CN102292226A - 用于连续确定车轮的车轮状态参量的方法和装置 - Google Patents

Abstract

为了精确地确定车轮的车轮状态参量，在车辆侧连续地测量和分析车轮的物理参量。附加地，在车轮侧断续地测量车轮的物理参量。车轮侧所测量的参量或其所分析的测量结果被用于修正车辆侧所测量的参量或所确定的车轮状态参量。

Description

用于连续确定车轮的车轮状态参量的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于连续确定车轮的车轮状态参量的一种方法和一种装置。

背景技术

在车辆中，行驶安全性尤其是在行驶动态的情况下起到重要作用。对此，对涉及车胎状态或车轮状态的静态或动态物理参量——诸如车胎压力或车轮负载——的识别是重要的输入参量，以便控制和改善行驶安全性。目前，这样的输入参量只有用非常大的成本才能精确确定或者只有经过非常长的持续时间才能检测到。许多物理参量只能间接地通过推倒第三参量才能确定。

对静态或动态的车胎或车轮状态参量——诸如车轮负载——的确定通常通过车辆上的附加系统来实现。这意味着对于汽车中的附加部件的提高的成本。

静态或动态的车胎或车轮状态参量可以由所谓的TPMS装置（Tyre Pressure Measurement System，轮胎压力测量系统）通过在车胎中的直接测量来检测到，该TPMS装置基于轮圈（felgenbasiert）或基于车胎地测量车胎中的车胎压力和温度并且为了分析发送给汽车中的中央分析单元。

这样的TPMS装置例如在公开文献DE 10 2007 007 135 A1中描述。在此，特定于车胎的参数由车轮电子机构发送给汽车中的接收设备。该接受设备具有信号处理装置，该信号处理装置对所接收的发送信号进行分析和/或对汽车中其他参与方所接收的信号进行分析。

在公开文献DE 10 2007 023 069中描述了一种方法，利用该方法根据对车胎的触地面长度（Latschlänge）的分析来识别汽车的载荷，该触地面长度尤其是在刹车、加速期间或者在转弯行驶期间出现。

但是，该已知系统仅能有限地使用，原因是一方面在车轮侧布置的测量装置由于在提高的发送间隔时间、尤其是车轮中的电池情况下的短的寿命，或者另一方面由于法律法规。该提高的发送间隔时间在安全相关的功能中是必要的。因此例如美国的FCC（FederalCommunication Commision，联邦通信委员会）规定，仅允许在汽车中以较大的时间间隔无线地或者通过无线电来传输信息。按照FCC，无线电系统——如车胎压力系统（TPMS）——通常被允许仅每10秒发送一个数据电报，除了在危险的行驶状态的情况下以外。于是例外地对于特定的持续时间允许提高的发送频率。一般每60秒发送数据电报。

车辆侧的测量装置不能足够准确地测量车胎或车轮状态参量，因为这些测量装置间接地从车轮外部仅间接地测量相应的物理参量或者从间接测量中推导出相应的参量。

发明内容

本发明所基于的任务是，提出用于确定车轮的车胎或车轮状态参量的一种方法和一种装置，其中可以连续地并且基本上准确地没有附加成本地确定车胎或车轮状态参量。

该任务通过具有权利要求1的特征的方法和/或通过具有权利要求5的特征的装置来解决。

在本发明中，在车辆侧连续地测量并且必要时分析车轮的物理参量，以便确定一个或多个车轮状态参量。直接在车轮中断续地测量物理的车轮状态参量。所确定的车轮状态参量或者车辆侧所测量的参量借助于车轮侧所测量的参量来修正。

有利地，使用总归在汽车中所使用的装置的元件，所述装置如刹车控制设备、行驶稳定性控制设备或者其他控制设备，以便将利用这些元件总归测量的物理参量作为在车辆侧所测量的物理参量来使用。

本发明的有利扩展方案和改进方案由从属权利要求以及由说明书结合附图的图来得出。

本发明的扩展方案和改进方案可以通过任意的和适合的方式方法彼此组合。

附图说明

本发明在下面根据在附图的示意图中说明的示意性实施例来详细阐述。在此：

图1示出用于连续确定汽车车轮的车胎或车轮状态参量的本发明装置的框图，

图2示出通过汽车车轮的截面，在该截面中布置有根据图1的装置的一部分，

图3示出汽车车轮与车轮的旋转角有关的径向加速的函数变化曲线，

图4示出用于连续确定汽车车轮的车胎或车轮状态参量的方法的流程图。

具体实施方式

在附图的这些图中，相同的和功能相同的元素和特征——只要没有另外描述——配备有相同的附图标记。

在下文中根据在汽车中的使用作为实施例详细阐述本发明。用于确定物理的车轮状态参量的方法和装置当然可以不仅用在汽车的车轮中，而且还可以用在摩托车、载重汽车或者其他商用车的车轮中。同样有可能的是，相应地确定飞机车轮中的车胎或车轮状态参量。

图1示出在汽车中用于确定汽车车轮10或汽车车胎的物理的车轮或车胎状态参量（在下文中称为车轮状态参量或车轮参量）的装置的示意性框图。

车辆车轮10通常具有上面套有车胎12的轮圈11（参见图2）。车胎12可以是没有内胎的或者也可以具有内胎。这样的具有相应车胎12的车轮10可以在多种对象的情况下用于行驶。在下文中仅仅概括地讨论车轮10（除非明确地指的是车轮10的车胎12或轮圈11或者另外的部件）。

根据本发明的装置具有车辆侧的结构21，该结构21布置在车轮10附近。假设，该结构在优选实施方式中被构造为车轮电子机构21。利用该车轮电子机构21测量特定于车轮或车胎的物理的特征参量，如车轮10的转数、车轮10和/或车胎g的机械变形等等。所测量的值（测量值）被转发给继续处理的装置。

测量值可以由车辆侧的车轮电子机构21传输给总归布置在汽车中的控制设备22——如ABS控制设备（防抱死系统）、ESP控制设备（电子稳定程序）——以用于行驶动态地控制汽车等。假如测量值被“放置”到数据总线或数据/信号线路24上，假如控制设备与数据总线连接，则测量值也可被汽车中的每个其他的控制设备使用。假如中央的控制和分析单元23没有与数据总线连接，则测量值可以附加地传送给该中央的控制和分析单元23。在控制和分析单元23中，从测量值中确定要确定的车轮参量。

这种对车胎或车轮状态参量、例如车轮负载的间接确定（间接的，因为这些物理参量不是在车轮10中测量的）从公开文献DE 10 2007 023 069 A1中已知，其描述作为本申请的公开组成部分一并包括于此。在那里描述了，如何通过由布置在车辆侧的测量装置测量车轮的物理特征参量来确定车轮负载。

车辆侧的车轮电子机构21在此可以具有不同的传感器（如转数传感器）、发送和接收单元、以及电子单元。

车轮10的物理特征参量也可以在车轮侧直接在车轮中测量。为此在车轮10中布置车轮电子机构14，该车轮电子机构14可以具有传感器元件13（如车胎压力传感器、温度传感器、变形传感器等）、未绘图示出的发送和接收单元以及电子单元，该电子单元包括在每一个车轮10中布置的能量供给。传感器元件13间接地测量车轮/车胎的不同的物理参量，例如车胎压力、温度、触地面长度和/或车轮负载，并且将测量值传输给汽车以用于分析。

在每个在行驶期间转动的车轮10中（左前（VL）、右前（VR）、左后（HL）以及右后（HR）），存在这样的车轮侧的车轮电子机构14。测量值被以信号无线地通过天线或者有接触地传输给汽车侧的接收单元。

发送信号还可以在其幅度或信号强度方面如此大强度地被传输，即使得接收单元的位置不起作用并且车轮10中每个天线的信号可以良好地传输给汽车中的单个的中央接收单元（该接收单元在图中未示出）。

但是在此有利的是，车轮10中的相应装置被个别地编码，其中该编码应当对应于车轮位置。该编码——或者也称为车胎或车轮个别化的标识——与来自车轮的每个测量值一起被传输给车辆侧的接收设备。

标识-车轮位置的分配可以在最初初始化时被初次分配或确定。如果在初始化时给每个编码或标识分派一个车轮位置，则可以稍后在分析时给每个从测量值中确定的车轮状态参量分配一个车轮位置。因此总是知道哪个车轮状态参量属于哪个车轮位置以及哪个物理参量来自哪个车轮（位置）。

如果讨论车轮侧的或车胎侧的装置，则指的是在车轮10处的位置，与对象精确布置在哪里无关（在车胎12内部或外部，在轮圈11处，等等）。在车轮10外部、但是在汽车中的对象被称为车辆侧的（例如在车轮10附近的车轮罩处的或者在减震支柱处的对象）。

如果将接收单元在物理上分别局部分配给车轮10，则所接收的信号接着通过信号线路24或数据总线转发给中央控制和分析单元23。在那里，所有数据被所有车轮电子机构21分析。在行驶关键的状况下，必要时可以根据相应确定的车轮状态参量来控制相应的特定于行驶的功能（要么直接通过控制和分析单元23，要么通过单独的控制设备22）。附加地可以为驾驶员激活光学的或声学的显示单元25，由此为驾驶员指示这样的运行相关的信息。

测量值和/或所确定的车轮状态参量可以附加地写入到诊断存储器中，从那里可以借助于诊断设备读出所述测量值和/或所确定的车轮状态参量。

为了将车轮状态参量尽可能精确地和连续地提供给控制设备22，从车辆侧通过组合和分析连续测量每一个车轮10的车轮状态参量，借助于车轮侧断续测量物理参量和修整，确定物理参量。

作为车轮状态参量，可以通过车辆侧的和车轮侧的车轮电子机构14、21确定例如车轮负载。这可以通过不同的可能性来进行。在第一可能性中，根据公式

来确定车轮负载。在此，F是车轮负载，p是车胎压力，A是车胎的接触面（也称为触地面），l是触地面的长度（平均值）并且b是车胎的宽度。为了能够确定车轮负载F，必须测量车胎压力p和触地面的长度l。车胎的宽度b取决于所套的车胎，并且要么是已知的要么可以简单地测得。

触地面长度l可以通过分析车胎的加速度（加速力或离心力）或者触地面的变形来确定。该信息通过无线电传输给汽车以用于分析。车胎压力测量系统可以在车轮侧或者也在车辆侧测量车胎压力并且传输给控制和分析单元23。触地面长度可以由变形传感器在车轮10中或者由振动传感器在车辆侧来测量。因此可以间接地（在车辆侧）或者直接地（在车轮侧）确定车轮负载F。

但是在此只能在车轮侧有条件地连续确定车轮负载F，因为一方面能量供给不足以持续地（连续地，没有中断）发送对于车胎压力或变形的测量值。车胎压力测量系统通常约每60秒进行发送。如果应当在车轮10的每转发送一个测量值，则必须在高速（例如250km/h）的情况下每秒发送约35次。另一方面，汽车中的无线电系统按照国际标准正常情况下仅被允许至少每10秒传输信号（除非在安全关键的行驶状态下）。也就是说，该无线电系统无论如何未被设计用于连续发送。

为了即便如此也连续地有关于车轮10的物理参量的可靠数据可用，即使在要测量的参量由车轮侧的部件引起时，也在车辆侧（间接地）连续测量物理车轮参量。同时由布置在车轮侧的车轮电子机构14在车轮侧（直接地）规则地（例如每10或x秒）或者不规则地测量相同的物理参量。也就是说，测量值被断续地检测并且接着传输给车辆侧的控制和分析单元23。

在车轮侧测量的测量值根据本发明被用于，如果在测量值中应得出明显的差异，则连续地相应修正所测量的参量。对此，将用于在控制和分析单元23中进行分析的在车轮侧测量的测量值首先与在车辆侧测量的测量值相比较。如果存在明显的不同，则要么用在车轮侧测量的测量值重写在车辆侧测量的测量值，要么构造修正因子，所述修正因子相应地对基于在车辆侧测量的测量值所确定的车轮状态参量进行修正。这是有利的，因为车轮侧的测量通常比车辆侧的测量更精确。

作为车胎/车轮10的物理参量，例如可以确定车轮负载F（例如按照上述公式）。因为同样可以简单地测量所有其他的参量（车胎压力、车胎的宽度），所以还必须从测量值——离心力或车胎12的触地面的变形——中计算出触地面长度l。

在图2中以及在另外的图中，功能相同或结构相同的元件具有与在图1中同样的附图标记。触地面或者车胎接触面是——如在图2中所示那样——车胎的在触地面长度l上与街道保持接触的部分。由于车辆的重量和弹性的车胎（根据橡胶和车胎压力），滚动面的外部形状与圆形的形状不同。

触地面的长度（车胎接触面的长度=触地面长度l）可以借助于触地面在车轮10滚动时所驶过的时间t来计算。对此必须测量径向加速度（离心力；径向加速度传感器）或者车胎12的变形。

在图3中示出离心加速度

与车轮10的旋转角

（或者循环时间t）的依赖关系。根据当前的速度，车轮10的一转需要特定的时间t。因此，触地面所处于的角范围

对应于相应的触地面驶过时间

。触地面驶过时间

在径向加速度的函数的两个最大值之间被确定（借助于数学方法或算法分析所述的函数）。在此之间有景象加速度的绝对最小值。根据图3，触地面驶过时间

为略微小于0.01秒。

触地面长度1还可以通过在车辆侧测量车轮参量来确定。如果位于车胎内部的质量元件（Masseelement）（例如用于测量车胎压力的车轮电子机构14或空气阀）进入到触地面中或者离开触地面，则在频谱中得出明显的变化，该变化可以由车辆侧的车轮电子机构21检测到。如果仅观察到频谱中的变化，则在进入触地面时和在离开触地面时的变化之间的时间对应于触地面驶过时间

。

但是，触地面驶过时间

还可以在车辆侧通过频率分析来确定，其中对此在车辆侧例如在车轮悬架处检测到振动，所述振动从车轮传输到车轮悬架。相应地对振动进行分析，以便获得触地面驶过时间

。为此，总归存在的车轮电子构件21被布置在每个车轮10附近的ABS或ESP控制设备22利用。因此，用于检测车轮状态参量的成本被保持得小。

车胎压力一方面可以在车胎中利用车胎压力测量系统来测量。另一方面可以使用间接的借助于ABS/ESP传感器间接地在车辆侧确定车胎压力的车胎压力测量系统。于是，这样的测量方法被称为间接测量方法。

触地面长度1也可以在车轮侧由于尤其是在进入触地面和离开触地面区域中的变形而通过车胎中的变形传感器来直接测量。在车轮转动时，相应布置的变形传感器每转变形两次，即在进入触地面时以及在离开触地面时。两次可测量的变形之间的时间是触地面驶过时间

，从中与车轮10的转数一起可以确定触地面长度l。

这些测量值在每个车轮10中不是连续地、而是断续地——即每x秒或车轮10的每n转——测量，并且最终分别以信号传输给控制和分析单元23。在那里，车轮侧的测量值被用于在必要时修正对于触地面长度的车辆侧的测量值。因为在车轮10中可以比通过车辆侧的频率测量更精确地测量触地面长度l，但是具有不连续测量的缺点。

在行驶（车轮10转动）期间，物理参量一方面在车辆侧被连续地接收并且另一方面在车轮侧被断续接收。

借助于测量值和从中确定的车轮状态参量可以精确地、动态地和同步地控制车辆性能，只要用较精确的、断续地在车轮侧测量的车轮状态参量关联和修正略微不精确的、连续地测量的车轮状态参量。也就是说进行测量值的比较并且必要时修正测量值或者所确定的车轮状态参量。通过这种方式，在车辆侧所测量的参量在测量准确性方面被最小化。断续测量的和/或传输的车轮侧的测量值可以总是以数学算法加以维护以分析在车辆侧所测量的参量，并且因此改善分析的准确性。

通过这种方式可以动态地恰好在每个时刻确定物理的车轮状态参量、如车轮负载F。由此可以改善对行驶动态功能——如翻转、ABS、ESP等等——的控制。附加地或者替换地，替代于测量值还可以在需要时相应地借助于在车轮侧测量的测量值来修正在车辆侧测量的测量值的分析的结果值。如果确定了修正因子，则在恰好不存在车轮侧的测量值或者在稍后才再次可供使用的情况下，这些修正因子还用于基于对测量值的最后的比较来有必要地修正车辆侧的测量值。

车轮侧的测量值还可以被用于在开始的初始化时例如在新车的情况下相应地确定或修正初始值。

通过该方法实现了结果的高精确性。总归使用在汽车中所使用的装置和元件。通过车轮10中的断续的测量，甚至节省了能量。因此简单地实现了对汽车性能的尽可能精确的连续的行驶动态的控制。

对于测量值可以应用数学方法/算法，如求平均值等。因此可以在一时间段上对测量值以及所确定的车轮状态参量求平均，以便将随机测量误差的影响保持得尽可能小。在此的出发点是，车轮参量——如车轮负载、温度或者车胎压力——通常相对慢地改变（除非在车胎爆裂时）。因此，一次的测量误差仅仅起到微小的作用。

附加地还可以对测量值进行可信度观察，其中不考虑不可信的值。还可以相互比较汽车的不同车轮10的测量值或者对可信度进行检查。

还可以通过数据函数和从中计算出希望的车轮参量来对测量值进行近似。修正值也可以具有对数学函数的影响。如果尚未使用数学函数，但是在车轮侧测量的测量值已经可用，则在车辆侧连续测量的测量值可以在大范围上被修正。

本发明不限于上述实施例，而是可以通过任何的方式方法来修改，而不会偏离本发明的主题。

还可以将附加的不平衡集成到车胎中。该自重可以在重量范围内处于2至15克。由此不影响行驶动态。接着可以通过连续地分析车辆处的物理参量确定如车轮负载F的物理参量。但是这在确定车轮负载F的情况下表示较小的准确性。

在此，在优选的扩展方案中首先提供了已知的不平衡质量，即具有已知质量的不平衡。该不平衡质量在车轮侧被施加在测量的车轮10处。为了确定物理参量，可以接着在车辆侧有条件地通过在车轮侧施加的已知的不平衡质量来确定和识别该物理参量的变型。于是从中可以导出该物理参量。

Claims (11)

1.一种用于确定车胎的车轮状态参量的方法，通过

在车辆侧连续地测量车轮（10）的物理参量（l；p），

在车辆侧的中央分析单元（23）中分析所述物理参量（l；p），以便确定一个或多个车轮状态参量（F），

在车轮侧断续地测量车轮（10）中的物理参量（l；p），以及

借助于车轮侧所测量的参量来修正车辆侧所测量的参量（l；p）或者所确定的车轮状态参量（F）。

2.根据权利要求1的方法，

其特征在于，

作为车轮状态参量（F）确定车轮负载。

3.根据前述权利要求之一的方法，

其特征在于，

作为物理参量（l；p）测量车胎压力（p）和/或触地面长度（l）。

4.根据前述权利要求之一的方法，

其特征在于，

所述物理参量（l；p）在车轮侧被周期性测量和/或以测量信号被周期性传输。

5.根据前述权利要求之一的方法，

其特征在于，

在车轮侧存在或者施加不平衡质量。

6.根据权利要求5的方法，

其特征在于，

在车辆侧在使用车轮侧不平衡的情况下确定所述物理参量（l；p）的变型，并且从所确定的变型中导出所述物理参量。

7.一种用于连续地确定车胎的车轮状态参量的装置，

具有车轮侧的测量装置（14），该车轮侧的测量装置（14）布置在每一个车轮（10）中，以便断续地测量车轮（10）的物理参量（p，l），

具有车辆侧的测量装置（21），该车辆侧的测量装置（21）分别在车辆侧布置在车轮（10）附近，以便连续地测量车轮（10）的物理参量，

具有控制和分析单元（23），向该控制和分析单元（23）传输所测量的物理参量（l；p），其中控制和分析单元（23）分析所述物理参量（l；p）并且具有修正设备，通过该修正设备借助于在车轮侧所测量的物理参量（l；p）或者从中确定的车轮状态参量（F）来修正在车辆侧所测量的参量（l；p）或者从中确定的车轮状态参量（F）。

8.根据权利要求7的装置，

其特征在于，

车轮侧的测量装置（14）是车胎压力或变形测量装置。

9.根据权利要求7或8之一的装置，

其特征在于，

车辆侧的测量装置（21）是总归在车辆中使用的控制装置（22）的部分，通过该车辆侧的测量装置（21）行驶动态地控制车辆性能。

10.根据权利要求7至9之一的装置，

其特征在于，

所述车轮（10）是载人汽车、载重汽车、摩托车、商用车或者飞机的车轮。

11.根据权利要求7至10之一的装置，

其特征在于，

存在已知的、在车轮侧施加在车轮（10）处的不平衡质量。

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