CN100560390C - 在车辆运行过程中确定轮胎的回转角的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在车辆运行过程中确定轮胎的回转角的方法和系统。公开了用于在车辆在滚动表面上运行的过程中确定安装在所述车辆上的轮胎的回转角的方法和系统。该方法包括以下步骤：确定与所述轮胎的赤道面分开的轮胎胎面的一部分的侧向加速度；确定所述轮胎的旋转速度；和通过使用侧向加速度幅度与至少一个旋转速度的预定的回转角的值的特性曲线、从所述侧向加速度和所述径向速度确定所述回转角。

Description

在车辆运行过程中确定轮胎的回转角的方法和系统
技术领域
本发明涉及用于在车辆运行过程中确定安装在这种车辆上的轮胎的回转角(cornering angle)的方法和系统。
背景技术
为了控制车辆，与轮胎条件有关的信息应被提供给车辆控制系统。例如，这种信息可包括与施加到轮胎上的负载或轮胎和地面之间的接触区域的长度有关的信息。
PCT专利申请No.WO 03/016115公开了用于确定施加到机动车辆的轮胎上的负荷或负载和/或用于监视轮胎压力的方法，其中，各个轮胎中的压力在车辆的操作中被检测，并且各单个车轮的旋转行为被观察。还通过考虑预设和/或预定的和/或学习的变量、比较给定驱动状态中的各单个车轮的旋转行为和/或所述旋转行为的变化，确定负载分布参数。轮胎压力和负载分布参数被用于确定施加到轮胎上的负载或负荷和/或压力损失。并且，美国专利申请No.2003/0058118公开了用于确定车辆轮胎的负载导致的偏转或变形的车辆和车辆轮胎监视系统、装置和方法。基于它们，提供诸如轮胎负载、摩尔空气含量总车辆质量和车辆质量分布的与偏转有关的信息。
美国6,538,566说明了用于在使用中监视在地面上行进的车轮的轮胎的条件的方法，该轮胎具有胎面，该方法包括以下步骤：在轮胎内、在胎面附近设置用于感测径向加速度的微型传感器；监视来自传感器的测量值的变化；检测径向加速度的降低，所述降低与接触地面的胎面的区域对应；和测量低径向加速度阶段的周期和径向加速度较低的该周期的分数，各周期内的所述分数与胎面与地面接触的所述区域的长度并由此与轮胎的条件有关。
EP 0887211涉及车辆用气胎并特别涉及用于通过监视它们的偏转监视轮胎的系统。该系统包括：在操作上相对于轮胎配置以在与轮胎的变形对应的足迹通过(footprint pass)的过程中产生电脉冲的传感器器件；用于计算所述电脉冲的持续时间与一个轮胎旋转的持续时间的比值的装置；用于将所述比值传送到位于车辆中的评价单元的装置；其中，为了使得所述电脉冲在进入所述足迹通过时给出第一最大值并在离开时给出第二最大值，所述传感器器件被放在所述轮胎的胎面区内。
根据申请人，在车辆在滚动面上行驶的过程中测量装在这种车辆上的轮胎的回转角会是有益的。对于本发明，“轮胎的回转角”必须意指轮胎的赤道面与安装轮胎的车辆的前进方向之间的角度(瞬时确定)。必须注意，在车辆的回转(cornering)过程中，前进方向在各个瞬间对应于与车辆遵循的回转轨迹相切的方向。回转角是用于控制车辆和避免诸如例如偏航不稳定性的其任何不稳定性的基本参数。必须注意，在车辆中设置的一定的转向角可导致轮胎的不同的回转角。这出于几个原因，包括轮胎由变形橡胶制成的事实。因此，不能容易地从对车辆执行的测量导出轮胎在驾驶机动(steering manoeuvre)的过程中受到的回转角。
申请人面对以可靠且更容易的方式实时即在车辆行进过程中确定装在车辆上的轮胎受到的回转角的问题。
发明内容
根据第一方面，本发明提供一种用于在车辆在滚动表面上运行的过程中确定安装在所述车辆上的轮胎的回转角的方法，该方法包括：在距离所述轮胎的赤道面某一距离的位置上确定与所述轮胎的胎面对应的部分受到的沿侧向的加速度；确定所述轮胎的旋转速度；和从所述侧向加速度和所述径向速度确定所述回转角。
有利的是，确定沿侧向的加速度的步骤包括当轮胎的所述部分处于所述轮胎和所述滚动表面之间的接触区域外面时获取侧向加速度信号，并在轮胎的所述部分处于所述接触区域内时获取侧向加速度信号。
特别地，确定沿侧向的加速度的步骤包括计算所述接触区域外面的侧向加速度信号的平均水平以及计算所述接触区域内的所述侧向加速度信号的峰值。
优选地，确定沿侧向的加速度的步骤包括计算作为所述平均水平和所述峰值之间的差值的侧向加速度幅度。
优选地，提供低通过滤所述侧向加速度信号的步骤。
优选地，确定所述轮胎的旋转速度的步骤包括获取径向加速度信号。
一般地，获取径向加速度信号的步骤包括在轮胎的所述赤道面上或附近获取这种径向加速度信号。
根据优选实施例，确定所述轮胎的旋转速度的步骤包括计算所述轮胎和所述滚动表面之间的所述接触区域外面的平均径向加速度。
优选地，确定所述回转角的步骤包括提供侧向加速度幅度与至少一个旋转速度的回转角的预定值之间的特性曲线。
根据本发明的实施例，该方法还包括提供近似所述特性曲线的拟合公式的步骤。
优选地，所述提供拟合公式的步骤包括提供平面中的直线的公式，并且，所述方法还包括对于轮胎旋转速度的至少一个值使所述拟合直线的斜率和截距的值相关。
根据第二方面，提供一种用于在车辆在滚动表面上运行的过程中确定安装在所述车辆上的轮胎的回转角的系统，所述系统包括：适于确定沿与所述轮胎的胎面对应的所述轮胎的部分的侧向的加速度的至少一个器件，该部分位于距离所述轮胎的赤道面某一距离的位置上；适于确定所述轮胎的旋转速度的至少一个器件；和适于从所述侧向加速度和所述径向速度确定所述回转角的至少一个处理单元。
优选地，所述用于确定沿侧向的加速度的至少一个器件包括适于产生至少一个侧向加速度信号的至少一个侧向加速计。
根据一个实施例，所述用于确定旋转速度的至少一个器件包括适于产生至少一个径向加速度信号的至少一个径向加速计。
优选地，所述用于确定沿侧向的加速度的至少一个器件和所述用于确定所述轮胎的旋转速度的至少一个器件包括适于以至少5kHz的频率对信号采样的至少一个采样器件。
优选地，所述至少一个采样器件适于以至少7kHz的频率对信号采样。
优选地，本发明的系统还包括与所述处理单元相关的至少一个存储器。
根据一个实施例，所述至少一个存储器包括预存的与轮胎旋转速度的预定值对应的、回转角与侧向加速度幅度的特性函数。
优选地，所述用于确定沿侧向的加速度的至少一个器件包含于与所述轮胎的所述部分有关的至少一个传感器器件中。
一般地，所述至少一个传感器器件被设置在距离包含15～30％的胎面宽度、优选18～28％的胎面宽度、更优选20～25％的胎面宽度的轮胎的所述赤道面某一距离的位置上。
优选地，所述至少一个传感器器件被固定在轮胎的内衬里上。
优选地，至少一个阻尼元件被设置在所述至少一个传感器和所述内衬里之间。
优选地，所述至少一个传感器器件还包含至少一个传送器件。一般地，所述至少一个传送器件在操作上与第一天线连接。
任选地，根据本发明的系统还包括适于低通过滤所述加速度信号的滤波器件。
所述至少一个传感器器件还包含至少一个电源。一般地，所述至少一个电源包含至少一个电池。
根据优选的实施例，所述至少一个电源包含适于作为所述至少一个传感器器件在所述车辆的运行过程中承受的机械应力的结果产生电力的至少一个自供电器件。
所述至少一个自供电器件包含至少一个压电元件。
所述至少一个自供电器件包含至少一个电力存储电路。一般地，所述至少一个电力存储电路包含至少一个电阻器和电容器。
优选地，所述至少一个处理单元包含于所述至少一个传感器器件中。
优选地，该系统还包括适于被定位在车辆上的固定单元，该固定单元包含用于从所述至少一个传感器器件接收数据的接收器件。
一般地，所述接收器件包含第二天线。
优选地，所述第一天线和所述第二天线适于以400～450MHz的频率进行数据传送。
根据第三方面，本发明提供一种控制上面安装有至少一个轮胎的车辆的方法，该方法包括：如上所述确定所述轮胎的回转角；将所述确定的回转角发送给车辆的车辆控制系统；和基于所述确定的回转角调整所述车辆控制系统中的至少一个参数。
根据一个实施例，所述车辆控制系统包括刹车控制系统，并且所述调整至少一个参数的步骤包括调整所述轮胎上的刹车力的步骤。
根据另一实施例，所述车辆控制系统包括转向控制系统，并且，所述调整至少一个参数的步骤包含从转向命令选择允许的最大变化的步骤。
根据另一实施例，所述车辆控制包括悬挂控制系统，并且，所述调整至少一个参数的步骤包含调整与所述轮胎有关的悬挂弹簧的刚度的步骤。
附图说明
通过这里参照附图给出的本发明的例子的以下详细说明，可以更好地解释本发明的其它特征和优点，其中，
图1表示根据本发明的优选实施例的包括三个一组的传感器器件的轮胎的截面图；
图2表示在根据本发明的系统中包含的固定单元的实施例的示图；
图3表示在根据本发明的轮胎中包含的传感器器件的实施例的示图；
图4表示在过滤由外部传感器采取的侧向加速度信号后获得的示例性侧向加速度曲线；
图5表示在过滤由内部传感器采取的侧向加速度信号后获得的示例性侧向加速度曲线；
图6表示在过滤径向加速度信号后获得的示例性径向加速度曲线；
图7表示承载由外部传感器测量的侧向加速度峰值与轮胎负载的关系曲线的曲线图；
图8表示承载由内部传感器测量的侧向加速度峰值与轮胎负载的关系曲线的曲线图；
图9表示承载由外部传感器测量的侧向加速度峰值与外倾角(camber)的关系曲线的曲线图；
图10表示承载由内部传感器测量的侧向加速度峰值与外倾角的关系曲线的曲线图；
图11表示承载由外部传感器测量的侧向加速度峰值与旋转速度ω的关系曲线的曲线图；
图12表示承载由内部传感器测量的侧向加速度峰值与旋转速度ω的关系曲线的曲线图；
图13表示承载由外部传感器测量的侧向加速度峰值与回转角的关系曲线的曲线图；以及
图14表示承载由内部传感器测量的侧向加速度峰值与回转角的关系曲线的曲线图。
具体实施方式
图1表示包含轮胎11和支撑轮圈12的车轮的截面图。图1中所示的轮胎11为常规上称为“无胎(tubeless)”的类型，即，它不包含内胎。该轮胎可通过位于例如所述轮圈12的沟道上的充气阀13被充气。该轮胎被安装在车辆(未示出)上。
轮胎11包含终止于两个轮胎卷边(bead)14和14′的骨架16，每个轮胎卷边沿骨架16的内周缘形成，用于将轮胎11固定到相应的支撑轮圈12上。轮胎卷边14、14′包含各个称为轮胎卷边芯的增强环形芯15和15′。骨架16由至少一个增强层板(ply)形成，该增强层板包含以螺旋管形外形沿轴向从一个轮胎卷边14延伸到另一个14′的织物或金属绳索，并使其端部与各个轮胎卷边芯15和15′相关。在称为辐射状轮胎的类型的轮胎中，上述绳索大致位于包含轮胎的旋转轴的平面内。称为带结构的环形结构17被放在相对于骨架16沿径向为外部的位置上。一般地，带结构17包含加入金属和/或织物绳索的弹性体材料的相互交搭的一个或更多个条带。弹性体材料的车轮触轨面18被缠绕在带结构17周围，并压有用于轮胎与地面滚动接触的隆起图案。弹性体材料的分别从相应的轮胎卷边14和14′的外缘沿径向向外延伸的两个侧壁19和19′也在轴向相对的侧向位置上被放在骨架16上。在无胎型轮胎中，骨架16的内表面一般覆盖有衬里111，即，一层或更多层不透气的弹性体材料。可以根据轮胎11的特定设计设置诸如例如轮胎卷边填充剂的其它公知元件。
将在余下的说明中详细说明的至少一个传感器器件3i、3e与轮胎11相关。该至少一个传感器器件3i、3e用于在轮胎在滚动表面上滚动时确定轮胎的至少沿侧向的加速度(图1中示为Y)。如下面讨论的那样，至少一个传感器器件3i、3e被放在距离轮胎的赤道面一定距离的位置上。至少一个传感器器件3i、3e可有益地位于与轮胎11的胎面对应的轮胎部分中，即位于沿轴向在轮胎11的侧壁之间延伸的轮胎11的部分中。更特别地，这种传感器被设置在上述轮胎部分的肩部区中，即距离轮胎的赤道面E一定距离的位置上。
在优选实施例中，两个传感器器件3i、3e可被设置在关于轮胎11的赤道面的相对的两侧，更优选基本上关于轮胎11的赤道面对称。本实施例特别是对于由传感器器件3i、3e执行的测量的相互校验是有益的。优选地，两个传感器器件基本上沿轮胎的同一子午面即包含轮胎旋转轴的平面放置。
在优选实施例中，第三传感器器件3c被放在轮胎上，更优选基本上沿至少一个传感器器件3i、3e的同一子午面放置。第三传感器器件基本上被设置在轮胎11的赤道面E上。在本说明中，更接近车辆的传感器器件3i被称为“内部传感器器件”，而在轮胎的最外部的传感器器件3e被称为“外部传感器器件”。对于本发明，表达方式“基本上沿同一子午面”设想传感器相对于所述子午面有一定的偏差量，该偏差量可以用在由传感器位置限定的子午面之间包含的角度表达。优选地，容许的偏差可对应于不大于5°、更优选不大于3°、最优选不大于1°的角度。优选地，外部和/或内部传感器件应被设置在到轮胎11的赤道面E的距离为胎面宽度的15％～30％、更优选为胎面宽度的18％～28％、最优选为胎面宽度的20％～25％的位置上。例如，在具有195mm的胎面宽度的轮胎中，两个传感器器件3i、3e可被设置在关于赤道面的相对的两侧，每一个距离其45mm。
传感器器件3c、3i、3e优选被固定到轮胎11的内衬里111上。固定元件332同时粘附到各传感器器件和内衬里111上。用于固定元件332的适当的材料可包含一般呈柔性的橡胶，诸如例如，天然橡胶、或合成橡胶，例如，诸如聚异戊二烯、聚丁二烯、苯乙烯-丁二烯橡胶等的从具有4～10个碳原子的共轭二烯制成的橡胶。在优选实施例中，为了稳固传感器器件对于轮胎的内表面的固定并且同时减少在轮胎11的使用过程中施加到固定表面上的机械应力，在固定元件332中包含的材料应具有阻尼效应。并且，阻尼材料通过防止上述应力传送到器件减少损坏传感器器件的可能性。适当的阻尼材料可具有约1～40的Shore A硬度(根据ASTM标准D2240在23℃下测量)和低于约60的弹性回弹(根据ASTM标准D1054在23℃下测量)。交联二烯弹性体或聚亚胺酯凝胶材料可为了符合这些阻尼规格被调整。为了提高传感器器件和衬里111之间的粘接性，在固定元件332和衬里111的内表面之间和/或在固定元件332和传感器器件3e、3i、3c之间插入例如双面粘接膜的另一粘接元件会是有利的。适当的双面粘接膜可以为由3M经销的300SL HI Strength。在替代性实施例中，可以在胎面区域中例如在车轮触轨面18内或在带结构17的外带条(outer belt strip)和车轮触轨面18之间将传感器器件3c、3i、3e加入轮胎的结构中。
在本发明的优选实施例(未示出)中，几组传感器器件可以在以优选基本上以相同的角度相互隔开的周向位置上被设置在轮胎11内。例如，三组传感器器件可以在以基本上为120°的角度相互隔开的周向位置上位于轮胎内。各组传感器器件可包含一个或更多个传感器器件。关于各组中的传感器器件的数量，部署和对轮胎的固定，参照上面所述的内容进行。更特别地，属于不同的组的相应的传感器器件可以基本上沿与轮胎的赤道面平行的面被定位。使用在轮胎内的周向隔开的位置上设置的几组传感器器件使得能够执行更加精确和可靠的测量、以及能够更好地在整个车轮旋转过程中监视轮胎。
传感器器件3c、3i、3e适于与轮胎11外面的单元通信。这种外部的单元在本说明中称为“固定单元”。固定单元可位于固定轮胎11的车辆上。
例如，图2表示固定单元2的框图，该固定单元2包含用于从在轮胎11内包含的传感器器件3c和/或3i和/或3e接收的器件。优选地，固定单元2还包含用于向所述传感器器件3c和/或3i和/或3e传送的器件。接收器件可包含与以下称为“固定天线”的天线25连接的射频接收器26。优选地，接收器件还包含电解调器器件27。诸如例如EPROM的存储器28可存储由传感器器件3c和/或3i和/或3e接收并被解调器27解调的数据。在优选的实施例中，为了从被传感器器件3c和/或3i和/或3e接收并/或被存储在存储器28中的数据执行计算，存储器28与中央处理单元(CPU，图2未示出)相关。存储器28还存储例如车辆稳定性的测量或控制系统采取的控制车辆的步骤或向车辆驾驶员显示的报警的历史记录。传送器件优选包含供给用于固定天线25的驱动器电路24的振荡器电路23。如果固定单元2位于车辆上，那么可通过车辆电池直接供给为固定单元2供电所需要的电能。
示例性框图示于图3中的各传感器器件3c、3e或3i大致包含用于向所述固定单元进行数据传送的器件31和测量器件32。在内部/外部传感器器件3i、3e中，测量器件32使得能够至少确定与传感器器件3i、3e相关的轮胎部分受到的侧向加速度。优选地，测量器件32包含适于至少测量这种侧向加速度的加速计。在传感器器件3c中，测量器件32使得能够确定与传感器器件3c相关的轮胎部分受到的径向加速度。测量器件可优选包含径向加速计。由于被轮胎的胎面区支撑的径向加速度可在高速下达到500～1000g的值，其中g是重力加速度，因此这种加速计应能够支持和正确测量非常高的加速度值。
为了执行轮胎回转角的实时确定，应优选在轮胎的任一转以高精度获取由测量器件32提供的信号。为此，并考虑旋转轮胎(特别是在高速下)的频率旋转，测量器件32优选包含能够以至少5kHz的频率、更优选以至少7kHz的频率启用信号的读取的采样器件(未示出)，以供给其采样的信号。各传感器器件3c、3i、3e一般还包含以下称为“移动天线”的天线37，该天线37在操作上与用于向固定单元的固定天线进行数据传送的所述传送器件31连接。可以在常规的遥测射频上、例如在400～450MHz(例如，在418～433MHz上)的带中、出现从移动天线到固定天线和/或从固定天线到移动天线的传送。
各传感器器件3c、3i、3e还可包括与存储器器件35相关的处理单元(CPU)34。该存储器器件35可包含其中可存储关于由测量器件32进行的测量的信息的可重写存储器位置。并且，它还可包含用于处理单元34的预存储指令，该预存储指令适于在传送前对来自测量单元32的信号进行预处理，以减少从轮胎11发出的信息的量。更特别地，由测量器件32提供的信号可被预处理，以检测其特性点，诸如例如最大值和最小值，这些特性点的坐标可被发送给用于向固定单元传送的传送器件31。这导致保存传送带宽和需要的传送用功率。并且，为了对变形信号进行低通过滤并从由车轮触轨面和道路之间的交互作用导致的高频噪声中辨别有用的信号，滤波器件(未示出)可被插入测量单元32和处理单元34之间。但是，这种过滤可由包含于测量器件32内的电子装置提供或作为存储在存储器35内的另外的预处理指令被提供。
电源33允许对包含于传感器器件3c和/或3i和/或3e内的元件供电。电源33可包含电池。但是，对于轮胎回转角的实时确定，测量器件32(特别是高频采样器件)、处理单元34以及传送器件31会要求大电源消耗，使得与轮胎的总寿命相比电池会具有较短的寿命。因此，在优选实施例中，电源33包含自供电器件，该自供电器件作为所述自供电器件受到的机械应力(例如，离心力或衬里的变形或由于不平坦的道路导致的移动)的结果产生电力。作为例子，可为此在自供电器件中使用压电材料。自供电器件还可包含一般包含电阻器和电容器的电能存储电路(未示出)。作为另一替代方案，传感器器件3c和/或3i和/或3e可通过适当的接收器件(未示出)由与移动天线31连接的固定单元2供电。
用于分布电力的器件36优选根据需要适当地将由电源33提供的电力分布到所述处理单元34、所述存储器器件35、所述用于传送的器件31和所述测量器件32。
必须注意，在单个封装的传感器器件中不必包含测量器件、向固定单元的传送部分和控制电子装置。例如，控制电子装置和向固定单元的传送部分可被封装在固定在轮胎或车轮的其它部分(例如，轮圈或侧壁)上的单独的器件中，该单独的器件通过与位于轮胎的胎面区部分中的测量器件的有线或无线(例如，光学或通过射频)连接联系。
图4作为例子表示在对相应的加速度信号进行采样和过滤之后的、由包含侧向加速计的外部传感器器件获得的典型侧向加速度曲线的一部分，该侧向加速计以距赤道面一定的距离被固定到轮胎的内衬里上。应当注意，在传感器器件与接触区(即，轮胎和滚动表面之间的区域)对应通过时，当传感器器件开始通过接触区时，由外部加速计感测的侧向加速度的水平从平均水平开始稍微增加，然后，当其大致在接触区域的中间时，突然下降到最小值，并且最终返回大致的平均水平。由于肩部附近的轮胎曲率，因此接触区域外面的侧向加速度的平均水平不会为零。
与图4类似，图5作为例子表示在对相应的加速度信号进行采样和过滤之后的、由包含侧向加速计的内部传感器器件获得的典型侧向加速度曲线的一部分，该侧向加速计以距赤道面一定的距离被固定到轮胎的内衬里上。应当注意，在传感器器件与接触区对应通过时，当传感器器件开始通过接触区时，由外部加速计感测的侧向加速度的水平稍微降低，然后，当其大致在接触区域的中间时，突然从平均水平上升到最大值，并且最终降低并返回大致的平均水平。
对于本发明，峰值(图4中的最小值、图5中的最大值)和平均水平之间的距离被称为侧向幅度(简称LA)。对通过内部和外部传感器器件获取的信号执行的测量可导致侧向幅度的不同的值。
图4和图5的曲线表示，当与传感器器件的位置对应的轮胎部分开始和结束其通过接触区时，这种轮胎部分受到在接近接触区域的中间时变为最大值(与曲线中所示的峰值对应)并且比轮胎部分在其它位置受到的侧向加速度(与接触区域外面的加速度值的平均水平对应)强烈得多的侧向变形。
除了通过内部和/或外部传感器器件3i、3e在侧向上执行的测量以外，可以根据从中心传感器器件3c取得的径向加速度信号计算轮胎的旋转速度。图6作为例子表示在对相应的加速度信号进行采样和过滤之后的、由包含径向加速计的中心传感器器件3c获得的典型径向加速度曲线的一部分，该径向加速计在轮胎的赤道面上被固定到轮胎的内衬里上。应当注意，在传感器器件3c与接触区对应通过时，由加速计感测的径向离心加速度的水平第一次突然增加，然后当大致处于接触区域的中间时下降到基本上为零，并最终第二次突然增加。在其它位置中，由加速计感测的径向加速度具有与滚动轮胎的旋转速度有关的平均水平：速度越高，则感测的加速度越高。轮胎的旋转速度可由导出，其中，ai是在进入与滚动表面的接触区域之前或之后计算的平均径向加速度(例如，通过使用图6中所示的峰值以外的径向加速度信号的一部分)。
在优选的实施例中，使用在不同的周向位置上位于轮胎内的多个传感器器件，为了在被设置在距离轮胎的赤道面某一距离的位置上并测量侧向加速度的第二传感器件(诸如图1中的传感器3i、3e)与接触区域对应的相同时间间隔内实时测量平均径向加速度水平a(并由此导出轮胎的瞬时旋转速度)，可以使用被设置在轮胎的赤道面上并位于接触区外面的第一传感器器件(诸如图1中的传感器3c)。为了协调所需要的测量，可以在传感器器件内或在固定单元内实现简单的控制电子装置。
申请人发现，与位于距离赤道面某一距离的位置上的轮胎胎面对应的轮胎的部分在通过接触区域时受到的侧向加速度与在滚动表面上运行的轮胎的回转(或滑动)角有关。特别地，申请人发现，在距离赤道面某一距离的位置上测量的侧向幅度基本上仅是轮胎旋转速度和回转(或滑动)角的函数。
将在下面参照申请人使用轮胎
Figure C20048004410100191
P6 195/65R15执行的大量试验的结果的说明示出该结果。在第一系列的试验中，申请人测量了LAe和LAi的值即分别由外部和内部侧向加速计3e和3i测量的侧向幅度与施加到轮胎上的负载的关系。不同的回转角(-2°、-1°、0°、+1°、+2°)被应用于轮胎上。轮胎在不同的速度下运行。外倾角被设为0°。
图7表示在恒定的速度下(在特定情况下为40Km/h)对于不同的回转角由外部加速计测量的侧向幅度LAe(纵坐标)与轮胎负载(横坐标)之间的关系曲线。不同的线与不同的回转角对应。可以看出，侧向幅度值基本上不随轮胎负载改变。
图8表示在恒定的速度下(与图7相同)对于不同的回转角由内部加速计测量的侧向幅度LAi(纵坐标)与轮胎负载(横坐标)之间的关系曲线。不同的线与不同的回转角对应。可以看出，在这种情况下，侧向幅度值也基本上不随轮胎负载改变。
在第二系列的试验中，申请人在恒定的轮胎负载下、在标称的膨胀压力下并在恒定的速度下测量了LAe和LAi的值，即分别由外部和内部加速计3e和3i测量的侧向幅度与外倾角的关系。不同的回转角(-2°、-1°、0°、+1°、+2°)已被设定。图9表示在40Km/h的速度和3500N的轮胎负载下对于不同的回转角由外部加速计测量的LAe(纵坐标)与外倾角(横坐标)之间的关系曲线。不同的线与不同的回转角对应。可以看出，在-2°～+2°的范围内即在足够宽的外倾角的范围内LAe几乎不取决于外倾角。因此，LAe对于外倾角的依赖性实际上可被忽略。
类似地，图10表示在与图9相同的速度和轮胎负载下对于不同的回转角由内部加速计测量的LAi(纵坐标)与外倾角(横坐标)之间的关系曲线。不同的线与不同的回转角对应。可以看出，在这种情况下，在至少-2°～+2°的范围内LAi也几乎不取决于外倾角。因此，同样，LAi对于外倾角的依赖性实际上可被忽略。
在第三系列的试验中，申请人在恒定的轮胎负载下、在零回转角下以及在标称的膨胀压力下测量了LAe和LAi的值，即分别由外部和内部加速计3e和3i测量的侧向幅度与轮胎旋转速度的关系。
图11表示LAe(纵坐标)与旋转速度ω(横坐标)之间的关系曲线。图12表示LAi(纵坐标)与旋转速度ω(横坐标)之间的关系曲线。可以看出，LA强烈依赖于旋转速度。特别地，LA基本上依赖于ω2。
最后，在第四系列的试验中，申请人在恒定的轮胎负载下、在标称的膨胀压力下并在恒定的速度下测量了LAe和LAi的值，即分别由外部和内部加速计3e和3i测量的侧向幅度与回转角的关系。不同的外倾角(-2°、-1°、0°、+1°、+2°)已被设定。
图13表示在5000N的轮胎负载和40Km/h的速度下对于不同的外倾角由外部加速计测量的LAe(纵坐标)与回转角(横坐标)之间的关系曲线。图14表示在与图13相同的轮胎负载和速度下对于不同的外倾角由内部加速计测量的LAi(纵坐标)与回转角(横坐标)之间的关系曲线。图13和图14中的不同曲线均与不同的回转角对应。可以看出：
-图13的曲线可由平面中的直线表示，即，
LAe＝Ke(ω)＊α+Qe(ω)                      (1)
其中，LAe是由外部加速计测量的侧向加速度的幅度；Ke(ω)是斜率(仅取决于轮胎旋转速度ω)；α是回转角；Qe(ω)是截距(仅取决于旋转速度ω)。
-同样，图14的曲线可由平面中的直线表示，即，
LAi＝Ki(ω)＊α+Qi(ω)                       (2)
其中，LAi是由内部加速计测量的侧向加速度的幅度；Ki(ω)是斜率(仅取决于轮胎旋转速度ω)；α是回转角；Qi(ω)是截距(仅取决于旋转速度ω)。
图13的曲线的斜率与图14的曲线的斜率相反；在相同的旋转速度下，它们的绝对值|Ke|和|Ki|一般会相互不同。
上述结果表明，能够从侧向加速度信号以及从轮胎的旋转速度导出回转角。
特别地，已发现在恒定的旋转速度下线性关系可使侧向幅度与回转角相关。可以在恒定的速度下通过从内部和/或外部传感器器件测量的侧向幅度的值与预定的回转角的关系的线性拟合，在轮胎的表征试验中确定线性关系的斜率和截距。为了考虑旋转速度，可对试验轮胎的预定旋转速度ω的值重复上述表征试验和线性拟合，以确定其相应的斜率和截距值。
从上述表征，当估计径向速度时，可以通过使用式(1)和/或(2)直接导出回转角。
α＝[LAe-Qe(ω)]/Ke(ω)                         (3)
α＝[LAi-Qi(ω)]/Ki(ω)                         (4)
可以分别从从传感器器件3e或3i发射的侧向加速度信号导出LAe或LAi的值。上面说明的用于计算回转角的公式以及用于预定的旋转速度值的拟合系数K和Q可被存储在包含于固定单元内或传感器器件3e或3i内的存储器内。例如在室内试验中，可以每个轮胎模型执行一次上述轮胎的表征。
如上所述，在包含中心传感器3c的传感器配置中，可以通过从中心传感器器件3c采取的径向加速度信号导出轮胎的径向速度。但是，对于本发明，可采用本领域技术人员可用的用于确定轮胎旋转速度的任何其它方法。
应当理解，不仅可以通过使用所述的传感器器件3c、3i、3e的方法和配置，而且可以用对计算或导出与位于距离赤道面某一距离的位置上的轮胎胎面对应的轮胎的一部分在滚动时受到的侧向加速度有用的任何其它方法或配置，实现上述的用于导出轮胎的回转角的方法。
申请人相信，至少在由车辆和轮胎制造商规定的标称值附近的范围内拟合系数不随轮胎压力大大变化。在任何情况下，要得到更彻底、详尽的轮胎表征，可以在不同的压力值下执行这里对于等于或非常接近标称压力的压力说明的相同的试验，以找到与这些压力值有关的一组相应的拟合系数。
安装在车辆上的轮胎的实时确定的回转角是可传达给车辆控制系统以控制车辆的行为特别是临界条件的重要参数。车辆控制系统可包含刹车控制器(例如，防锁刹车单元)和/或转向控制器和/或悬挂控制器和/或车辆稳定控制系统。
例如，车辆刹车控制系统可根据实时确定的回转角调整各轮胎上的刹车力。
作为另一例子，为了从转向命令选择允许的最大扰动，可以通过车辆控制系统检测车辆稳定性包络线。可将该信息与实时确定的回转角相比较，以理解是否会到达危险的偏航率(yaw rate)。或者，也可以给予转向控制系统(电气辅助转向系统)校正命令。
车辆的条件可指示车辆的性能下降以及驾驶员应限制其驾驶机动。例如，为了限制最大车辆速度以保持稳定性且不超过轮胎规格或限制转向偏航率以保持不发生倾翻，车辆控制系统本身可采取行动。可以根据需要在显示器上警告驾驶员当前的车辆控制系统条件及车辆控制系统为车辆安全代表其采取的行动(降低最大的可达到的速度、转向率(steering rate)、发动机功率)。在同一显示器上，它还可示出他是否应自己采取进一步的行动(改变质量的分布、限制驱动机动和速度)。显示器可包含例如位于车辆的仪表板中的可视和/或可听单元。
由此，示出和说明了实现所有的目的和因此寻求的优点的新型系统和新型方法。但是，对本领域技术人员来说，在考虑公开其优选实施例的说明书和附图后，本发明的许多改变、变更、变化和其它用途和应用将变得十分明显。
例如，可以通过收集回转角值与预定的侧向幅度和旋转速度(或者以及压力)的值的关系的数据库的存储，代替拟合函数和/或拟合系数K和Q在与传感器器件和/或固定单元有关的存储器内的实际存储。作为另一例子，也可以为了找到描述斜率K和/或截距Q与旋转速度的关系的函数执行拟合。并且，不必排除不同的函数可使侧向幅度和回转角相关以及可以通过拟合或通过本领域技术人员可用的任何方法确定函数。
如上面参照图9和图10说明的那样，LAe和LAi均几乎不依赖于外倾角，由此，LAe和LAi对外倾角的依赖性实际上可被忽略。在任何情况下，要得到更彻底、详尽的轮胎表征，可以在不同的外倾角下执行这里对于一个外倾角说明的相同的试验，以找到与这些外倾角有关的一组相应的拟合系数。
所有不背离本发明的范围的改变、变更、变化和其它用途和应用均被视为被仅由以下提出的权利要求限定的本发明覆盖。

Claims (43)

1.一种用于在车辆在滚动表面上运行的过程中确定安装在所述车辆上的轮胎的回转角的方法，该方法包括：
-在距离所述轮胎的赤道面一距离的位置上确定与所述轮胎的胎面对应的部分受到的沿侧向的加速度；
-确定所述轮胎的旋转速度；和
-从所述侧向加速度和所述轮胎的所述旋转速度确定所述回转角。
2.根据权利要求1的方法，其中，所述确定沿侧向的加速度包括当轮胎的所述部分处于所述轮胎和所述滚动表面之间的接触区域外面时获取侧向加速度信号，并在轮胎的所述部分处于所述接触区域内时获取侧向加速度信号。
3.根据权利要求2的方法，其中，所述确定沿侧向的加速度包括计算所述接触区域外面的侧向加速度信号的平均水平。
4.根据权利要求2的方法，其中，所述确定侧向加速度信号包括计算所述接触区域内的所述侧向加速度信号的峰值。
5.根据权利要求2的方法，其中，所述确定沿侧向的加速度包括：
计算所述接触区域外面的侧向加速度信号的平均水平；
计算所述接触区域内的所述侧向加速度信号的峰值；以及
计算作为所述平均水平和所述峰值之间的差值的侧向加速度幅度。
6.根据权利要求2～5中的任一项的方法，还包括低通过滤所述侧向加速度信号。
7.根据权利要求1的方法，其中，所述确定所述轮胎的旋转速度包括获取径向加速度信号。
8.根据权利要求7的方法，其中，所述获取径向加速度信号包括在轮胎的所述赤道面上或附近获取这种径向加速度信号。
9.根据权利要求7的方法，其中，所述确定所述轮胎的旋转速度包括计算所述轮胎和所述滚动表面之间的所述接触区域外面的平均径向加速度。
10.根据权利要求5的方法，其中，所述确定所述回转角包括提供侧向加速度幅度与至少一个旋转速度的回转角的预定值之间的特性曲线。
11.根据权利要求10的方法，还包括提供近似所述特性曲线的拟合公式。
12.根据权利要求11的方法，其中，所述提供拟合公式包括提供平面中的直线的公式，并且，所述方法还包括对于轮胎旋转速度的至少一个值使所述拟合直线的斜率K和截距Q的值相关。
13.一种用于在车辆在滚动表面上运行的过程中确定安装在所述车辆上的轮胎的回转角的系统，该系统包括：
-适于确定沿与所述轮胎的胎面对应的所述轮胎的部分的侧向的加速度的至少一个器件，该部分位于距离所述轮胎的赤道面一距离的位置上；
-适于确定所述轮胎的旋转速度的至少一个器件；和
-适于从所述侧向加速度和所述轮胎的所述旋转速度确定所述回转角的至少一个处理单元。
14.根据权利要求13的系统，其中，所述用于确定沿侧向的加速度的至少一个器件包括适于产生至少一个侧向加速度信号的至少一个侧向加速计。
15.根据权利要求13或14的系统，其中，所述用于确定旋转速度的至少一个器件包括适于产生至少一个径向加速度信号的至少一个径向加速计。
16.根据权利要求13或14的系统，其中，所述用于确定沿侧向的加速度的至少一个器件和所述用于确定所述轮胎的旋转速度的至少一个器件包括适于以至少5kHz的频率对信号采样的至少一个采样器件。
17.根据权利要求16的系统，其中，所述至少一个采样器件适于以至少7kHz的频率对信号采样。
18.根据权利要求13或14的系统，还包括与所述处理单元相关的至少一个存储器。
19.根据权利要求18的系统，其中，所述至少一个存储器包括预存的与轮胎旋转速度的预定值对应的、回转角与侧向加速度幅度之间的特性函数。
20.根据权利要求13或14的系统，其中，所述用于确定沿侧向的加速度的至少一个器件包含于与所述轮胎的所述部分相关的至少一个传感器器件中。
21.根据权利要求20的系统，其中，所述至少一个传感器器件被设置在到轮胎的所述赤道面的距离为胎面宽度的15～30％的位置上。
22.根据权利要求20的系统，其中，所述至少一个传感器器件被设置在到轮胎的所述赤道面的距离为胎面宽度的18～28％的位置上。
23.根据权利要求20的系统，其中，所述至少一个传感器器件被设置在到轮胎的所述赤道面的距离为胎面宽度的20～25％的位置上。
24.根据权利要求20的系统，其中，所述至少一个传感器器件被固定在轮胎的内衬里上。
25.根据权利要求24的系统，其中，至少一个阻尼元件被设置在所述至少一个传感器和所述内衬里之间。
26.根据权利要求20的系统，其中，所述至少一个传感器器件还包含至少一个传送器件。
27.根据权利要求26的系统，其中，所述至少一个传送器件在操作上与第一天线连接。
28.根据权利要求27的系统，其中，所述第一天线适于以400～450MHz的频率进行数据传送。
29.根据权利要求14的系统，还包括适于低通过滤所述加速度信号的滤波器件。
30.根据权利要求20的系统，其中，所述至少一个传感器器件还包含至少一个电源。
31.根据权利要求30的系统，其中，所述至少一个电源包含至少一个电池。
32.根据权利要求30的系统，其中，所述至少一个电源包含适于作为所述至少一个传感器器件在所述车辆的运行过程中承受的机械应力的结果产生电力的至少一个自供电器件。
33.根据权利要求32的系统，其中，所述至少一个自供电器件包含至少一个压电元件。
34.根据权利要求32的系统，其中，所述至少一个自供电器件包含至少一个电力存储电路。
35.根据权利要求34的系统，其中，所述至少一个电力存储电路包含至少一个电阻器和电容器。
36.根据权利要求20的系统，其中，所述至少一个处理单元包含于所述至少一个传感器器件中。
37.根据权利要求20的系统，还包括适于被定位在车辆上的固定单元，该固定单元包含用于从所述至少一个传感器器件接收数据的接收器件。
38.根据权利要求37的系统，其中，所述接收器件包含第二天线。
39.根据权利要求38的系统，其中，所述第二天线适于以400～450MHz的频率进行数据传送。
40.一种控制上面安装有至少一个轮胎的车辆的方法，包括：
-通过根据权利要求1～5中的任一项的方法确定所述轮胎的回转角；
-将所述确定的回转角发送给车辆的车辆控制系统；和
-基于所述确定的回转角调整所述车辆控制系统中的至少一个参数。
41.根据权利要求40的方法，其中，所述车辆控制系统包括刹车控制系统，并且其中所述调整至少一个参数包括调整所述轮胎上的刹车力。
42.根据权利要求40的方法，其中，所述车辆控制系统包括转向控制系统，并且其中，所述调整至少一个参数包含从转向命令选择允许的最大变化。
43.根据权利要求40的方法，其中，所述车辆控制系统包括悬挂控制系统，并且其中，所述调整至少一个参数包含调整与所述轮胎有关的悬挂弹簧的刚度。
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