CN103879245B - 轮胎胎面温度传感器和用于车内显示的诊断 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轮胎胎面温度传感器和用于车内显示的诊断。公开了轮胎胎面温度感测和显示设备、系统和方法。该设备包括温度传感器、控制器和显示器。传感器被配置为安装至车辆且感测轮胎胎面温度。控制器被配置为接收和处理温度测量结果且传送至显示器，显示器被配置为响应于来自控制器的通信显示与温度相关的信息。

Description

轮胎胎面温度传感器和用于车内显示的诊断

技术领域

本发明涉及轮胎胎面温度传感器和用于车内显示的诊断。

附图说明

为了更完整地理解本公开，将参考下面的详细描述和附图，其中：

图1包括装配有温度测量装置的汽车的示意性顶视图；

图2-5包括温度测量装置的多种示范性配置的示意性侧视图；

图6-9包括温度测量装置的多种不同示范性配置的示意性顶视图；

图10包括用于处理温度测量结果的系统的示意视图；

图11包括用于处理温度测量结果的方法的示意视图；

图12包括示范性文本显示屏；

图13包括示范性图片显示屏；

图14包括部分改进的示范性图片显示屏。

技术人员将意识到，图中的元件为了简化性和清楚性被示出，并且不必要按比例绘画。例如，图中一些元件的尺寸大小和/或相对定位可相对其他元件被夸大，来有助于改善对本发明多个方面的理解。同样，为了便于较少妨碍地观察本发明的这些多个方面，在商业上可行的实施例中有用的或必要的常用但是很好理解的元件经常未被描绘。此外，将意识到的是，特定动作和/或步骤可以按特定发生次序被描述或描绘，同时本领域技术人员将理解的是，实际上并不需要关于顺序的这种特殊性。还将理解的是，在此使用的术语和表达具有如依照这样的术语和表达相对于它们各自相应的查询和研究领域的通常的含义，除非在此另外提出了特定含义。

具体实施方式

轮胎牵引力通常取决于轮胎温度和道路表面。虽然四季型轮胎被合成为在宽的温度范围上提供足够的牵引力，但是它们在轮胎温度可能被维持在相对狭窄的范围内的环境中不提供最佳的牵引力。例如，在高性能汽车、跑车和赛车应用中，所使用的轮胎很少是四季型轮胎。代替地，这些应用通常利用高性能或三季型轮胎，其即使在相对狭窄的范围内也提供显著较高水平的牵引力。例如，虽然这样的轮胎在相对高的温度时表现非常好，诸如例如在大约194F至大约212F的范围中，这些轮胎在轮胎胎面温度低时表现非常差。对于大部分三季型街道轮胎(three-season street tires)，低于40F的任何事物经常被认为是不安全的。然而，对于DOT-R赛车轮胎或光面轮胎(racing slick)，对于冷温度的危险阈值显著更高。这是由于轮胎胎面中的复合物和路面之间的摩擦系数在接近于复合物的玻璃转变温度的温度处显著降低。然而，将被理解的是，虽然四季型轮胎被设计和合成为以高温时的最佳牵引力为代价减轻在低温时的牵引力损失，但是在低温时降低牵引力和在高温时增加牵引力的现象影响四季型轮胎，尽管是在较小的程度上。

此外，当一些轮胎变得太热时，它们变得光滑或油滑，因而也释放(loosing)牵引力。例如，对于街道轮胎，最大操作温度通常低于180F，对于DOT-R轮胎，典型推荐操作温度在180-200F之间，对于光面轮胎，最大操作温度超过200F。应被理解的是，前述的操作范围仅是示例。实际的操作温度取决于制造商、设计和使用的轮胎复合物(tire compound)。

由于轮胎牵引力是轮胎的重要特性，值得期望的是测量或至少基于影响该轮胎特性的因素的测量结果来估计这一轮胎特性，所述因素诸如例如温度以及更精确地轮胎温度、轮胎胎面温度、行驶表面温度(driving surface temperature)，或其他。

参考图4，感测轮胎温度的一种方式是通过使用车轮安装的传感器408，诸如例如，轮胎压力监测系统(TPMS)传感器，其经常尤其感测或测量给轮胎充气的气体的温度和压力，并且将该数据传输至接收器用于可能的分析。虽然这一方法经常是非常方便的，但其并不用作主要地决定着轮胎牵引力的轮胎胎面和特别是轮胎胎面表面的温度的好的指示器，因为轮胎复合物和充气气体是良好的热绝缘体。

参考图5，感测轮胎胎面温度的另一方式是通过使用轮胎高温计探针504。该轮胎高温计探针504在被插入到胎面块之后，通常是最精确的轮胎胎面温度传感器。然而，轮胎高温计探针仅当轮胎不在移动时可典型地被插入，例如，当停在红灯处时或在加油停车期间。但是由于这一方法如此精确，可能值得期望的是利用该方法，而不管当车辆停止时由于自动探针插入所引起的其缺点。

重新参考图4，感测轮胎胎面温度的又一方式是在轮胎内部嵌入热电偶406，并且例如无线地或通过其他方式传输指示温度的信号。可选地，热电偶可被通信地连接至TPMS传感器408来改善轮胎胎面温度数据的质量。TPMS传感器可以依次(in turn)评价数据或无线地或通过其他方式传递它到另一系统。

参考图2-3和6-9，感测轮胎胎面温度的又一方式是测量轮胎的红外发射率。红外发射率可通过非接触温度传感器104感测，例如通过红外或激光温度计、红外照相机或其他。

参考图1，在一示例中，轮胎102温度传感器104被安装至车辆100。在一个方面，温度传感器104被配置为在车辆处于操作中时测量温度。在一个方面，温度传感器104被配置为在车辆正在行驶时测量轮胎胎面温度。在另一方面，温度传感器104被配置为在车辆停止时测量轮胎胎面温度。在一个方面，温度数据被传输，用于向驾驶员、另外的操作者或其他(or otherwise)显示与有关的轮胎胎面温度相关的信息，例如，轮胎胎面温度。

继续参考图1和参考图3，可以使单独的温度传感器110向着地面以收集行驶表面温度。然而，参考图2，感测轮胎胎面温度的相同传感器104也可被配置为感测地面温度，例如通过转动至向下方向。

参考图5，在一个示例中，传感器104包括轮胎高温计系统，其包括高温计探针504和致动器502。当车轮停止时，高温计探针504通过致动器502被插入至轮胎102胎面块中。在这一示例中，车辆轮舱(wheel-well)容纳高温计探针504，其通过致动器502在精确位置和时间(times)被延伸，来感测轮胎胎面温度。

参考图6-9，在一个示例中，进行每个轮胎的至少三个区域的测量：内侧胎面、中部(center)胎面和外侧胎面。在一个方面中，对距离轮胎肩部大约1英寸的区域进行内侧和外侧胎面温度测量，并且对轮胎块的中部的区域进行中部测量。然而，预期的是，在一些示例中，进行每个轮胎胎面多于或少于三个区域的测量。

参考图6-7，在一个示例中，温度传感器104与轮胎102处于转动(图6)或侧向可移动(图7)的关系。在一个方面，使用传感器104相对于轮胎102的相对运动来分别测量多个区域602-606和702-706，或者来说明轮胎的侧向位移，例如在旋转期间。在一个方面，单个温度传感器104通过相对于轮胎102转动(图6)或侧向移动(图7)而扫描轮胎102。

参考图8，在另一方面，轮胎102的每个区域802-806通过传感器104的专用感测元件来测量。

参考图9，在一个方面，传感器104被配置为同时测量轮胎102的全部区域902-906中的温度。

参考图10和1，轮胎胎面温度测量系统1000包括通信地耦合至测量装置1002的控制器1004。测量装置1002包括至少一个温度传感器104和可选地行驶表面温度传感器110。控制器1004包括通信地耦合至计算机可读媒介1008的至少一个处理器1006，计算机可读媒介不是瞬时信号，该媒介被配置为存储用于处理测量结果的指令或数据。控制器1004可选地通信地耦合至显示器1010，该显示器1010被配置为响应于来自控制器的通信，向驾驶员显示与轮胎胎面温度相关的信息，例如轮胎胎面温度、道路温度、温度诊断、警告或其他。

在一个示例中，控制器被配置为布置在车辆内。在一个方面，控制器被安装至车辆。在一个示例中，显示器被配置为布置在车辆内。在一个方面，显示器被配置为安装至车辆。

在另一方面，控制器1102可被配置为作为反馈回路系统的一部分，其将允许排气来加热轮胎。在这一方面，系统汇集小部分的排出气体至轮胎上直到轮胎102至少开始接近气流温度(race temperature)。

参考图11，在一个方面，控制器1004接收1102和分析1104这些测量结果来达到可用的最大牵引力百分比，或在特定状况下在所安装的轮胎类型上行驶的相对安全性，用于向驾驶员显示1108。控制器还可被配置为可选地诊断温度测量结果，用于向驾驶员或其他显示1108诊断。

参考图12-14，在一个示例中，与有关轮胎胎面温度相关的信息被实时显示，例如显示在驾驶室内信息上。

参考图13，驾驶员被告知每个轮胎的温度。在一个方面，轮胎胎面温度指示器根据轮胎胎面温度被彩色编码，使得驾驶员可以快速地扫视和收集轮胎胎面温度数据。因此，驾驶员可以在行驶时调整他的/她的驾驶风格(driving style)，而不必离开汽车来进行轮胎胎面温度测量。在一个方面，驾驶员被通知前轮胎是热的(红色)。响应于该通知，驾驶员可以调整驾驶来使汽车较少不足转向(understeer less)或较多过度转向(oversteer more)。在另一方面，驾驶员被通知所有轮胎是热的(红色)。响应于该通知，驾驶员可以在拐角处慢下来、较少制动或较慢加速，来允许轮胎冷却直到它们达到最佳温度。在又一方面，驾驶员被通知所有轮胎太冷(蓝色)。响应于该通知，驾驶员可以在推进车辆或使车辆迅速行进(racing)之前更多地对轮胎加载。

参考图14，除了温度数据之外，驾驶员被告知最大可用牵引力的百分比是可用的。在另一示例中，驾驶员被告知在特定行驶状况下在所安装的轮胎类型上行驶是安全的还是不安全的。

参考图12，在一个示例中，系统提供诊断并且至少在轮胎胎面温度测量结果的基础上建议可能的校正动作。在此提供轮胎胎面温度测量结果对诊断和可能的校正动作的示范性映射的列表：

胎面中部比胎面内侧和外侧更热，暗示了轮胎压力过高。对于每5F增量(delta)，轮胎压力应降低1psi。

胎面内侧和外侧比胎面中部更热，暗示了轮胎压力过低。对于每5F增量，轮胎压力应增加1psi。

胎面的内侧比胎面的外侧更热，暗示了过多的车轮负外倾角(negativecamber)。

胎面的外侧比胎面的内侧更热，暗示了车轮负外倾角不足或车轮前束(toe-in)过多。

轮胎胎面温度低于理想温度范围，暗示了轮胎压力过高、轮胎过宽、或者在特定轮轴上弹簧或模向稳定杆(sway bar)过刚性。

轮胎胎面温度高于理想温度范围，暗示了轮胎压力过低、轮胎过窄、或者在特定轮轴上弹簧或模向稳定杆过软。

前轮胎胎面比后轮胎胎面更热，暗示了汽车转向不足(推进)。前弹簧或模向稳定杆可能过硬，后弹簧或模向稳定杆可能过软，前轮胎压力可能过低，后轮胎压力可能过高，前轮胎可能过窄，或后轮胎可能过宽。

后轮胎胎面比前轮胎胎面更热，暗示了汽车过度转向(松动(loose))。后弹簧或模向稳定杆可能过硬，前弹簧或模向稳定杆可能过软，后轮胎压力可能过低，前轮胎压力可能过高，后轮胎可能过窄，或前轮胎可能过宽。

应理解的是，虽然这样的诊断和可能的校正动作可被实时向驾驶员显示，但是一些问题可能不能通过仅仅驾驶风格的改变而被校正，并且例如在加油停车期间，可能需要设备调整或改变。

基于轮胎或行驶表面温度的可显示给驾驶员的一些其他警告包括：

如果轮胎或行驶表面温度低于40F，显示器可以显示或闪烁温度对于安全行驶过低的警告。

如果轮胎过热，显示器可以显示或闪烁温度对于安全行驶过高的警告。

本领域技术人员将认识到，参考上述实施例可进行多种多样的修改、变更和组合，而不偏离本发明的精神和范围，并且这样的修改、变更和组合应被看作处于本发明的的范围内。此外，本领域技术人员将认识到，在此描述的方法也可被用于感测、分析和诊断除了轮胎和行驶表面之外的可移动装置和表面的温度的系统中。

Claims (20)

1.一种轮胎胎面温度感测设备，包括：

测量装置，其包括温度传感器，该温度传感器被配置为安装至车辆，该温度传感器进一步被配置为感测轮胎胎面的温度；

控制器，该控制器被配置为接收和分析温度测量结果用以基于分析诊断车辆状态且传送至显示器；以及

显示器，其被配置为基于车辆状态的诊断显示信息，

其中信息包括可能的校正动作的指示，以及

其中信息进一步包括至少部分地基于温度测量结果的分析和所安装的轮胎类型的可用最大牵引力百分比的指示，

其中所安装的轮胎类型指示轮胎的操作温度范围。

2.如权利要求1所述的设备，其中，温度传感器包括红外温度计。

3.如权利要求1所述的设备，其中，温度传感器包括热照相机。

4.如权利要求1所述的设备，其中，温度传感器包括嵌入轮胎胎面中的热电偶。

5.如权利要求1所述的设备，其中，温度传感器包括致动器，用于相对轮胎胎面定位感测元件。

6.如权利要求5所述的设备，其中，感测元件包括轮胎高温计探针。

7.如权利要求1所述的设备，其中，温度传感器被配置为感测轮胎胎面的至少三个区域的温度。

8.如权利要求7所述的设备，其中，所述至少三个区域包括内部、外部和中部胎面。

9.如权利要求1所述的设备，其中，显示器被配置为显示单独轮胎的胎面温度。

10.如权利要求9所述的设备，其中，单独轮胎的胎面温度被显示为颜色。

11.如权利要求9所述的设备，其中，单独轮胎的胎面温度包括轮胎胎面的至少三个区域的温度。

12.如权利要求1所述的设备，进一步包括温度传感器，其被配置为感测行驶表面温度。

13.一种诊断轮胎胎面温度的方法，包括：

从车辆安装的测量装置接收轮胎胎面温度测量结果；

分析轮胎胎面温度测量结果；

基于分析诊断车辆状态；

基于车辆状态的诊断显示信息，

其中信息包括可能的校正动作的指示，以及

其中信息进一步包括至少部分地基于分析轮胎胎面温度测量结果和所安装的轮胎类型的可用最大牵引力百分比的指示，

其中所安装的轮胎类型指示轮胎的操作温度范围。

14.如权利要求13所述的方法，其中，信息进一步包括在所安装的轮胎类型上行驶的相对安全性的指示。

15.如权利要求13所述的方法，其中，信息进一步包括能利用驾驶风格的改变而校正的状况的指示。

16.一种诊断轮胎胎面温度的系统，包括：

车辆，其包括至少一个轮胎；

测量装置，其包括温度传感器，该温度传感器被安装至车辆，该温度传感器进一步被配置为感测轮胎胎面的温度；

控制器，其布置在车辆中，该控制器被配置为接收和处理温度测量结果且与显示器通信；以及

显示器，其被配置为响应于来自控制器的通信显示与温度相关的信息，

其中信息包括可能的校正动作的指示，以及

其中信息进一步包括至少部分地基于分析轮胎胎面温度测量结果和所安装的轮胎类型的可用最大牵引力百分比的指示，

其中所安装的轮胎类型指示轮胎的操作温度范围。

17.如权利要求16所述的系统，进一步包括温度传感器，其被配置为感测行驶表面温度。

18.如权利要求16所述的系统，其中，控制器和显示器被安装至车辆。

19.如权利要求16所述的系统，其中控制器被配置为接收和处理温度测量结果用以达到可用的最大牵引力量以及在所安装的轮胎类型上行驶的相对安全性中的至少一个。

20.如权利要求1所述的设备，其中信息进一步包括在所安装的轮胎类型上行驶的相对安全性的指示。