統，其中，所述至少一個電力存儲電路包含至少一個電阻器和電容器。
33.根據權利要求20～32中的任一項的系統，其中，所述至少一個處理單元包含於所述至少一個傳感器器件中。
34.根據權利要求20～33中的任一項的系統，還包括適於被定位在車輛上的固定單元，該固定單元包含用於從所述至少一個傳感器器件接收數據的接收器件。
35.根據權利要求34的系統，其中，所述接收器件包含第二天線。
36.根據權利要求25～35中的任一項的系統，其中，所述第一天線和所述第二天線適於以400～450MHz的頻率進行數據傳送。
37.一種控制上面安裝有至少一個輪胎的車輛的方法，包括-通過根據權利要求1～12中的任一項的方法確定所述輪胎的迴轉角；-將所述確定的迴轉角發送給車輛的車輛控制系統；和-基於所述確定的迴轉角調整所述車輛控制系統中的至少一個參數。
38.根據權利要求37的方法，其中，所述車輛控制系統包括剎車控制系統，並且其中所述調整至少一個參數包括調整所述輪胎上的剎車力。
39.根據權利要求37或38的方法，其中，所述車輛控制系統包括轉向控制系統，並且其中，所述調整至少一個參數包含從轉向命令選擇允許的最大變化。
40.根據權利要求37～39中的任一項的方法，其中，所述車輛控制系統包括懸掛控制系統，並且其中，所述調整至少一個參數包含調整與所述輪胎有關的懸掛彈簧的剛度。
全文摘要
本發明涉及在車輛運行過程中確定輪胎的迴轉角的方法和系統。公開了用於在車輛在滾動表面上運行的過程中確定安裝在所述車輛上的輪胎的迴轉角的方法和系統。該方法包括以下步驟確定與所述輪胎的赤道面分開的輪胎胎面的一部分的側向加速度；確定所述輪胎的旋轉速度；和通過使用側向加速度幅度與至少一個旋轉速度的預定的迴轉角的值的特性曲線、從所述側向加速度和所述徑向速度確定所述迴轉角。
文檔編號G01M17/02GK101027198SQ200480044101
公開日2007年8月29日 申請日期2004年9月29日 優先權日2004年9月29日
發明者費德裡克·曼科蘇, 馬西莫·布魯薩羅斯科, 丹尼爾·阿羅西奧 申請人:倍耐力輪胎股份公司