CN103868700A - 用于表征车辆轮胎的方法和系统 - Google Patents

Abstract

提供一种用于表征车辆轮胎的系统。该系统包括测试组件，所述测试组件配置为支撑车辆轮胎。所述组件包括力-力矩变换器，所述力-力矩变换器配置为响应车辆轮胎上的激励，从车辆轮胎收集力的信息。所述系统还包括与车辆轮胎联接的加速计，所示加速计配置为响应车辆轮胎的激励，从车辆轮胎收集振动的信息。所述系统还包括后处理系统，所述后处理系统配置为接收来自所述加速计的振动信息以及来自力-力矩变换器的力的信息。所述后处理系统还配置为从所述振动信息以及所述力信息提取共振频率。

Description

用于表征车辆轮胎的方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请是2012年1月18日提交的美国申请号13／352,915的部分延续，所述美国申请号13／352,915要求2011年1月28日提交的美国临时申请号61／437,395的权益，每个申请的全部内容通过参考引入本文。

技术领域

本发明主要涉及车辆领域，并且更具体地，涉及用于表征车辆轮胎的方法和系统。

背景技术

车辆轮胎通常在设计和制造的时候以及在轮胎寿命期间的各种其它时间点进行测试。例如，在轮胎或意图关联的车辆的开发期间，可以执行物理测试和有限元分析(FEA)技术，(例如)来评价轮胎的车辆性能以及还改进轮胎的成分。然而，可以改善轮胎性能的评价和／或表征，尤其是关于轮胎反应数据的收集以及使用。

因此，希望提供改进的用于表征车辆轮胎的系统和方法。此外，根据随后的详细说明以及附加的权利要求，结合附图以及前述技术领域和背景技术，本发明其它希望的特征以及特性将变得明显。

发明内容

根据示例性实施例，提供了一种用于表征车辆轮胎的系统。所述系统包括测试组件，所述测试组件配置为支撑车辆轮胎。所述组件包括力-力矩变换器，所述力-力矩变换器配置为响应车辆轮胎上的激励，从车辆轮胎收集力的信息。所述系统还包括与车辆轮胎联接的加速计，所示加速计配置为响应车辆轮胎上的激励，从车辆轮胎收集振动的信息。所述系统还包括后处理系统，所述后处理系统配置为接收来自所述加速计的振动信息以及来自力-力矩变换器的力的信息。所述后处理系统还配置为从所述振动信息以及所述力信息提取共振频率。

根据另一个示例性实施例，提供了一种用于车辆轮胎的测试组件。所述组件包括：安装设备，配置为接收车辆轮胎；力-力矩变换器，联接所述安装设备并且配置为检测与撞击所述车辆轮胎相关的力的响应；板组件，联接到所述力-力矩变换器；以及空气弹簧设备，联接到所述板组件。

根据另一个示例性实施例，提供了一种用于表征车辆轮胎的方法。所述方法包括：用一力撞击所述车辆轮胎；用加速计测量来自车辆轮胎的振动信息；用力-力矩变换器测量来自车辆轮胎的力的信息；从测量的振动信息以及测量的力的信息提取共振频率；并且根据所述共振频率表征车辆轮胎。

本发明还提供以下方案：

1.一种用于表征车辆轮胎的系统，包括：

测试组件，其配置为支撑所述车辆轮胎并且包括力-力矩变换器，所述力-力矩变换器配置为响应于车辆轮胎上的激励，从车辆轮胎收集力的信息；

加速计，其与所述车辆轮胎联接并且配置为响应于车辆轮胎上的激励而从车辆轮胎收集振动信息；以及

后处理系统，其配置为接收来自所述加速计的振动信息以及来自所述力-力矩变换器的力的信息，所述后处理系统还配置为从所述振动信息以及所述力的信息提取共振频率。

2.如方案1所述的系统，其中，所述后处理系统配置为基于所述振动信息提取与第一模式相关联的共振频率，并且基于所述力的信息提取与第二模式相关联的共振频率。

3.如方案1所述的系统，还包括力的装置，其配置为在所述车辆轮胎上产生激励。

4.如方案1所述的系统，其中，所述测试组件还包括安装设备，所述安装设备与所述力变换器联接，并且配置为固定所述车辆轮胎。

5.如方案4所述的系统，其中，所述测试组件还包括板组件，所述板组件与所述力-力矩变换器联接。

6.如方案5所述的系统，其中，所述板组件支撑所述力-力矩变换器以及所述安装设备。

7.如方案6所述的系统，其中，所述测试组件还包括隔离设备，所述隔离设备与所述板组件联接。

8.如方案7所述的系统，其中，所述隔离设备是与所述板组件联接的空气弹簧设备，并且包括至少一个空气囊。

9.如方案8所述的系统，其中，所述空气弹簧设备配置为将所述测试设备与在下面的表面隔离。

10.如方案1所述的系统，其中，所述后处理系统还配置为根据所述振动信息以及所述力的信息确定无阻尼的共振频率。

11.如方案1所述的系统，其中，所述后处理系统还配置为计算对刚性特征的气动以及非气动影响。

12.如方案1所述的系统，其中，所述后处理系统还配置为计算刚性特征，所述刚性特征包括对于弯曲、第一剪切、第二剪切以及径向刚性中至少一个的刚性系数。

13.如方案1所述的系统，其中，所述后处理系统还配置为根据以下等式计算刚性特征：

$\mathrm{\ρ}\·{\left[2\mathrm{\π}\right]}^2\·{f_{0n}}^2\·[1+\frac{1}{n^2}]=\frac{{\mathrm{Coef}}_1}{R^4}\·{[n^2-1]}^2+\frac{{\mathrm{Coef}}_2}{R^2}\·{[n-\frac{1}{n}]}^2+{\mathrm{Coef}}_3\·\frac{1}{n^2}+{\mathrm{Coef}}_4$

其中：

f_0n=无阻尼模式n的暂时频率f₀，其中n=1，2，3,...N

n=模式号码

N=模式的总数目

ρ=每单位周长的密度，M/(2πR)，kg／m

R=轮胎半径，m

Coef₁=与弯曲关联的刚性系数

Coef₂=与第一剪切关联的刚性系数

Coef₃=与第二剪切关联的刚性系数

Coef₄=与径向位移关联的刚性系数。

14.一种用于车辆轮胎的测试组件，包括：

安装设备，其配置为接收所述车辆轮胎；

力-力矩变换器，其联接所述安装设备并且配置为检测与撞击所述车辆轮胎相关联的力的响应；

板组件，其联接到所述力-力矩变换器；以及

空气弹簧设备，其联接到所述板组件。

15.如方案14所述的测试组件，其中，所述力-力矩变换器配置为检测至少一个不对称的轮胎模式。

16.如方案14所述的测试组件，其中，所述空气弹簧设备配置为将所述力-力矩变换器与固定响应隔离，所述固定响应与撞击所述车辆轮胎时的所述测试组件相关联。

17.如方案14所述的测试组件，其中，所述空气弹簧设备包括至少一个空气囊，所述空气囊支撑所述板组件。

18.一种用于表征车辆轮胎的方法，该方法包括如下步骤：

利用力撞击所述车辆轮胎；

用加速计测量来自车辆轮胎的振动信息；

用力-力矩变换器测量来自车辆轮胎的力的信息；

从所测量的振动信息和所测量的力的信息提取共振频率；以及

基于该共振频率表征所述车辆轮胎。

19.如方案18所述的方法，还包括用空气弹簧设备将所述力-力矩变换器与固定响应隔离。

20.如方案18所述的方法，其中，计算步骤包括根据以下等式计算刚性特征：

$\mathrm{\ρ}\·{\left[2\mathrm{\π}\right]}^2\·{f_{0n}}^2\·[1+\frac{1}{n^2}]=\frac{{\mathrm{Coef}}_1}{R^4}\·{[n^2-1]}^2+\frac{{\mathrm{Coef}}_2}{R^2}\·{[n-\frac{1}{n}]}^2+{\mathrm{Coef}}_3\·\frac{1}{n^2}+{\mathrm{Coef}}_4$

其中：

f_0n=无阻尼模式n的暂时频率f₀，其中n=1，2，3，...N

n=模式号码

N=模式的总数目

ρ=每单位周长的密度，M／(2πR)，kg／m

R=轮胎半径，m

Coef₁=与弯曲关联的刚性系数

Coef₂=与第一剪切关联的刚性系数

Coef₃=与第二剪切关联的刚性系数

Coef₄=与径向位移关联的刚性系数。

附图说明

本发明接下来将结合附图进行描述，其中相同的数字表示相同的元件，并且其中：

图1是根据示例性实施例的轮胎表征系统的示意图；

图2是根据示例性实施例的图1的轮胎表征系统的空气弹簧组件的侧视图；

图3是车辆轮胎模式的示意性表示，其可以通过根据示例性实施例的图1的轮胎表征系统而测量；

图4根据示例性实施例用于表征车辆轮胎的方法流程图；

图5是通过图1系统和图4方法考虑的频率数据曲线图；

图6是在图1系统和图4方法中用于在径向方向上提取无阻尼频率的方法流程图；

图7是在图1系统和图4方法中用于在正切方向上提取无阻尼频率的方法流程图；

图8是在图1系统和图4方法中用于在横向方向上提取无阻尼频率的方法流程图；

图9是在图1系统和图4方法中指示计算刚性系数能力的曲线图，以描述径向共振频率数据，以(rad/sec)²为单位；以及

图10是在图1系统和图4方法中指示作为压力函数的径向刚性系数振幅的曲线图。

具体实施方式

以下具体实施方式仅仅是本质上的示例，不旨在限制本发明或本发明的应用与使用。此外，不旨在被前述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中出现的任何明示或暗示的理论所限制。

以广义的角度，在这里讨论的示例性实施例提供了用于表征车辆轮胎的系统和方法。尤其地，安装在测试组件上的轮胎被一力的装置撞击。导致的运动和机械作用数据由加速计和力-力矩变换器测量。根据该数据，确定共振频率，提取无阻尼的共振频率和阻尼参数，并计算刚性和阻尼系数。由力-力矩变换器测量的力的数据可用来更精确地识别第一少数模式的共振频率。在这里使用的术语“力的数据”，指在径向、横向和正切方向上的力和力矩数据，如下文所述。对于径向模式的情况，径向力轴线结合径向第一模式一起使用。对于横向模式的情况，横向力轴线结合横向第一模式一起使用，而横向力矩轴线结合第二横向模式一起使用。对于正切模式的情况，正切力矩轴线结合第一正切模式一起使用。响应的力或力矩轴线以及它们与相应的轮胎模式的关联从(容易由本领域技术人员所解释的)力-力矩变换器的模态形态和取向推断。此外，刚性以及阻尼系数可以最终与试点和驾驶响应指标相关联，以表征对于响应的轮胎影响。

图1是根据示例性实施例的轮胎表征系统100的方框图。该系统100总体上评价安装在测试组件120上的车轮(未在图1中示出)上的轮胎110。该系统100还可包括加速计180、力的装置182、数据采集系统190、任选的控制器192和后处理系统194。如下面更详细的描述，该测试组件120包括安装设备130、力-力矩变换器140、板设备150和空气弹簧设备160。

在图1的视图中，轮胎110具有垂直取向的旋转轴线。如一般已知的，轮胎110包括配置为接触车轮的胎缘(未示出)、从该胎缘伸出的轮胎侧壁(未示出)和从轮胎侧壁伸出并且配置为在使用时接触道路的胎面112。

图1另外示出了用径向方向106、正切方向108和横向方向104描绘相对于轮胎110的胎面112的柱面坐标系统的图例102。这个坐标系用于以下描述。通常，横向方向104指与轮胎110旋转的使用轴线平行并且从轮胎侧壁伸出至轮胎侧壁的方向。径向方向106指垂直于轮胎110的旋转轴线并且垂直于轮胎胎面112的方向。正切方向108指沿着环形胎面112周长延伸的方向，所述环形胎面112垂直于横向方向104和径向方向106。

在一个示例性实施例中，轮胎110刚性地附着至在如下配置中的测试组件120，所述配置通常被称作是虚拟的“固定-自由分界状态”。这种近似可取决于使用对于这些近似值的可接受评价方法的支撑结构的相对质量。因为存在支撑结构的实际惯性影响，使用数学处理的替换考虑也是可能的。通过力的装置182的手动动作或者可选的、控制器192促动力的装置182，产生撞击或者激励，以预定的力来敲打或者撞击轮胎110，从而激发轮胎110的共振频率。例如，力的装置182可以是仪器测量锤或其它物体。示出的力的装置182具有径向取向的移动构件，以激发轮胎的径向模式，但是其它的取向对于(例如)横向轮胎模式(例如，力的装置182横向取向)以及正切轮胎模式(例如，力的装置182正切取向，导致轮胎110胎面下面的擦过)的方向检测也是可能且需要的，。

如下面更加详细描述的，测试组件120使力-力矩变换器140能够测量由轮胎110响应力的装置182的撞击而施加于测试组件120上的动态力和力矩中的至少一个，并且使加速计180能够测量由力的装置182的影响导致的轮胎110的运动。特别地，在没有污染并且具有清晰的近似模式轮廓情况下获得这样的测量，如下面也讨论的。因而，数据采集系统190记录从加速计180接收的产生振动以及从力的装置182接收的力，并将数据提供给后处理系统194。

如下文更加详细描述的，后处理系统194基于力的装置182预定的力以及由数据采集系统190收集的振动数据，而将共振频率量化；提取无阻尼共振频率；确定轮胎110的各种刚性特征；并且确定模态阻尼参数。对于轮胎的被选择子集，这些参数可与一个或多个轮胎响应相关联。对于相似参数特征的轮胎的随后测量然后可基于量化的参数而导致性能的映射。还如下面描述的，能对刚性和阻尼特性映射的响应示例可包括噪音、航进(ride)、尖锐声(harshness)、转向、对中、摆动、凹谷感、操作、被测量时间响应等。以这种方式，轮胎结构和材料可利用足够的经验和理论知识反复地或预期地优化，以提供所需的响应组合。除了这里描述的技术之外，其它类型技术的知识也可使用，包括概念轮胎抽象化以及离散有限元表示，来引导轮胎特征(包括轮胎结构和材料)的开发，以便实现测量参数的所需组合。这些方面将在下面更加详细地描述。

总体上，控制器192和后处理系统194可包括任何类型的一个处理器或多个处理器、单片集成电路(诸如微处理器)，或任何适当数量的集成电路装置和／或电路板，所述集成电路装置和／或电路板合作工作，以实现处理单元的功能。在操作期间，控制器170和后处理系统194选择性地执行一个或多个程序，所述程序可存储在存储器内，以及因而控制系统100的总体操作。因而，控制器170和后处理系统194可包括，或能访问，任何类型的存储器，包括RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器以及非易失性RAM(NVRAM)。通常，这样的存储器可存储这里讨论的示例性实施例需要的任何信息，包括用于计算刚性和影响系数、阻尼和参与质量的数据。虽然未示出，但是系统100可包括用户界面，具有显示器用于提供以下讨论的数据和结果的图解表示。

现在将更详细地描述测试组件120。如上所述，测试组件120包括安装设备130、力-力矩变换器140、板设备150和空气弹簧设备160。通常，安装设备130接合轮胎110至测试组件120。如图所示，安装设备130可包括夹头(图1中未示出)，其联接至适配件134。适配件134可具有螺柱136，其延伸穿过车轮111中的孔。车轮111经由螺柱136和吊耳螺母137或其它的紧固工具牢固地附着至适配件134。

力-力矩变换器140联接至安装设备130，以测量来自力的装置182的撞击、由轮胎110施加于安装设备上的力和力矩。力-力矩变换器140将测量的力和力矩转换为提供给数据采集系统190的信号。变换器140可以用螺纹附接螺栓(未示出)稳固地附着于安装设备130和板设备150的底部。变换器140的内部结构可机加工以产生内部部件，促进在变换器附件处响应于各个外部力和力矩的应力的独特组合。临界应变位置可以装备有应变计，(在电荷产生配置的情况下)为金属、压阻的(例如半导体材料)或压电响应的。变换器140可以设计成产生对于所施加的力和力矩的目标级别的应变，大小适当以使用合理的信号调制和电子增益，产生所需振幅的电子信号。此外，分配的多个应力响应特征(例如，通过充电产生的电容效应导致的电阻或电压的改变)相加或差分，以形成与外部的力和力矩成比例的电子响应。任何适当的或可接受的技术可以提供来实现响应于施加的力和力矩的足够的电子信号。

如上所述，力-力矩变换器140安装在板设备150上。板设备150总体上是一个或多个板(诸如钢板)，作用为稳定测试组件120。可以提供任何适当的稳定设备或布置。

板设备150安装到隔离设备，诸如空气弹簧设备160。空气弹簧设备160作用为将测试组件120的其它构件(例如，板设备150、力-力矩变换器140和安装设备130)与在下面的表面或平台隔离。另外，空气弹簧设备160作用为将测试组件120的力-力矩变换器140和加速计180与任何固定模式(fixture mode)隔离，所述任何固定模式可另外地经由轮胎110由力的装置182激发。这些固定模式将另外地扭曲从加速计180和力-力矩变换器140产生的测量信息。因而，空气弹簧设备160提供有利的隔离，以使得更高阶模式可从力的装置182利用撞击测试而精确地提取。在一些实施例中，一个或多个安全装置166可以设置在空气弹簧设备160内，以在空气弹簧设备160的部分被损害并且无法支撑测试组件120的情况下，支撑板设备150。

图2更详细地示出了从测试组件120移除的空气弹簧设备160。如图所示，在一个示例性实施例中，空气弹簧设备160可以是一个或多个空气囊162，每个具有支架164，用于至板设备150的附接。空气囊162可以是橡胶或织物并用空气装满。如图所示，空气囊162是球形的，尽管其它的形状或布置可以提供。在该描绘的实施例中，提供四个空气囊162，尽管在其它的实施例中，可以提供附加的或较少的空气囊。在其它的实施例中，可以提供其它类型的隔离器，包括金属或泡沫制成的隔离器。

回到图1，如上所述，加速计180安装在轮胎110上，以测量运动并且随后能够将频率信息量化。在一个示例性实施例中，两个加速计设置有每个加速计180安装得彼此分隔180°。这个配置可以提高用于后续处理的信噪比，如下面所描述的。

任意数量的加速计180和在轮胎110上的放置位置是可能的，这取决于关注的模型。例如，在被选择模式的期望有效的反节点(anti-node)处的空间配置放大了该选择方式的相加的或差分的加速度(例如，与不关注的模式相对)。同样地通过预期模态形态矢量而对加速计加权相加可改善信噪比以用于检测不同模态参数。在一个示例性实施例中，作为对于多个轮胎表征促进快速测量和利于标准和有效率的吞吐量的折中，加速计180的双倍(例如，在0°和180°)或三倍(例如，在0°、90°和180°)配置与适当的相加的以及差分的加速度后处理一起使用。在一个示例性实施例中，加速计180安装在胎面112的外围上，尽管加速计180可以安装在其它的位置中，诸如在轮胎侧壁上。

在一些实施例中，各种数量的附加质量114可以附着在轮胎110上，以使在后续局部刚性和阻尼的量化中能够增强参与动态质量的量化。在一个示例性实施例中，附加质量114可以是链。在下面描述关于利用附加质量114的附加细节以量化具体的动态质量。另外，数据可对于许多的如下内容而收集：1)气压，例如，用于随后对轮胎特性气动和非气动影响的产生，以及2)取向，例如，在横向方向104、径向方向106或正切方向108上。

总体上，从轮胎110收集的频率信息可使用在许多情形中。作为示例，频率信息可用来分类或另外相对于其它轮胎表征一个轮胎。换句话说，频率信息可以用作“指纹”来将轮胎彼此相对分组或分开。此外，频率信息可用来计算轮胎110的其它属性。如下述讨论的一个示例，频率信息可用来量化与轮胎110有关的刚性属性。继而，这些刚性属性可与驱动响应关联，如还在下面讨论的。由系统100收集的频率信息可用作任何适当的目的。

如上所述，由系统收集的频率信息可进行处理，以确定刚性特征。为了以工程单位确定相对刚性量，如下面更详细描述的，可以确定轮胎参与质量，正如现在将要描述的。轮胎参与质量可通过测量在两种状态下响应模式的至少一个的频率而试验性地确定，典型的是在轮胎的胎冠上具有以及不具有增量质量114的情况下。频率提取测试可在两种情况下运行：具有以及不具有增加在胎冠上的额外质量114。使用源自这两种情况下的无阻尼频率，与轮胎刚性有关的各种特征可最终通过开始应用用于确定参与质量的下述公式来确定。

$M=\frac{\mathrm{\ΔM}}{\frac{f^2}{f_{\mathrm{\ΔM}}^2}-1}$        公式(1)

其中f和f_ΔM分别是不具有和具有增加的增量模态质量ΔM的测量频率；以及M是参与轮胎质量。

随后的公式可以使用这个量(参与轮胎质量)，用于量化各种刚性性能。足够的增量模态质量114可以增加，(在一些情况中)来克服结果频率提取中的任何不确定性。例如，增加的增量模态质量114的大小可以足够大以产生关注的一个频率或多个频率的可测量的减少(例如，从不具有增加的增量模态质量114的状态)。对于当前依乘客而定大小的轮胎，增加的增量模态质量114的示例性量是4.5kg，绕周长均匀分布，并且参与轮胎质量的示例性量化可使用在径向、横向的和正切方向上的轮胎第一模式。对于这些模式，增加的模态质量是总的施加质量。

一些实施例中，用于量化模式形状中很小或没有胎冠变形的轮胎质量的模式可选择为在量化参与质量的时候防止或者缓和增量质量114的固定机构产生在关注模式弹性能量上的增加。这可发生用于各种方向的第一模式，例如，径向的、横向的以及正切的，如下面将更详细描述的。

增加的增量模态质量114的量可取决于参与轮胎质量的量的预期值，并且对于更大质量的轮胎可增加(例如，轻型和重型轮胎)。如上所述，增加的增量质量114的量的选择可根据响应增加的增量模态质量的频率减少的考虑。用于估计用于非乘客大小轮胎增量质量的一种技术包括通过目标非乘客大小轮胎的总轮胎质量与标称的当前乘客大小轮胎的比率，按比例缩放用于当前乘客大小轮胎的选择的增加的增量质量。

在收集频率数据和提取轮胎的无阻尼频率时，如下讨论，径向刚性特征可以根据下面的等式(2)建模：

$\mathrm{\ρ}\·{\left[2\mathrm{\π}\right]}^2\·{f_{0n}}^2\·[1+\frac{1}{n^2}]=\frac{{\mathrm{Coef}}_1}{R^4}\·{[n^2-1]}^2+\frac{{\mathrm{Coef}}_2}{R^2}\·{[n-\frac{1}{n}]}^2+{\mathrm{Coef}}_3\·\frac{1}{n^2}+{\mathrm{Coef}}_4$

公式(2)

其中：

f_0n=无阻尼模式n的暂时频率f₀，其中n=1，2，3,...N

n=模式号码

N=模式的总数目

ρ=每单位周长的密度，M／(2πR)，(kg／m)(参见用于确定参与质量的公式(1))

R=轮胎半径，(m)

Coef₁=与弯曲相关的刚性系数

Coef₂=与第一剪切相关的刚性系数

Coef₃=与第二剪切相关的刚性系数

Coef₄=与径向位移相关的刚性系数

公式(2)的附加细节和使用将在下面更加详细地描述。然而通常，由于频率数据被收集，公式(2)可用于回归拟合，来将刚性系数量化。定性地来看，在由撞击引起的自由振动期间公式(2)描述弹性能机构的部件。

如上所述，公式(2)使用频率信息用于径向方向106上的多个模式。图3示出了在径向方向106上的第一六种模式301、302、303、304、305、306。模式301-306可以被认为是n=1...6。第一模式301(n=1)可被认为是在特定方向上的不对称模式，例如(在图3视图中上或下)。不对称模式是那些产生由安装设备上的轮胎施加的大量的净力和力矩的模式。然而，对称模式没有产生力和力矩，或者产生小的力和力矩。模式302-306可以被认为围绕径向轴线对称。如在径向方向上，正切方向的第一模式和横向方向的第一和第二模式还可被认为与剩余的对称模式不对称。该模式(包括模式301-306)将在下面更详细地讨论。作为介绍，力-力矩变换器140和加速计180可合作提供与模式301-306相对应的频率的更精确的识别。

图4是用于测试车辆轮胎的方法200的流程图。在一个示例性实施例中，方法200利用轮胎110上的系统100实施。因而，在下面的讨论中参见图1。可以理解的是，图4中的方法200的某些步骤可不同于图4中描绘的和／或这里与其结合描述的。

在第一步骤205中，轮胎110的车轮刚性地附着在测试组件120的安装设备130上，并且从力的装置182用预定的力敲打轮胎胎面，例如上述在测试组件120中所描述的。

在第二步骤210中，数据采集系统190收集来自力的装置182的力的信号以及来自力-力矩变换器140的结果运动数据(包括关于由力的装置182激发的共振频率的数据)，并提供该数据值至后处理系统194。如下所述，由力-力矩变换器140检测的结果运动数据总体上与不相称造成的不对称模式对应。

在第三步骤215中，数据采集系统190收集来自加速计180的结果运动数据(包括关于由力的装置182激发的共振频率的数据)，并提供该数据至后处理系统194。

在第四步骤220中，后处理系统194确定轮胎110的共振频率。图5是频谱的图表550，所述频谱从由加速计180收集并通过后处理系统194评价的数据获得，如由线560所示。在图5的示例中，频率表示在横轴线上，并且波峰551、552、553、554、555以及556紧邻对于每个模式的共振频率，诸如模式1-6或更多的。线570示出了由力-力矩变换器140识别的模式导致的力的运动响应。在后续处理步骤中，特定模式利用模态提取而从线560、570提取，诸如在随后部分中阐明的模态提取步骤408。如上述所讨论的，并且另外在图5中所示，第一模式551可以从由力-力矩变换器140产生的线570来识别，而更高阶的模式552-556可以从由加速计180产生的线560来识别。总体上，任意数目的模式(N)可被提取，包括多于六个。如上所述，类似的频率数据可以以任何取向以及处于许多气压下收集和评价。

如果只考虑来自加速计180的数据，则第一模态频率相对于其它更高能的模态加速度可以是相对模糊的。然而，这些第一模态频率的效果在测试组件120的力-力矩变换器140的力和力矩中是更容易可观察的。由于第一模式的周期不对称的形状(其导致对抗力-力矩变换器140而施加的净动态力和力矩)，该状况可能出现。因而，一个适当的配置包括由力-力矩变换器140的第一模态频率测量。在相应径向和横向方向上的力以及沿着与激发方向的各个轴线对应的力矩，使径向、横向、正切的第一模式和横向的第二模式(产生在平面外的力矩)的频率能够量化。后续的数据拟合可将模式限制为那些选择为所有建议的拟合模式的子集，与之前引用的标准中的至少一些一致，并且接着，可选地，仅使用这些选择的模态参数作为出发点执行数据拟合的另一迭代。在一些实施例中，这些选择标准可以在自动处理中实施，以提供增加的吞吐量和一致应用，所述应用关于试探性基于规则而做出决定，以包含和排除对于后续数据减少的建议模式。

在第五步骤225中，后处理系统194从步骤220的数据提取无阻尼共振频率和阻尼。图6是从由加速计180感测的运动数据提取径向方向上的无阻尼共振频率的一个方法400的方框图。图7是从由加速计180感测的运动数据提取正切方向上的无阻尼共振频率的一个方法500的方框图。图8是从由加速计180感测的运动数据提取横向方向上的无阻尼共振频率的一个方法600的方框图。

许多技术可以用来提取无阻尼频率，包括应用在模态参数提取技术中的那些。在一些情况中，在提取步骤过程期间的人工介入可防止或缓和错误的或假的拟合模式，所述错误的或假的拟合模式产生自信噪比故障、与真实轮胎数据不充分近似，以及加速计的放置和取向的误差。具有式样化的频率演变的共振族的期望(诸如近似-等距或渐进增加的频率)可以应用为选择标准。额外的选择标准可包括所关注的模式形状的考虑，其限定了橡胶周期应变能量的分配和包含的空气的动态扩张。此外，包含的空气的扩张可通过机构用相对弱的阻尼发生，例如，可显示相对弱阻尼的加强结构(埋置钢筋和纤维)。在一些情况中，然而由于其显示相对大的阻尼性能，橡胶的存在也会贡献用于该关注的模式的净阻尼。这些考虑可提供用于拟合阻尼量的一些预期。这样的预期因此可形成标准，即拟合模式显示超过预定阈值(例如，作为临界百分比)的阻尼，而小于这个阈值的拟合模式被判断为虚假的或者错误的，并且需要排除在最终数据减少之外。

图6、7和8展示基于规则的自动处理的一个示例性实施例，并代表用于数据减少的一个示例性实施方式。在一个示例性实施例中，图6-8中表示的方块可通过图1中的后处理系统194执行。图6示出了一种用于在两个阶段处理径向响应的技术，采用使用两个加速计180获得的数据，所述加速计180绕轮胎周长180°分隔布置。该两个阶段包括使用两个加速计180的组合的数据，并且对于第一阶段，该组合包括将两个频率响应信号(以及一分为二)加到单个合成频率响应信号中。在一个实施例中，频率响应函数的频率分辨率的选择可以是0.25Hz，尽管其它的频率分辨率可以选择。使用用于加速计180取向的局部轴线系统作为向外或向内为正(例如，布置在轮胎胎冠的加速计，具有产生用于两个加速计的向外或向内为正的正信号)，加速计频率反馈的相加放大偶数模式。随后的第二阶段使用信号的差分(以及一分为二)并放大奇数模式。

在图6中，步骤在方框402处用如通过数据减少技术获得的获取径向振动数据的频率响应函数(例如，动态位移／力)而开始。如果处理第一阶段，则步骤在方框404处继续，其中加速计响应的两种频率响应函数相加(以及一分为二)，形成第一修正频率响应函数。如果处理第二阶段，则步骤在方框406处进入，其中加速计响应的两种频率响应函数相减(以及一分为二)，形成第二修正频率响应函数。

接着，不管是哪个阶段，步骤继续进入方框408和410。在方框408处，修正的频率响应函数在预定义的从第一模态提取频率延伸至第二模态提取频率的带宽上进行模态提取。在一个示例性实施例中，第一模态提取频率是根据力和力-力矩变换器数据确定的第一模态频率的大约70％，而第二模态提取频率大约是300Hz。附加的输入参数可被包含，并且任意数目的拟合模式可产生。方框408的输出是第一拟合模态参数，其提供给方框420。

修正的频率响应函数还通过方框410，其中修正频率响应函数的虚数部分形成，并进入方框412。在方框412处，使用预定义的平均化窗口长度，使用滑动或者移动窗口平均化适于使数据平滑。在一个示例性的实施方式中，该平均化窗口包括修正频率响应函数虚数部分的七个数据点。在方框414处，修正频率响应函数的移动平均化虚数部分的局部最大值被确定。这可称为峰值检测或者峰值查找，并且可使用任意数目的可接受的算法用于峰值检测，诸如，作为示例，

v7.5.0.133函数，名称为“查找峰值”，返回修正频率响应函数的移动平均化虚数部分的输入变元阵列峰值的最大值和指数。频率根据返回的阵列指数计算。

修正频率响应函数的移动平均化虚数部分的峰值幅度接着进入方框416，其中，峰值幅度通过全部峰值幅度(所有局部最大值的最大值)而归一化。这些归一化的值接着进入方框418，其中，小于10％的归一化的局部最大值的任何值，例如可从局部最大值阵列中丢弃。由此导致的减少的频率阵列，与修正频率响应函数的移动平均化虚数部分的局部最大值对应的所得减少频率阵列，接着进入方框420。

在方框420处，修正频率响应函数的移动平均化虚数部分的减少的局部最大值的频率用于定位来自方框408的拟合模式。同样在方框420处，拟合模式被解析进入那些具有超过阻尼阈值的阻尼(例如，作为临界百分比)以及少于或等于该阻尼阈值的模式中。例如，仅有超过阈值的模式作为在方框420处进一步考虑的候选。此外，在方框420中，解析拟合模式频率与修正频率响应函数的移动平均化虚数部分的局部最大值频率的最接近匹配被提取，并作为解析的、选择的拟合模式进入方框422。

在方框422处，解析的、选择的拟合模式的解析的、选择的拟合模态参数用作修正频率响应数据的另一种再拟合的开始值，仅使用修正的、选择的模式。方框422的输出可认为是最终的拟合模态参数。先前的再拟合可通过任意数目的非线性拟合算法来完成。总体上，在方框402至方框422的步骤是用于量化径向方向上需要的轮胎性能的一系列技术的一个示例。

现在回到正切方向，用于减少该数据的步骤在图7中示出。对此减少的数据的操作的各种序列中各个操作中的许多与如下方向对应：所述方向对应于在对于径向方向的图6描述中被描述的那些。在方框502处，具有现在在正切方向可取向的灵敏轴线的两个加速计180的频率响应函数相加(以及一分为二)，以形成修正频率响应函数。指出加速计180灵敏轴线的取向，以使得来自两个加速计180的沿着顺时针方向或者逆时针方向的加速度产生正信号。换句话说，来自两个加速计180的信号对于顺时针正切加速度具有相同的极性。在方框504处，来自正切取向的加速计180的正切频率响应函数相加(一分为二)，接着作为修正正切频率响应函数进入方框506和508。方框506、508和512分别与方框408、410和414对应，并且如上所述。方框510与方框412功能相同，例外的是(在这个示例中)一个示例性实施方式在方框510中使用三十个数据点的平均化窗口。方框506和512的输出进入方框514。

在方框514处，在两个数据流中的近似频率的标准和最小阻尼(例如，作为临界百分比)如上述用于径向方向的使用。然而，该步骤产生单个模态提取，例如在方框516处在相对刚性车轮上轮胎的扭曲模式。

考虑图8中示出的横向方向，方框604和606分别代表相似于方框404和406中的动作。类似于过程400的动作，这些在两阶段操作中同样进行，在第一阶段中使用所测量横向加速度的相加(被除以二)，且在第二阶段中使用所测量横向加速度的差分(被除以二)。对于这些测量，响应的加速计180横向取向，产生相同的信号极性，用于在两个加速计位置的横向移动，其180°分隔。方框608、610和614分别与如上讨论的方框408、410和414对应。方框612与方框412功能相同，例外的是(在一个示例中)一个示例性实施方式在方框610中使用三十个数据点的平均化窗口。方框608和614的输出进入方框616。

在方框616处，在两个数据流中的近似频率的标准和最小阻尼(例如，作为临界百分比)如上述用于径向方向的使用。最终的结果(模态参数，包括无阻尼频率、阻尼(例如，作为临界百分比))进入方框618。

阻尼可表达为临界阻尼的百分比。作为示例，表1示出了作为模态号码和径向模式族压力的函数的阻尼百分比。

如上所述，无阻尼共振频率可用于任何合适的目的。接着，下面描述的方法200的任选的步骤，讨论无阻尼共振频率的一个示例性使用。回到图4，在下一步骤230中，公式(2)中的无阻尼共振频率用在线性迭代中，以产生刚性系数(Coef₁、Coef₂、Coef₃以及Coef₄)，用于每个方向的多个压力。刚性系数可用(初始未限制的)最小平方法来确定。如果来自未限制的拟合的结果刚性系数小于零(物理学上非现实的)，则系数可再拟合，以使得结果限制为大于零，使用未限制的正系数(其中将负系数设置为零)，作为限制优化的初始条件。

图9是示出刚性系数能力的曲线图700，以描述无阻尼共振频率。特别地，曲线图700包括用水平轴线702上系数计算的共振频率(平方)，以及从垂直轴线704上测量值原始提取的无阻尼共振频率(平方)。用于六个拟合模式的径向方向上多个压力下的刚性系数以1∶1的线710绘制。如图所示，刚性系数在描述步骤205期间观察轮胎中的频率是成功的。

刚性系数还可展示对整体刚性性质的气动与非气动的贡献。图10是曲线图800，其示出了在垂直轴线804上刚性系数(正常化)的振幅，作为水平轴线802压力(psi)的函数。线代表刚性系数，其包括曲率(Coef₁：(n²-1)²)852、第一剪切(Coef₂：(n-n^-1)²)854、第二剪切刚性(Coef₂：n²)856以及径向刚性(Coef₄：常数)858中的。由于频率数据在多个气压下收集，所以刚性系数还可通过对各自刚性的气动和非气动的贡献来表征。

回到图4，在下一步骤235中，对应于期望的和不期望的试点和驱动响应而考虑刚性和阻尼系数。换句话说，刚性和阻尼系数代表影响轮胎性能的刚性和阻尼。一些试点和驱动响应包括在滑行(转向和周向的)、外倾角和负载、滚动阻力、装备有轮胎的车辆的振动测量、转向过程中的运动响应以及其它航进和操作指标，例如硬度、尖锐声、转向、对中、摆动、凹谷感、终端操作、瞬态时间响应等。这些响应可用仪器测量客观地量化，或者根据任意尺寸比例主观地量化，诸如轮胎总体上由那些和汽车工程师和技术员使用的。如下面公式(3)所示，可建立影响系数，以将驱动响应与参数系数相关联。

公式(3)

因此，对于每个驱动响应，影响系数可提供对各种类型的刚性和阻尼贡献的指示，以描述驱动响应。作为一个示例，结构承担噪音是一种类型的驱动响应，并且公式(3)对于特定的刚性(其贡献于结构承担噪音)产生影响系数。在一个计算的示例中，结构承担噪音可由公式(4)表示：

SBN=(C1*径向刚性(气动))

+(C2*径向刚性(非气动))

+(C3*第二剪切刚性(非气动))

公式(4)

因此，在步骤240中，影响系数和参数系数可用于表征轮胎。例如，特定刚性和阻尼以及影响系数可用来表征预期的用于轮胎驱动的响应。使用结构承担噪音，如上讨论的示例，用于表征轮胎的影响和参数系数可用于预测结构承担噪音的预期量。可选地，轮胎可设计有刚性和阻尼特征，其产生需要的轮胎响应。回到结构承担噪音示例，可能需要结构承担噪音的阈值限制，并且可设计符合这个限制而具有所需刚性的轮胎。仅通过非排除性示例，这些刚性和阻尼参数可以通过改变影响内部强度的轮胎几何形状来调整，并且它们也可通过加强材料的分布、量和类型来改变，例如橡胶、钢、聚酯。

因此，提供了改进的方法和系统用于表征车辆的轮胎。上述实施例提供了用于表征、评估和指定车辆轮胎的高度精确、低成本和可靠的机构。这使其可以用于改进的测试和车辆配合轮胎的演变，以及特定类型轮胎如何工程设计、制造、轮胎如何对准、管理、控制和/或使用在车辆中、如何以及何时轮胎维修和／或如何以及何时轮胎替换的改进的调制(除了这里提供的方法和系统的其它可能应用)。将理解的是，当公开的方法和系统如上描述为结合汽车(诸如小轿车、卡车、厢式货车、运动多用途车以及跨界车)一起使用时，公开的方法和系统也可结合任意数目的不同类型的车辆，并且结合任意数目的其不同系统以及与其有关的环境一起使用。

尽管在前面的说明书中展示了至少一个示例性实施例，可以理解的是，存在大量的变形。还可以理解的是，一个示例性实施例或多个示例性实施例仅仅是示例，并且不旨在以任何方式限制本发明的范围、应用或配置。相反，前面的说明书为本领域技术人员提供了执行示例性实施例的更方便的路线图。可以理解的是，可对构件的功能和布置做各种改变而不脱离本发明的范围，如所附权利要求及其法律等同物所限制的。

Claims (10)

1.一种用于表征车辆轮胎的系统，包括：

测试组件，其配置为支撑所述车辆轮胎并且包括力-力矩变换器，所述力-力矩变换器配置为响应于车辆轮胎上的激励，从车辆轮胎收集力的信息；

加速计，其与所述车辆轮胎联接并且配置为响应于车辆轮胎上的激励而从车辆轮胎收集振动信息；以及

后处理系统，其配置为接收来自所述加速计的振动信息以及来自所述力-力矩变换器的力的信息，所述后处理系统还配置为从所述振动信息以及所述力的信息提取共振频率。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述后处理系统配置为基于所述振动信息提取与第一模式相关联的共振频率，并且基于所述力的信息提取与第二模式相关联的共振频率。

3.如权利要求1所述的系统，还包括力的装置，其配置为在所述车辆轮胎上产生激励。

4.如权利要求1所述的系统，其中，所述测试组件还包括安装设备，所述安装设备与所述力变换器联接，并且配置为固定所述车辆轮胎。

5.如权利要求4所述的系统，其中，所述测试组件还包括板组件，所述板组件与所述力-力矩变换器联接。

6.如权利要求5所述的系统，其中，所述板组件支撑所述力-力矩变换器以及所述安装设备。

7.如权利要求6所述的系统，其中，所述测试组件还包括隔离设备，所述隔离设备与所述板组件联接。

8.如权利要求7所述的系统，其中，所述隔离设备是与所述板组件联接的空气弹簧设备，并且包括至少一个空气囊。

9.一种用于车辆轮胎的测试组件，包括：

安装设备，其配置为接收所述车辆轮胎；

力-力矩变换器，其联接所述安装设备并且配置为检测与撞击所述车辆轮胎相关联的力的响应；

板组件，其联接到所述力-力矩变换器；以及

空气弹簧设备，其联接到所述板组件。

10.一种用于表征车辆轮胎的方法，该方法包括如下步骤：

利用力撞击所述车辆轮胎；

用加速计测量来自车辆轮胎的振动信息；

用力-力矩变换器测量来自车辆轮胎的力的信息；

从所测量的振动信息和所测量的力的信息提取共振频率；以及

基于该共振频率表征所述车辆轮胎。

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