CN101281098B - 检测马路上轮胎打滑现象的方法 - Google Patents

Abstract

一种检测行驶在潮湿地面上的车辆的轮胎打滑状态的方法，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由胎面局部经受的压缩并产生相应于这些测量的信号，其特征在于其包括下列步骤：-当轮胎在地面上滚动时测量压缩；-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接触的表面区域中经过有关的部分；-由该信息推断与轮胎胎面和地面之间接触的表面区域的非直接接触区域的存在有关联的瞬时值(ΔE，R_z)；以及-在瞬时值满足给定关系时触发警报。

Description

检测马路上轮胎打滑现象的方法

技术领域

本发明涉及检测由车辆行驶的潮湿马路上轮胎打滑的开始。本发明尤其涉及基于测量所述车辆的轮胎胎面中的压力的这种检测。

背景技术

打滑的特征在于在构成马路的地面与和地面接触的轮胎胎面部分之间暂时存在一定量的水。在这种情况下，通过水的存在形成的膜阻止全部或部分下述接触：不再有任何抓着(力)和因此车辆和马路之间的任何负载传递。

当环流在与地面接触的全部或部分轮胎面与马路之间的水流变成大于能够通过地面的粗糙度和轮胎图案同时排掉的水流时，在这两个表面之间形成水膜。这种饱和效果(saturation effect)取决于马路上存在的水深(height of water)和车辆的速度。

通过施加驱动力而在加速期间、通过施加制动力而在减速期间或在改变方向期间的打滑结果是不可忽视的并可能使车辆陷入部分或全部失控。因此在潮湿地面上行驶时能够预见打滑的情况是极为重要的。

对于车辆的驾驶者来说，没有先于部分或全部打滑开始的警告符号一危险突发且不能预见。

从文献US-A-5 502 433得知基于接触区域中胎面块(treadblock)的剪应力的测量来检测打滑危险。

本发明的目的是基于不同测量来检测打滑的开始。

在下文中，除非另有指示，否则下列含义通常适用：

-“接触的表面区域(apparent area)”：胎面传感器或多个轮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。

本发明的一个目的是检测行驶在潮湿地面上的车辆的轮胎打滑状态的方法，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由胎面局部经受的压缩并产生相应于这些测量的信号。该方法的特征在于它包括下列步骤：

-当轮胎在地面上滚动时测量压缩；

-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接触的表面区域中经过有关的部分；

-由该信息推断与轮胎胎面和地面之间接触的表面区域的非直接接触区域的存在有关联的瞬时值(ΔE，R_z)；以及

-在瞬时值满足给定关系时触发警报。

通过传感器测量的量有利地特征在于由轮胎胎面经受的压缩性压力的方向与马路的平面垂直。

根据本发明的方法的第一实施例，减小瞬时值的步骤对应于：

-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。

有利地，当瞬时值ΔE超过给定阀值时触发警报。

以马路上不同水深进行的实验性测量已经显示出该瞬时值ΔE对胎面的测量块，例如位于胎面中心处的块下面滑动的开始非常敏感。当该现象发生时，观察到瞬时值的突然增大，由此非常容易进行打滑的检测。

根据根据本发明的方法的补充实施例，推断瞬时值R_z的步骤为：

-当信号部分包括两个连续平顶(plateaus)时，瞬时值(R_z)等于：

R_z＝f(σ_zi，σ_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)等于常数C。

有利地： $R_z=\frac{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{zi}}-{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{zd}}}{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{zd}}},$ C等于-1。

有利地，当瞬时值R_z高于给定值时并优选当瞬时值为正时触发警报。

可选地，可以有： $R_z=\frac{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{zi}}}{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{zd}}},$ C等于0。在这种情况下，优选当该比率变得大于或等于1时触发警报。

还可以在本发明的范围内使用幅度σ_zi作为第二标准。

优选阀值对应于两个平顶具有基本相同幅度的情况。作为滚动速度的函数的该标准的变化是逐渐的。

对比，第一标准与ΔE值中的跳跃有关，当分开两个平顶的前部(front)与第一平顶的前部相比变得不太显著时发生跳跃。当打滑非常明显时也触发该阀值。

当然，这两个标准是相关联的并且一起使用它们以便增大检测的稳固和可靠性是有利的。

有利地，两个警报被连续触发，当第一瞬时值(ΔE，Rz)超过给定阀值时的第一警报和当第二瞬时值(R_z，ΔE)超过第二给定阀值时更高强度的第二警报。

根据本发明的方法具有允许通过基于与打滑有关的两个物理现象警告车辆的驾驶者打滑危险的优点。第一个对应于测量胎面块上升(rising)的发生，其致使瞬时值ΔE突然增大，而第二个对应于被称为非直接接触的接触的表面区域的部分中与被称为直接接触的接触的表面区域的第二部分中压缩性压力基本相等或处于给定比率的时刻。在这两种情况下，必须警告驾驶者打滑已经变得非常显著。根据轮胎类型、水深、马路的种类和几何形状以及信号处理和测量中的散布(scatter)，这两个阀值可以在十分类似的情况下被触发。推理地，与第一标准有关的跳跃通常在与第一和第二平顶的压缩性压力之间等值(equivalence)有关的跳跃之前被触发。

本发明的目的还是一种设备，用于检测行驶在潮湿地面上的车辆的轮胎打滑，包括：

-轮胎，其胎面配备有一个或多个传感器，每个都能够测量由在地面上滚动的轮胎胎面局部经受的压缩性压力；

-发送装置，用于发送相应于这些压力的测量的信号；以及

-信号处理单元，能够从发送的信号提取相应于传感器或多个传感器在地面上滚动的轮胎的接触区域中行程的数量或持续期间的信号部分。

本发明的特征在于它包括处理单元中的程序，用于基于提取的信号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本发明将更加清楚明白。这些图仅仅以说明的方式给出并非用于限制本发明。

附图示出：

-图1：轮胎胎面中的传感器图示；

-图2：示出由本发明提出的信号处理的图示；

-图3和4：示出作为不同滚动速度的函数的轮胎接触区域中垂直压力的测量记录曲线，并分别对于两个限定水深2mm和8mm；

-图5和6：示出关于传感器沿着图3和4中所示压力测量的X轴的偏移x的一阶导数曲线；

-图7：作为速度的函数的第一ΔE标准的变化；以及

-图8：作为速度的函数的第二R_z标准的变化。

具体实施方式

图1很好地示意性示出具有其胎面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。

轮胎胎面的外表面不平滑并通常包含大量的纵向槽4和横向或基本横向的槽，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植入测量块3的基部中并高于轮胎结构的加固层6。希望确保将传感器5放在轮胎使用寿命期限内不会遭到破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，也就是说在它两个肩状部之间。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、偏移或甚至是张力来测量由轮胎胎面2经受的压力(或力)。

所使用的传感器根据不同技术操作——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，其给出用于轮胎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。在一种变化中，可以将该模块8放在轮胎自身中。该变化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，其特别示出一种植入在轮胎中的天线。该天线位于实际胎面2中并经由电缆与传感器5相连。

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领域天线。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使得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到第二天线、以便将能量传递给测量传感器5成为可能。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获得信号之后相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产生传感器5的操作，所有这些都在构成待分析信号的测量传送之前。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11。所存储的程序使得可以根据不同程序段处理信号，直到获得用于第一标准ΔE和第二标准R_z的信息。一旦已经通过连接总线10获得信息，就可以显示在放在实际车辆内部的显示器12上。

例如，该显示器12采用依据警告程度可以具有数种颜色的警告指示器的形式，以方便判断。驾驶员应该认识所显示的警告，以便通过减速或通过调整例如软驱动的驾驶类型来调节他的速度。

图3示出相应于由作为沿着相应于马路的地面滚动的轮胎1的胎面2的函数的垂直压力测量所获得信号的几条曲线。这些多条曲线对应于多种轮胎滚动速度。y轴上的比例随意并对应于由测量传感器以伏特给出的值。x轴上所示为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相关联。

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在x轴上的512个测量点。

图3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“接触的表面区域”。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3中，实验性获得马路上预定水深为2mm的信号。测量的压力相应于由轮胎1的胎面2，更准确地是由胎面中传感器5沿着垂直于马路平面的方向在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3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，而以这种速度检测到的信号对应于可在完全干燥马路上找到的信号。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，测量的压力基本为零。相应于负压力测量的曲线部分对应于离开马路上的压缩区域并恢复轮胎的自然曲线的胎面部分。

利用上述定义，可以估计接触的表面区域A_a的长度，在这种情况下其也是直接接触区域A_d，表示为A_a的曲线13的部分。

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基本不同的形式。已使所有曲线标准化成对于接触区域的后面的点，压力再次过零，可以看出接触的表面区域A_a在接触区域的开始处基本是伸长的。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ΔL的长度对应于非直接接触区域A_i的长度，也就是说水膜处在胎面和地面之间的区域。还可以看出直接接触区域A_d的长度相对于曲线13的该长度基本减小。

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的出现。

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存在水深的缘故。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平顶。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，因为传感器引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拉张力(tension)以及由此的显著的压力。

绘制在图4中y轴和x轴上的分别是与图3情况中介绍的相同参数，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，但用于马路上的水深为8mm的情形。

低速(8km/h)时，曲线13a基本等同于对于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3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能源195/65R15XHI轮胎。

在后者情况下，接触区域的伸长ΔL大于为小于2mm的水深获得的伸长ΔL，这是因为在轮胎胎面宽度前方呈现的水深更深。

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被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。

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，对于曲线14a、15a和16a的压力信号基本等于图3的曲线14、15和16获得的曲线。

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)。

图5示出用于检测根据本发明的打滑的发生的第一瞬时值或标准ΔE的计算。

该图示出曲线13d至16d，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。曲线13d至16d对应于图3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。在出现接触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。

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。

在低速的曲线13a的情况下，第一标准具有值ΔE₁，而在50km/h速度处获得的曲线16d的情况下，值ΔE₂。ΔE₂基本大于ΔE₁。

在图7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。阀值S值有利位于该范围内。该跳跃与由于非接触区域的出现，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者。箭头示出速度对标准改变的影响。

图4示出第二标准或瞬时值Rz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8示出作为速度的函数的该第二标准中的变化。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S’。图8还示出对于两种水深，即2mm和8mm的第二标准的变化。并不惊讶，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，速度的影响非常显著。滚动速度的轻微变化可能导致滑动方面非常大的变化。

回到本发明设备的图2，处理单元8的程序11的子程序23用于提取由传感器收到的信号中相应于例如绝对值通常高于阀值的基本非零压力信号的部分。

因此，相应于经过胎面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接触区域的行程的持续时间。

利用子程序25执行数据处理，以便计算标准ΔE和R_z(部分26)。接着与数据区24中记录的阀值进行比较。如果第一标准超过第一阀值则触发第一警报(部分29)，且如果第二标准超过第二阀值则触发第二警报(部分30)。

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

Claims (7)

1.检测行驶在潮湿地面上的车辆的轮胎打滑状态的方法，轮胎的胎面配备有一个或多个传感器(5)，每个都能够测量当轮胎在地面上滚动时由胎面局部经受的压缩并产生相应于这些测量的信号，所述方法包括下列步骤：

-当轮胎在地面上滚动时测量压缩；

-产生相应于这些测量的信号；

-提取出该信号中与一个或多个传感器在轮胎与地面之间接触的表面区域中经过有关的部分，其中所述接触的表面区域是胎面配备的一个或多个传感器给出非零信号的轮胎胎面部分；

-由该信号被提取的部分推断与轮胎胎面和地面之间接触的表面区域的非直接接触区域的存在有关联的瞬时值ΔE和/或R_z，其中所述非直接接触区域是在胎面与地面之间存在水膜的轮胎胎面部分；以及

-在瞬时值满足给定关系时触发警报；

其中推断瞬时值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；

-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；以及

其中推断瞬时值R_z的步骤为：

-当信号部分包括两个连续平顶时，瞬时值R_z等于：

当这部分包括单个平顶时，瞬时值R_z等于常数C，C等于-1；或者

-当信号部分包括两个连续平顶时，瞬时值R_z等于：

当这部分包括单个平顶时，瞬时值R_z等于常数C，C等于0；

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

其中σ_z为压缩性压力，x为所述传感器在马路平面中轮胎的纵向滚动轴上的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中由传感器(5)测量的量的特征为由轮胎胎面经受的压缩性压力的方向与马路的平面垂直。

3.根据权利要求1所述的方法，其中当瞬时值ΔE超过给定阀值时触发警报。

4.根据权利要求1所述的方法，其中当瞬时值R_z高于给定值时触发警报。

5.根据权利要求4所述的方法，其中当瞬时值R_z为正以及C等于-1时触发警报；或者当瞬时值R_z大于1以及C等于0时触发警报。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中两个警报被连续触发，所述两个警报是当第一瞬时值ΔE超过给定阀值时的第一警报和当第二瞬时值R_z超过第二给定阀值时更高强度的第二警报。

7.一种用于执行如权利要求1所述的检测行驶在潮湿地面上的车辆的轮胎打滑状态的方法的设备，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局部经受的压缩性压力；

-发送装置，用于发送相应于这些压力的测量的信号；以及

-信号处理单元，能够从发送的信号提取相应于传感器或多个传感器在地面上滚动的轮胎的接触区域中行程的数量或持续期间的信号部分。

Images