CN105556269B - 用于当车辆行驶时对车辆车轮的不平衡进行检测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对车辆车轮的不平衡进行检测的方法，其中，当该车辆移动时测量该车轮的转速(coi)，并且通过对该车轮的转速的测量值实施至少一次此带通类型的滤波(14)来计算滤波值(ω_带)。在车辆行驶过程中，根据该车轮的转速(ω₁)，该带通滤波(14)的通带位置是交错的。

Description

用于当车辆行驶时对车辆车轮的不平衡进行检测的方法

技术领域

本发明的主题是一种用于当车辆在公路上行驶时对车辆车轮的不平衡进行检测的方法。车轮的不平衡是指车轮的质量单元的不规则的角分布。车轮的角扇区的惯性则可能不同于该车轮的相同角振幅的另一个角扇区的惯性。

背景技术

制造轮辋、轮胎和轮毂罩的过程对机动车辆的车轮惯性引入了变化。这些变化的数量级足以在在传输系统中产生振动。

这些振动尤其易于导致车辆机械部件的过早疲劳、甚至断裂，并使该车辆的驾驶员和乘客产生不适。

如果问题涉及前轮，驾驶员一般会经由方向盘感知这些振动，如果涉及后轮，乘客会察觉到这些振动。

这些振动尤其易于引起用于监控轮胎压力的系统故障。这些监控系统中的某些监控系统实际上无需压力传感器即有可能检测车轮的充气不足，尤其是通过分析各车轮的转速信号。如果车轮是不平衡的，则对信号分析的假设是错误的。

现今通过固定在轮辋轮廓线上的配重块来对质量分布的初始缺陷进行补偿，则可以在生产线上对由制造工艺产生的车轮平衡缺陷进行处理。然而，在车辆的使用寿命期间，这些配重块可能移动或脱离车轮。这导致了所涉及的车轮的不平衡。

用于检测车轮不平衡的系统目前仅适用于已从车辆上移除和与车辆分离的车轮，或使用系统使其有必要将车辆放在试验台上，或例如专利申请WO 2007030037(沃尔沃(VOLVO))或专利申请JP 52066242(日本岛津公司(SHIMADZU CORP))中所述的，使其有必要为车辆配备与车轮相关联的振动传感器。

专利申请JP 55089729(KOHGIKEN)提出了一种车辆外部的检测系统。这是一种联接到车辆的车轮(无需将这些车轮移除)以对不平衡进行诊断的系统。

发明内容

本发明的一个目的是提出一种用于对车辆车轮的不平衡进行检测的系统和方法，能够在车辆准连续移动时在该车辆的各车轮的水平上监控任何发生的不平衡。必须能够在不使用车轮上的轮胎充气压力传感器或车轮的振动传感器的情况下来应用这种检测方法。

为此，本发明提出了一种对车辆车轮的不平衡进行检测的方法，其中，当该车辆移动时测量车轮转速，并且通过对测得的车轮转速值实施至少一个带通型滤波步骤来计算滤波值。当根据车轮转速进行移动时，该带通滤波步骤的通带位置是偏移的。

以一种特别有利的方式，当车辆移动时对车轮转速进行测量。在此，车轮的平衡是指造就了该车轮相对于其旋转轴线的惯性力矩的质量的规则的角分布。车轮的速度可以表示为角速度，或通过应用三个涉及车轮的理论半径的规则可以表示为以km/小时表示的车辆的相应的线速度。

则优选地计算表示该滤波值的统计方差的方差值，并且将这个方差值与一个方差阈值进行比较。该方差阈值优选地是恒定的。根据一个变体实施例，该方差阈值是车轮速度(例如是车轮速度的测量值)的函数，已经对其应用了低通滤波器。

根据一个优选实施例，通过对该滤波值与平均滤波值之间的差值的绝对值实施低通型滤波步骤来计算方差，该平均滤波值自身是该滤波值的低通滤波的结果。

只在认为车辆速度是稳定的运动阶段期间，才有利地考虑该方差与该方差阈值的比较结果。如果车轮速度值的滤波导数的绝对值在大于或等于时间阈值的持续时间内保持在加速度阈值之下，尤其可认为车辆速度是稳定的。计算滤波导数的方法是已知的。

第一个低通型滤波步骤另外可被用于由车轮速度传感器传递的数值，以得到将要应用该带通型滤波步骤的车轮转速。

有利的是，最后一个低通型滤波步骤另外可被用于该方差值，以得到与方差阈值进行比较的滤波方差值。该方差阈值通常可在0.03kmh^-1与0.6kmh^-1之间，例如家庭型车辆的方差阈值等于0.4kmh^-1。

该带通滤波步骤可以通过离散带通滤波器来实现，该离散带通滤波器是以五个可变系数为特征的，这五个系数是根据三个常数系数和车轮转速进行计算的。根据一个有利的实施例，这些常数系数中的一个常数系数与计算机执行带通滤波的采样周期类似。

根据另一个方面，本发明提出了如上所述的检测方法的对机动车辆的车轮充气水平进行监控的应用。通过采用车辆的各车轮的转速值来检测与车轮充气有关的任何异常而可以实现这种监控。例如，如果其中一个车轮的速度的方差值变得大于方差阈值，对该车辆的各滚动车轮实施一种方法，则考虑改进该车轮的充气水平的评估模式。如果例如不再考虑可以用于驾驶员或其他监控系统的警报模式或对其具有不同的考虑，则认为该评估模式是改进的。如果例如当车轮速度的方差保持小于或等于方差阈值时通过第一解析公式对车轮的轮胎充气水平进行评估、以及在车轮速度变得大于方差阈值时通过一个不同的解析公式进行评估，则认为该评估模式也是改进的。

应注意，滤波和方差计算的操作都是在车辆移动时进行计算的。

本发明还提出了一种用于对机动车辆车轮的不平衡进行检测的装置，该装置尤其包括该车辆的至少一个车轮的转速传感器、以及用于对该车轮的不平衡标准进行计算的单元。该计算单元被配置成实现对于速度传感器信号的一系列滤波操作以得到一个标准值，包括至少一个带通型滤波步骤，并且被配置成在至少该车辆的一些移动步骤的过程中将该标准值与阈值进行比较。这些移动步骤优选地对应于认为车辆速度是稳定的步骤。

本发明还涉及一种配备有上述检测装置的车辆。

附图说明

通过阅读以下通过非限制性举例的方式给出的并且参照附图作出的说明，本发明的其他目的、特征和优点将会显现，在附图中：

-图1示出了配备有根据本发明的检测装置的车辆，

-图2是根据本发明的检测装置的运行简图，

-图3示出了在根据本发明的检测方法的计算步骤中得到的车轮速度曲线，

-图4示出了在根据本发明的检测方法的另一个计算步骤中得到的车轮速度方差曲线。

具体实施方式

如图1所示，车辆5以四个车轮1、2、3和4移动。各车轮配备有该车轮专用的速度传感器6。车轮1、2、3和4各自专用的速度传感器6将各自的角速度值或各自的与角速度ω₁、ω₂、ω₃、ω₄成比例的数值传递给该车辆的一个电子控制单元7。为了更精确，实际上与车轮1、2、3和4相关联的这些速度传感器将其速度分别传递给第一模块、第二模块、第三模块和第四模块，用于分别计算与该车轮相关联的平衡标准B₁、B₂、B₃、B₄。

用于计算平衡标准的各模块将各自的布尔值BAL₁、BAL₂、BAL₃、BAL₄分别发送到第一模块、第二模块、第三模块和第四模块，用于计算各自的与该车轮相关联的轮胎压力标准P₁、P₂、P₃、P₄。

用于计算压力标准的各模块还接收来自于各自的相关车轮速度传感器6的转速值ω₁、ω₂、ω₃、ω₄。

这些轮胎压力计算模块可以采用不同方法计算轮胎压力，尤其是特指为方法1的方法以及特指为方法2的方法，对于车轮的不平衡的效应而言方法2的敏感度小于方法1、同时对于正确平衡的车轮而言其是比方法1准确性低的先验方法。

只要是指标BAL₁、BAL₂、BAL₃、BAL₄表明相关车轮是正确平衡的，用于计算压力标准P₁、P₂、P₃、P₄的这些模块采用第一方法(方法1)来计算各自的轮胎压力π₁、π₂、π₃、π₄。如果与平衡标准BAL₁、BAL₂、BAL₃、BAL₄对应的布尔值表明该车轮的平衡不足(在此例如车轮4所展示的)，该平衡标准计算模块(在此例如P₄)将负的布尔信号发送到相应的轮胎压力计算模块，其然后选择一种对于该车轮的不平衡的效应不太敏感的方法(在此是方法2)。

在图1所示的实例中，因而根据方法1计算车轮1、2和3的轮胎压力，因为这些车轮是正确平衡的，并且通过另一种方法(方法2)计算第四车轮的压力π₄，该方法总的来说不太准确、但是也对车轮的不平衡的效应不太敏感。

图2展示了单元8的一部分运行模式，用于结合图1的模块B₁、B₂、B₃、B₄对这些车轮的不平衡进行评估。

在图1中，这些用于计算车轮的轮胎压力标准的模块可以在相同的单元9中一起分组，用于计算该车辆的这些车轮的压力。图2展示了电子控制单元7的计算模块B₁、B₂、B₃、B₄中的一个运算模块(例如模块B₁)的运行模式。

如图2所示，由其中一个速度传感器6测得的车轮1的转速ω₁被传输至传送经过滤波的车轮转速值w₀的第一低通滤波器12。这个经过滤波的速度值一方面被发送至模块13以用于限定带通滤波器14的参数，另一方面被发送至相应的带通滤波器14。经过滤波的速度w₀还被发送至比较器单元18，该比较器单元计算该速度的滤波差异化值并将以此方式得到的加速度的绝对值与阈值ε进行比较，以决定该车辆的速度是否可被认定为是稳定的。

滤波器14的定义模块13采用存储单元11中储存的三个数值ξ₁、ξ₂、T_e。这些数值ξ₁、ξ₂、T_e是常量值，并且模块13采用这些数值，与该车轮的速度w₀结合，用于限定被发送至带通滤波器14的五个滤波器参数a₀、a₁、a₂、b₁、b₂。带通滤波器14对速度w₀应用带通型滤波，并且将数值ω_带传送至模块15而用于计算速度方差。

速度方差模块15然后将数值ω_var传送至低通滤波器16，然后顺次传送与经过滤波的车轮1的速度方差相对应的数值ω_varfilt。

比较器17将这个数值与方差阈值(“阈值”)进行比较。如果经过滤波的方差值ω_varfilt大于该阈值，比较器17将布尔值“BAL”(例如是一个负值)传送至单元9，用于计算这些轮胎的充气压力。

如果经过滤波的方差ω_varfilt小于该阈值，该比较器向轮胎压力监控模块9传送的是一个相反的布尔值“BAL”(在此例如是一个正值)。可以设想变体实施例，其中布尔变量BAL的含义可以反转、总体推断应保持相同。

然而，只在与速度w₀的稳定性相关的测试18表明该车辆的速度实际上是稳定的情况下，才传送布尔值BAL。如果车辆速度是不稳定的，则不发送布尔值BAL、并通过例如回到第一低通滤波器12上游侧的方法继续监控车轮速度。

在图3中，根据时间的车辆车轮速度的两个曲线一起分组。可以看到与失衡的车轮速度对应的深灰色曲线以及与平衡的车轮速度对应的浅灰色曲线。在示出的实例中，该车辆首先在加速前以接近30km/h的速度行驶，稳定在接近140km/h的速度，然后再次降到30km/h。时间间隔21和24对应于30km/h的稳定行驶，时间间隔22对应于以140km/h的速度行驶，并且两种时间间隔23对应于未稳定的行驶方式，用于将速度从30km/h改为140km/h，反之亦然。

注意，在平台阶段21、22和24，失衡车轮的速度的特征是摆动大于正确平衡的车轮的速度的幅度。图3所示的曲线对应于第一个低通滤波步骤得到的曲线，例如是图2所示的同样类型的滤波步骤12。

图4示出了通过图2的带通滤波器14进行处理之后、然后通过最后一个低通滤波器16进行滤波之后的图3的曲线。深灰色连续曲线25因此代表在这些传感器发送的速度经过低通滤波器12、然后经过带通滤波器14、然后经过方差计算模块15之后的失衡车轮的速度值。

浅灰色连续曲线27代表在对由与车轮相关联的传感器传送的速度值进行滤波的相同处理过程之后的正确平衡的车轮的转速方差。通过在阶段21、22和24的过程中(在此过程中车辆的速度1被稳定)将低通滤波器应用到曲线25上而得到黑色虚线曲线26。在过渡阶段23的过程中，曲线26的数值保持不变，等于计算出的最新前值。浅色虚线曲线28是平衡的车轮的方差曲线27的类似处理的结果。曲线26和28可与一个阈值(在此被选择为等于0.04km/h)比较。这种比较对应于由比较器17从图2实现的测试，并且只在车辆速度稳定的阶段21、22和24期间应用。在过渡阶段23过程中，可如图4所示省略测试17，或为经过滤波的方差函数指定一个任意值。如在图4中可见，由根据本发明的对各车轮的速度传感器传送的速度进行处理得到的这些曲线可分别与一个阈值进行比较并传送相对恒定的信息，使其可能告知该车轮是否是正确平衡的。

本发明的带通滤波器被选择为具有非常窄的通带。它是一个离散滤波器，因为其目的是在车辆计算机中实现。这个通带集中在车轮的速度上，基于与车轮相关联的传感器的输出而进行估算，无需与该车辆的其他车轮相关联的传感器。集中在通带上的车轮估算速度可以是已经过数字滤波来估算该传感器的信号噪声的数值。

该带通滤波器是一种自适应滤波器，即“通过”频率随车轮瞬时转速而偏移，用以保持集中在这个转速上。

在本发明的正文中，优选的带通滤波器是结构简单、但是合并了可与该车辆上的可测物理值相关联的参数的“带通”滤波器。通过以下传递函数对所提出的结构进行描述：

其中，w₀是“通过”频率，ξ₁和ξ₂是两个复共轭极点的阻尼系数(分别为零)。

通过例如试验和误差选择参数ξ₁和ξ₂，以便在对与不平衡以外的现象相关联的峰值进行估算的同时，通带宽度包含与不平衡相关联的信号分量。

本发明提出了实现变量的改变，使其能够将这种滤波器替换为等同的离散滤波器。

分子/分母的根是：

此外，已知通过构建这些根是共轭的、复杂的，因此：这使得分子/分母的根能够写成如下形式：

其中，i是与根-1对应的虚数。

在本发明中，选择具有此类传递函数的离散带通滤波器：

其中，z^-1是单一延迟算子。

该带通滤波器因此以五个系数a0、a1、a2、b1、b2为特征。

本发明提出了使用特定的离散化方法(“匹配离散化”)。这种离散化方法使其能够确保离散滤波器的通过频率保持正确地集中在与所选的连续滤波器相同的通过频率上。

应用这种离散化方法产生了：

其中：

已知这些根是共轭的、复杂的，因此：

也就是说：

并且对于分母：

这此滤波器的极点和零点则是匹配的：

其中，T_e是采样周期。

定义了四个中间计算变量C₁、C₂、C₃、C₄。

离散化的一个补充条件是，静态增益必须是单一的，也就是说：

a₀+a₁+a₂＝1+b₁+b₂

这产生了具有五个知数的五个方程式的系统，其解答是：

滤波器定义模块13被配置成从经过滤波的速度w₀和三个常数参数ξ₁、ξ₂、T_e计算五个系数a₀、a₁、a₂、b₁、b₂，最后一个参数与应用带通滤波器14的计算机的采样周期相关。

如果在该带通滤波器的输出中观察到车辆的两个不同车轮的信号(这些信号在图3中示出)，可以非常清楚地看到来自于平衡车轮的信号(浅灰色)与来自于失衡车轮的信号(深灰色)之间的差别。而如果看到等于两个车轮的速度信号之间的差值的信号，则不能告知各车轮的状态。

图3示出了平衡车轮与失衡车轮之间的信号方差方面的差异。换言之，这两个信号具有相同的平均值，但是来自于失衡车轮的信号围绕这个共同平均值的变化更多。

这是本发明提出在方差计算器15的水平应用信号变换的原因，信号变换的结果是表示该信号的方差。可以设想多种计算方法。为了使计算过程简单而稳健，本发明提出了以下变换：

ω_var＝〈|(ω_带-〈ω_带〉)|〉其中，〈〉是一个求平均数算子，例如低通滤波器。

换言之，通过对经过滤波的速度ω_带应用低通滤波来计算经过滤波的平均速度，此后对带通滤波器的输出ω_带与经过滤波的平均速度之间的差值的绝对值进行计算。可以设想众多其他用于量化方差的公式。

变量ω_var可以自己接受滤波(例如低通型滤波16)，用以得到噪声较少的经过滤波的方差值ω_varfilt。

然后可将数值ω_var与方差阈值(“阈值”)进行比较。在这些变体实施例中，可在与阈值比较之前通过例如低通滤波器16对数值ω_var进行进一步滤波。如图2所示，只在车轮的旋转方式处于稳定阶段时(例如，如果由经过滤波的速度w₀计算得到的该车轮的角加速度的绝对值在最少时间δt₀内保持小于加速度阈值ε)，才考虑与阈值的比较结果。

该系统在车辆移动前几次时可以获悉方差阈值(“阈值”)，或者它可以是在制造汽车的过程中储存在车辆计算机中的一个数值。根据一个变体实施例，可以在车轮重新平衡时对这个数值进行修改。

本发明不限于上述示例实施例，并且其自身适于众多的变体。补充的噪声滤波步骤可以被引入该过程或省略的低通滤波器12和/或16。进行滤波的车轮速度可以是角速度、或是具有比例常数因子的与角速度成比例的数值，例如，基于车轮理论直径的以km/h表示的车辆的相应速度。

由于根据本发明的检测系统，有可能在车辆移动的任何时间检测到车辆的这些车轮不再是平衡的或不再适合于车轮监控系统(例如轮胎的充气监控系统)，用以对与这种不平衡相关联的不准确性进行限制。

Claims (10)

1.一种对车辆车轮的不平衡进行检测的方法，其中，当该车辆移动时对该车轮(1)的转速(ω₁)进行测量，通过对测得的车轮转速值实施至少一个带通型滤波步骤(14)来计算一个滤波值(ω_带)，其特征在于，当该车辆根据该车轮的转速(ω₁)移动时，该带通型滤波步骤(14)的通带位置是偏移的，

其中，然后对表示该滤波值(ω_带)的统计方差的方差值(ω_var)进行计算，并且将这个方差值与一个方差阈值进行比较。

2.如权利要求1所述的检测方法，其中，通过对该滤波值(ω_带)与一个平均滤波值之间的差值的绝对值实施一个低通型滤波步骤来计算该方差值(ω_var)，该平均滤波值自身是该滤波值(ω_带)的低通滤波的结果。

3.如权利要求1或2所述的检测方法，其中，只在认为车辆速度是稳定的运动阶段期间才考虑该方差值与该方差阈值的比较结果。

4.如权利要求1或2所述的检测方法，其中，第一个低通型滤波步骤(12)另外被用于由车轮速度传感器传送的一个数值(ω₁)，用以得到随后应用该带通型滤波步骤(14)的车轮转速(w₀)。

5.如权利要求1或2所述的检测方法，其中，最后一个低通型滤波步骤(16)另外被用于该方差值(ω_var)，用以得到与该方差阈值进行比较的一个经过滤波的方差值(ω_varfilt)。

6.如权利要求1或2所述的检测方法，其中，通过以五个可变系数(a₀，a₁，a₂，b₁，b₂)为特征的离散带通滤波器来实现该带通型滤波步骤(14)，这五个系数是根据三个常数系数(ξ₁，ξ₂，T_e)和该车轮的转速(w₀)进行计算的，所述五个可变系数(a₀，a₁，a₂，b₁，b₂)是带通型滤波器的传递函数的五个系数，所述三个常数系数(ξ₁，ξ₂，T_e)中的一个(T_e)是采样周期，所述三个常数系数(ξ₁，ξ₂，T_e)中的另两个(ξ₁，ξ₂)是两个复共轭极点的阻尼系数。

7.如权利要求1或2所述的检测方法，用于对机动车辆的车轮的充气水平进行监控。

8.一种用于对机动车辆车轮的不平衡进行检测的装置，该装置包括该车轮(1)的转速(ω₁)的一个传感器(6)、以及用于对该车轮计算不平衡的一个计算单元(B1)，其特征在于，该计算单元(B1)被配置成实现该速度传感器信号的带通型滤波的至少一个步骤来计算一个滤波值(ω_带)，该通带的位置在该车辆根据该车轮的转速(ω₁)移动时是偏移的，

其中，然后对表示该滤波值(ω_带)的统计方差的方差值(ω_var)进行计算，并且将这个方差值与一个方差阈值进行比较。

9.如权利要求8所述的用于对机动车辆车轮的不平衡进行检测的装置，其中，该计算单元(B1)被配置成在该车辆的至少一些移动步骤的过程中将由包括该带通型滤波步骤的滤波所产生的一个不平衡标准值(ω_varfilt)与一个阈值进行比较。

10.一种配备了如权利要求8或9之一所述的检测装置的车辆。