BR102014019972A2

BR102014019972A2 - sistema e método de estimativa de estado de desgaste de pneu de modo de torção

Info

Publication number: BR102014019972A2
Application number: BR102014019972A
Authority: BR
Inventors: Anthony William Parsons; Kanwar Bharat Singh; Yiu Wah Luk
Original assignee: Goodyear Tire & Rubber
Priority date: 2013-08-12
Filing date: 2014-08-12
Publication date: 2015-09-22
Also published as: JP6420589B2; EP2837510A1; CN104369628B; CN104369628A; US20150040656A1; EP2837510B1; JP2015036296A; US9259976B2

Abstract

sistema e método de estimativa de estado de desgaste de pneu de modo de torção. um sistema de estimativa de estado de desgaste de pneu inclui um disposi-tivo de medição de pressão de pneu afixado a um pneu de veículo para medir a pressão de enchimento de pneu e gerar os dados de pressão de enchimento de pneu; meio de medição de modo de torção de pneu para medir a frequência de mo-do de torção de pneu e gerar os dados de frequência de modo de torção; e meio de identificação de pneu para gerar os coeficientes de modo de torção de pneu especí-fico utilizando dados de identificação de pneu específico. é feita uma estimativa de desgaste de pneu com base nos dados de pressão de enchimento de pneu, nos dados de frequência de modo de torção, e nos coeficientes de modo de torção derivados da identificação de pneu.

Description

“SISTEMA E MÉTODO DE ESTIMATIVA DE ESTADO DE DESGASTE DE PNEU DE MODO DE TORÇÃO” CAMPO DA INVENÇÃO [001] A invenção se refere geralmente aos sistemas de monitoramento de pneu para coletar os dados de parâmetros medidos de pneu durante operação do veículo e, mais especificamente, a um sistema e método para estimar o estado de desgaste de pneu com base em tais medições.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [002] Os pneus montados em veículos podem ser monitorados por intermédio de sistemas de monitoramento de pressão de pneu (TPMS) que medem os parâmetros de pneu tal como a pressão e a temperatura durante operação do veículo. Os dados a partir dos sistemas equipados em pneu TPMS são usados para averiguar o status de um pneu com base nos parâmetros medidos do pneu e alertar o motorista sobre as condições, tal como baixa pressão do pneu ou vazamento, que pode exigir manutenção corretiva. Sensores dentro dos quais os pneus são instalados em um estágio de pré-cura da fabricação de pneu ou em uma montagem pós-cura do pneu. [003] Outros fatores tal como o estado de desgaste do pneu são considerações importantes para operação do veículo e segurança. Consequentemente é desejável ainda medir o estado de desgaste do pneu e comunicar o estado de desgaste aos sistemas do veículo tal com sistemas de controle de frenagem e estabilidade em conjunto com os parâmetros de pressão e temperatura medidos do pneu.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [004] De acordo com um aspecto da invenção, um sistema de estimativa de estado de desgaste de pneu inclui um dispositivo de medição de pressão do pneu afixado a um pneu de veículo para medir a pressão de enchimento do pneu e gerar dados de pressão de enchimento do pneu; meio de medição do modo de torção de pneu para medir a frequência de modo de torção de pneu e gerar os dados de fre- quência de modo de torção de pneu; e meio de identificação de pneu para gerar os coeficientes de modo de torção de pneu específico utilizando dados de identificação de pneu específico. Uma estimativa de desgaste de pneu é feita com base nos dados de pressão de enchimento, nos dados de frequência de modo de torção, e nos coeficientes de modo de torção de pneu específico. [005] Em outro aspecto, o dispositivo de medição de pressão montado em pneu é operativo para medir uma pressão de cavidade do pneu com um sensor de pressão e transmitir os dados de pressão de enchimento de pneu a partir da medição de pressão da cavidade de pneu. Os dados de identificação de pneu específico são armazenados dentro e podem ser acessados a partir do meio de armazenamento de dados baseado em pneu tal como, mas não limitado ao dispositivo de medição de pressão montado em pneu. [006] De acordo com outro aspecto da invenção, os coeficientes de modo de torção de pneu específico são gerados a partir de um sinal de velocidade de roda ou sinal de aceleração longitudinal obtido a partir de um acelerômetro montado em cubo ou um acelerômetro montado no abaulamento baseado em pneu. [007] O sistema de estimativa de estado de desgaste de pneu, em outro aspecto, utiliza um modelo de correlação entre o estado de desgaste de pneu e a frequência de modo de torção de pneu em que o modelo de correlação emprega um algoritmo recursivo de mínimos quadrados com base em um modelo polinomial capturando uma dependência entre um estado de desgaste do pneu, os dados de pressão de enchimento de pneu, e a frequência de modo de torção de pneu.

DEFINIÇÕES [008] “ANN” ou “Rede Neural Artificial” é uma ferramenta adaptativa para modelagem de dados estatísticos não lineares que muda sua estrutura com base em formação externa ou interna que flui através de uma rede durante uma fase de aprendizagem. Redes neurais ANN são ferramentas de modelagem de dados estatísticos não lineares usadas para modelar as relações complexas entre as entradas e saídas ou para encontrar padrões nos dados. [009] “Relação de aspecto” do pneu significa a relação de sua altura de seção (SH) para a sua largura de seção (SW) multiplicada por 100% para expressão como uma percentagem. [010] “Banda de rodagem assimétrica” significa uma banda de rodagem que tem um padrão de banda de rodagem não simétrico em torno do plano central ou plano equatorial (EP) do pneu. [011] “Axial” e “axialmente” significam linhas ou direções que são paralelas ao eixo de rotação do pneu. [012] “Barramento CAN” é uma abreviação para rede de área de controlador. [013] “Elemento antifricção” é uma tira estreita de material colocada em torno do exterior de um talão de pneu para proteger as camadas de cordão contra desgaste e corte contra o aro e distribuir a flexão em torno do aro. [014] “Circunferencial” significam linhas ou direções que se estendem ao longo do perímetro da superfície da banda de rodagem anular perpendicular à direção axial. [015] “Plano Central Equatorial (CP)” significa o plano perpendicular do eixo de rotação do pneu e passando através do centro da banda de rodagem. [016] “Pegada” significa o trecho de contato ou área de contato criada pela banda de rodagem do pneu com uma superfície plana à medida que gira ou rola ou pneu. [017] “Sulco” significa uma área vazia alongada em uma parede de pneu que pode se estender de forma circunferencial ou lateralmente em torno da parede do pneu. A “largura de sulco” é igual à sua largura média através de seu comprimento. Os sulcos são dimensionados para acomodar um tubo de ar conforme descrito. [018] “Lado interno” significa o lado do pneu mais próximo do veículo quando o pneu é montado em uma roda e a roda é montada no veículo. [019] “Filtro de Kalman” é um conjunto de equações matemáticas que implemen- tam um estimador do tipo preditor-corretor que é ótimo no sentido de que minimiza a co-variância de erro estimado quando algumas condições presumidas são satisfeitas. [020] “Lateral” significa uma direção axial. [021] “Bordas laterais” significam uma linha tangente ao trecho de contato de banda de rodagem mais externo axialmente ou pegada conforme medido sob carga normal e enchimento de pneu, as linhas sendo paralelas ao plano central equatorial. [022] “Observador de Luenberger” é um observador de estado ou modelo de estimativa. Um “observador de estado” é um sistema que provê uma estimativa do estado interno de um sistema real determinado, a partir das medições da entrada e da saída do sistema real. Ele é tipicamente implementado por computador, e proporciona a base para muitas aplicações práticas. [023] “MSE” é uma abreviação para erro médio quadrático, o erro entre um sinal medido e um sinal estimado o qual é minimizado pelo Filtro de Kalman. [024] “Área líquida de contato” significa a área total dos elementos de banda de rodagem de contato com o solo entre as bordas laterais em torno da circunferência total da banda de rodagem dividida pela área bruta da banda de rodagem inteira entre as bordas laterais. [025] “Banda de rodagem não direcional” significa uma banda de rodagem que não tem direção preferida de deslocamento para frente e não tem que ser posicionada em um veículo em uma posição ou posições específicas da roda para garantir que o padrão de banda de rodagem esteja alinhado com a direção preferida de deslocamento. Inversamente, um padrão de banda de rodagem direcional tem uma direção preferida de deslocamento exigindo posicionamento específico da roda. [026] “Lado externo” significa o lado do pneu mais distante do veículo quando o pneu é montado em uma roda e a roda é montada no veículo. [027] “Peristáltico” significa operar por intermédio de contrações semelhantes a ondas que propelem a matéria contida, tal como ar, ao longo de vias tubulares. [028] “Sensor de Película Piezelétrica” um dispositivo na forma de um corpo de película que utiliza o efeito piezelétrico acionado por uma flexão do corpo de película para medir a pressão, aceleração, tensão ou força mediante conversão das mesmas em uma carga elétrica. [029] “PSD” é a Densidade Espectral de Potência (um nome técnico sinônimo de FFT (Transformada Rápida de Fourier). [030] “Radial” e “radialmente” significam direções radialmente no sentido de ou no sentido contrário ao eixo de rotação do pneu. [031] “Nervura” significa uma tira de borracha que se estende de forma circunfe-rencial na banda de rodagem que é definida por ao menos um sulco circunferencial e ou um segundo sulco ou uma borda lateral, a tira sendo lateralmente não dividida por sulcos de profundidade total. [032] “Ranhura” significa pequenas fendas moldadas nos elementos de banda de rodagem do pneu que subdividem a superfície de banda de rodagem e aperfeiçoam a tração, as ranhuras geralmente são estreitas em larguras e próximas na pegada de pneu, ao contrário dos sulcos que permanecem abertos na pegada do pneu. [033] “Elemento de banda de rodagem” ou “elemento de tração” significa uma nervura ou um elemento de bloco definido pelo fato de ter um formato de sulcos adjacentes. [034] “Largura de Arco de Banda de Rodagem” significa o comprimento de arco da banda de rodagem quando medido entre as bordas laterais da banda de rodagem.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [035] A invenção será descrita por intermédio de exemplo e com referência aos desenhos anexos, nos quais: [036] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de um pneu que tem um sistema de monitoramento de pressão de pneu incorporado em uma região de banda de rodagem, [037] A Figura 2 é um gráfico de frequência mostrando uma amplitude versus frequência do pneu e indicando a região gráfica de interesse para extrair os componentes de modo de torção. [038] A Figura 3A é um gráfico de frequência vs. amplitude para o pneu em três níveis de carga em 32 psi, e mostrando a segunda frequência de modo de torção nas cargas diferentes. [039] A Figura 3B é um gráfico de frequência vs. amplitude mostrando o modo de torção nas três cargas de pneu em 2,109 kg/cm2. [040] A Figura 3C é um gráfico de frequência vs. amplitude mostrando o modo de torção nas três cargas de pneu e em um enchimento de pneu de 2,812 kg/cm2. [041] A Figura 4A é um gráfico resumido de frequência vs. amplitude para cunho de pneu de 3 mm de tamanho nos três níveis diferentes de pressão de enchimento de pneu. [042] A Figura 4B é um gráfico resumido de frequência vs. amplitude para um cunho de pneu de 5 mm de tamanho em três diferentes níveis de pressão com o pneu definido em 60 kph e uma carga de pneu de 1.300 libras. [043] A Figura 5 é um conjunto de gráficos mostrando a frequência vs. amplitude e a segunda região de modo de torção, para um pneu em uma condição cheia, semi e de não filamento, e uma carga de 1.300 libras, comparando os resultados experimentais para a frequência de modo de torção obtida nos três níveis de condição de banda de rodagem de pneu. [044] As Figuras 6A, 6B e 6C são gráficos comparativos de frequência versus amplitude de frequência de modo de torção para as condições de banda de rodagem plena, banda de rodagem parcial e sem banda de rodagem em 2,249 kg/cm2, 2,531 kg/cm2 e 2,812 kg/cm2, respectívamente, e mostrando sensibilidade do modo de tor- ção na forma tabelar para as três condições de pneu nas três pressões de enchimento, [045] A Figura 7 é um diagrama de nível de bloco do sistema de estimativa de desgaste de pneu utilizando sinal de velocidade de roda de veículo ou sinais de aceleração longitudinal e pressão de enchimento de pneu e identificação de pneu para obter a frequência de modo de torção e uma estimativa do estado de desgaste do pneu com base no mesmo.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [046] Com referência à Figura 1, é mostrado um sistema de estimativa de desgaste de banda de rodagem de pneu 10 com base na análise espectral do sinal de vibração de torção de pneu. Tal sistema é útil para alertar um proprietário de veículo em relação a quando devem ser mudados os pneus e pode ser usado para prover informação a um motorista sobre a inter-relação entre o estado de desgaste da banda de rodagem do pneu e outros fatores tal como a condição da rodovia. As propriedades do pneu mudam geralmente como uma função do desgaste do pneu. Consequentemente, uma estimativa do nível de desgaste da banda de rodagem do pneu pode ser usada como uma entrada para a estimativa do estado de pneu. [047] Os pneus (um pneu representativo) 12 montado em um veículo 22 incluem regiões de banda de rodagem de contato com o solo 14 que se desgastam com o passar do tempo. Os pneus 12 encerram uma cavidade de pneu 18 por intermédio de um forro interno de pneu 16. Um módulo de sistema de monitoramento de pressão de pneu (TPMS) 20 pode ser afixado no forro interno de pneu 16. O módulo 20 armazena informação de ID de pneu a partir da qual os dados de construção de pneu específico podem ser identificados. [048] O sistema 10 emprega um algoritmo de estimativa de estado de desgaste de pneu que utiliza os sinais 26 disponíveis em um barramento CAN (rede de área de controlador) 24 do veículo 22. Os sinais podem incluir sinais de velocidade de roda, úteis para uma entrada para um ABS (sistema de frenagem anti-bloqueio) e/ou um sinal de aceleração longitudinal de cubo de roda, em veículos equipados com um sistema de gerenciamento ativo de suspensão. A partir do sinal de velocidade de roda ou sinal de aceleração longitudinal, extrações de modo 28 são feitas, extraindo os modos de torção. Além disso, a partir do sinal de aceleração de cubo de roda, a extração dos modos verticais de pneu pode ser realizada e a estimativa de desgaste de pneu feita com base nos modos extraídos verticais de pneu. O Pedido de Patente Copendente dos Estados Unidos Ns de Série 13/917.691, depositado em 14 de junho de 2013, descreve um sistema de estimativa de desgaste de pneu com base na análise espectral de sinais de vibração vertical e incorporados aqui mediante referência. A invenção em estudo utiliza modos extraídos de torção e baseia a estimativa de desgaste de pneu em questão nos mesmos. [049] A Figura 1 mostra o módulo TPMS 20 na posição montada no abaulamento no pneu 12, oposto à região de banda de rodagem 14. A nomenclatura “TPMS+” conforme aqui usada significa um sistema de monitoramento de pressão de pneu que tem capacidade de comunicação de dados sem fio embutida nesse lugar. Consequentemente, o módulo TPMS monitora a pressão de pneu dentro da cavidade 18 e transmite os dados de pressão para um receptor remoto para processamento. O receptor (não mostrado) pode ser baseado no veículo e/ou localizado remotamente. [050] Com referência continuada à Figura 7, uma elevação 30 é então conduzida da extração de frequência de modo de torção de pneu para correlacionar a influência do estado de desgaste de pneu (nível de profundidade da banda de rodagem de pneu 14) com o modo de torção de pneu mediante uso de métodos de análise espectral 28. A aplicação de um modelo de correlação 36 (vide Figuras 6A a 6C) é feito no qual a estimativa de estado de desgaste de pneu se baseia na frequência de modo de torção de pneu para uma determinada pressão de enchimento de pneu medida. Modelos específicos de pneu são desenvolvidos pelo número de identificação de modelo de pneu e valores de pressão de pneu são gerados e armazenados para consulta. Quando a informação de identificação de pneu facilitada por TPMS é obtida a partir do pneu, o modelo de correlação correto é aplicado, utilizando a segunda frequência de torção de modo extraída e a pressão de pneu medida por TPMS. Consulta com o modelo de correlação de pneu específico apropriado produzirá uma estimativa exata do nível de desgaste de pneu. A partir da Figura 7, será visto ainda que o modelo de correlação incorpora ainda os dados 38 indicativos da posição de estrangulamento para detectar uma condição de rolamento livre do pneu. [051] A base para usar uma correlação entre a frequência de modo de torção e o estado de desgaste de pneu será explicada agora. Com referência à Figura 2, o gráfico de amplitude vs. frequência [Hz] de pneu é mostrado com picos identificados de suspensão longa, rotação em fase, e rotação anti-fase. A região 40 do gráfico, representada em espectro, representa o modo de interesse na realização da estimativa de carga em questão; isto é, o segundo modo de torção. É esse modo de um pneu que vibra que é útil para o estado de desgaste de pneu (nível de profundidade 14 de banda de rodagem) que pode ser analisado através do uso dos métodos de análise espectral no desenvolvimento de um modelo de correlação entre o estado de desgaste de pneu e os modos de torção de pneu. [052] Os modos de vibração de torção (rotacional) são resumidos abaixo. “Cinta” conforme aqui utilizado se refere ao reforço de cinta estrutural do pneu. [053] Primeiro modo de torção: No modo em fase em 30 a 40 Hz, o aro tem uma vibração rotacional e a rotação de cinta tem uma vibração na mesma fase. [054] Segundo modo de torção: A velocidade rotacional do aro e da cinta está em uma fase oposta no modo anti-fase (aproximadamente de 80 Hz). [055] Com o propósito de teste experimental com base no aqui apresentado, um pneu Assimétrico Goodyear Eagle F1 Tamanho 255/45ZR19, foi utilizado. A profundidade da banda de rodagem do pneu é categorizada como “Nova” representando um peso de pneu de 12 kg; “Parcialmente desgastado” representando um peso de pneu de 11 Kg, ou “Completamente gasto” representando um peso de pneu de 9,9 Kg. Há aproximadamente uma perda de 10% em um peso de pneu para cada diminuição de 2,5 mm na profundidade de banda de rodagem. [056] Os testes foram conduzidos em um pneu utilizando uma roda com cunho em uma máquina de eixo fixo. A máquina de eixo fixo, de uso comum na indústria, representa bom controle sobre a carga de pneu e velocidade de rolamento. A pressão de enchimento foi mudada manualmente antes de cada teste, e as dependências de desgaste foram capturadas mediante uso de pneus com diferentes níveis de profundidade de não deslizamento. Entradas de cunho são conhecidas como introduzindo excitações verticais e de torção no pneu e o aparelho de teste em questão conseqüentemente produziu excitações de pneu de interesse na avaliação da metodologia de estimativa de desgaste em questão. [057] Na Figura 3A, cunhos de 3 mm e 5 mm foram usados e o modo de torção FFT-Fx determinado para cargas de 317 kg, 453 kg e 589 kg em enchimento de 2,249 kg/cm2. Na Figura 3B, para os mesmos dois tamanhos de cunho, são mostrados os gráficos para as mesmas cargas de pneu em um enchimento de 2,531 kg/cm2. Nos gráficos da Figura 3C, é usado um enchimento de 2,812 kg/cm2. Os resultados do gráfico das Figuras 3A a 3C indicam que uma mudança na condição de carga do pneu influencia a amplitude de sinal, porém muda no conteúdo espectral de sinal (frequência de modo) sendo relativamente baixas. [058] Tamanho de cunho de 3 mm e 5 mm é comparado nos gráficos das Figuras 4A e 4B. As dependências de enchimento de pneu também foram testadas conforme refletido nos resultados de teste das Figuras 4A e 4B. A Figura 4A mostra os resultados de teste para um pneu em uma roda com cunhos com tamanho de cunho de 3 mm para pressões de enchimento de 2,249 kg/cm2, 2,531 kg/cm2 e 2,812 kg/cm2. O segundo modo de torção na pressão de enchimento testada foi, respectivamente, de 81,82,5 e 85 Hz, Os resultados indicam que as mudanças em amplitude de sinal, e seu conteúdo espectral, são moderadamente elevados como um resultado da vari-ância de enchimento de pneu. A Figura 4B mostra os resultados de teste do pneu sob uma faixa de cargas em uma roda tendo cunhos de 5 mm. O segundo modo de torção na pressão de enchimento testada foi respectivamente de 81, 83 e 85 Hz. Os resultados indicam que mudanças em amplitude de sinal e seu conteúdo espectral são moderadamente elevados como um resultado da variância de enchimento de pneu. [059] A Figura 5 resume graficamente e mediante tabela a segunda variação de modo de torção em uma velocidade de 60 kph, carga de 589 kg, para os três níveis de condição de desgaste de banda de rodagem. Uma identificação da porção do gráfico de interesse na análise espectral do modo de torção é fornecida. A tabela indica o segundo modo de torção para as três condições de banda de rodagem. [060] Nas Figuras 6A a 6C, a dependência de pressão da frequência de modo de torção FFT-Fx é mostrada graficamente para um pneu em banda de rodagem total, metade de banda de rodagem e nenhuma banda de rodagem. Conforme visto por intermédio das computações de modo de torção diferentes na tabela, as dependências de estado de desgaste de pneu criam as mais altas divergências de modo de torção. As dependências de estado de desgaste de pneu relativamente elevadas proporcionam a verificação e base para o desenvolvimento de um algoritmo de estimativa de estado de desgaste de pneu com base na análise de modo de torção em conformidade com a presente invenção. Além disso, os gráficos indicam a relação que a pressão de enchimento de pneu tem na análise, e proporcionam a base para o uso de dados de pressão de pneu medidos como uma entrada para o modelo de estado de desgaste de pneu. [061] A partir do acima, será visto que fatores que influenciam a pressão de enchimento, profundidade de banda de rodagem, carga vertical e velocidade (velocida- de rotacional) são dependentes. A pressão de enchimento afeta a rigidez vertical e de torção do pneu; a profundidade de banda de rodagem afeta a massa de banda de rodagem; a carga vertical afeta a força de impacto sobre o pneu; e a velocidade afeta a força de impacto e rigidez (efeito de enrijecimento centrífugo). O nível de cada fator de influência se manifesta em amplitude e frequência. Para variação de enchimento, variações de amplitude e frequência são relativamente moderadas. A profundidade de banda de rodagem influencia grandemente a amplitude e a frequência. O efeito da variação de carga vertical é elevado sobre a amplitude, mas baixo em frequência enquanto a velocidade afeta altamente a amplitude, mas apenas moderadamente influencia a frequência. [062] As múltiplas dependências tornam a abordagem baseada em “amplitude” problemática. A dependência da segunda frequência de modo de torção de pneu para o estado de desgaste de pneu e pressão de enchimento, contudo, torna a abordagem baseada em “frequência” eficaz da metodologia em questão. [063] A partir da Figura 7, será visto que a informação sobre a frequência de torção de pneu pode ser obtida utilizando-se um dos seguintes métodos: [064] Abordagem 1: A partir do sinal de velocidade de roda. [065] Abordagem 2: A partir da medição do sinal de aceleração longitudinal de um sensor de acelerômetro montado em cubo. [066] É verificado experimentalmente que a excelência de ajuste do modelo de estimativa de desgaste de banda de rodagem é aceitável. O ajuste de modelo foi comparado com os dados experimentais e com o ajuste produzindo coeficiente de correlação (r) = 0.988. A validação do modelo é assim indicada. Um modelo polino-mial (segunda ordem em pressão e primeira ordem em profundidade de banda de rodagem) foi descoberto como proporcionando um bom ajuste. [067] A partir da implementação de modelo de fluxograma baseado em pneu mostrado na Figura 7, o estado de desgaste de pneu é derivado capturando as depen- dências entre o estado de desgaste de pneu, a pressão de enchimento e a frequência de modo de torção de pneu. A pressão de enchimento do pneu 12 e informação de ID de pneu 34 são obtidas a partir do módulo TPMS 20 montado no pneu. Os Coeficientes de Modelo são específicos de construção de pneu e são averiguados por intermédio da identificação de pneu obtida a partir dos dados armazenados TPMS. Para uma determinada construção de pneu, uma estimativa de mínimos quadrados recursivos (RLS) do estado de desgaste de pneu pode ser feita utilizando-se a pressão de enchimento de pneu, ID de pneu (para usar os coeficientes de modelo correto) e a informação de frequência de modo de torção de pneu. Os sensores e os dados armazenados dentro do módulo TPMS 20 são usados para obter informação de ID de pneu e pressão. A medição do modo de torção de pneu no veículo é derivada de qualquer abordagem identificada acima e indicada na Figura 7 em 26. Um acelerômetro montado em roda ou um acelerômetro montado em abaulamento de pneu pode ser usado para prover o sinal. [068] O Algoritmo de Estimativa RLS (com fator de esquecimento) fornece um método para atualizar de forma iterativo o parâmetro desconhecido em cada tempo de amostragem para minimizar a soma dos quadrados do erro de modelagem utilizando os dados passados contidos dentro do vetor de regressão. O que se segue é o modelo capturando a dependência entre o estado de desgaste de pneu, pressão de enchimento e a frequência de modo de torção de pneu: Modelo de Ajuste [069] Frequência de Modo de Torção de Pneu = p00+p10*pressão+p01 *profundidade de banda de rodagem + p20*pressãoA2+p11*pressão*profundidade de banda de rodagem [070] Coeficientes de Modelo (com limites de certeza de 95 por cento): pOO = -35.94 (-171.6, 99.72) p10 = 6.586 (-0.9712, 14.14) ρ01 =-2.31 (-5.37,0.7512) ρ20 = -0.08333 (-0.1881,0.02144) ρ11 = 0.01786 (-0.06682,0.1025) [071] A equação acima pode ser reescrita em uma forma de identificação de parâmetro padrão como a seguir: y = ψΓθ Onde: y = (Frequência de Modo de Torção de Pneu - p100-p10*pressão -p20*pressãoA2)/ (p11*pressão + p01) Ψ= 1 θ= Profundidade de banda de rodagem (desconhecida - a ser estimada) O procedimento para resolver o problema RLS é como a seguir: Etapa 0: Inicializar o parâmetro desconhecido Θ (0) e a matriz de co-variância P(0); ajustar o fator de esquecimento λ.

Etapa 1: Medir a saída de sistema y(t) e computar o vetor de regressão φ{\). Etapa 2: Calcular o erro de identificação e(t): Etapa 3: Calcular o ganho k(X): Etapa 4: Calcular a matriz de co-variância: Etapa 5: Atualizar o parâmetro desconhecido: Etapa 6: Repetir as etapas 1 a 5 para cada etapa de tempo.

Onde y é a saída; ψ é o vetor de regressão, e Θ é o parâmetro desconhecido. As entradas do vetor de regressão e saída são usadas respectivamente como entrada e saída no algoritmo de estimativa de parâmetro de mínimos quadrados re- cursivos (com fator de esquecimento) para resolver o parâmetro desconhecido da profundidade de banda de rodagem de pneu. [072] O método em questão para estimativa de desgaste de pneu pode utilizar uma medição no veículo do modo de torção de pneu ou uma medição no pneu no modo de torção de pneu, ou ambos com o propósito de validação cruzada. Para medição no veículo, o modo de torção é extraído do sinal de velocidade de roda ou do sinal de aceleração longitudinal 26 a partir de um acelerômetro montado em cubo. Os acelerômetros montados em cubo estão comercialmente disponíveis e são usados como parte dos sistemas de gerenciamento de suspensão de veículo. A partir dos testes conduzidos em várias superfícies, descobriu-se que o modo de torção de pneu foi detectado de forma bem-sucedida sob todas as condições de rodovia. Os resultados de teste foram verificados extraindo o modo de torção a partir de qualquer uma das abordagens com o propósito de estimativa de desgaste de banda de rodagem de acordo com a metodologia em estudo. [073] Uma implementação de algoritmo no veículo do sistema em estudo pode ser usada para medição em pneu do modo de torção de pneu. O veículo 22 fornece por intermédio do barramento CAN 24 a velocidade de veículo, carga e posição de estrangulamento como entrada para o modelo de estimativa de estado de desgaste de pneu. A partir do pneu 12, o módulo TPMS (incluindo um acelerômetro) 20 proporciona pressão de enchimento, dados de ÍD de pneu e um sinal de aceleração a partir de um acelerômetro montado em abaulamento. A partir de uma análise espectral do sinal de aceleração radial, conforme explicado acima, se obtém a frequência de modo de torção de pneu e entrada para o modelo de estimativa de estado de desgaste de pneu (Figura 6A). Um estado de desgaste de pneu estimado pode assim ser obtido. [074] A partir do precedente, será considerado que o sistema de estimativa de desgaste de banda de questão em estudo utiliza um algoritmo inovador para estimar o estado de desgaste de pneu. O estado de desgaste de pneu é estimado de forma recursiva mediante uso de um algoritmo RLS formulado com base em um modelo polinomial que captura as dependências entre o estado de desgaste de pneu, pressão de enchimento e a frequência de modo de torção de pneu. As entradas de modelo para o algoritmo RLS incluem: pressão de enchimento de pneu, ID de pneu (exigido para uso dos coeficientes corretos de modelo de pneu específico) e a frequência de modo de torção de pneu. A pressão de enchimento de pneu e informação de ID de pneu estão disponíveis a partir de um módulo TPMS fixado em pneu. Informação sobre a frequência de modo de torção de pneu pode ser obtida mediante uso de uma das abordagens aqui identificadas. [075] Ambas as abordagens podem ser empregadas para validação cruzada dos resultados. A aplicação do algoritmo RLS em tempo real na obtenção da estimativa de desgaste de banda de rodagem desejada e os resultados de estimativa exatos foram validados experimentalmente. [076] Variações na presente invenção são possíveis à luz da descrição da mesma aqui provida. Embora certas modalidades e detalhes representativos tenham sido mostrados com o propósito de ilustrar a presente invenção, será evidente para aqueles versados na arte que diversas alterações e modificações podem ser feitas nas mesmas sem se afastar do escopo da invenção em estudo. Portanto, deve-se entender que mudanças podem ser feitas nas modalidades específicas descritas, as quais estarão dentro do escopo pretendido integral da invenção conforme definido pelas reivindicações anexas seguintes.

Claims

1. Sistema de estimativa de estado de desgaste de pneu CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: ao menos um pneu sustentado um veículo; meio de medição de pressão de pneu afixado a um pneu para medir a pressão de enchimento de pneu e gerar os dados de pressão de enchimento de pneu; meio de medição de modo de torção de pneu para medir a frequência de modo de torção de pneu e gerar os dados de frequência de modo de torção de pneu; meio de identificação de pneu para gerar coeficientes de modo de frequência de pneu específico utilizando os dados de identificação de pneu específico; e meio de estimativa de desgaste de pneu para calcular uma estimativa de um estado de desgaste de pneu com base nos dados de pressão de enchimento de pneu, nos dados de frequência de modo de torção, e nos coeficientes de modo de frequência de pneu específico.

2. Sistema de estimativa de estado de desgaste de pneu, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o meio de medição de pressão de pneu compreende um dispositivo de medição de pressão montado em pneu operativo para medir por intermédio de um sensor de pressão uma pressão da cavidade de pneu e transmitir os dados de pressão de enchimento de pneu a partir da medição de pressão da cavidade de pneu.

3. Sistema de estimativa de estado de desgaste de pneu, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que os dados de identificação de pneu específico são armazenados dentro do dispositivo de medição de pressão montado em pneu e podem ser acessados a partir do mesmo.

4. Sistema de estimativa de estado de desgaste de pneu, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que os coeficientes de modo de frequência de torção de pneu específico são gerados utilizando um sinal de veloci- dade de roda ou um sinal de sensor de acelerômetro montado em cubo.

5. Sistema de estimativa de estado de desgaste de pneu, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que a medição da frequência de modo de torção de pneu é a partir de um acelerômetro montado em roda ou um acelerômetro montado no abaulamento do pneu.

6. Sistema de estimativa de estado de desgaste de pneu, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o meio de estimativa de desgaste de pneu compreende um modelo de correlação entre o estado de desgaste de pneu e a frequência de modo de torção de pneu.

7. Sistema de estimativa de estado de desgaste de pneu, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que o modelo de correlação compreende um algoritmo de mínimos quadrados, recursivo com base em um modelo polinomial capturando uma dependência entre um estado de desgaste do pneu, os dados de pressão de enchimento de pneu e a frequência de modo de torção de pneu.

8. Sistema de estimativa de estado de desgaste de pneu, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o meio de estimativa de desgaste de pneu compreende um modelo de correlação entre o estado de desgaste de pneu e a frequência de modo de torção de pneu.

9. Sistema de estimativa de estado de desgaste de pneu, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: ao menos um pneu para sustentar um veículo; um dispositivo de medição de pressão montado em pneu afixado a um pneu operativo para medir uma pressão de cavidade de pneu e transmitir os dados de pressão de enchimento de pneu a partir da medição de pressão da cavidade de pneu; dados de identificação de pneu específico armazenados dentro do dispositi- vo de armazenamento de dados montado em pneu e que podem ser acessados a partir do mesmo; meio de medição de modo de torção de pneu para medir a frequência de modo de torção de pneu e gerar os dados de frequência de modo de torção de pneu; meio de identificação de pneu para gerar os coeficientes de frequência de modo de torção de pneu específico utilizando os dados de identificação de pneu específico e sinal de velocidade de roda ou medição de sinal de aceleração longitudinal de uma frequência de modo de torção de pneu; e meio de estimativa de desgaste de pneu para calcular uma estimativa de um estado de desgaste de pneu com base nos dados de pressão de enchimento de pneu, nos dados de frequência de modo de torção de pneu, e nos coeficientes de modo de torção de pneu específico.

10.Método de estimativa de estado de desgaste de pneu, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: afixar um dispositivo de medição de pressão de pneu a um pneu de sustentação de veículo, o dispositivo de medição de pressão tendo pelo menos um sensor de pressão medindo uma pressão de enchimento da cavidade de pneu e gerando os dados de pressão de enchimento de pneu; medir a frequência de modo de torção de pneu e gerar os dados de frequência de modo de torção de pneu; gerar os coeficientes de modo de torção de pneu específico com base nos dados de identificação de pneu específico; e calcular uma estimativa de um estado de desgaste de pneu com base nos dados de pressão de enchimento de pneu, nos dados de frequência de modo de torção medidos e nos coeficientes de modo de frequência de pneu específico com base nos dados de identificação de pneu específico.