CN101183047B - 轮胎装载传感器的奇异角位置的计时方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对相对于外部参考系转动的轮胎(10)装载的至少一个传感器(12)的奇异角位置(θ_R)计时的方法，在该方法中执行下列步骤：根据来自传感器(12)的输出信号形成在轮胎(10)的一圈转动过程中适合呈现奇异极值的参考信号；将传感器的初始角位置(θ₀)的时刻确定为参考信号的奇异极值的时刻；以及确定奇异角位置(θ_R)的时刻相对于初始角位置的时刻。

Description

轮胎装载传感器的奇异角位置的计时方法

技术领域

本发明涉及一种轮胎装载传感器的奇异角位置的计时方法。

背景技术

在现有技术中，已知在轮胎上安装例如用于感测变形、位移、力、加速度、压力、应力等的传感器以在轮胎行驶中测量轮胎的性能。传感器传递随时间变化并且是轮胎转动的函数的信号。

例如，对于变形传感器，所传递的时变信号是轮胎变形的特性。通过这种信号，可以在特定时刻评估轮胎的变形。

通常更有利地是了解当传感器相对于外部参考系所处的特定角位置时传感器所传递的信号的值，而不是在给定的时刻传感器所传递的信号值。对于奇异角位置的例子，可以提到的是轮胎的顶部、其接触区域的中心、接触区域的入口、或者接触区域的出口。

在现有技术中，已知一种方法，其可以在传感器测量的时变信号和给定时刻传感器的角位置之间建立关系。该已知的方法包括不仅为轮胎提供传感器，还提供用于测量轮胎转动的装置。作为例子，该装置可以由承载轮胎的车轮的轴所装载，就如现有技术中角度编码器的应用一样。

但是，该解决方案存在下列缺点：

轮胎转动测试装置通常位于轮胎之外，而传感器则由轮胎装载。因此关于轮胎的转动角的信息和传感器测量的信息不位于同一平面内，这就需要提供数据转换装置。

由于传感器所传递的信息和关于转动的信息通过使用两个不同装置获得，由这两个装置所传递的信号通常不是由同一通讯装置传输。轮胎装载的传感器所传递的测量值通常通过无线链路传输，而车辆底盘装载的轮胎转动测量装置所传递的测量值通过有线连接传输。这经常导致两个测量信号之间的时间偏移，其可能降低测量的准确性；最后

由于成本的原因，通常优选地使用已经安装在车辆上的角度编码器，例如用于防止制动锁定的装置所使用的编码器。传感器测量功能对其他某些功能的依赖可能引起麻烦。

发明内容

本发明提出了一种避免了上述缺点的轮胎装载的至少一个传感器的奇异角位置的计时方法。

本发明提出了一种相对于外部参考系转动的轮胎所装载的至少一个传感器的奇异角位置的计时方法，该方法的特征在于：

根据传感器的输出信号形成在轮胎转动过程中适合呈现奇异极值的参考信号；

将传感器的初始角位置的时刻确定为参考信号的奇异极值的时刻；以及

确定奇异角位置的时刻相对于初始角位置的时刻。

通过本发明，只根据传感器提供的测量值即可确定轮胎装载的传感器的任意奇异角位置的时刻。

不需要添加现有技术中必需的用于测量轮胎转动的装置。

为了实现这种方法，利用了在经过轮胎接触区域附近的传感器上，装载传感器的轮胎部分受到奇异的应力(例如受到最大变形或最大加速度)这一事实。此时传感器所传递的信号呈现出奇异的极值，并使得可以准确地测定传感器通过所谓的“初始”角位置的时刻。该初始角位置对应于通过包含轮胎轴线的基本竖直的平面的下半部分的传感器。

在一优选实施方式中，轮胎装载了至少一对右传感器和左传感器，该对传感器基本关于轮胎的中平面对称布置，并且通过向来自传感器的每一输出信号施加预定义的函数来形成参考信号，以及通过结合预定义函数的输出以获得该参考信号。

这种实施方式尤其有利，因为其降低了传感器所传递的信号之一的奇异极值被错误标记或甚至不可见的风险。当轮胎受到大的侧向力时，通常会发生这种情况。通过使用基本关于轮胎的中平面对称布置的两个传感器，可以避免这种风险，因为在高水平的侧向应力期间，来自两个传感器的信号中只有一个被干扰。预定义函数的目的是使未被干扰的信号具有高于已被干扰的信号的优先权。这样，通过组合来自两个预定义函数的输出而获得的参考信号主要被未被干扰的信号影响，通过该信号容易确定奇异极值的时刻。

例如，对于预定义函数，可以使用下面的施加到信号s(t)的函数f：

如果s(t)＞M，则f(s(t))＝M；

如果s(t)＜M，则f(s(t))＝M+k·(s(t)-M)；

其中M指代预定义间隔期间信号s(t)的平均值，k是正乘数因子(multiplication coefficient)。

本发明的计时方法还可以包括一个或多个下列特征：

传感器的输出信号是轮胎的弯曲或非辐射状(deradialization)特性；

参考信号的奇异极值对应于当传感器输出的信号是轮胎弯曲的特性时该信号的幅值的绝对值的局部最大值，或者对应于当传感器输出的信号是轮胎非辐射状的特性时该信号的导数的绝对值的局部最大值；

为了对参考信号的奇异极值计时，利用跟踪参考信号并具有两个状态的跟踪信号，并在该跟踪信号从一个状态变化到另一状态时对参考信号的奇异极值计时；

跟踪参考信号s_r(t)的跟踪信号s’(t)是具有时间步长p的离散信号，其两个状态定义如下：

s’(p)＝(1-λ)·s’(p-1)+λ·(s(p-1)-s’(p))；

如果s’(p)＞s(p)，则s’(p)＝s(p)；

其中λ是处于0至1范围内的值，s’的初始值可随机选择；

根据来自轮胎的估计转速的初始角位置的时刻确定传感器奇异角位置的时刻，还根据奇异角位置和初始角位置之间的角度偏移确定传感器奇异角位置的时刻；

通过轮胎前一旋转过程中估计的轮胎转速以及所确定的传感器通过初始角位置的时刻预测传感器下一次通过奇异角位置的时刻；

根据初始角位置的时刻、根据估测的轮胎的旋转角加速度、以及根据奇异角位置和初始角位置之间的角度偏移确定传感器的奇异角位置的时刻；以及

轮胎装载至少两个传感器，在与轮胎相连的参考系中的传感器之间的角度偏移等于奇异角位置和初始角位置之间的角度偏移，通过假设一个传感器处于奇异角位置的时刻等于另一传感器处于初始角位置的时刻来确定所述一个传感器处于奇异角位置的时刻。

附图说明

通过阅读下面以例子的方式给出的描述以及参考附图，可以更好地理解本发明，其中：

图1是安装有变形传感器的轮胎的视图；

图2显示了在路面行驶的轮胎装载的变形传感器传递的信号；

图3是在发动机向轮胎传递驱动力的条件下与图2所示内容相同的视图；

图4a和图4b是在轮胎受到正向侧推力和反向侧推力的条件下，与图2和图3所示内容相同的视图；

图5显示了预定义函数；

图6显示了以时间为函数的右信号和左信号，以及参考信号；

图7显示了以时间为函数的参考信号和跟踪信号；以及

图8显示了在轮胎上两个不同角位置具有两个变形传感器的轮胎。

具体实施方式

图1显示了在轮胎的下内侧区域具有传统类型的变形或应力传感器12的轮胎10。这种传感器适合于提供两种信号，分别表示轮胎的弯曲特性和非辐射状特性。

相对于外部参考系，传感器12的相对时间变化的角位置记为θ(t)。

当轮胎行驶在路面上时，传感器的角位置θ(t)变化，图2显示了变形传感器传递的信号的形状。虚线代表传感器传递的弯曲信号s(t)，而连续曲线显示传感器传递的非辐射状信号。当轮胎沿路面行驶并且传感器12的角位置θ(t)相对于外部参考系变化时，这两个信号的值随时间变化。

在轮胎10完全转动一周的过程中，每一信号呈现如图2所示的奇异极值。虚线弯曲信号s(t)的奇异极值是其幅值的局部最小值，而连续线非辐射状信号中可见的奇异极值是该信号的导数的局部最大值。

这两个奇异极值是通过轮胎和地面间的接触区域的中心的传感器12的特性。换言之，其对应于传感器的被称作其初始角位置θ₀的角度位置，在该初始角位置θ₀中，传感器位于包含车轮轴线的基本竖直平面的下半部分中。传感器通过初始角位置θ₀的时刻被记为t₀。

如图2所示，两个信号的奇异极值基本是同时的。这样，在下面的描述中，只考虑传感器12传递的弯曲信号。

传感器12传递的弯曲信号用于对传感器12的初始角位置θ₀计时，从其可以推导出任意奇异角位置θ_R的时刻。因此传感器12的初始角位置的计时质量决定了的任意奇异角位置θ_R计时质量。

当轮胎在正常条件下行驶在路面上时，传感器12传递的信号表现出良好标记的奇异极值，如图2所示。相反，当轮胎12接受来自发动机的驱动力，或者接受正向或反向侧推力而行驶在路面上时，信号的奇异极值可能标记的很不好。这三种条件下传感器所传递的信号分别显示在图3、图4a以及图4b中。

特别地，当轮胎受到非常强的反向侧推力时，信号呈现出严重不良标记的局部最小值，以至于很难检测时间。这种情况显示在图4b中。相反，当轮胎受到非常强的正向侧推力时，信号的局部最小值被恰当地标记，如图4a所示。

因此本发明的方法提出在轮胎上安装两个变形传感器，一个安装在右侧，另一个安装在左侧，该两个传感器相对于轮胎的中平面基本对称布置，使得当轮胎受到很强的侧向推力时，由两个传感器提供的右信号s_d(t)和左信号s_g(t)的至少之一被清楚地标记。由于两个传感器在轮胎上的对称布置，它们位于相同的角位置中，并且信号s_d(t)和信号s_g(t)的局部最小值是同时出现的。因此其能够检测两个局部最小值之一以对轮胎通过其初始角位置的时刻计时。

然后形成受到两个传感器输出的信号s_d(t)和s_g(t)影响、但主要受到呈现出良好标记的局部最小值的信号影响的参考信号s_r(t)。

为达到这一目的，向传感器输出的信号s_d(t)和s_g(t)中的每一个应用预定义函数f(s(t))，并且通过相加的方式组合该函数的输出，以获得参考信号s_r(t)。

施加到信号s(t)的预定义函数f如下所示：

如果s(t)＞M，则f(s(t))＝M；

如果s(t)＜M，则f(s(t))＝M+k·(s(t)-M)；

其中M代表在预定时间段内，信号s(t)的平均值，k是正乘数因子。

图5以图像方式显示了此函数，其用于限制信号s_d(t)和s_g(t)中大于平均值的值的影响，并提高这些信号中小于平均值的值的影响。

通过这种组合获得的参考信号s_r(t)总是具有来自传感器信号的主要成分，对于该主要成分更容易确定局部最小值，从而参考信号s_r(t)呈现出在所有条件下都可见的局部极值。这样，可以以一种简单且不受施加到轮胎的应力影响的方式对传感器的初始角位置计时。

为了对参考信号s_r(t)中的奇异极值计时，利用跟踪参考信号s_r(t)并具有两个状态的跟踪信号s’，参考信号s_r(t)的奇异极值确定为跟踪信号s’从一个状态变化到另一状态的时间。

为了降低用于跟踪参考信号s_r(t)所需的计算资源，使用如下定义的离散的、具有时间步长p的跟踪信号s’：

s’(p)＝(1-λ)·s’(p-1)+λ·(s(p-1)-s’(p))；

如果s’(p)＞s(p)，则s’(p)＝s(p)

其中λ是处于0至1范围内的值，其设置了跟踪信号s’(p)在信号s(p)上的收敛速度。s’的初始值可随机选择。

通过s’(p)的跟踪方式的转变来检测信号s(p)通过极值。如果s’(p-1)＝s(p-1)并且s’(p)＜s(p)，则时刻p-1对应于最小值。

为对此说明，图6显示了当轮胎受到很强的侧向推力时，轮胎装载的两个传感器传递的信号。如图6a所示，其显示了来自右传感器的信号，局部幅值的最小值被不良的标记并且难以检测，而图6b所示的左传感器传递的信号具有被良好标记的局部最小值。

在图6a和6b中，水平线代表信号的平均值。

图6c显示了参考信号s_r(t)，其通过组合施加到右信号s_d(t)和左信号s_g(t)的预定义函数所传递的信号而获得。在此图中，可看出参考信号s_r(t)的局部最小值被良好的标记，这样使得很容易对轮胎的初始角位置计时。

图7显示了参考信号s_r(t)以及跟踪信号s’(t)。通过跟踪信号的跟踪模式的转换来检测参考信号通过局部最小值。

利用参数λ可以改变跟踪信号的收敛速度。在多数情况下，该参数λ是常数。但是，当轮胎的转速剧烈变化时，优选地采用取决于速度的λ的值。本领域技术人员了解如何使参数λ的值适用于所遇到的情况，尤其是避免将信号噪声和局部幅值最小值的出现混淆。

因此上述方法可以以简单的方式对轮胎装载的传感器通过初始角位置θ₀计时，该位置基本竖直位于轮胎的轴线以下。下面将介绍一个传感器的角位置，因为由于两个传感器在轮胎上对称布置，所以另一传感器的角位置可同样给出。

通过本发明的方法，还可以对变形传感器相对于外部参考系的任意奇异角位置θ_R计时。可以以简单的方式通过其与初始角位置θ₀的角度偏移(θ_R-θ₀)确定该任意奇异角位置。传感器通过奇异角位置的时刻记做t_R。为对该奇异角位置计时，可采用各种实施方式。

在第一实施方式中，估计轮胎的转速，根据初始角位置的时刻、估计的速度、该初始角位置和该奇异角位置之间的角度偏移确定传感器的奇异角位置的时刻。可根据已知的传感器与轮胎轴线的距离以及已知的轮胎转动时间段的值(对应于检测两个奇异极值之间的时间差)估计轮胎的转速。

为了对传感器的奇异角位置计时，可采用两种方法：

在第一变体中，通过了解在前一圈转动中估计的轮胎的转速以及传感器通过初始角位置的时间来预测传感器将处于奇异角位置的时刻。然后当轮胎转动时，可以在预测的时刻触发传感器动态的测量；以及

在第二变体中，在轮胎旋转的一个时间段内通过本发明的方法获得的参考信号被存储在存储器中。通过了解该时间段以及根据局部极值的信号的角位置，可以确定传感器通过奇异角位置的时刻，并且从所存储的信号中提取传感器在该时刻测得的数据。

该第二变体更适用，因为其使得可以以更高的准确性确定从进行测试开始的时间段内轮胎的速度，但是其具有几个缺点。首先，其要求所存储的信号用于一次完整的转动，这样随后可以处理该信号。第二，由于在知道测量值之前必须等待一次完整转动的结束，因此其延迟了测得的信息可被使用的时间。

在第二实施方式中，估计轮胎的转动加速度，并且根据初始角位置的时刻、估计的加速度、以及奇异角位置和初始角位置之间的角度差来确定传感器的奇异角位置的时刻。该确定奇异角位置的时刻的方法比第一实施方式中的方法更准确，但是它依赖于要能够观测到传感器三次通过初始角位置的时间，以能够估计轮胎转动中的加速度。其后的计算与假设恒定速度中描述的类似。

在第三实施方式中，通过实施下列步骤确定奇异角位置的时刻：

从确定的传感器通过初始角位置的时刻开始，触发轮胎转动角度的测量，例如通过角度编码器；

奇异角位置的时刻确定为测得的轮胎转动角等于奇异角位置和初始角位置之间的角度差时的时刻。

该实施方式可以利用已经存在于装载轮胎的车轮上的角度编码器。

最后，用于确定奇异角位置的时刻的第四实施方式包括提供具有至少两个变形传感器的轮胎，处于与轮胎相连的参考系中的传感器之间具有已知的角度偏移。图8显示了这样的情况。

当检测到第一传感器通过初始角位置时，则可知第二传感器处于已知的奇异角位置中，通过了解两个传感器之间的角度偏移可以确定该奇异角位置。然后通过假设第二传感器处于奇异角位置的时刻与第一传感器处于初始角位置的时刻相同，可以确定该第二传感器处于奇异角位置的时刻。自然地，当第二传感器通过初始角位置时，可以应用同样的步骤。

应注意用于对奇异角位置计时的上述四种实施方式可以组合。

本发明不只限于上述实施方式。特别地，本发明可以应用于轮胎装载的、并且当传感器通过接触区域附近时传递显示奇异极值的信号的任何类型的传感器。通过例子，本发明还应用于用于感测位移、力、变形、加速度、压力的传感器，并且应用于钉类传感器(nail type sensor)。传感器可等效地位于胎侧、底部区域、胎面、胎面突起或轮胎项部中。

Claims (11)

1.一种对相对于外部参考系转动的轮胎(10)装载的至少一个传感器(12)的奇异角位置θ_R计时的方法，轮胎(10)装载至少一对右传感器和左传感器，该对传感器关于轮胎的中平面基本对称布置，该方法的特征在于：

以如下方式根据来自传感器(12)的输出信号s(t)形成在轮胎(10)的一圈转动过程中适合呈现奇异极值的参考信号s_r(t)：

向传感器的输出信号s_d(t)、s_g(t)的每一个施加预定义函数f(s)；以及

组合预定义函数的输出f(s_d(t))、f(s_g(t))以获得参考信号s_r(t)；

将传感器的初始角位置θ₀的时刻t₀确定为参考信号的奇异极值的时刻；以及

确定奇异角位置θ_R的时刻t_R相对于初始角位置的时刻。

2.如权利要求1所述的方法，其中传感器(12)的输出信号是轮胎(10)的弯曲或非辐射状特性。

3.如权利要求2所述的方法，其中当传感器(12)输出的信号是轮胎(10)的弯曲特性时，参考信号s_r(t)的奇异极值对应于该信号的幅值的绝对值的局部最大值，或者当传感器(12)输出的信号是轮胎(10)的非辐射状特性时，参考信号s_r(t)的奇异极值对应于该信号的导数的绝对值的局部最大值。

4.如权利要求1所述的方法，其中施加到信号s(t)的预定义函数f(s)如下所示：

如果s(t)＞M，则f(s(t))＝M；

如果s(t)＜M，则f(s(t))＝M+k·(s(t)-M)；

其中M指代预定义间隔期间信号s(t)的平均值，k是正乘数因子。

5.如权利要求1所述的方法，其中为了对参考信号s_r(t)的奇异极值计时，利用跟踪参考信号s_r(t)并且具有两个状态的跟踪信号s’(t)，并且当跟踪信号s’(t)从一个状态变化到另一状态时对参考信号s_r(t)的奇异极值计时。

6.如权利要求5所述的方法，其中跟踪参考信号s_r(t)的跟踪信号s’(t)是如下定义的具有时间步长p、且具有两个状态的离散信号：

s’(p)＝(1-λ)·s’(p-1)+λ·(s(p-1)-s’(p))；

如果s’(p)＞s(p)，则s’(p)＝s(p)；

其中λ是处于0至1范围内的值，s’的初始值可随机选择。

7.如权利要求1所述的方法，其中根据初始角位置θ₀的时刻t₀、估计的轮胎转速、以及奇异角位置和初始角位置θ₀之间的角度偏移(θ_R-θ₀)确定传感器的奇异角位置θ_R的时刻t_R。

8.如权利要求7所述的方法，其中通过轮胎前一旋转过程中估计的轮胎转速以及所确定的传感器通过初始角位置的时刻，预测传感器下一次通过奇异角位置θ_R的时刻t_R。

9.如权利要求1所述的方法，其中根据初始角位置θ₀的时刻、根据估计的轮胎的转动加速度、以及根据奇异角位置和初始角位置之间的角度偏移，确定传感器的奇异角位置θ_R的时刻t_R。

10.如权利要求1所述的方法，其中轮胎装载至少两个传感器，在与轮胎相连的参考系中的传感器之间的角度偏移等于奇异角位置θ_R和初始角位置θ₀之间的角度偏移(θ_R-θ₀)，通过假设一个传感器处于奇异角位置θ_R的时刻t_R等于另一传感器处于初始角位置θ₀的时刻来确定所述一个传感器处于奇异角位置的时刻。

11.如权利要求1所述的方法，其中传感器(12)设置用于测量轮胎(10)的部分中的变形，当经过轮胎的接触区域附近时，该变形是奇异的。

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