CN101281097B - 检测和估计潮湿马路上轮胎打滑现象的方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种检测和估计行驶在潮湿的马路地面上的车辆的轮胎的打滑强度的方法，其中，在胎面中压力测量的基础上，估计马路上呈现的水深，并检测观察到的打滑现象，还对其强度进行估计。

Description

检测和估计潮湿马路上轮胎打滑现象的方法

技术领域

本发明涉及检测并接着估计由车辆行驶的潮湿马路上轮胎打滑的开始。出于此目的，测量车辆的轮胎胎面中的压力(或任何其它等价测量，例如偏移或张力)。

背景技术

实际上它不仅能够检测而且能够量化轮胎下发生的打滑现象。

打滑的特征在于在构成马路的地面表面与和该相同地面接触的轮胎胎面表面之间暂时存在一定量的水。现在，即使是暂时的，这两个表面之间水的存在也引入隔离膜的效果。这种膜阻止车辆的轮胎或多个轮胎与马路之间部分或全部的力传递。从而，当加速或制动时，该现象导致失去抓地力、失去牵引力，还失去转向控制，特别是在转弯时。

当正被讨论的两个表面之间流动的水的流速变得大于马路路面和轮胎的胎面图案两个特征能够排出的水的流速时形成这种水膜。因此，对于马路上不变的水深，这种饱和效果更突然和更加大幅地使车辆速度更高。补充一下，如果存在于马路表面上的水深增加，则恒定速度时饱和效果出现得更快速。

特别是在通过施加驱动力加速期间、通过施加制动力减速期间、或改变方向期间，作为饱和效果的结果随之发生的打滑是严重的，并可能使车辆陷入部分或甚至完全失控。因此，在潮湿地面上行驶时，能够预见打滑的情况并且最好对它进行量化是极为重要的。

对于车辆的驾驶员来说，除了看见潮湿的马路之外，没有先于部分或全部打滑开始的警告标记-就因此不能预见危险。

此外，打滑测量提供对于例如用于控制车辆的防抱死系统(ABS)、方向盘的防滑调节(ASR)、轨迹控制(ESP)或例如轮胎压力监控的其它形式的控制或监控的多种电子辅助设备证明是必要的信息。这是因为例如与抓地力(μ)的测量有关的这种信息将使上述设备在实时方面的效率大大提高。

因此，在检测到打滑开始的时刻，不仅可以给车辆的驾驶员指示一个警告，而且可以将相应于该打滑强度的测量发送给上述的多种现行安全设备，以便修改或改进它们的触发参数。

从文献US-A-5 502 433得知检测打滑，但是除了确定预设警告阀值之外，该文献没有教示对其定量的装置和方式，所述阀值没有考虑到打滑时刻马路上极有可能存在的水深。现在，恒定速度时，水深参数相当大地修改了打滑开始的时刻以及打滑强度。因此，如上述文献所提供的假设打滑开始的上述阀值水平的在前确定降低了触发警告的机会或甚至是可靠性。

发明内容

本发明的目的是解决这些问题。

下面，除非另有指示，否则下列含义通常适用：

-“貌似接触区域”：胎面传感器或多个胎面传感器给出非零信号的轮胎胎面部分；

-“直接接触区域”：地面与胎面之间的接触是直接接触的轮胎胎面部分；以及

-“非直接接触区域”：在胎面与地面之间存在水膜的轮胎胎面部分。

因此，本发明的一个目的是检测和估计行驶在潮湿的马路地面上的车辆的轮胎打滑的强度的方法，轮胎的胎面配备有一个或多个传感器，每个都能够测量当轮胎在地面上滚动时胎面局部经受的压力的特征量，其特征在于它包括下列步骤：

-当轮胎在地面上滚动时测量所述特征量；

-产生相应于这些测量的信号；

-提取出该信号中与传感器或多个传感器经过在轮胎与地面之间的貌似接触区域有关的部分；

-从该信号部分推导与轮胎胎面和地面之间的貌似接触区域的非直接接触区域的长度有关的第一瞬时值(ΔL)，以及与相对于貌似接触区域的剩余部分的非直接接触区域中的打滑强度有关的第二瞬时值(ΔE，R_z，A_x)；

-由考虑到所推导的第一瞬时值(ΔL)的计算估计水深(h_w)；以及

-由水深(h_w)的估计和由第二瞬时值(ΔE，R_z，A_x)来估计打滑的强度。

根据本发明的第一实施方法，通过传感器测量的量表现出由轮胎胎面经受的压缩性压力的方向与马路的平面垂直的特征。

于是，推导第一瞬时值(ΔL)的步骤为：

-当信号部分包括两个连续平顶(plateaus)时，瞬时值是在貌似接触区域的进入侧上第一平顶的长度(ΔL)的测量；以及

-当该部分包括单个平顶时，瞬时值为零。

推导第二瞬时值(ΔE)的步骤对应于：

-对信号进行微分；

-确定微分信号的最小值

和最大值

以及它们的位置(l_min，l_max)；以及

-计算相应于微分信号的最小和最大值之间位置上的不同的瞬时值(ΔE)：ΔE＝l_min-l_max。

测量点的位置对应于纵向读数，在这里沿着相应于被提取信号部分的胎面部分的线性展开进行压缩性压力σ_z的测量，而

表示压力测量关于x的一阶导数，x为传感器在马路平面中轮胎的纵向滚动轴X上的位置。

有利的是，当第二瞬时值ΔE超过给定阀值时触发警报。

推导第二瞬时值(R_z)的步骤为：

-当信号部分包括两个连续平顶时，瞬时值(R_X)等于：

$R_z=\frac{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{zi}}-{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{zd}}}{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{zd}}}$

其中σ_zi表示第一平顶的压缩性压力的幅度，而σ_zd表示第二平顶的压缩性压力的幅度；以及

-当这部分包括单个平顶时，瞬时值(R_z)等于-1。

有利的是，当瞬时值(R_z)高于给定值时并优选当瞬时值(R_z)为正时触发警报。

根据本发明的第二实施方法，由传感器测量的量表现出由轮胎胎面经受的纵向剪应力的特征。纵向方向X对应于轮胎在马路上滚动的方向。

推导第一瞬时值(ΔL)的步骤为：

-当信号部分包括在接触区域进入侧上的两个连续正峰值时，瞬时值是分开两个峰值的最大值的长度(ΔL)的测量；以及

-当该部分包括单个正峰值时，瞬时值(ΔL)为零。

推导第二瞬时值(A_x)的步骤为：

-当该部分包括在貌似接触区域的进入侧上的两个连续正峰值时，瞬时值是第一正峰值的幅度(A_x)的测量；以及

-当该部分包括单个正峰值时，瞬时值(A_x)为零。

根据本发明的优选实施方法，传感器测量垂直压缩性压力的特征量和由轮胎胎面经受的纵向剪应力的特征量两者。

获得与压力的这两个特征量有关的信号部分使所遭遇打滑的强度的检测和估计更稳固。

有利的是，使用图表由第一瞬时值(ΔL)推导水深(h_w)。

实际上，可以利用几种受控水深由执行实验性测量构造这种图表。

可选地，可以使用下列方程推导水深(h_w)：

$h_w=K\{1-\cos \left(\arcsin \frac{\mathrm{\ΔL}}{K}\right)\}$

这里，h_w是估计的水深，ΔL是瞬时值，而K是与轮胎有关的常数。因素K的最优估计是如Koutny模型中定义的过渡(transition)区半径(R_K)。我们可以使用已知为Koutny模型的简单几何模型用带状曲线(belt curvature)表示变化。Koutny模型包括三个正切圆弧。一个弧对应于轮胎上部中的曲率，而彼此相同的两个弧对应于当进入和离开接触区域时的轮胎曲率。已知接触路径的长度和带(belt)的不变长度，该模型可以计算R_K。对于轮胎领域技术人员来说，Koutny过渡区半径是熟知的。

有利的是，可以由量1-S/S₀估计打滑强度，量1-S/S₀是以下两个表面的函数：

-第一表面S，确定以车辆速度在潮湿地面上测量的轮胎胎面直接接触的瞬时区域；以及

-第二表面S₀，确定在相同的干燥地面上、和/或对于保证不开始打滑的低车辆速度的轮胎胎面直接接触的最大理想区域。

于是，表现打滑强度特征的量1-S/S₀由下列确定：

-知道至少第二瞬时值(ΔE，R_z，A_x)；

-呈现在地面上水深(h_w)的估计计算；以及

-表现对于不同预定水深(h_w)的作为第二瞬时值(ΔE，R_z，A_x)的函数的量1-S/S₀的变化的实验性图表。

同样有利的是，当量1-S/S₀超过给定阀值时触发警报。

因此，根据本发明的方法考虑由并入在轮胎中的传感器经受的纵向剪应力或垂直压缩性压力(或例如偏移或张力的任何其它等价测量)的测量，使得根据取决于正被讨论的压力的被定义标准首先来检测打滑，然后基于该标准确定量化打滑现象的量1-S/S₀。第一表面S对于给定速度在测量瞬间实时确定干燥或潮湿地面与轮胎胎面之间的接触面积，而第二表面S₀确定干燥地面和轮胎胎面之间的、或以足够低的速度以避免任何打滑可能的接触区域。更准确地是，表面S不考虑有可能位于紧靠由打滑形成的膜的胎面表面。在这种情况下，胎面与地面之间的接触是非直接的，而且不能切实地如车辆的驾驶员所需要的那样将力从轮胎传递给马路。因此，表面S对应于由轮胎与马路之间存在的水膜表面推导出的表面S₀以及表现打滑开始的特征。

因此，定义作为轮胎滚动速度的函数的特征量1-S/S₀、并用于不同水深的图表形式的曲线通过实验性测量被预先确定。然后确定标准，可以在直接施加于轮胎的压力测量的基础上对标准进行分析。对于给定速度，该标准必须如实反映从图表的曲线上获得的结果。

特别是，通过知道车辆速度、以及因此轮胎速度、以及与轮胎接触的水深，可以由图表直接确定表现打滑特征的量1-S/S₀，但该过程并非完全令人满意，这是因为它没有考虑同样取决于每个轮胎下面的地面状况的打滑的局部效果。在马路上，实际上在车辆一侧的路面可能与另一侧的不同。此外，根据所涉及的是前轮还是后轮情况也不同，后轮跟随被前轮稍微弄干的马路上的路径。因此，有必要确定并接着量化对取决于轮胎上局部压力测量的函数、或就是是其函数的标准。

因此，一旦该校正已经得到检验，不但用于多个轮胎和/或车辆的速度而且用于不同水深，在测量时，本发明还可以基于检测标准来检测打滑的发生。另外，通过量化该标准，可以接着定义表现打滑特征的量1-S/S₀并确定打滑强度。

不过，除了标准之外，这还需要知道在其测量时刻与轮胎胎面接触处存在的水深，以便从图表选择相应曲线并通过校正从其来推导量1-S/S₀。

因此，可以例如确定是1-S/S₀常数值的函数的阀值，考虑局部测量一水深和标准-直接在轮胎上并且是实时获得的。因此，该量1-S/S₀将打滑强度的特征表现为百分数。

因此，在极值处，对于1-S/S₀值等于0，两个表面是相同的并且存在100％的可用抓地力和0％的打滑，而对于1-S/S₀值等于1，表面S为0并且存在0％的可用抓地力和100％的打滑。在后者情况下，经由该轮胎的任何车辆控制都是根本不可能的。

在这两个极值之间是例如相应于各为0.3、0.4和0.7的1-S/S₀值的30％、40％或70％打滑的情况。

本发明的目的还是一种设备，用于检测和估计行驶在潮湿马路上的车辆的轮胎打滑强度，包括：

-轮胎，其胎面配备有一个或多个传感器(5)，每个都能够测量由在地面上滚动的轮胎胎面经受的压力的特征量；

-装置，用于发送相应于该特征量的测量的信号；以及

-信号处理单元，能够从被发送信号提取相应于传感器或多个传感器进入在地面上滚动的轮胎的接触区域中的数量或持续时间的信号部分，其特征在于它包括处理单元中的程序，用于在被提取信号的基础上实施根据本发明的方法。

附图说明

在阅读以下介绍和研究其附图之后将更加清楚明白本发明。这些图仅仅以说明的方式给出而并非用于限制本发明。

图示出：

-图1：轮胎胎面中传感器的图示；

-图2：示出由本发明提出的设备的图示；

-图3：示出作为轮胎速度的函数的量1-S/S₀的曲线，并对应于两种水深2mm和8mm；

-图4和5：示出作为不同滚动速度的函数的轮胎接触区域中垂直压缩性压力的测量记录的曲线，并分别对应于两个限定水深2mm和8mm；

-图6和7：示出作为不同滚动速度的函数的轮胎接触区域中纵向剪应力的测量记录的曲线，并分别对应于两种限定水深2mm和8mm；

-图8：图形表示对应于轮胎的貌似接触区域的伸长的水深的比率；

-图9：水深与接触区域的伸长有关的理论值和实验值之间的比较；

-图10和11：示出关于传感器沿着图4和5中所示压力测量的X轴的偏移x的一阶导数曲线；

-图12：作为速度的函数的ΔE标准的变化；

-图13：作为速度的函数的R_z标准的变化；

-图14、15和16：作为A_x，ΔE和R_z标准的函数的1-S/S₀的变化。

具体实施方式

图1非常示意性地示出具有其胎面2的轮胎1的部分轴向截面。该胎面还可以对应于有回弹力的非充气轮胎的胎面。

轮胎胎面的外表面是不平滑的并通常包含大量的纵向槽4和横向或大致横向的槽，用于在潮湿马路上促进排水。纵向和横向的槽限定与马路表面接触的橡胶块并对应于轮胎的胎面图案。在图1中，橡胶块3处在纵向槽4和两个横向槽(未示出)之间。

这些块3的一部分包括压力传感器5(或用于其它等价量的传感器)。因此获得测量块。该传感器5被植入测量块3的基部并高于轮胎结构的加固层6。必须将传感器5放在轮胎使用寿命期限内不会遭到磨损的轮胎橡胶部分中。以这种方式，在轮胎使用寿命期限内都可以测量。根据本发明，测量压力的传感器优选放在块3上，块3位于沿着图1的Y轴的轮胎宽度的中心处，也就是说，在两个肩状部之间。不过，在本发明的内容中也易于将该传感器放在肩状部上。

这些传感器的目的是能够根据该胎面2的变化、偏移或甚至是拉紧来测量由轮胎胎面2经受的压力(或力)。

所使用的传感器根据不同技术操作一它们可以是压电或压阻的压力计或电容器。因此，可以例如对霍尔效应传感器和磁性元件进行组合，将整个装配件嵌入到轮胎的橡胶中。关于为这些传感器所使用技术的更多细节，读者可以参考文献US-B-6666079，其给出轮胎中使用的多种压力传感器的介绍。

图2示出本发明的测量设备，其包含用于测量压力的传感器5和用于将信号传送给信号处理单元8的装置7。优选将处理模块8放在车辆中。在变体中，可以将该模块8放在轮胎自身中。该变体需要将经过处理的信号传送给车辆驾驶员的装置。

本领域技术人员还知道用于在轮胎和车辆之间传送信号的传送装置的多种可行方式。出于这个目的，读者可以参考文献EP-A-1 350 640，其特别示出一种装置，其内天线植入在轮胎中。该天线位于实际胎面2中并经由电缆与传感器5连接。

这可以是用于功率信号的四分之一波类型的、或频率调制或幅度调制类型的电场天线。在这里指出下面这些是有用的，即，面对放在轮胎中的第二天线的固定在车辆上的第一天线还可以通过电感效应将来自例如与车辆电池相连的第一天线的功率传送给第二天线，以便将能量传递给测量传感器5。与传感器5一起嵌入胎面2中的预先模制嵌入部(premoulded insert)的微型电池也可以提供这种功能。

在图2中，在由天线9获得信号之后将对应于压力测量的该信号经由装置7传送给处理单元8。

另外，可以通过ASIC(专用集成电路)类型的电子测量电路、如上所述的供给系统、以及用于编码测量的系统，使传感器5开始操作，所有这些都在构成待分析信号的测量的传送之前。天线9经由内部连接总线10与处理单元8的微处理器11相连。

处理单元8包括程序存储器12。所存储的程序使得可以根据不同程序段处理信号，直到获得用于打滑检测和用于其强度估计的信息。一旦已经通过连接总线10获得信息，就可以显示在放于实际车辆内部的显示器13上。

例如，该显示器13采用显示相对的和容易判断的数据的刻度盘形式。这是因为对于车辆驾驶员来说固有的打滑数据可能仅仅具有有限的重要性。对于驾驶员来说最重要的是知道打滑，以便因此通过减速或通过将他的驾驶类型调整成例如更柔和的驾驶来调节他的速度。信息可以例如是下列形式：指示低级别打滑的绿色区域，指示对于驾驶而言的重大打滑危险的琥珀色区域，以及最终指示视为危急打滑的红色区域。

关于打滑的检测及其强度的估计的信息还可以可选地或仅仅传送给目前车辆上提供的多种现行安全设备14。

这些设备是防抱死系统(ABS)、轨迹校正(ESP)或防滑(ASR)设备。这些设备14即刻和根据多种标准考虑马路上轮胎的状态。因此加入考虑打滑的其它标准对于所述设备是有利的。

因此，这些多种现行安全设备14可以通过考虑呈现在轮胎前方和/或下面的水深h_w来改善它们的灵敏度。

图3示出作为轮胎的滚动速度V的函数的表现打滑现象特征的量1-S/S₀的变化，分别对应于两种水深2mm和8mm。

比率中的表面S定义轮胎胎面与潮湿地面之间瞬时测量的直接接触区域。直接接触区域对应于制成马路地面的材料与制成轮胎胎面的材料之间的区域，没有中间材料，也就是说，不可能具有在地面与在地面上滚动的轮胎胎面部分之间的水膜。

因此，在具有一定水深的马路上，该直接接触区域由于表现打滑开始的特征的水膜开始出现的事实而被减小。

第二表面S₀定义轮胎胎面与干燥时的相同马路表面之间的直接接触区域，或定义潮湿地面上的轮胎胎面之间的接触区域，但用于低车辆速度。

这是因为在后者情况下，车辆的低速度不仅保证车辆的轮胎或多个轮胎的前方存在的水的低阻力，而且使得特别是对于轮胎胎面上的图案来说可以在更长阶段中用于排出轮胎与地面之间的水，并由此防止水膜的形成或开始形成。

因此，表面S₀是轮胎能够在马路上开发的最大直接接触表面，不考虑速度和水深。

因此，在打滑不出现的情况下即使马路上具有水深，量1-S/S₀也为零，但这是对于0和大约20km/h之间的低速的情况下，当轮胎下面存在完全打滑时1-S/S₀等于1。

该图3示出速度和水深对打滑的极强影响。对于马路上水深为2mm的情况(虚线)，速度为115km/h时达到20％打滑阀值，而对于水深为8mm的情况(实线)，速度为60km/h时达到该打滑阀值。

因此，通过量1-S/S₀可以正确表现和特征化打滑现象。

图4示出相应于由作为轮胎1的胎面2的函数的垂直压力测量获得的信号的几条曲线，其中轮胎1沿着相应于马路的地面滚动。这些不同曲线对应于不同的轮胎滚动速度。y轴上的刻度是任意的并对应于由测量传感器以伏特给出的值。x轴上示出的是从正被讨论的测量的顺序号码开始的接触区域中测量点的位置。每转执行512次测量采样。这些顺序号码与测量点的方位直接有关。

因此，一个完整圆周的线性展开，也就是说，马路上正被讨论的轮胎的一次完全旋转对应正被讨论的例子中x轴上的512个测量点。

图4示出在信号的开始和结束处测量信号具有几乎为零的幅度，不考虑轻微偏移。为了简化问题，在测量垂直于地面的压力的情况下，测量信号中这些信号幅度为正的部分被称为“貌似接触区域”。测量信号的正值对应于橡胶块3的压缩，而负值对应于橡胶块的伸展。

在图4中，对马路上预定水深为2mm的情况实验性获得信号。所测量的压力是相应于由轮胎1的胎面2、更准确地是由胎面中传感器5在它沿着垂直于马路平面的方向与马路平面接触的区域中的其行程期间经受的压缩性压力的那些压力。

图4中的曲线13表示相应于对低轮胎滚动速度(也就是8km/h)的压力测量的信号。以这种低速度，马路上存在的水深对垂直压力信号没有影响，而这种速度时检测到的信号对应于可在完全干燥马路上发现的信号。因此，当压力传感器或多个压力传感器处在胎面与马路地面的直接接触区域之外时，测量的压力大致为零。相应于负压力测量的曲线部分对应于离开地面上的压缩区域并恢复轮胎的自然曲率的胎面部分。

利用上述定义，可以估计貌似接触区域A_a的，在这种情况下也是直接接触区域A_d的、曲线13表示为A_a的部分的长度。

对于相同水深2mm，分别以50、60和70km/h的速度实验性获得曲线14、15和16。这些曲线具有与曲线13大致不同的形式。已使所有曲线标准化成对应于接触区域的后面的点，压力再次过零，可以看出貌似接触区域A_a在接触区域的开始处大致是伸长的。这示出第一平顶，其高度随着速度而增加。可以估计出该第一平顶的长度或瞬时值ΔL对应于非直接接触区域A_i(也就是说，水膜处在胎面和地面之间的区域)的长度。还可以看出，直接接触区域A_d的长度相对于曲线13的该长度大致减小。

为了能够估计非直接接触区域A_i的长度，根据本发明的方法提出确定瞬时值ΔL。图4示出确定ΔL的方法，其中与第一平顶然后是第二平顶有关的两个连续上升前部之间的移动被确定。在曲线14情况下，示出的这种移动具有实际上在较宽速度范围内不随速度改变的值。还可以看出，70km/h速度时获得的曲线16具有难以解释的形式，其中两个平顶看似具有类似高度。这说明打滑已经变得非常显著。

因此，接触区域ΔL的伸长实际上与轮胎的滚动速度无关。一旦轮胎以例如40km/h的速度滚动正被讨论的信号上就存在第一平顶是由于进一步压力出现的缘故。

这些进一步的压力是由于沿着胎面2的Y轴仅在轮胎整个宽度的前方呈现水深的缘故。因此，在传感器直接接触马路地面之前，该水深具有建立马路地面与轮胎胎面2之间的中间接触的效果。

因此，总是通过水深形成的液体元素在地面与轮胎胎面2之间产生压力。因此，信号上获得的第一平顶是传感器经由相应于该水深的液体元素检测地面上压力的信号。因此，该信号表示由水提供给轮胎块的阻力(打滑压力)，其根据P≈¹/₂ρV²(ρ是密度而V是滚动速度)取决于滚动速度。低速时，呈现的水深不具有在被测量信号上提供相同第一平顶的效果，这是因为传感器进入相应量的水需要足够的速度以在液体元素部分上产生足够的阻力或张力，从而压力显著。

绘制在图5中y轴和x轴上的分别是与图4情况中介绍的相同的参数，以及相应于8、30、40和50km/h的轮胎滚动速度的各曲线13a、14a、15a和16a，但对应于马路上水深为8mm的情形。

低速(8km/h)时，曲线13a几乎完全等同于对应于2mm水深时获得的曲线13。对于更高的车辆速度，在30、40和50km/h的情况下，再次观察到马路上接触区域ΔL的伸长。为严格等于提供图4中所示结果的旧轮胎获得这些结果，在这种情况下是米其林Energy195/65R15XHI轮胎。

在后者情况下，接触区域的伸长ΔL大于对应于小于2mm的水深所获得的伸长ΔL。仍然在这种情况下，一旦在足够的速度下检测，可观察到对水深8mm获得的伸长ΔL再次不依赖于轮胎的滚动速度。

不过，因为与轮胎胎面宽度相比前方呈现的水深更深，所以它的长度更长。

因此，通过轮胎胎面与马路地面之间这种液体媒介的存在建立的接触建立得使轮胎更加升高，并因此更早。因此，传感器更早进入相应于地面与轮胎1的胎面2之间非直接接触(因为这经由水膜发生)的貌似区域的部分。因此，相应于接触区域的伸长ΔL的信号部分更大。[0082]于是，从靠近225的测量指标(index)开始，接触在地面和胎面之间再次直接接触，曲线14a、15a和16a的压力信号大致等于图4的曲线14、15和16获得的压力信号。

因此，胎面传感器进入与马路地面接触的区域的行程具有两部分：相应于传感器与马路地面接触但经由相应于需要估计的水深的液体元素的第一部分(A_i)，以及相应于传感器与马路地面直接接触的第二部分(A_d)。

在图6中，分别为地面上轮胎的8、50、60和70km/h的速度获得曲线17、18、19和20。这些曲线显示绘制在y轴上的沿着胎面的X轴(也就是说沿着地面上轮胎滚动的圆周方向)的剪应力，以及绘制在x轴上的全都沿着胎面的测量点。只有部分胎面在这里被示出，并且对应于有明显测量。

仍旧低速时，在这种情况下是8km/h，曲线17上分别获得的压力信号类似于或大致类似于对应于干燥的或是潮湿但没有水深的马路所获得的压力信号。在压力传感器位于其中的测量块3与地面接触的时刻，记录的剪应力变正、或趋向(压力定向在滚动方向上)，经过最大值21，并接着在传感器出现在与地面接触的区域中的剩余时间内，剪应力移向负或制动值，即，与轮胎的滚动方向相反。最后，在离开接触区域时，胎面2经受的压力再次大致为零。该“S形信号”对应于本领域技术人员熟知的与地面接触的充气轮胎胎面的传统力学。

对于分别相应于曲线18、19和20的大致为50、60和70km/h的速度，这里又出现相应于相同物理现象的峰值21，以及被称为预期峰值的峰值21A，其在峰值21之前被检测到。速度越快，这种正压力的预期第一峰值21A越高。出于类似于图4和5情况下的上述原因，该第一峰值21A的出现从纵向压力传感器以足够高速度进入轮胎胎面2与地面之间存在的水深开始产生。

现在，当测量给定曲线的两个峰值21A和21之间的距离ΔL时，该距离ΔL对于所有被研究的曲线(即分别是18、19和20)是大致相等的。如在压缩性压力的情况下，该ΔL值由此与轮胎滚动速度无关。

因此，代表对于两种压力类型(压缩性的和剪切的)的接触区域的伸长的所选瞬时值是相同的，也就是ΔL。

在图7中，对于分别为8、30、40和50km/h的速度研究的曲线17a、18a、19a和20a，并对于更深的水深(也就是8mm)，明显高于速度30km/h的两个第一峰值之间的距离ΔL的该瞬时值更大。不过，该瞬时值对于在该相同水深处研究的所有速度都保持为常数。

两个纵向压力峰值之间的距离ΔL的伸长原因与上述图4和5情况下的原因相同。传感器经由液体媒介进入轮胎与地面之间的接触区域被建立得更高，并因此更早。

经由相应于水深的液体媒介，在纵向压力传感器与地面之间建立的接触区域的第一部分在轮胎速度足够高时更可测量。这是因为由于轮胎与马路之间的速度，在正被讨论的水量上必然呈现充分的张力或压力。

因此，对于图4至7中研究的四种曲线，相应于地面与轮胎2之间的直接和间接接触区域两者的全部接触区域出现大幅度的压缩性或剪切压力值。经由液体媒介或直接与马路地面接触的该总接触区域外侧显示出的值大致为零。

图8示出具有在马路上局部变平区域的轮胎，以及在轮胎前方水的存在。

这种水的存在被定义为水深h_w，并沿着轮胎的圆周确定两个点，也就是第一点27和第二点28，在第一点27处水开始与轮胎接触，但是此处包含压力传感器的轮胎的边缘还没有与马路地面接触，在第二点28处水与地面和轮胎两者都相切，但是此处轮胎的胎面2与地面接触。

在这两点之间，轮胎的曲线与本领域技术人员熟知的被称为Koutny过渡区半径R_K的半径匹配，该半径与轮胎的半径相当不同，但是考虑了与马路接触的轮胎的变平，这意味着进入接触区域处与离开接触区域处曲率半径不同。

采用点27在表示马路的地面上的垂直投影，于是在该投影与点28之间可以确定沿着相应于接触区域的伸长ΔL的地面的距离。

胎面与地面的接触区域的该伸长ΔL大致对应于通过传感器5、经由液体媒介、并对于充分高的速度测量到的伸长。

该几何模型根据下列公式提供ΔL与h_w之间的三角关系：

ΔL＝R_K sin{arceos(1-^hw/R_k)}

或公式：

$h_w=K\{1-\cos \left(\arcsin \frac{\mathrm{\ΔL}}{K}\right)\}.$

处理单元8的存储器11中的计算机程序由该公式以及由已知的瞬时值ΔL确定水深h_w的估计。

图9示出由上述理论公式以及(由所介绍的方法测量的压力获得的)已知瞬时值ΔL获得的水深以及实际测量情况之间的匹配，其中水深实际为2mm或8mm。该图表明使用上述三角公式从ΔL开始估计h_w的建模是非常合理的，这是因为在所介绍的实际分析测量情况下ΔL和h_w非常吻合上述公式。

在已经看到实验性曲线怎样用于估计马路上存在的水深之后，随后是对同一曲线进行处理的解释，以便确定适于表现打滑强度的特征的瞬时值或标准。

图10示出用于根据本发明检测打滑发生的第一瞬时值或标准ΔE的计算。

该图示出表示关于传感器在轮胎的纵向滚动方向X上的偏移值x的各压缩性压力测量的一阶导数的曲线13d至16d。曲线13d至16d对应于图4中示出的曲线13至16的导数。

对于这四条曲线，压力测量导数的各最小值在测量指标为255处(也就是说在退出接触区域时)获得。在出现不变的压力测量平顶时的各阶段期间获得最大值。因此，一旦单个平顶出现，为相应于曲线13d的低速获得的就是最大值。于是，第一标准的值为ΔE₁。对于50km/h更高速度的曲线14d，在进入相应于第一和第二平顶的两个连续前部的接触区域时可观察到两个正峰值。对于曲线14d，最大幅度的峰值是第二个，并利用此第二峰值计算ΔE值。相应的标准值略低于初始值ΔE₁。这里仍没有跳跃。

不过，在曲线15d和16d的情况下，在60和70km/h速度处获得的最大幅度的正峰值是第一峰值。从而，在第一标准值处存在跳跃。

将瞬时值ΔE表达为：ΔE＝l_min-l_max，这里l_min对应于

的位置或方位，而l_max对应于的位置或方位。

在低速时曲线13a的情况下，第一标准具有值ΔE₁，而在50km/h速度时获得的曲线16d的情况下，值ΔE₂.ΔE₂大致大于ΔE₁。

在图12中还示出的这种非常明显不同具有该第一标准用于检测打滑发生的好处。一旦标准值或瞬时值变成大于35-40之间的范围，这意味着跳跃已经发生。该跳跃与由于非直接接触区域的出现(也就是说与轮胎前方充实的水膜接触)导致的预期平顶或第一平顶的进展有关。一旦检测到该跳跃，应该将存在打滑危险的警告发送给驾驶员。箭头示出速度对标准改变的影响。

图5示出第二标准或瞬时值R_z的计算。该标准对应于：

$R_z=\frac{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{zi}}-{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{zd}}}{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{zd}}}$

其中，σ_zi表示第一平顶的压缩性压力的幅度，而σ_zd表示第二平顶的压缩性压力的幅度。当然，在曲线13a的情况下，标准值为-1，这是因为仅仅存在一个平顶。

图13示出作为速度的函数的该第二标准的变化。可以看出，其值逐渐经过-1到0并接着变正。过零点对应于第一和第二平顶的压缩性压力变得相似的时刻，变得相似意味着打滑变得非常显著。因此必须立即警告驾驶员这种危险。可以将该过零点、或需要的话更低值选择为阀值。图13还示出对于两种水深(即2mm和8mm)而言、该第二标准的变化。并不出意外，这示出速度越高，水深的影响就越明显。还可以注意到，在标准的零值之上，速度的影响是非常显著的。滚动速度的轻微变化可能导致打滑方面非常大的变化。

图6示出确定第三标准A_x的原理。该图中的曲线显示绘制在y轴上的沿着对于水深为2mm的胎面的X轴的剪应力。该标准对应于预期峰值21A的幅度。该幅度随着速度逐渐增大。

已知水深和车辆速度已经允许获得对轮胎打滑强度的第一估计。不过，如已经指出的那样，该估计是相当粗糙的，这是因为根据马路状况和轮胎的磨损打滑非常不同。

根据本发明的水深估计对于轮胎磨损是相当敏感的。不过，第二瞬时值A_x、ΔE和R_z具有对于马路状况和轮胎磨损方面的变化非常敏感的优点。从而，给出作为这些标准的函数的打滑程度的图表本身对这种变化非常不敏感。这些图表在非常广泛的情况下是有效的，这是本发明的一个主要优点。

图14、15和16示出表现作为标准A_x、ΔE和R_z的函数的打滑程度的图表。

该图表的精确形式可以根据所采用的标准而改变。

图14示出作为A_x的函数的1-S/S₀。该变化是逐渐的并且类似于作为速度的函数的打滑程度的变化(图3)。

图15示出作为ΔE的函数的1-S/S₀。该图表中曲线的形状对于每种水深都接近于连续的倾斜的Zs。由于这些曲线不是一对一的，所以希望记录计算值的历史，至少是与最后4或5个转数相关的测量，以便能够正确解释获得的值并给出打滑程度的可靠估计。

图16示出作为Rz的函数的1-S/S₀。曲线的形式再次并非一对一的，象前面一样，希望在存储器中存储部分历史，以便给出打滑程度的可靠估计。

为了更强和可靠地估计打滑程度，不测量单个瞬时值或标准是值得的。

返回到本发明设备的图2，处理单元8的程序存储器12的子程序23用于提取由传感器收到的信号中相应于例如通常高于阀值的大致非零压力信号的部分。

因此，相应于进入胎面2的接触区域的一个或多个传感器的用于压缩性压力和剪切压力的信号部分的提取在于，当传感器(或多个传感器)发射有效压力测量信号时提取该信号，这部分信号的持续时间相应于传感器通过貌似接触区域的行程的持续时间。

利用子程序26执行数据处理，以便计算值和标准ΔL、ΔE、A_x和R_z。接着，对数据与数据区24中记录的阀值进行比较(步骤25)。

接着，子程序29和30利用图表估计水深和打滑程度。当标准超过指示打滑危险的给定阀值时可以触发另外的警告。

接着在刻度盘13上显示1-S/S₀的估计，无论以模拟还是以数字的形式，以及例如象逐渐变化的颜色代码，例如绿色、琥珀色或红色，使驾驶员能够立即确定打滑的危险。将这个量1-S/S₀以相同方式发送给车载可用的多种现行安全设备14，并使用于这些设备的各个计算机程序的结果能够被可选地提炼。

本发明不限于所介绍和示出的例子，不背离由所附权利要求限定的其范围可以对它们进行多种更改。

Claims (18)

1.检测和估计行驶在潮湿马路表面上的车辆的轮胎的打滑强度的方法，轮胎的胎面配备有一个或多个传感器(5)，每个传感器(5)都能够测量当轮胎在地面上滚动时胎面局部经受的压力的特征量，其特征在于该方法包括下列步骤：

-当轮胎在地面上滚动时测量所述特征量；

-产生相应于这些测量的信号；

-提取出该信号中与传感器或多个传感器在轮胎与地面之间的貌似接触区域中经过有关的部分，所述貌似接触区域是指胎面传感器或多个胎面传感器给出非零信号的轮胎与地面之间的轮胎胎面部分；

-从该信号部分推导与轮胎胎面和地面之间的貌似接触区域的非直接接触区域的长度有关的第一瞬时值ΔL，以及与相对于貌似接触区域的剩余部分的非直接接触区域中的打滑强度有关的第二瞬时值(ΔE，R_z，A_x)，所述非直接接触区域是指在胎面与地面之间存在水膜的轮胎胎面部分；

-由考虑到所推导的第一瞬时值ΔL的计算估计水深(h_w)；以及

-由水深(h_w)的估计和由第二瞬时值(ΔE，R_z，A_x)来估计打滑的强度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中通过传感器(5)测量的量表现出由轮胎胎面经受的压缩性压力的方向与马路的平面垂直的特征。

3.根据权利要求2所述的方法，其中推导第一瞬时值ΔL的步骤为：

-当该部分包括两个连续平顶时，第一瞬时值ΔL是在貌似接触区域的进入侧上第一平顶的长度的测量；以及

-当该部分包括单个平顶时，第一瞬时值ΔL为零。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中推导第二瞬时值ΔE的步骤对应于：

-对信号进行微分；

-确定微分信号的最小值

和最大值

以及它们的位置(l_min，l_max)；以及

-计算相应于微分信号的最小值和最大值之间位置上的不同的第二瞬时值ΔE：ΔE＝l_max-l_min。

5.根据权利要求4所述的方法，其中当第二瞬时值ΔE超过给定阀值时触发警报。

6.根据权利要求2或3所述的方法，其中推导第二瞬时值R_z的步骤为：

-当信号部分包括两个连续平顶时，第二瞬时值R_z等于：

$R_z=\frac{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{zi}}-{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{zd}}}{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{zd}}}$

其中，σ_zi表示第一平顶的压缩性压力的幅度，而σ_zd表示第二平顶的压缩性压力的幅度；以及

-当这部分包括单个平顶时，第二瞬时值R_z等于-1。

7.根据权利要求6所述的方法，其中当第二瞬时值R_z高于给定值时触发警报。

8.根据权利要求7所述的方法，其中当第二瞬时值R_z为正时触发警报。

9.根据权利要求1所述的方法，其中由传感器(5)测量的量表现出由轮胎胎面经受的纵向剪应力的特征。

10.根据权利要求9所述的方法，其中推导第一瞬时值ΔL的步骤为：

-当该部分包括在接触区域进入侧上的两个连续正峰值时，第一瞬时值ΔL是分开两个峰值的最大值的长度的测量；以及

-当该部分包括单个正峰值时，第一瞬时值ΔL为零。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中推导第二瞬时值A_x的步骤为：

-当该部分包括在貌似接触区域的进入侧上的两个连续正峰值时，第二瞬时值A_x是第一正峰值的幅度的测量；以及

-当该部分包括单个正峰值时，第二瞬时值A_x为零。

12.根据权利要求1所述的方法，其中传感器(5)测量垂直压缩性压力的特征量和由轮胎胎面经受的纵向剪应力的特征量两者。

13.根据权利要求1所述的方法，其中使用图表由第一瞬时值ΔL推导水深(h_w)。

14.根据权利要求1所述的方法，其中使用下列方程推导水深(h_w)：

$h_w=K^{\{1-\cos \left(\arcsin \frac{\mathrm{\ΔL}}{K}\right)\}}$

这里，h_w是估计的水深，ΔL是第一瞬时值，而K是与轮胎有关的常数。

15.根据权利要求14所述的方法，其中因子K是Koutny过渡区域半径R_K。

16.根据权利要求1所述的方法，其中可以由量1-S/S₀估计打滑强度，量1-S/S₀是以下两个表面的函数：

-第一表面S，确定以车辆速度在潮湿地面上测量的轮胎胎面的直接接触的瞬时区域；以及

-第二表面S₀，确定在相同的干燥地面上、和/或对于保证不开始打滑的低速车辆的轮胎胎面的直接接触的最大理想区域。

17.根据权利要求16所述的方法，其中表现打滑强度特征的量1-S/S₀由下列确定：

-知道至少一个第二瞬时值(ΔE，R_z，A_x)；

-呈现在地面上水深(h_w)的估计计算；以及

-表现对于不同预定水深(h_w)的作为第二瞬时值(ΔE，R_z，A_x)的函数的量1-S/S₀的变化的实验性图表。

18.根据权利要求17所述的方法，其中当量1-S/S₀超过给定阀值时触发警报。

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