CN104160258A - 用于估计车辆轮胎的气压状态的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于估计车辆轮胎的气压状态的系统和方法，其中，所述系统包括一个或更多个传感器单元以及控制器，每个传感器单元包括光学传感器，例如照相机，以获取对应车辆的至少一个车轮的至少一幅图像，所述控制器包括处理器以从所述传感器单元接收所述车辆的各个车轮的图像数据并利用特定的图像分析处理对其进行分析以估计所述车轮轮胎中的一个或更多个轮胎的气压状态。所述处理器还被配置成能够呈现各个对应轮胎的估计气压状态。

Description

用于估计车辆轮胎的气压状态的系统和方法

相关申请的引用

本申请要求于2011年11月3日提交的美国临时专利申请No.61/555,048的优先权，该申请的全部内容以引用的方式合并于此。

技术领域

本发明大体涉及一种用于监测气压的系统和方法，更具体地，涉及一种用于对车辆的轮胎中的气压进行估计的系统和方法。

背景技术

车辆的轮胎的气压(膨胀状态)显著地影响各个方面，例如，尤其是驾驶安全、油耗和轮胎的使用寿命。充气不足的或过于膨胀的轮胎比在制造商推荐的气压下保持膨胀的轮胎磨损地更快。受车辆轮胎的膨胀状态影响的另一方面是驾驶体验。适当膨胀的轮胎确保更加精确的转向、更短的加速期以及改进的车辆稳定性。

公众意识已大大提高了，并且在美国，诸如美国车辆安全法规(TREAD Act)之类的法规要求客车设有轮胎压力监视系统(TPMS)。从2012年开始类似的法规逐渐进入欧盟，并且许多汽车、轮胎和车辆配件以及安全设备的制造商正在接收挑战。

发明内容

根据本发明的某些实施例，提供了一种用于估计车辆轮胎的气压状态的系统，所述系统包括：(a)至少一个传感器单元，每个传感器单元包括至少一个光学传感器以获取对应车辆的至少一个车轮的至少一幅图像；以及(b)至少一个控制器，所述控制器包括至少一个处理器以从所述传感器单元接收所述车辆的各个车轮的图像数据并对其进行分析用于估计所述车轮轮胎的气压状态，所述处理器被配置成能够呈现各个对应轮胎的估计气压状态。

可选地，所述图像分析包括：对所述图像中的对应轮胎的至少一个预定参数的值进行估计并通过利用至少一个用于检索已知参数值的数据库将估计的参数与适当充气的轮胎的相应参数的已知值进行比较。

可选地，所述系统进一步包括一个或更多个输入装置，例如触摸屏、键盘等，以使用户能够借此输入数据，其中，所述输入数据至少包括对应车辆的类型，其中，所述处理器使用所述输入数据来估计所述对应车辆的每个轮胎的气压状态。

所述传感器单元可包括多个传感器单元，所述多个传感器单元被设置成使得车辆能够在这多个传感器单元之之间经过以获取对应经行车辆在经过所述传感器单元时的所有车轮的图像，其中，一旦经过，所述传感器单元能够识别并指示每幅图像中每个轮胎对应的左/右和前-后位置。所述数据库可被配置使得每个已知的参数值与具体的车辆类型以及指示所述图像中对应轮胎的前/后侧的轮胎侧指示相关用于使所述处理器能够将所述参数的估计值与相同车辆类型和轮胎侧的适当充气的轮胎的相应参数值进行比较。

另外或可替换地，所述参数包括以下各项中的至少一项：接地印痕长度、接地印痕角、侧壁高度。

可选地，所述系统进一步包括：至少一个用于测量对应轮胎的温度的温度测量装置，例如红外(IR)传感器，被配置成与所述温度测量装置通信的所述处理器能够利用所述对应轮胎的温度以相对于在对应温度范围内适当充气的轮胎的已知值对所述对应轮胎的气压状态进行估计。

根据某些实施例，所述系统位于指定的通道处，以当车辆经过所述通道时，使车辆能够对其轮胎的气压状态进行估计，其中，所述至少一个传感器单元包括多个配置为通过被安装在所述通道的相对侧来基本上同时地产生所述车辆的每对轮胎的2D图像的传感器单元。

可选地，所述系统进一步包括输出装置，例如屏幕、扬声器和/或用于呈现输出的估计气压状态的打印装置。

可选地，所述系统进一步包括：多个压力探测器，每个压力探测器位于所述通道上，使得当车辆经过所述通道时迫使所述经行车辆的轮胎在所述压力探测器上压过，所述压力探测器被配置为估计每个轮胎所施加的压力，其中，对对应车辆的每个轮胎所施加的每个压力的探测结果在所述处理器处被接收，从而被用来估计轮胎的气压。

所述系统还可以包括用于自动地识别对应车辆类型的自动车辆类型识别机构，其中，根据所述对应车辆的类型，所述估计所述对应车辆的每个轮胎的气压被执行。例如，所述车辆识别机构被配置用于以下各项之一：经由LPR识别所述车辆的牌照号码；所述车辆的RFID识别，其中，所述处理器使能访问至少一个数据库用于将所述识别的牌照号码或RFID代码与所述对应车辆的类型联系起来。

可选地，所述系统还包括：机械定位装置以允许通过至少一个轴调节每个光学传感器的位置，其中，所述机械定位装置由所述控制器电控制。

根据本发明的其他实施例，提供了一种估计车辆轮胎中的气压的方法，所述方法包括：(a)利用至少一个包括光学传感器的传感器单元来获得车辆的至少一个车轮的至少一幅图像；(b)分析对应车轮的每个轮胎的每幅对应图像以对与所述轮胎的轮胎气压有关的至少一个参数的值进行估计；(c)通过将所述参数的估计值与适当充气的相应轮胎的已知参数值进行比较来估计所述对应轮胎的气压状态；以及(d)呈现所述估计气压状态的指示。

可选地，所述至少一个参数包括以下各项中的至少一项：接地印痕长度、接地印痕角、侧壁高度。

可选地，所述方法还包括：识别所述对应车辆的类型并识别每幅图像中每个车轮的前/后侧，其中，所述估计参数与相同车辆类型和轮胎侧的相应已知参数值进行比较。

所述方法进一步包括：对指示对应车辆类型的输入数据进行接收。所述车辆的类型可以通过利用至少一个传感器或通过接收表面车辆类型的用户的输入来自动地识别，所述传感器用于感应至少一个与所述对应车辆的类型相关的参数。

另外或可替换地，所述方法还包括：在获得车辆车轮的图像之前，根据所识别的车辆类型，调节每个所述光学传感器的位置。

可选地，所述的方法还包括：执行初步测试处理，在所述测试处理中，对每个获得的图像进行测试以检查其中的缺陷并验证该图像是否符合至少一个预定的质量标准，其中，一旦图像未能符合测试所用标准中的至少一个，则根据检测到的缺陷对所述传感器单元的所述传感器进行调节以获得所述对应车轮的新的图像。所述调节可包括，例如对所述传感器的变焦和/或动态范围进行调节，其中，所述传感器包括至少一个具有可变焦且动态范围的照相机。

附图说明

图1A为根据本发明的某些实施例，用于估计并呈现车辆轮胎中的气压的系统示意图。

图1B为根据本发明的某些实施例，用于估计并呈现车辆轮胎中的气压的系统框图。

图2为根据本发明的某些实施例，示意性地示出了用于估计并呈现车辆轮胎中的气压的方法的流程图。

图3A-3C包括示出轮胎的气压水平如何影响轮胎的接地印痕的记录图片：图3A示出了充气至34PSI(磅/平方英寸)的车辆轮胎的照片；图3B示出了充气至24PSI的车辆轮胎的照片；图3C示出了充气至15PSI的车辆轮胎的照片。

图4A-4C包括示出轮胎的气压水平如何影响轮胎的接地印痕角的记录图片：图4A示出了充气至28PSI(磅/平方英寸)的车辆轮胎的照片；图4B示出了充气至22PSI的车辆轮胎的照片；图4C示出了充气至15PSI的车辆轮胎的照片。

图5A-5C包括示出轮胎的气压水平如何影响在轮胎与道路/地面之间的触点与具有轮缘的轮胎的内部边缘之间所测量的侧壁高度的记录图片：图5A示出了充气至36PSI(磅/平方英寸)的车辆轮胎的照片；图5B示出了充气至27PSI的车辆轮胎的照片；图5C示出了充气至10PSI的车辆轮胎的照片。

图6示出了在左前轮放气之后，车辆的四个轮胎的接地印痕长度之间的关系的实验结果。

图7示出了接地印痕角与轮胎气压水平之间的关系的实验结果。

图8示出了侧壁高度与气压水平之间的关系的实验结果。

图9为根据本发明的某些实施例，示意性地示出了在对轮胎的气压状态进行估计之前的用于对与相应图像的特性有关的质量进行预检的初步测试方法的流程图。

具体实施方式

在以下各个实施例的详细描述中，以附图为参照，所述附图构成描述的一部分，并且在附图中以说明的方式示出了本发明可被实施的特定实施例。应当理解的是，在不脱离本发明的范围时，可以利用其他实施例并且可以做出结构的变化。

在本发明的某些实施例中，本发明提供了一种用于估计车辆的轮胎中的气压状态(膨胀率)，并且通过外部检查来呈现、记录并传送估计的气压状态的指示而无需驾驶员参与。

术语轮胎的“气压状态”指的是该轮胎的膨胀状态的任一指示，诸如，例如该轮胎气压的实际值(例如以PSI为单位)、受轮胎膨胀率影响的参数，例如与地面接触的轮胎外部边缘的部分(接地印痕)等。

根据本发明的某些实施例，所述系统包括一个或更多个传感器单元以及控制器，每个传感器单元包括一个或更多个光学传感器，例如用于获得对应车辆每个轮胎的至少一幅图像并用于输出每个这样所得图像的图像数据的照相机，所述控制器包括用于从传感器单元接收图像数据并对其进行分析用于估计每幅对应图像中的每个轮胎的气压状态的处理器。所述处理器被配置成允许通过一个或更多个呈现装置和方法来输出每个对应轮胎估计的气压状态，例如通过呈现车辆的每个轮胎的压强值(以PSI为单位)并指示该轮胎的位置(左后/右后或左前/右前)。以这种方式，驾驶员或任一其他人立刻获知他的/她的轮胎的膨胀状态，从而能够尽可能快地处理他的/她的车辆的充气不足或充气过度的轮胎。

根据本发明某些实施例，所述处理器通过对利用由光学传感器(例如照相机)输出的轮胎图像的图像分析所计算的一个或更多个参数的值进行估计，并通过访问至少一个包括相关已知参数值的数据库将这些参数值与对应参数等价的已知值进行比较来估计每个对应轮胎的气压状态。每个对应轮胎图像的数据分析包括测量一个或更多个测量值，例如轮胎的接地印痕(与道路/地面接触的轮胎部分的长度)和/或其他测量值，例如，沿经过轮胎与地面之间所评定的中间触点的轴所测量的轮胎的外部表面侧与内部表面侧之间的轮胎的侧壁高度。这个测量值或参数值随后与等价的“适当充气轮胎”的已知值进行比较，所述已知值指的是被充气至标准制造商推荐的膨胀压力率的轮胎的相同参数(例如接地印痕或侧壁高度)。这与已知参考车辆加载配置有关，意味着超出对应的已知参考就表示轮胎充气不足、车辆过载或两者的结合。这些情况会危及驾驶员、乘客和货物，也会增加油耗和轮胎磨损。

因此，轮胎推荐的气压与车辆的类型(具体车型)和轮胎的位置(后或前)都相关，这些“轮胎相关的特征”应该在估计开始前是已知的。上述特征，以及可选地其他特征可以由用户通过指定的系统输入装置输入或由系统自动识别输入。例如，为了自动识别车辆类型，这些照相机中的一个能够获得车辆牌照号码的图像，同时处理器被配置并设计为允许通过图像分析从获得的图像中识别号码并对包括有与车辆的特定牌照号码相关的车辆特征(例如类型、制造年份等)的数据库进行搜索。可替换地，车辆可包括无线射频识别(RFID)标签或其他识别标签或允许系统的指定传感器从对包括车辆类型的车辆特征进行识别的对应标签中读取代码的装置。

根据本发明的某些实施例，所述系统位于对车辆被引导通过的区域进行限定的预定的通道处，其中，位于该通道不同侧的多个静止的照相机基本上同时拍摄车辆的后轮和前轮的图像。所有照相机可被配置成与附近和/或远程控制器通信，所述控制器包括用于执行对车辆轮胎图像的图像分析以针对每个轮胎确定其是否被适当充气/充气不足/充气过度。

现参见图1A，示意性地示出了根据本发明的某些实施例的用于估计并呈现预定通道150中的车辆轮胎的气压的系统100。该系统100包括两个传感器单元110a和110b以及控制器120，每个传感器单元分别具有分别用于支撑例如照相机112a和112b的至少一个传感器的支架结构111a和111b，控制器120用于接收来自照相机111a-111b的数据并利用图像分析对数据进行处理以识别经过由两个支架111a和111b所限定的指定通道80的车辆轮胎的气压。

为了将车辆10的驾驶员引导至相对于照相机112a-112b所需的位置以允许获得车辆10的每对车轮(前轮11a和11b以及后轮11c和11d)的图像，一个或更多个障碍，例如电控障碍130可被定位用于限定通道80并用于当车辆经过通道80时，允许两侧的照相机112a和112b被尽可能精确地定位在车辆的每对车轮的前方以优化图像分析。另外，指定的停车区域150可以被标记或由不同于周围地板的地板材料制成，并且还可以可选地包括制动器155以允许驾驶员指挥车辆10，以便两个前轮11a和11b首先被制动器155制动，然后驾驶员需要进一步向前驾驶以允许两个后轮11c和11d被制动器155制动以定位车轮，从而使轮胎位于照相机112ab和b112b前方基本平行于支架111a和111b内侧的最佳位置处。

例如，如图1A所示，所述车辆10被引导以停放在一位置，在该位置中车辆的前轮11a和11b(在该视图中11b被隐藏)被停放在制动器155上。这使得位于支架111AB和111B处的照相机112a(隐藏在该视图中)和112b中的每个照相机能够分别限定垂直轴z1和z2，并且使得112b被定位以使得在照相机112a和112b的焦点中心之间延伸的水平轴x1基本垂直于轴z1和z2。其目的在于使每对车轮(11a-11b或11c-11d)位于照相机112a或112b的中心前方以使得每个照相机能够获得定位于该照相机前方的轮胎/车轮的至少一幅图像，以便在图像中的轮胎将尽可能少的倾斜从而以最佳精确度反应该图像的正侧面。

根据本发明的某些实施例，所述系统还包括各种附加的传感器，所述传感器可以识别车辆是否停在允许开始获得车轮的图像以使得能够估计其轮胎的气压的足够合理的位置上。

根据本发明的某些实施例，所述系统还包括被配置成当车辆在相机框架内时用于监测的探测。这可以通过接地回路、光电传感器、基于体积的运动探测器、磁性探测器或任何其他商用技术来完成。

根据本发明的某些实施例，所述系统进一步包括：一个或更多个输出装置，例如显示器130或任何其他允许输出车辆轮胎11a-11d中每个轮胎的估计气压的指示的装置。例如，控制器120可以允许显示每个轮胎的气压的实际估计值以及轮胎的对应位置(左前/左后或右前/右后)和/或仅简单地指示充气过度或充气不足的轮胎及其对应位置(例如输出指示“左后轮胎充气不足”的文本消息)等。告警媒体效果也可被用来指示超过压力危险值的值。

如图1A所示，控制器120还包括一个或更多个输入装置，例如输入装置125，所述输入装置使驾驶员能够输入允许识别他的/她的车辆类型(例如通过从列表中选择和/或输入自由文本)的信息以及可选地将有助于评估车辆车轮的气压的其他信息。如上所述，在本发明的其他实施例中，可提供用于自动识别或评估车辆类型的装置，例如基于RFID的识别、图像获得和车辆牌照(LPR)的分析、用来评估车辆类型的车轮图像的图像分析等。

根据本发明的其他实施例，控制器120可以与诸如远程服务器之类的远程处理器进行通信，其中，气压的图像分析和估计由远程服务器执行。这将使位于不同区域的多个这样的系统能够与同一主服务器通信以允许所有系统的集中控制。随后，每个系统将获得图像并接收与车辆类型有关的输入数据，将这些图像发送到远程服务器并接收产生的估计的气压值以呈现其指示。

现参见图1B，图1B为根据本发明的某些实施例用于估计并呈现车辆轮胎中的气压的系统200的框图。系统200包括：控制器210；多个传感器单元，例如第一传感器单元231a、第二传感器单元231b和第三传感器单元231c；输入装置240和输出装置260；以及一个或更多个数据库，例如数据库250和数据库270。

第一传感器单元231a和第二传感器单元231b包括用于以类似于根据图1A所述的方式来获得车辆车轮的图像的光学传感器，同时另一第三传感器单元231c被配置并定位为允许感应与车辆相关的其他参数，比如，车辆的牌照(通过使用光传感器)；允许感应所述车辆相对于第一传感器单元231a和第二传感器单元231b的位置和/或用于测量能影响轮胎状况和/或影响轮胎的推荐的气压率的其他测量值，例如轮胎的温度等，所述轮胎的温度例如可以利用红外传感器(IR)从远处进行测量。

轮胎的温度也影响其应当被充气至的正确的推荐压力水平。在行驶期间，发热的充气不足或充气过度的轮胎会易于破裂和爆胎。因此，针对发热轮胎的推荐的膨胀率(压力)通常高于针对相同车型和相同车辆位置未发热的相同轮胎的推荐速率。一般来说，当轮胎为“冷”时，即在驱动车辆之前，应该检查轮胎并进行充气。

在这些实施例中，第三传感器单元231c包括一个或更多个用于测量轮胎温度的基于IR的传感器，估计的压力与对应于测量温度的温度范围内的(相同车辆类型和位置的)相应轮胎的已知推荐压力值进行比较。

根据某些实施例，通过用于测量外部温度的相同传感器或另一传感器，例如温度计，或者比如通过使用相同的IR传感器也可指示外部温度。估计模块222可通过利用预定的等式来计算适当充气的相应轮胎的用于与估计的参数值进行比较的正确值。这个等式可以包括在“正常”状态下充气至制造商推荐的参数的值，在该“正常”状态中，外部温度与轮胎温度之间的比率或差值是特定值或在具有因子的特定范围内，所述因子包括外部温度与乘以正常条件值后的轮胎温度之间的关系。

根据本发明的某些实施例，如图1B所示，控制器210包括操作以下几个模块的处理器220：(i)输入模块221，其被配置成通过一个或更多个通信链路(可以是无线或有线链路)接收来自传感器单元231a-231c的数据/信号，以及可选地通过驾驶员/用户输入接收来自输入装置240的数据/信号以识别车辆类型；(ii)气压估计模块222(简称“估计模块”)，其用于接收来自输入模块221的输入数据并处理该数据以估计对应车辆的轮胎的气压；以及(iii)呈现模块223，其用于通过一个或更多个输出装置利用一个或更多个呈现类型来呈现估计的气压或其他相关信息，所述呈现类型例如可视的(例如通过屏幕260)、音频的(例如通过扬声器)、打印的文本呈现(例如通过提供包括估计和相关信息的印刷文本)等。

根据本发明的某些实施例，第一数据库250包括推荐的轮胎气压值和至少一个指示轮胎压力的参数的列表，该参数例如接地印痕或侧壁高度等，每个这样的参数与车辆类型和轮胎(前或后)的位置相关联以使得估计模块222能够将通过使用轮胎图像的图像分析得到的相应参数的测量/计算值与相同车辆类型和定位(前或后)的兼容轮胎进行比较，以允许估计(a)正在检查的轮胎的气压；以及(b)允许估计推荐的轮胎压力与估计值之间的差值以计算检查的轮胎是否需要充气以及达到什么程度时所检查的轮胎充气过度或者充气不足。

根据本发明的一些实施例，第二数据库270包括车辆代码列表(例如用于RFID车辆识别)及其相关车辆的有关信息，所述信息包括例如车辆类型、制造年份、颜色等。

根据本发明的可选实施例，呈现和传输模块223还能够经由一个或更多个通信网络上的本地应用或基于网络的应用以及例如无线链路99的链路来与驾驶员的诸如移动电话265、平板电脑等的移动装置进行通信，以通过诸如电子邮件、短消息系统(SMS)的可用消息传送技术来发送文本消息。所述消息包括指示轮胎的估计气压状态的信息。

为了分别与传感器单元231a-231c和/或移动装置265、输入设备240和输出设备260进行通信，控制器211包括一个或更多个信号发送器211和接收器212，用于允许通过使用各种通信技术、频率范围和/或网络与多个装置进行无线通信。

图2为根据本发明的某些实施例示意性地示出用于估计并呈现车辆轮胎中的气压的流程图。所述方法包括当车辆经过预定区域时，例如通过同时操作位于车辆两侧的照相机来获得前轮23的图像。同时对前轮进行拍照以获得其图像，其他光学装置，例如IR照相机可被用来测量前轮24的温度及其距照相机和传感器的距离。随后，包括获取车辆的图像和车轮轮胎的温度的相同步骤可被用于后轮，如图2中的流程图的步骤25-26所示。

一旦前轮和后轮的图像已被获得，这些图像就被传输到处理器，其可以通过控制器29进行操作以处理图像。该处理器随后执行图像分析处理(由计算机操作或经由片内处理，例如通过使用微处理器)，其中，每个车轮图像被分析以估计其对应轮胎的气压状态30。这可以通过图像分析来测量车轮图像中的一个或更多个参数，例如接地印痕或侧壁高度，并随后将该参数与对于处理中的车轮图像的侧面(前/后)的适当充气的前/后轮胎的已知值进行比较而得以执行。为此，车辆的类型应该是已知的，因为每个车辆类型的每个制造商使用不同的车轮设计并且每个车轮类型具有不同的推荐的后轮胎气压值和前轮胎气压值。因此，用于识别车辆的另一步骤或处理21可被包括在该方法中。该步骤(21)可在车轮图像被获得之前或之后执行。在图2的示例中，车辆识别发生在获得车轮的图像之前。

一旦所述图像分析被完成并且每个车辆轮胎的气压被估计，每个轮胎的气压指示就被输出以对其进行呈现31。所述指示可包括轮胎气压的值和/或表示这些值是否超出相应的适当充气的轮胎的范围或所需气压值的指示——意味着可见指示被给出以示出轮胎是否被适当充气、充气过度或充气不足。

根据本发明的某些实施例，包括有图像分析的初始处理可被执行以得到轮胎及车辆部件的尺寸和比例。然后，通过使用用于执行所述初始处理的单独的算法将初始处理的输出，包括例如轮胎的估计尺寸，这些估计的参数与数据库中的相应参数进行比较。

如图1A所示，系统100可被设置在引导车辆进入预定的停车区域的入口区域中，每个进入停车区域的车辆具有在经过入口通道时所估计并指示的轮胎的膨胀率。这可以是非常有用的，例如，对于全部属于同一公司的大型车站的停车区域，例如对于中心的公共汽车站或出租车站，允许具有中心计算机系统的中央控制器与位于车站停车区域的一个或更多个入口中的一个或更多个这样的系统通信使得以简单且耗时较少的方式来管理该公司的所有车辆的所有轮胎的压力状态。在该示例中，管理员能够通过文本消息接收可见指示或将其直接接收到中心屏幕，在该中心屏幕处，具有充气不足/充气过度轮胎的该公司的每个车辆被识别并指示，从而提醒管理员哪些车辆需要处理。这这些情况下，与每个识别并检查的车辆相关的数据被存储在所述系统的计算机存储单元处或云服务器上，使得能够追溯地检查并记录车辆轮胎压力状态的历史。

可选地，如图2所示，通过使用一个或更多个专用的称重装置，例如压力传感器(例如基于压电转换器)还可以对所述车辆的重量进行测量27。

根据本发明的某些实施例，所述系统和方法还能够记录进入通道区域的每个车辆以及出于其他目的离开通道区域的每个车辆。

现参考图3A-3C，其显示了轮胎的气压水平如何影响轮胎的接地印痕。图3A示出了充气至34PSI(磅/平方英寸)的车辆轮胎的照片；图3B示出了充气至24PSI的相同轮胎的照片；以及图3C示出了充气至15PSI的相同轮胎的照片。从这些拍摄实验中可以清楚的看到接地印痕随着轮胎气压的减小而加长。

图4A-4C示出了轮胎的气压水平如何影响轮胎的接地印痕角：图4A示出了充气至28PSI(磅/平方英寸)的车辆轮胎的照片；图4B示出了充气至22PSI的相同轮胎的照片；以及图4C示出了充气至15PSI的相同轮胎的照片。从这些拍摄实验中可以清楚的看到接地印痕角随着轮胎气压的减小而加宽。

图5A-5C示出了轮胎的气压水平如何影响在轮胎与道路/地面之间的触点与轮胎的内侧(与轮缘的接触点)之间所测量的侧壁高度：图5A示出了充气至36PSI(磅/平方英寸)的车辆轮胎的照片；图5B示出了充气至27PSI的相同轮胎的照片；以及图5C示出了充气至10PSI的相同轮胎的照片。从这些拍摄实验中可以清楚的看到当轮胎的气压减小时，测量高度降低。

可对许多车辆的前轮胎和后轮胎进行这些实验以建立与车辆的类型、轮胎侧(后/前)、推荐的气压值以及其相关的接地印痕长度、侧壁高度和/或接地印痕角相关的表格(存储在计算机化数据存储单元中，例如数据库中)。这将允许执行各个轮胎的图像处理以测量对应参数(接地印痕长度、侧壁高度和/或接地印痕角)并随后使用同侧且相同车辆类型的轮胎的标准参数值来对所产生的值进行检查。该表格可附加地包括在各种“轮胎状态”下，例如在各种轮胎温度和/或车辆重量下相同轮胎(相同的侧且相同的车辆类型)的这些参数值和推荐的气压值，在这些状态下气压值因而对应的参数值相应地变化。

图6-8中的图形示出了对上述参数中的一个参数与轮胎的气压水平之间的关系进行测试的实验结果。图6示出了例如左前轮的放气对承载车辆负载的其他轮胎几乎没有影响，仅影响其自身的接地印痕的长度。

图7示出了以PSI为单位的压强值与一个车辆轮胎的接地印痕角之间的关系，其中气压越低，接地印痕孔径角越大。

图8示出了以PSI为单位的压强值与一个车辆轮胎的侧壁高度之间的关系，其中气压越低，侧壁高度越小。

所述图像分析可包括允许执行初始测试处理的初始过程，在测试处理中，对每个获得的图像进行测试以检查图像中的缺陷并验证其是否通过至少一个预定的质量标准。在该处理中，一旦图像没有通过一个或更多个测试标准，根据所述检测到的缺陷，对获取该图像的照相机进行重新调节(例如通过重新调节其焦距和/或照相机方向)以获得对应车轮的新图像。

该处理可以包括对以下各项进行验证：(i)所述图像质量是令人满意的；(ii)所述车轮图像未以任何其他方式过度倾斜或失真，使得提取/计算参数(例如轮胎的内圆周和外圆周轮廓)所依据的其所需特征不是太失真。

所述失真缺陷例如相对于照相机的倾斜定位可以经由图像分析进行校正，或如果失真过强，对特定车轮进行拍照的对应照相机可被重新操作来调节该相机的焦距、动态范围和/或方向以获得更好的对应车轮的图像。例如，初始测试处理可被执行，在测试处理中，对每个获得的图像进行测试以检查图像中的缺陷并验证其是否通过至少一个预定的质量标准，其中一旦图像没有通过至少一个测试标准，根据用于获得对应车轮的新图像的所述检测到的缺陷，所述照相机被重新调节。

图9为根据本发明的某些实施例示意性地示出了在对轮胎的气压状态进行估计之前的用于对图像质量进行测试和测量方法的流程图。

在该过程中，车轮图像被检查以验证其图像质量和失真71。如果所述图像的质量不足以接受(根据预定条件)并且产生的失真被识别72(意味着车辆相对于照相机过度倾斜)，则所述照相机通过例如调节其相对于其主轴的方向和/或调节其焦距和动态范围和/或其他这样的特征进行调节。一旦所述照相机被调节73，所述车轮就会被再次拍照以获得其新的且期望更好的图像。该处理可被执行预定的次数直至实现可接受的图像质量，其中如果在预定次数的这样的迭代之后，该图像仍不可接受，则可请求驾驶员改变其相对于传感器单元的停车位置。

根据其他实施例，使用的照相机是视频摄像机，其中，根据使用初始图像分析以识别适当图像的预定标准，与对应车轮有关的摄像机的视频序列的最佳图像或这些图像被选择。例如，初始图像分析包括对整个车轮在图像的画面中被捕获到、车轮相对于摄像机的焦点平面没有倾斜等进行验证。

如果图像的质量是足以接受并且失真几乎没有影响(意味着车轮基本上面向照相机的前方)72，则图像分析算法开始测量一个或更多个用于对各个车轮轮胎的压力水平进行估计的参数。所述初始处理还包括检查图像中车轮轮胎的循环特征(如图9所示)，其中车轮轮胎的内部和外部边缘被识别74-75，随后通过检查轮胎的内圆周和外圆周的循环特征来查看该车轮是否相对于该照相机的焦点平面定向。如果该图像此时被接受76，则测量一个或更多个参数(例如接地印痕长度和/或侧壁高度)的处理可以开始77。如果根据循环检查标准，该图像不被接受，则获得另一图像。所述初始测试过程可随着车辆沿通道行驶时被非常快速地执行。

根据本发明一些实施例，系统还包括机械的相机定位装置以允许通过至少一个轴调节该照相机的位置，和/或使用具有对关注区域(其中在画面中发现车轮)进行数字变焦的能力的高清晰度(HD)数字照相机。例如，通过使用任何现有技术中已知的方法，例如通过使用轨道以及自动且电控制的能够沿所述轨道移动并具有使其在实现所选择的高度时能够抓住所述轨道的制动器，每个照相机相对于地面/道路的高度在选择的定位中是可以调节并保持的。

根据某些实施例，测量的参数值与相同车辆类型和轮胎侧(后/前)的适当充气的等价轮胎的相应已知值进行比较，其中，由于膨胀率与气压值之间的关系被统计地且实验地记录，因此所述比较在那些测量的参数值与已知的参数值之间执行使得以更通用的方式估计气压状态而无需对测试轮胎的准确气压值进行计算。例如，由于轮胎充气越少，接地印痕越长——测量的接地印痕长度可以与已知的长度比较，其中，如果测量的接地印痕长度比已知的长度短，则指示测试的轮胎被充气过度，并且如果测量的接地印痕长度比已知的长度长，则输出/呈现轮胎充气不足的指示。

为了将图像的尺度转换成实际尺度，可使用霍夫变换算法，其中，通过测量照相机或传感器与对象之间的范围或其他本领域的技术人员已知的方法将已知尺寸项(例如轮缘或甚至将车轮连接到汽车的螺栓)的像素尺寸与其实际已知的物理尺寸比较来确定比例。用于标注尺度的另一方法是当传感器之间的距离是已知的，并且车辆的宽度也可以从数据库中已知时，通过利用两个平行设置的照相机经由距离测量装置(例如激光器)测量所述对象的距离，或对从汽车两侧获得的图像进行比较。

当利用基于计算机的图像处理时，本发明的一些实施例对光与阴影敏感，所以适当的照明装置需要以背景光、点光源或其他商业可得的照明方案的形式添加到所述系统中以提高图像质量并避免某些与照明有关的图像失真。这些还可以是由照相机上的适当过滤片支持的红外(IR)照明装置。

另外地或可替换地，测量接地印痕的长度可以由物理传感器来执行。例如由压力转换器或应变仪或其他商业可得的速度检测方案来执行，所述物理传感器在简单的时间积分之后能够计算所述接地印痕的长度。

另一种用于测量接地印痕长度的方法利用在光纤光缆中行进的激光束，当光纤光缆被轮胎的重负载加压时，所述激光束是衰减的，使得当光纤光缆沿车辆路径的大致方向上行进时，或当一个或更多个光缆被大体垂直于车辆的路径设置时，针对静态轮胎的接地印痕的长度可利用时间积分被提取出来。

根据本发明的某些实施例，为了估计各个测试轮胎的气压值，同时对上述参数中的一个或更多个参数进行测量，可以使用一个或更多个从压力值与具体参数之间的关系中推导出的转换等式来计算所述压力值。例如，由于接地印痕长度与等价的气压之间存在近线性关系，因此，已知针对等式“y＝Ax+B”的线性常数A和B(其中“y”为接地印痕长度，并且“x”为等价的压力)允许利用等式“x＝(y-B)/A”提取等价的压力。如前所述，该相互关系还能够利用其他与轮胎的气压线性相关的参数(例如接地印痕角和侧壁高度)进行。也可以使用较高阶的多项式等式。

根据某些实施例，两个以上的参数可被测量，每个参数用于独立地计算所述轮胎的气压，随后这两个结果被平均或被结合以实现更精确的估计。

根据本发明的某些实施例，可通过用于计算可接受的参数值/范围的预定估计等式来执行轮胎的气压状态(膨胀状态)的原始估计，而不是对车辆进行识别，其中，测量参数的值随后与计算的可接受的值或范围进行比较以查看轮胎是否被适当充气、充气过度或充气不足。例如，可接受的接地印痕的长度范围可以介于轮胎外轮缘的整个圆周长度的第一部分与第二部分之间(例如在1/10与1/5之间的部分)。然后，接地印痕例如被直接测量或经由图像分析被估计，并且估计/测量的长度随后被检查以验证其是否超出计算的范围。

根据本发明的某些实施例，所述系统还包括减速装置，例如保险杠、障碍、彩色平台、和/或当接近指定通道时用于强制通过的车辆减速的刮掉路段。

在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本技术领域的普通技术人员可以进行许多变更和修改。因此，必须理解的是，所示的实施例仅处于示例的目的被提出，并且其不应被看做是对以下发明及其各种实施例和/或以下权利要求所限定的发明的限制。例如，尽管事实上权利要求的要素在以下某种组合中被提出，但是必须明确理解的是，本发明包括其他较少要素、更多要素或不同要素的组合，其在上文中被公开即使最初没有以这种组合来要求。两个要素在要求的组合中被结合的启示还被理解为允许两个要素在所在的组合中没有互相结合，但是可被单独使用或在其他组合中结合的所要求的组合。本发明任何公开要素的删除被明确地设想为落入本发明的范围内。

本说明书中所使用的用来描述本发明及其各种实施例的词语不仅应从所述词语的通常限定的含义上被理解，还应包括超出通常限定含义的范围的在本说明书的结构、材料或动作中的具体定义。因此，如果在本说明书的上下文中一要素可被理解为包括两个以上的含义，则其在权利要求中的使用必须被理解为对于所有可能的该说明书和单词本身所支持的含义是通用的。

因此，以下权利要求的词语或要素的定义在该说明书中被限定使得不仅包括按照字面提出的要素的组合，而且包括所有用于以基本相同的方式来执行基本相同的功能以得到基本相同的结果的等价结构、材料或动作。因此，在这个意义上，可以设想的是，对于以下权利要求中的任一要素，两个或多个要素的等价替换可被进行或权利要求中的单个要素可被替换为两个或多个要素。尽管要素可被如上描述为在某些组合中起作用，并且甚至如最初所要求的那样，但是应该明确理解的是，来自所要求的组合的一个或更多个要素可在某些情况下从该组合中删除，并且所要求的组合可指向一个子组合或子组合的变化。

正如本领域的普通技术人员所观察到的，来自所要求的主题的现在已知的或以后设计的非实质变化被明确设想为等效的落入权利要求的范围中。因此，对于本领域的普通技术人员现在或以后已知的明显替换被限定为落入所限定要素的范围中。

因此，所述权利要求被理解为包括以上具体说明并描述的内容、概念上等价的内容、可被明显替换的内容以及本质上包括了本发明的基本思想的内容。

尽管已对本发明进行了详细描述，然后，不脱离本发明的启示的变化和修改将对本领域的技术人员是显而易见的。这样的变化和修改被认为是在本发明和所附权利要求书的范围内。

Claims (22)

1.一种用于估计车辆轮胎的气压状态的系统，所述系统包括：

(a)至少一个传感器单元，每个传感器单元包括至少一个光学传感器以获取对应车辆的至少一个车轮的至少一幅图像；以及

(b)至少一个控制器，所述控制器包括至少一个处理器以从所述传感器单元接收所述车辆的各个车轮的图像数据并对其进行图像分析以估计所述车轮的轮胎的气压状态，所述处理器被配置成能够呈现各个对应轮胎的估计气压状态。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述图像分析包括：对所述图像中的对应轮胎的至少一个预定参数的值进行估计，并通过利用至少一个用于检索已知参数值的数据库来将估计的参数与适当充气的轮胎的相应参数的已知值进行比较。

3.根据权利要求2所述的系统，还包括：至少一个输入装置以使用户能够借以输入数据，所述输入数据至少包括对应车辆的类型，其中，所述处理器使用所述输入数据来估计所述对应车辆的每个轮胎的气压状态。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述至少一个传感器单元包括：多个传感器单元，所述多个传感器单元被设置成使得车辆能够在这多个传感器单元之间经过以获取对应经行车辆在经过所述传感器单元时的所有车轮的图像，其中，一旦所述对应车辆经过，所述传感器单元能够识别并指示每幅图像中每个轮胎对应的左/右和前-后位置，

其中，所述数据库将每个已知的参数值与具体的车辆类型并且与指示所述图像中对应轮胎的前/后侧的轮胎侧指示相关联以使得所述处理器能够将所述参数的估计值与相同车辆类型和轮胎侧的适当充气的轮胎的相应参数值进行比较。

5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述至少一个参数包括以下各项中的至少一项：接地印痕长度、接地印痕角、侧壁高度。

6.根据权利要求1所述的系统，还包括：至少一个用于测量对应轮胎的温度的温度测量装置，被配置成与所述温度测量装置通信的所述处理器能够利用所述对应轮胎的温度以相对于在对应温度范围内适当充气的轮胎的已知值对所述对应轮胎的气压状态进行估计。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述温度测量装置包括基于红外的传感器或照相机。

8.根据权利要求1所述的系统，该系统位于指定的通道处，以使得当车辆经过所述通道时能够对其轮胎的气压状态进行估计，其中，所述至少一个传感器单元包括多个配置为通过被安装在所述通道的相对侧来基本上同时地产生所述车辆的每对轮胎的2D图像的传感器单元。

9.根据权利要求1所述的系统，还包括：输出装置，其用于呈现输出的估计气压状态。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述输出装置包括以下各项中的至少一项：至少一个屏幕、至少一个扬声器、至少一个用于对指示所述估计气压状态的印刷文本消息进行输出的印刷装置。

11.根据权利要求9所述的系统，还包括：多个压力探测器，每个压力探测器位于所述通道上，使得当车辆经过所述通道时迫使所述经行车辆的轮胎在所述压力探测器上压过，所述压力探测器被配置为估计每个轮胎所施加的压力，其中，对对应车辆的每个轮胎所施加的每个压力的探测结果在所述处理器处被接收，从而被用来估计轮胎的气压。

12.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：用于自动地识别对应车辆类型的自动车辆类型识别机构，其中，根据所述对应车辆的类型来执行所述估计所述对应车辆的每个轮胎的气压。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述车辆识别机构被配置用于以下各项之一：经由LPR识别所述车辆的牌照号码；所述车辆的RFID识别，其中，所述处理器能够访问至少一个数据库以将所述识别的牌照号码或RFID代码与所述对应车辆的类型相关联。

14.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：机械定位机构以使得通过至少一个轴能够调节每个光学传感器的位置，所述机械定位机构由所述控制器电控制。

15.一种估计车辆轮胎中的气压的方法，所述方法包括：

a)利用至少一个包括光学传感器的传感器单元来获得车辆的至少一个车轮的至少一幅图像；

b)分析对应车轮的每个轮胎的每幅对应图像以对与所述轮胎的轮胎气压有关的至少一个参数的值进行估计；

c)通过将所述参数的估计值与适当充气的相应轮胎的已知参数值进行比较来估计所述对应轮胎的气压状态；以及

d)呈现所述估计气压状态的指示。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述至少一个参数包括以下各项中的至少一项：接地印痕长度、接地印痕角、侧壁高度。

17.根据权利要求15所述的方法，还包括：识别所述对应车辆的类型并识别每幅图像中每个车轮的前/后侧，其中，将所述估计参数和与相同车辆类型和轮胎侧相关联的相应已知参数值进行比较。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括：对指示对应车辆类型的输入数据进行接收。

19.根据权利要求17所述的方法，还包括：通过利用至少一个用于感应至少一个与所述对应车辆的类型相关联的参数的传感器来自动识别所述车辆。

20.根据权利要求17所述的方法，还包括：在获得车辆车轮的图像之前，根据所识别的车辆类型，调节每个所述光学传感器的位置。

21.根据权利要求15所述的方法，还包括：执行初步测试处理，在所述测试处理中，对每个获得的图像进行测试以检查其中的缺陷并验证该图像是否符合至少一个预定的质量标准，其中，一旦图像未能符合测试所用标准中的至少一个，则根据检测到的缺陷对所述传感器单元的所述传感器进行调节以获得所述对应车轮的新的图像。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述传感器的焦距和/或动态范围被调节，其中，所述传感器包括至少一个具有可调焦距及可调动态范围的照相机。