CN101855530B - 确定车辆轮胎压力和花纹深度的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于确定安装在车辆上的充气轮胎的压力和花纹深度的方法，其中压力通过负载传感器阵列进行确定，负载传感器阵列提供力的分布的二维图样的力信号，该力由当车辆在阵列上行进时与负载传感器接触的车辆轮胎施加，并且不依靠制造的方式或轮胎和车辆的型号，而从力的分布来确定轮胎压力，其特征在于，轮胎的花纹深度是在确定压力之前、之中或之后来确定的。

Description

确定车辆轮胎压力和花纹深度的方法

技术领域

本发明涉及一种确定充气车辆轮胎的压力和花纹深度的方法，通过提供力分布的二维图样的力信号的负载传感器阵列，该力由与传感器接触的轮胎施加，能够当车辆行进在阵列上时测量压力，并且不依靠制造的方式或车轮和车辆的型号而从力分布中确定轮胎气压，并能选择性地显示所述轮胎气压。

背景技术

专利文献US 5 396 817中描述了用来确定充气车辆轮胎的气压的该类方法。该篇现有技术的出版物描述了一种力传感器的线性阵列，车辆轮胎在其上滚动。当轮胎滚压过负载传感器阵列时，从信号的上升和下降中可以确定车辆速度。然而速度的测量取决于轮胎气压的信号的边沿的斜率，并且由于花纹因素而导致非常不准确。

然而，轮胎花纹的干扰作用在这一过程中并不能加以考虑。尤其是，信号上升被轮胎的横向花纹明显地改变，例如横向凹槽或斜的花纹凹槽，并且因此可以认为，信号上升不是遵循线性路径的。

WO2006/003467A1描述了一种用于确定车胎的花纹深度的装置和方法，其中具有弹性装置，以便当轮胎在其上行驶时，它们嵌入轮胎花纹内直至一预定的深度，根据嵌入轮胎花纹的装置与花纹的基底是否接触，它们可以表明正被测量的轮胎是否具有预定的最小花纹深度。因此，在该现有技术文献中描述的方法仅适用于要求具有最小花纹深度的情况下的检测。

DE43 16 984A1涉及一种用于自动确定车胎的花纹深度的方法和装置，为此目的，提供了一种能够沿着测量路径行进的三角测量单元，并通过垂直于道路表面发出的测量光束来测量轮胎的花纹表面，轮胎的滚动方向平行于测量装置产生的垂直断面。

发明内容

因此，本发明的目的是得到一种确定车辆的充气车胎的压力和花纹深度的方法，并且在压力测量的过程中，轮胎花纹的影响可以尽可能地被降低，并且轮胎花纹可以被精确地表示。

本发明的另一目的是提供基于三角测量的花纹测量方法，即便待测轮胎的滚动方向不是精确地平行于三角测量产生的垂直断面，也能可靠地确定花纹深度。

本发明的另一目的是提供一种对漫射光或散射光引起的干扰的敏感度较低的方法，具体来说，如果花纹的表面是湿的，会产生漫射光或散射光。

最后，本发明的目的是提供一种测量方法，在轮胎单程经过本方法基于的装置上的过程中，有可能测量轮胎的周缘的明显断面，以及轮胎表面的整个宽度上的花纹深度，由此测量花纹表面的表面元的花纹深度。

最后，本发明要求保护的基于三角测量的花纹测量方法必须能够和车辆轮胎压力的确定方法组合在一起，出于该目的，必须要解决的问题是：一方面，通过负载传感器测量压力理论上必须在负载的车辆轮胎断面上进行，同时在另一方面，如上面所提到的，必须在车辆轮胎的空载段上来测量花纹深度。

本发明阐明了一种具有权利要求1的特征的方法。本发明的有利的改进体现在从属权利要求的主题中。

本发明要求保护的方法用于确定安装在车辆上的充气轮胎的压力和花纹深度，其中压力通过负载传感器阵列进行确定，负载传感器阵列提供力的分布的二维图样功率信号，该力由当车辆在阵列上行进时与负载传感器接触的车辆轮胎施加；由此不依靠制造的方式或轮胎和车辆的型号，而从力的分布来确定轮胎压力。本发明要求保护的方法，其特征在于，在确定压力之前、之中或之后，通过三角测量来确定轮胎的花纹深度，其中三角测量用于轮胎的空载花纹断面，且为此目的，测量光束照射空载的车胎花纹的入射角度是相对于道路表面小于90°的。本发明还适于提供一种显示压力的装置。

负载传感器阵列优选地包括至少两行负载传感器，这些负载传感器在行进方向上先后依序排列，其中，至少有一行负载传感器相对于一行或多行负载传感器在与行进方向垂直的方向上偏移一个预定的量。然而，从根本上说，还可以应用任何其他的压力测量方法。

本发明还披露了在确定压力的过程中或确定压力之后能够测量轮胎的花纹深度。

轮胎压力和花纹深度在前后相继布置的站点进行测量。

为了测量轮胎压力，规定的尺寸应该小于单个负载传感器在与行进方向垂直的方向上的尺寸。一般而言，布置在一行中的负载传感器是相同的。

在多行负载传感器中，至少一行的负载传感器的长度也可以大于至少一个其他的负载传感器行中的负载传感器的长度。从而短的负载传感器减少了在出现高轮胎压力和低负载时必须作出的补偿的数值。长的传感器能更好地测量横向凹槽。

总的说来，行数较多时采用较短的负载传感器是有利的，尽管因此增加了所需的负载传感器的数量和相关的费用。然而，还能获得更多有用的信息。

从物理的角度看，本发明的测量原理是在可能最长的传感器表面和可能最短的传感器表面之间的折衷方案，希望取得最长的传感器表面是因为这样能使花纹的影响最小化。具有高气压和低负载轮胎在纵向的接触长度只不过很短的一段。如果不进行附加补偿，接触长度比传感器表面长度还短会导致不可忽略的测量误差。这大大地限制了传感器长度的可用范围。

各个传感器表面应该彼此边靠边地尽可能紧密地排布，优选地在行进方向上以及与行进方向垂直的方向上均如此。

传感器元件排列的偏移所带来的结果是，各个传感器表面还可以制作得比与行进方向垂直的方向上的传感器之间的实际距离更宽，而不明显地降低三维分辨率。

总的说来，由于纵向凹槽引起的效应可被消除，花纹上的纵向凹槽带来的负面影响能被可靠地最小化。为达此目的，最佳方式是用负载传感器进行大面积的覆盖，因为之后在任何情形下，纵向凹槽都可以被检测。

有利地，提供一计算机装置，其根据来自第一负载传感器行和来自第二负载传感器行的信号计算重心，按照如下公式计算：

$p_t=\frac{\mathrm{\Σ}(I_p\·p)}{\mathrm{\Σ}{I}_p}$

其中，I_p是位置p处的强度，在时刻t时，重心p_t经过，由第二负载传感器行的重心p_t2和第一负载传感器行的重心p_t1的差值，根据如下公式可确定速度v：

$v=\frac{p_{t2}-p_{t1}}{t_2-t_1}$

由此，从来自两行传感器的信号的时间差中，可以非常精确地计算车辆的速度及其加速度。

因此，优选地，负载传感器被同时地或准同时地读取数据。在准同时的方法中，数据被读入得非常快，以至没有明显延迟或测量误差，或者采取相应的校正措施。

轮胎在每一传感器长度上的精确接触长度可以利用速度信息来计算，通过将力的信号转换为长度量值并减去传感器长度得出。如果接触长度小于传感器长度或处于传感器长度的范围内，则适于进行补偿计算。在多数情况下，进行线性补偿就足够了。

应该指出的是，对于确定轮胎压力，速度测量不是绝对必要的。它也可以独立地进行。本发明要求保护的确定速度的方法中，降低了花纹、胎趾和车轮外倾的影响。

通过专门对信号的上升侧面的微分考虑，花纹效应被可视化并被考虑在内。

尤其是典型的圆锥形花纹切口，花纹的深度留下了特征信号。花纹比较深时，花纹的凹槽非常深非常宽，并且在横向以及纵向都留下高的信号电平。随着花纹的深度减小，花纹的凹槽也变得更窄，这就减小了信号幅度。花纹深度可以容易地由信号幅度得出。因此，本发明要求保护的方法公开了，应用力的信号在行进方向和/或与行进方向垂直的方向上的幅度，计算机装置可确定轮胎花纹的深度。

本方法的另一作用是测量车辆的重量。各个轮胎必须承受的负载可以由所测量的轮胎压力在行进距离和轮胎宽度上的积分来确定。车辆的轴负载或总负载通过累加车轴的各个车胎的负载或车辆的负载来确定。

本方法的一种简易安装方式是直接安装在道路表面上，通常由入口和出口匝道保护。这种安装方式可以快速且简易地进行，尽管它具有一些由车轴的垂直加速度引起的缺陷。具体来说，，除增加了传感器板的负载和磨损之外，还会出现负载的突然变化或车轴跳过传感器的一部分，导致测量偏差增加。

特别地，本测量方法的高精确度和负载的最小化可以通过将传感器板凹进地面内使得其表面与道路表面齐平而实现，并且车轴不必进行任何由坡道或类似结构引起的竖向移动，也没有轮胎或车轴的破坏性振动。

本发明综合了轮胎压力测量和花纹深度测量，当车辆行进经过测量点时，优选地，相继地进行测量。在这种情形下，例如轮胎压力就可用如上所述的方法来测量。花纹深度通过扫描或光学方法来测量。例如光断面或激光断面方法。

花纹深度优选通过三角测量法来确定。例如，用于确定花纹深度的激光三角测量法与其他方法比起来，特别适合测量空载的花纹。这基本上已经是本发明要求保护的方法中的情形，轮胎花纹在相对于道路表面小于90°的入射光测量射束角的照射下，由此，当轮胎与测量设备存在一段距离时，总是可以进行轮胎花纹的测量，并且负载后的由轮胎接地面积定义的花纹断面不会被用来确定花纹深度。因此，在本发明要求保护的测量方法中，与负载的花纹比起来，空载花纹没有经过任何变形，并被经常测量，因此，在这些区域中，三角测量法的应用不会产生测定值的任何失真。

花纹深度也可采用光影转换或常规光源通过三角测量来确定。

优选地，在这一类型的三角测量方法中，诸如激光的光源的激活时间与检测反射信号的照相机快门速度适当的同步，这样，照相机实质上只测量光源的强度，因此在这一方法中，有干涉作用的背景光(如阳光或反射光)就可基本上被排除掉。

三角测量应该以相对于轮胎表面小于90°的角度进行。在可能是湿的轮胎表面的情况下，这样的角度防止了在照相机中发生可能严重干扰测量的反射。三角测量从较平的角中消除了这一干扰性的反射效应。

因为采用了三角测量，花纹深度的确定的只不过是在轮胎周缘的一小块区域上进行，对同一轮胎相继进行多次测量，比如甚至在不同的日期里，可用于鉴定轮胎的整个周缘。

通常出现在车辆轮胎上的磨损痕迹是测量误差的另一来源。在这一情形中，使用两束激光束进行检测和防止轮胎的磨损痕迹的测量误差是有效的。作为选择，可以进行多次测量。

为了使轮胎的整个周缘区域的完全鉴定成为可能，通过连续不断地进行一个接一个的局部测量，本发明也教导了将上述的三角测量方法集成到轮胎试验台以确定花纹深度。由此，轮胎的整个周缘上的不同的花纹特性都可以被彻底地测量，花纹特性例如花纹深度或花纹缺陷。

还可以有利的是，可将本发明要求保护的用于安装在道路表面上的三角测量设备和用于自身保护的三角测量设备集成在入口或出口匝道上，或集成在立交匝道上。

附图说明

下面结合附图对本发明进行更详细的解释，附图中：

图1是负载传感器阵列的第一实施例，其中第一负载传感器行在车辆的行进方向A上偏离第二负载传感器行；

图2是负载传感器阵列的第二实施例；以及

图3是负载传感器阵列的第三实施例；以及

图4是负载传感器阵列的第四实施例；以及

图5是一通过激光三角测量来测量距离从而确定轮胎的花纹深度的实例。

具体实施方式

在图中，箭头A指示行进方向。第一负载传感器行10(如1、3、5...)相对于第二负载传感器行20(如2、4、6...)发生偏移，与行进方向垂直的方向上的偏移量为x。轮胎与两行接触时，由车辆速度产生的时间差可用于确定这一速度。这一方法的优势在于所需的一行中的传感器的数量仅仅是现有技术中要求的数量，还具有获得速度信息的优势。负载传感器不是电串联的，而是根据数据处理程序可被同时或至少同时被读数。

传感器表面必须彼此相隔一段足够的距离，这样它们就不会彼此重叠。因此，在传感器表面之间留出的狭小的间隙仍然未被测量。

偏移排布使得各个传感器表面可被加长或加宽，最多被加长或加宽至负载传感器之间的距离的两倍。因此，轮胎花纹引起的干扰影响可被明显地减少，而不会明显地损失分辨率。

图2示出了由两个负载传感器行10′、20′构成的阵列的实施例，这些负载传感器在行进方向A上和与行进方向垂直的方向上都端靠端、侧对侧地连续排列。由此，完全消除了在图1中示出的具体实施例中出现的狭小的间隙，而且可以测量并选择性地补偿纵向凹槽的影响。

图3示出了负载传感器阵列的一个实施例，其中第一负载传感器行10″和第二负载传感器行20″在行进方向上具有不同的传感器长度。这样的布置大大地减少了花纹的影响，而且轮胎在低负载和高压力时的实际接触长度可以被精确地确定。

图4示出了负载传感器阵列的实施例，其中三个负载传感器行10′″、20′″、30′″具有相等的传感器长度。布设两个或多个负载传感器行是绝对有利的。由此可获得大量信息，所以结果就更加可靠。但是，这一型式的阵列相应地会昂贵得多。

负载传感器阵列有可能进行其他变型。如果需要更大量的信息，甚至可以提供四个或更多个负载传感器行，其中各行的传感器长度可以相同，也可以不同。附图中仅示出两行彼此偏移传感器宽度的一半，但是其他型式的偏移量也是可能的，例如，四分之一的传感器宽度或任何其他分数的传感器宽度。

图5示出了通过激光三角测量来测量距离从而确定花纹深度的实施例。在图5中：

Δ_PT           待测量的花纹深度

Γ_A            轮胎的齿顶圆半径

x_Lq            从轮胎表面上的接触点起的光源(激光)的水平距离

α             切角

β             照相机视角

γ             激光入射角

x_K             从轮胎的接触点起的照相机的水平距离

S_A＝(x_A/y_A)    在轮胎的接触面上的测量点

S_PT＝x_PT/y_PT)  在轮胎的花纹凹槽上的测量点

ΔE            目标平面中的合成偏移量

照相机从点(x_K/0)以角度β朝向待测目标，光源从点(x_Lq/0)以角γ-朝向待测目标。

目标平面上的距离Δ_E形成了象平面上的一个距离Δ_Pix。两个距离彼此成比例(截线定理)。通过计算Δ_Pix和Δ_E的行程差，距离Δ_PT可按如下公式确定：

通过利用透镜的焦距和象元间隔，可将ΔP_ix转换到Δ_E。

上文说明书中、附图中以及权利要求中所公开的本发明的特征，既单独地又以任何可能的组合方式对实现本发明都是必不可少的。

Claims (7)

1.用于确定安装在车辆上的充气轮胎的压力和花纹深度的方法，其中

压力通过负载传感器阵列进行确定，负载传感器阵列提供力的分布的二维图样的力信号，该力由当车辆在阵列上行进时与负载传感器接触的车辆轮胎施加，并且不依靠制造的方式或轮胎和车辆的型号，而从力的分布来确定轮胎压力，

其特征在于，

在确定压力之前、之中或之后，通过三角测量来确定轮胎的花纹深度，其中三角测量用于轮胎的空载花纹断面，且为此目的，测量光束照射空载的车胎花纹的入射角度是相对于道路表面小于90°的。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，花纹深度是通过采用激光、光影转换或标准光源的三角测量来确定的。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，为了遮挡背景光，照相机的快门速度和光源的激活时间是同步的，这样，照相机实质上只测量光源的强度。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述光源是激光。

5.如权利要求2至4之一所述的方法，其特征在于，三角测量以相对于轮胎表面小于90°的角度来进行。

6.如权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，对同一轮胎进行多次测量，以鉴定轮胎的整个周缘和/或消除磨损痕迹的效应。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，采用至少两束激光光束进行测量。

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