CN102256813A - 用于指示带有沟槽的轮胎的磨损的报警方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对轮胎(10)的磨损进行报警方法，所述轮胎(10)包括具有至少一个周向沟槽(14)的胎面(12)，所述方法包括：测量在地面上的所述轮胎(10)的行驶噪声；从所测得的行驶噪声中分离出预定频率范围中发出的噪声，该预定频率范围接近于行驶时沟槽(14)的一部分的预定共振频率；测量所分离的噪声的振幅；将所测得的振幅与预定报警阈值进行比较。

Description

用于指示带有沟槽的轮胎的磨损的报警方法

技术领域

本发明涉及机动车辆轮胎以及如何检测其磨损的领域。

背景技术

当轮胎在地面上行驶时，其胎面胶条与地面接触并且通过摩擦而被磨损。

出于明显安全的原因，重要的是在轮胎胎面胶条的磨损变得过大而在湿润路面上(特别是在静水较深的地方(在这些地方会存在打滑的危险))存在抓地力会显著减低的危险之前对轮胎进行替换。

为了便于检查磨损并便于检测格外明显的磨损，轮胎通常配备有胎面磨损指示器。

通常使用的胎面磨损指示器的一个实例是在轮胎胎面花纹的沟槽底部中生成的肋，肋的高度对应于轮胎正确可靠运行所需的轮胎沟槽的最小深度。因此，当轮胎胎面胶条已被磨损，且肋的顶部与胎面胶条的外部表面平齐时，就意味着已经达到了甚至超过了沟槽深度容忍的最小深度。因此，出于安全原因，迫切需要对轮胎进行替换。

利用这种类型的胎面磨损指示器的一个缺点是，需要机动车辆的驾驶员对该部分保持警惕，并需要对其轮胎的状态定期进行肉眼检查。目前，许多驾驶员会忽略执行这样的检查，并且过晚地更换其轮胎，例如，当在修理厂进行强制车辆测试而检查到轮胎的磨损状态时才会更换其轮胎。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种对轮胎磨损进行报警的方法，其简单、可靠且低廉。

为此目的，本发明的主题是一种用于对轮胎磨损进行报警的方法，所述轮胎包括配备有至少一个周向沟槽的胎面胶条，其中：

-测量由沿着地面行驶的轮胎所形成的行驶噪声，

-从所测得的行驶噪声中分离出预定范围的频率中发出的噪声，该预定范围的频率接近于行驶过程中沟槽的一部分的预定共振频率，

-测量所分离的噪声的振幅，

-将所测得的振幅与预定报警阈值进行比较。

本发明的方法提出，利用轮胎胎面胶条的表面处形成的周向沟槽的共振属性。

轮胎与地面接触的那部分称为接触区域。包含在接触区域中的周向沟槽的那部分由地面遮盖。由此被遮盖的该部分形成管部，该管部由于轮胎在地面上行驶所引起的振动而形成共振。

该部分的共振产生特定噪声，该特定噪声的特征在于集中于共振频率的频率范围，所述共振频率取决于该部分的长度(这是实际中独立于行驶速度的特征)，但是所述特定噪声的振幅根据所述管部的横截面积而改变，所述管部本身根据轮胎的磨损而改变。

因此，本发明的方法可以通过测量由沟槽共振所产生的声音的振幅来确定轮胎的磨损，并且可以与所用轮胎类型无关地做到这点。因此，该方法是特别有利的，因为其能够在无需对特定轮胎进行任何设计的状态下进行实施。本发明的方法的另一个优点是检测独立于行驶速度，从而使噪声的处理算法更容易，并且降低了其实施成本。

根据本发明的报警方法可以进一步包括下列特征中的一个或多个：

-所述预定共振频率是长度基本等于接触区域的长度的所述沟槽的一部分的共振频率，轮胎经由所述接触区域而与地面接触。特别地，如上所述，所述沟槽形成的管部在被地面遮盖时产生共振。这样，所述沟槽沿着所述接触区域全部被地面遮盖。因此，当所述沟槽被地面遮盖时，该沟槽形成的管部的长度基本等于所述接触区域的长度，轮胎经由所述接触区域而与地面接触。因此，其共振频率基本等于管部的共振频率，该管部的横截面等于所述沟槽的横截面，该管部的长度等于所述接触区域的长度。

-所述预定频率基本等于C/2L，其中C为声音经过空气传播的速度，且L为所述接触区域的长度。特别地，公知的是，两端开放的管部的振动的第一基模(first fundamental mode)使得振动的波长λ等于管部的长度的两倍，也即等于2L。这样，频率就等于声音经过空气传播的速度除以波长，也即等于C/2L。

-所述预定报警阈值取决于沿着地面行驶的轮胎的行驶噪声的平均值。特别而言，轮胎行驶速度越高，由于所述接触区域对地面的摩擦而产生的寄生噪声就越大，并且行驶噪声的平均值就越高。在确定报警阈值的值时考虑这些寄生噪声是有利的，从而避免了由于寄生噪声而触发报警。

-对于处于新的状态下的包括周向沟槽的轮胎，当所测得的沟槽的共振振幅低于所述预定报警阈值时，触发轮胎的磨损报警。在本发明的这一实施方案中，随着轮胎逐步受到磨损，沟槽的横截面减小，这就使得沟槽的共振声幅降低。特别地，沟槽的共振声幅与通过沟槽与地面结合形成的管部的横截面积成正比。因此，当轮胎为新的时侯，周向沟槽造成高振幅的噪声。当该噪声的振幅降低到所述预定报警阈值以下时，可以认为沟槽的横截面积变小，并且这是由于明显的轮胎磨损引起的。因此，可以触发轮胎磨损报警。

-对于处于新的状态下的包括嵌埋于胎面胶条中的周向通道的轮胎，所述通道在轮胎受到磨损时形成周向沟槽，当所测得的沟槽的共振振幅高于预定阈值，则触发轮胎磨损报警。在这样的其它实施方案中，直到轮胎已经被磨损，所述周向沟槽才出现。当轮胎为新的时候，该沟槽的形式是嵌埋于胎面胶条之内的通道，也即并不对胎面胶条的外部表面开放。因此，当轮胎为新的时候，沟槽共振噪声并不出现。相比而言，当轮胎受到充分磨损而使所述周向通道开放到胎面胶条上并且形成周向沟槽时，该沟槽形成共振，从而产生共振噪声。因此，当所测得的沟槽的共振振幅高于预定阈值时，就意味着轮胎磨损使得在其表面处已经出现沟槽，并且因此应于此时触发轮胎磨损报警。

-通道的横截面积至少为25mm²。

-从预定范围中的行驶噪声中分离出不同频率的至少两个峰值，所述的不同频率的至少两个峰值与从轮胎的中平面轴向偏移的两个周向沟槽的共振噪声对应，然后对两个峰值的相对振幅进行比较。当轮胎行驶时，其压扁部产生的接触区域为椭圆形，也即该接触区域在中间比在“肩部”更长。因此，由轴向偏移沟槽形成的各个管部的长度不同，而共振频率也不同。公式F＝C/2L可以用来推导出频率相对于管部长度的相对变化：因此管部长度增加1％就会导致共振频率降低1％。在预定范围内找到两个不同的共振峰值。正如已经表明的，这些峰值的振幅取决于沟槽的横截面积。因此，在处于新的状态下的包括在接触区域中具有不同长度的两个沟槽的轮胎的情况下，如果两个峰值的共振振幅并不是沟槽的最初横截面积的比值的函数，则可以检测异常的或不均匀的轮胎磨损。当然，可以使用配备有多于两个沟槽的轮胎。

附图说明

通过参考所附附图而仅以实例方式给出的如下描述将会更好地理解本发明，在这些附图中：

-图1示意性地显示了轴向截面中的处于新的状态下的根据第一实施方案的轮胎的胎面胶条以及接触区域，该胎面胶条经由该接触区域而与地面接触，

-图2显示了处于磨损状态下的图1中的胎面胶条，

-图3在径向截面中显示了沿着地面行驶的图1和2中的轮胎，

-图4示意性地显示了当轮胎沿着地面行驶时由轮胎的沟槽形成的管部，

-图5包括三幅图表，这些图表示出了在三个不同行驶速度下的处于新的状态下和处于磨损状态下的图1和2中的轮胎根据频率变化的行驶噪声，

-图6包括的图表示出了轮胎的行驶噪声，该轮胎包括在轴向上相对于如图1所示的轮胎的中平面偏移的两个周向沟槽，

-图7示意性地显示了轴向截面中的处于新的状态下的根据第二实施方案的轮胎的胎面胶条以及接触区域，该胎面经由该接触区域而与地面接触，

-图8显示了处于磨损状态下的图4中的轮胎的胎面胶条。

具体实施方式

图1显示了根据第一实施方案的由全局附图标记10表示的轮胎，轮胎10包括胎面胶条12。

胎面胶条12包括定位于轮胎中平面附近的两个周向沟槽14。

图1中所示的轮胎10处于新的状态下，并且位于胎面胶条的中间的沟槽14的深度为8毫米。轮胎10还包括两个周向沟槽15，周向沟槽15位于胎肩中，也即位于胎面胶条12的接触区域的纵向边缘附近。

随着轮胎胎面胶条逐渐受到磨损，周向沟槽的深度减小。图2显示了处于胎面胶条12受到磨损的状态下的图1中的轮胎。可以注意到，周向沟槽14和15的深度小于新的轮胎中的沟槽的深度。磨损状态下的该深度例如等于2.5毫米。

图3示意性地显示了在径向截面中看到的沿着地面16行驶的轮胎10。在该图中，胎面胶条12的外部表面表示为实线18，且沟槽14或15的底部表示为虚线20。在说明书的其余部分，将引用沟槽14进行描述，但是对于沟槽15可以给出同样的描述。

接触区域由附图标记22表示，轮胎10经由该接触区域而与地面16接触。该接触区域的长度表示为L。

在接触区域的整个长度上，沟槽14由地面16遮盖。因此，可以限定管部形状的空腔24，该管部由沟槽14的处于接触区域22中的那部分以及由地面16限定边界。该管部在接触区域的起始和终了处在其两端开口。管部24的横截面积基本等于沟槽14的横截面积。

如果沟槽14的深度随着轮胎受到磨损而改变，则管部24的横截面积同样随着轮胎受到磨损而改变并减小。

图4中示意性地所示的管24的形式为圆形横截面的管部，长度L等于接触区域的长度，轮胎经由该接触区域而与地面接触。根据传统的风琴管共振理论，图4中所示的管部24的共振的第一基模使得其波长λ等于该管部的长度L的两倍。因此，在图4中已经以管部24内部的虚线显示了表示半波长的曲线。

如果频率等于声音经过空气传播的速度C除以波长λ，则管部24的共振频率等于C/2L。可以注意到，该频率并不取决于轮胎遮盖地面时的旋转速度，也不取决于管部24的横截面。

例如，在乘用车辆类型的轮胎的情况下，接触区域在中间可以为约145毫米长，这意味着周向沟槽14的共振频率基本等于1170赫兹。在重型货物车辆轮胎的情况下，若轮胎的接触区域的长度为260毫米，则共振频率为653赫兹。这两种共振频率很容易被检测到。

因此，只是该管部24的共振振幅根据管部的横截面积(也即，周向沟槽14的深度)而改变，该管部24随着沟槽14接触地面16而由沟槽14形成。

图5示出了按频率变化的处于三个给定速度处的噪声的三个图表，噪声由图1中所示的处于新的状态下的轮胎以及由图2中所示的处于磨损状态下的轮胎所产生。处于新的状态下的轮胎的频率噪声以粗线表示，而处于磨损状态下的轮胎的频率噪声以细线表示。

这些测量采集于消声室中的BMW 3.18d上。轮胎是尺寸为205/55R16的Michelin Primacy HP。该行驶在2.3巴的额定充气压力并且在额定载荷下在光滑表层上进行。行驶噪声由定位于轮拱中的话筒记录。

从这些图表中可以看到，不论轮胎沿着地面行驶的速度如何，当轮胎处于新的状态下时噪声频率峰值出现在1200赫兹的频率周围，并且可以看到，当轮胎处于磨损状态下时该特征峰值并不出现。该峰值的频率独立于轮胎沿着地面行驶的速度。

在新轮胎的情况下出现的频率峰值是轮胎的周向沟槽共振的结果。当轮胎包括多个周向沟槽时，每一个沟槽都产生共振并发出共振噪声。由与地面接触的各个沟槽形成的管部的长度可以并不全都严格等同，这意味着各个沟槽的共振频率将并不全都相同。这就是在图5中出现在大约1200Hz周围处的频率峰值为什么相对较宽而不离散的原因。

本发明的方法因此提出，如果轮胎胎面磨损变得过于明显时，就利用轮胎表面处产生的周向沟槽14、15的这些共振属性来触发报警。

为此，第一步骤是测量轮胎沿着地面行驶的行驶噪声。

在接下来的步骤中，从所测得的行驶噪声中分离出预定范围的频率中发出的噪声，该预定范围的频率接近于行驶过程中沟槽的一部分的预定共振频率。如前所述，在行驶过程中的沟槽的该部分的预定共振频率确定为基本等于C/2L。对在接近于该预定频率的范围内发出的噪声进行研究，以便考虑共振频率上的任何展开，这是因为轮胎胎面胶条中存在多个沟槽。

接下来，测量在该频率范围内分离的噪声的振幅，并且将该测得的振幅与预定报警阈值进行比较。

在图5所示的实例中，预定报警阈值可以限定为等于值10。可见，当噪声振幅高于该报警阈值时，轮胎仍然相对较新。相比而言，当在沟槽的共振频率处测得的噪声振幅低于该报警阈值时，则轮胎受到了磨损，且需要触发轮胎磨损报警，以便通知驾驶员其轮胎的磨损。

将注意到，检测轮胎磨损的该方法可以在任何类型的轮胎上实施，只要该轮胎包括至少一个周向沟槽14，周向沟槽14的共振频率可以利用接触区域的长度而以简单方式确定。

图6显示了行驶噪声的范围的另一种频率分析，该行驶噪声集中于在90km/h的速度处的1200Hz附近。该分析可以利用比图5中的方法更好的方法进行。可以注意到，实际中的前述峰值对应于两个相当接近的隔开的峰值。这两个峰值与如下事实联系：轮胎胎面花纹在一方面包括两个周向沟槽14在另一方面包括两个周向沟槽15，周向沟槽14在轮胎的每一侧上定位于轮胎的中平面附近，周向沟槽15位于胎肩上，也即位于接触区域的边缘处。如图1所示，这样的轮胎的接触区域是椭圆形的，并且两个中央沟槽14的长度大于两个侧向沟槽15的长度。中央沟槽14的长度为145mm，其对应于图6中的峰值，可以看到该峰值处于1170Hz附近；定位在胎肩上的侧向沟槽15的长度为142mm，可以看到其对应的峰值处于1200Hz附近。这两个峰值的振幅变化相当灵敏地指示了轮胎磨损模式，特别是在异常磨损的情形下更是如此。异常磨损意指轮胎胎面花纹块的任何不均匀磨损模式。在外倾时或者同一根轴上的两个车轮的平行性较差时甚至轮胎充气不足的条件下行驶会使这样的异常磨损模式出现。

当振幅的相对差超过预定报警阈值时，可以触发报警以通知驾驶员轮胎存在异常的不均匀磨损。

图7和8显示了根据第二实施方案的轮胎40。该轮胎40包括胎面胶条42，周向通道44处于新的状态下埋嵌在胎面胶条42中，如图7所示。文献EP 1 616 719中描述了这样的轮胎的设计的一个实例。

图7显示的通道44在经过轮胎40的胎面胶条42的径向截面中可见，但该通道在从上方观察胎面胶条时不可见。这是因为该通道44并不开放到胎面胶条的表面。

随着轮胎40的胎面胶条42逐渐受到磨损，将通道44与胎面胶条的外部表面分离的橡胶层变得越来越薄，直到其消失。该层橡胶的消失使得周向通道44不受遮盖，并且形成周向沟槽46，如图8所示。注意到该周向沟槽46现在是可见的，甚至从上方观察胎面胶条42时也是如此。

正如已经提到的，当沟槽在接触区域中再次通过地面而受到遮盖时，该周向沟槽46的存在产生共振噪声，轮胎经由该接触区域而与地面接触。

因此，当轮胎是新的时候，并不会听到沟槽的共振噪声，而当轮胎受到磨损时，沟槽46出现并引起共振噪声。

可以实施本发明的方法的替代形式，其中测量在沟槽46的共振频率附近频率处发出的行驶噪声。当轮胎是新的时候，该共振噪声不存在，因此低于预定阈值。

一旦检测到该共振噪声高于预定阈值，就意味着周向沟槽46由于轮胎胎面磨损而已经出现。因此可以触发报警以警告驾驶员其轮胎受到了磨损。

因此，本发明的方法既可以实施用来检测已经出现在新的轮胎上的周向沟槽的横截面的减小，也可以实施用来检测最初嵌埋在胎面胶条之内的周向沟槽的出现，这两个现象都是轮胎磨损的结果。

Claims (8)

1.一种用于对轮胎(10)的磨损进行报警的方法，所述轮胎(10)包括配备有至少一个周向沟槽(14；46)的胎面胶条(12；42)，其特征在于：

-测量由沿着地面(16)行驶的所述轮胎(10)所形成的行驶噪声，

-从所测得的行驶噪声中分离出预定范围的频率中发出的噪声，该预定范围的频率接近于行驶过程中沟槽(14；46)的一部分(24)的预定共振频率，

-测量所分离的噪声的振幅，

-将所测得的振幅与预定报警阈值进行比较。

2.根据前述权利要求所述的用于对轮胎(10)的磨损进行报警的方法，其中所述预定共振频率是长度基本等于接触区域的长度(L)的所述沟槽(14；46)的一部分(24)的共振频率，所述轮胎(10)经由所述接触区域而与地面(16)接触。

3.根据前述权利要求所述的用于对轮胎(10)的磨损进行报警的方法，其中所述预定频率基本等于

其中C为声音经过空气传播的速度，且L为所述接触区域的长度。

4.根据前述权利要求任一项所述的用于对轮胎(10)的磨损进行报警的方法，其中所述预定报警阈值取决于沿着地面(16)行驶的所述轮胎(10)的行驶噪声的平均值。

5.根据权利要求1至4任一项所述的用于对轮胎(10)的磨损进行报警的方法，其中对于处于新的状态下的包括周向沟槽(14；46)的轮胎(10)，当所测得的所述沟槽(14；46)的共振振幅低于所述预定报警阈值时，触发轮胎的磨损报警。

6.根据权利要求1至4任一项所述的用于对轮胎(10)的磨损进行报警的方法，其中对于处于新的状态下的包括嵌埋于所述胎面胶条(42)中的周向通道(44)的轮胎(10)，当轮胎(10)受到磨损时，所述通道(44)形成周向沟槽(46)，当所测得的所述沟槽(46)的共振振幅高于所述预定阈值时，触发轮胎的磨损报警。

7.根据前述权利要求所述的用于对轮胎(10)的磨损进行报警的方法，其中所述通道(44)的横截面积至少为25mm²。

8.根据前述权利要求任一项所述的用于对轮胎(10)的磨损进行报警的方法，其中从预定范围中的行驶噪声中分离出不同频率的至少两个峰值，所述的不同频率的至少两个峰值与从轮胎的中平面轴向偏移的至少两个周向沟槽的共振噪声对应，然后对两个峰值的相对振幅进行比较。

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