CN106556335B - 一种轮胎接地尺寸测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轮胎接地尺寸测量方法及系统。所述测量方法包括：获取每个应变传感器的应变数据；根据每排应变传感器的横坐标以及同一时刻的应变数据获取该排应变传感器的应变曲线；获取所述应变曲线的特征点以得到轮胎的边沿坐标；根据轮胎的边沿坐标获取轮胎接地宽度。所述测量系统基于上述测量方法实现。本发明成本低，易于安装，计算准确度高且可靠度高。

Description

一种轮胎接地尺寸测量方法及系统

技术领域

本发明涉及检测技术领域，具体涉及一种轮胎接地尺寸测量方法及系统。

背景技术

车辆在行驶过程中，轮胎与道路之间会形成接触面，该接触面的尺寸称为轮胎接地尺寸。目前，在轮胎类型识别、轮轴类型识别、车型判定过程中主是依据之一就是轮胎接地尺寸。轮胎接地尺寸的测量精度越高，则轮胎类型识别、轮轴类型识别和车型判定的准确度越高。

目前，测量轮胎接地尺寸的主要设备为轮胎识别器。大多数轮胎识别器根据安装在垂直于车辆行驶方向上一排传感器的0/1状态来分析轮胎宽度，之后判定轮胎类型。在上述方法中，由于传感器之间有一定的安装距离，轮胎宽度的计算精度有限，导致轮胎类型识别率较低。

此外，上述轮胎识别器多采用机械开关或导电橡胶触点方式与轮胎接触测量。前者结构复杂且容易磨损，使用一段时间后可靠性明显降低、寿命短。后者在受到轮胎碾压时触点导通，轮胎离开时触点断开，触点的导通受接触电阻的影响大，容易损坏，使用寿命也较短。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种轮胎接地尺寸测量方法及系统，可以解决现有技术中轮胎识别器易坏且识别准确度低的技术问题。

第一方面，本发明提供了一种轮胎接地尺寸测量方法，在车辆行驶路面上设置多个应变单元，每个应变单元上设置至少一排应变传感器，应变传感器沿垂直车辆行驶方向排列在应变单元上，记录每个应变传感器在应变单元上的位置坐标，所述位置坐标的横坐标垂直于车辆行驶方向，所述位置坐标的纵坐标平行于车辆行驶方向；所述测量方法包括：

车辆通过应变单元的过程中，实时获取每个应变传感器的应变数据；

根据每排应变传感器的横坐标以及同一时刻的应变数据获取该应变单元的应变曲线；

获取所述应变曲线的特征点以得到轮胎的边沿坐标；

根据轮胎的边沿坐标获取轮胎接地宽度。

可选地，所述测量方法还包括：

获取多个应变单元的应变曲线从而得到多个轮胎接地宽度；

根据所述多个轮胎接地宽度得到轮胎接地宽度平均值；

或者，

获取同一应变单元在多个时刻的应变曲线从而得到多个轮胎接地宽度；

根据所述多个轮胎接地宽度得到轮胎接地宽度平均值。

可选地，所述测量方法还包括：

提取任意两应变单元上应变传感器测量到的应变数据、采集时间和应变传感器的纵坐标；

根据两应变单元的尺寸、安装距离、应变数据、应变传感器纵坐标和采集时间得到轮胎接地长度。

可选地，获取轮胎接地长度的步骤包括：

提取任意两排应变传感器测得最大应变数据对应的采集时间t1与t2；

根据上述任意两排应变传感器之间距离S以及采集时间t1与t2计算车辆的行驶速度V；所述行驶速度V通过以下公式计算：

获取车辆通过任意一应变单元的开始时刻t3和结束时刻t4；

根据所述应变单元在车辆行驶方向上长度W、开始时刻t3、结束时刻t4以及所述行驶速度计算轮胎接地长度L；所述轮胎接地长度L通过以下公式计算：

L＝V×(t₄-t₃)-W。

可选地，所述应变曲线的特征点包括极大值、极小值和拐点中的一个或者多个。

可选地，所述测量方法还包括：

根据轮胎接地宽度和轮胎接地长度查询轮胎类型预设表从而识别当前轮胎类型；

第二方面，本发明实施例还提供了一种轮胎接地尺寸测量系统，所述测量系统包括：设置在一条或多条直线上的多个应变单元，每条直线与车辆行驶方向垂直，以及与所述多个应变单元电连接的数据处理单元；

应变单元在受到轮胎碾压时发生弹性形变，数据处理单元获取弹性形变引起的模拟应变数据；

所述数据处理单元用于将模拟应变数据转换为数字应变数据，并根据数字应变数据以及数据采集时间和各应变单元中应变传感器的位置坐标计算轮胎接地宽度与轮胎接地长度。

可选地，所述应变单元包括多个支撑部件、应变部件和多个应变传感器；

所述支撑部件用于支撑车辆的碾压力；

所述应变部件设置在所述多个支撑部件的中间位置；

所述多个应变传感器成直线且垂直于车辆行驶方向设置在所述应变部件下方；

所述应变部件为弹性板材；所述应变传感器为应变片、压力传感器或者拉力传感器中的一种或者多种。

可选地，所述数据处理单元包括：模数转换电路、轮胎接地尺寸计算模块；

所述模数转换电路用于将接收到的模拟应变数据转换成数字应变数据，并将数字应变数据发送给所述轮胎接地尺寸计算模块；

所述轮胎接地尺寸计算模块用于根据应变传感器的位置坐标、应变单元的尺寸、数字应变数据以及数据采集时间计算轮胎接地宽度与轮胎接地长度。

可选地，所述数据处理单元还包括识别模块；

所述识别模块用于根据轮胎接地宽度与轮胎接地长度识别轮胎类型。

由上述技术方案可知，本发明通过获取每个应变传感器的应变数据以及产生应变数据的应变时刻，然后根据每排应变传感器的横坐标以及应变数据获取该个应变单元的应变曲线，之后根据应变曲线的特征点得到轮胎的边沿坐标；根据轮胎的边沿坐标获取轮胎接地宽度。本发明利用多个应变传感器获取应变数据，结构简单，易于安装，并且使用寿命长，维护成本低。通过应变传感器的位置坐标可以精确获取轮胎接地宽度以及轮胎接地长度，测量精度高，有利于提升轮胎类型识别和车型识别的准确率。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1是本发明实施例提供的一种轮胎接地尺寸测量方法流程示意图；

图2是本发明实施例根据实际测量数据得到的应变曲线图；

图3是本发明实施例提供的另一种轮胎接地尺寸测量方法流程示意图；

图4是本发明实施例提供的一种轮胎接地尺寸测量装置框图；

图5是应变单元的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例提供了一种轮胎接地尺寸测量方法，如图1所示，所述测量方法包括：

S1、车辆通过应变单元的过程中，实时获取每个应变传感器的应变数据；

S2、根据每排应变传感器的横坐标以及应变数据获取该应变单元的应变曲线；

S3、获取所述应变曲线的特征点以得到轮胎的边沿坐标；

S4、根据轮胎的边沿坐标获取轮胎接地宽度。

为实现本发明实施例提供的轮胎接地尺寸测量方法，需要事先在车辆行驶路面上设置多个应变单元，每个应变单元上设置至少一排应变传感器，且每个应变传感器在应变单元上的位置坐标确定，所述位置坐标包括横坐标和纵坐标，所述横坐标为路面的宽度方向，即垂直于车辆行驶方向，所述纵坐标为路面的长度方向，即平行于车辆行驶方向。

需要说明的是，每个应变单元可以设置一排应变传感器，也可以设置多排应变传感器。可理解的是，设置的应变传感器数量越多，测量结果精度越高，但是也会在一定程度上影响数据处理的速度。本领域技术人员可以根据具体的使用场景选择合适数量的应变单元以及设置在应变单元上的应变传感器，本发明对应变单元和应变传感器的数量不作限定。

下面结合实施例以及附图对本发明提供的轮胎接地尺寸测量方法的各步骤作详细说明。

首先，介绍S1、车辆通过应变单元的过程中，实时获取每个应变传感器的应变数据的步骤。

车辆在路面行驶时，当碾压到应变单元时该应变单元发生弹性形变。随着轮胎与应变单元之间接触面积的增大，实时获取的应变数据变大；当车轮行驶至应变单元中间位置时，所获取的应变数据最大。当轮胎离开应变单元中间位置时，轮胎与应变单元之间接触面积逐渐变小，所获取的应变数据越来越小，当轮胎与应变单元完全分离时，获取的应变数据变为零。

在此过程中，实时获取轮胎与应变单元接触过程中的应变数据并记录对应的应变时刻。

其次，介绍S2、根据每排应变传感器的横坐标以及应变数据获取该应变单元的应变曲线的步骤。

以每排应变传感器在垂直车辆行驶方向的坐标数据作为横轴坐标数据，以应变数据作为纵轴坐标数据；将每排应变传感器的横坐标及对应的每个应变传感器在同一时刻的应变数据形成若干数据对，将上述数据对绘制于坐标系中形成离散应变数据点。

然后在上述多个离散应变数据点的基础上，采用曲线拟合方法得到应变曲线。其中曲线拟合方法可以是最小二乘法、三次样条曲线拟合、正态分布法等，也可以按照离散应变数据点的横坐标大小顺序依次连接，平滑处理后同样可以得到应变曲线。如图2所示为车辆轮胎为单胎情况下，提取同一时刻一排应变传感器的应变数据，结合应变传感器横坐标数据得到的应变曲线，其中横坐标对应应变传感器在垂直车辆行驶方向上的位置，纵坐标对应各应变传感器测量得到的应变数据。本领域技术人员可以选择合适的曲线拟合方法，或者与曲线拟合具有相同功能的算法，本发明不作限定。

再次，介绍S3、获取所述应变曲线的特征点以得到轮胎的边沿坐标以及S4、根据轮胎的边沿坐标获取轮胎接地宽度的步骤。

对应变曲线进行求导从而得到特征点，且上述特征点至少有两个。其中应变曲线的特征点包括极大值或极小值或拐点。例如，轮胎在经过应变单元时，理想情况下，上述应变曲线在轮胎边沿坐标对应位置出现特征点，轮胎为单胎时特征点为两个，轮胎为多胎时，特征点数大于等于两个。特殊情况下，特征点数m与胎数n之间的关系为m＝3n-1。提取特征点中最小横坐标和最大横坐标，两横坐标之差即为轮胎接地宽度。

实际应用中，由于选用的应变传感器类型不同、弹性板材材质不同、结构不同，造成应变曲线的特征点不同或无特征点情况，对于无特征点情况，可根据应变曲线上应变数据高于设定阈值数据部分的最大与最小横坐标之差值作为计算轮胎接地宽度，具体计算方法可以是查表、带入拟合函数求值等方法。

本发明实施例一中，根据车辆碾压应变单元过程中每个应变传感器的测量数据和应变传感器的坐标位置经曲线拟合后得到应变单元的应变曲线，该曲线很好的反映了应变单元在受到车轮碾压过程中的弹性形变状态，而应变单元的弹性形变状态与轮胎的接地尺寸息息相关，之后根据应变曲线的特征得到轮胎的接地宽度。相比传统轮胎识别器计算轮胎接地宽度的方法，本发明计算得到的轮胎接地宽度精度更高。

为进一步提高所检测的轮胎接地宽度的精确度，本发明实施例提供的一种轮胎接地尺寸测量方法还包括：

S4、获取多个应变单元对应的应变曲线从而得到多个轮胎接地宽度；

S5、根据所述多个轮胎接地宽度得到轮胎接地宽度平均值。

即重复上述步骤S1～S3多次得到多个应变单元对应的轮胎接地宽度，然后采用数学方法计算这些轮胎接地宽度的平均值即可得到轮胎接地宽度平均值。正常情况下，该轮胎接地宽度平均值比任意一个轮胎接地宽度更加接近于真实的轮胎接地宽度，这样有利于提升轮胎类型识别的准确度。

为进一步提高所检测的轮胎接地宽度的精确度，本发明实施例提供的一种轮胎接地尺寸测量方法又包括：

S4’、获取同一排应变传感器在多个时刻的应变曲线从而得到多个轮胎接地宽度；

S5、根据所述多个轮胎接地宽度得到轮胎接地宽度平均值。

即重复上述步骤S1～S3多次得到同一排应变传感器在不同时刻的轮胎接地宽度，然后采用数学方法计算这些轮胎接地宽度的平均值即可得到轮胎接地宽度平均值。正常情况下，该轮胎接地宽度平均值比任意一个轮胎接地宽度更加接近于真实的轮胎接地宽度，这样有利于提升轮胎类型识别的准确度。

实际应用中，通过轮胎接地宽度即可检测轮胎类型，但其检测准确率仍然有待提高。为此，本发明实施例提供的一种轮胎接地尺寸测量方法，如图3所示，其中与图1中相同的步骤S1、S2、S3和S4(或者S4’)参见上文，还包括：

S6、获取任意两排应变传感器的应变数据、应变时刻和纵坐标；

S7、根据应变单元的尺寸、应变数据和应变时刻获取轮胎接地长度。

具体来说，本发明实施例中获取轮胎接地长度的步骤包括：

获取任意两排应变传感器产生最大应变数据对应的时刻t1与t2；根据上述任意两排应变传感器之间距离S以及时刻t1与t2计算计算车辆的行驶速度V，计算公式如下所示：

获取车辆通过其中任意一排应变传感器的开始时刻t3和结束时刻t4。然后根据所述应变单元在车辆行驶方向上长度W、开始时刻t3、结束时刻t4以及所述行驶速度V计算轮胎接地长度L，计算公式如下所示：

L＝V×(t₄-t₃)-W。

这样可以根据轮胎接地宽度(或者轮胎接地宽度平均值)与轮胎接地长度来识别轮胎类型，可以极大提升轮胎类型识别的准确率。

需要说明的是，实际应用中开始时刻t3和结束时刻t4可通过比较应变数据与设定阈值的大小来确定。开始时刻t3为轮胎碾压应变单元过程中，应变数据逐渐变大过程中应变数据大于设定阈值时对应的时刻；结束时刻t4为轮胎碾压应变单元过程中，应变数据逐渐减小过程中应变数据小于设定阈值时对应的时刻。

实际应用中，大型车辆还存在多个轮胎并排使用的情况，为检测上述情况，本发明实施例提供的一种轮胎接地尺寸测量方法还包括：

当所述轮胎接地宽度或者所述轮胎接地宽度平均值超过宽度预设值时，则通过应变单元的轮胎包括至少两个轮胎。

需要说明的是，本发明实施例中仅说明了设置一个宽度预设值的情况，当然还可以设置多个阈值，该多个阈值可以根据现有轮胎的宽度情况进行设置。例如第一阈值可以设置为现有单个轮胎的最大宽度，第二阈值可以设置有现在车轮双胎的最大宽度。当测量的轮胎宽度小于第一阈值时，说明车轮为单胎类型；当测量的轮胎宽度大于第一阈值且小于第二阈值时，说明车轮为双胎类型；当所测量的轮胎接地宽度大于第二阈值时，说明车轮为两个以上的轮胎类型，其他情况以此类推。本领域技术人员可以根据具有使用场景进行设置，本发明不作限定。

为提高车辆轮胎类型识别准确度，本发明实施例提供的一种轮胎接地尺寸测量方法还包括：

根据轮胎接地宽度和轮胎接地长度查询轮胎类型预设表从而识别当前轮胎类型。

所述的轮胎类型预设表可根据实际测量数据标定得到。

第二方面，本发明还提供了一种轮胎接地尺寸测量系统，如图4所示，所述测量系统包括：设置在一条或多条直线上的多个应变单元M1，每条直线与车辆行驶方向垂直，以及与所述多个应变单元电连接的数据处理单元M2；其中，

应变单元M1在受到轮胎碾压发生弹性形变，数据处理处理单元M2实时获取弹性形变引起的模拟应变数据；

数据处理单元M2将模拟应变数据转换成数字应变数据，并根据上述数字应变数据以及采集时间和各应变单元中应变传感器的位置坐标计算轮胎接地宽度与轮胎接地长度。

如图5所示，应变单元M1包括多个支撑部件M11、应变部件M12和多个应变传感器M13。多个支撑部件M11用于支撑车辆的碾压力。应变部件M12设置在多个支撑部件M11的中间位置。多个应变传感器M13成排设置在应变部件下方，并记录每个应变传感器的位置坐标。

应变部件M12为弹性板材，例如弹性较好的钢板。需要说明的是，上述应变单元可根据实际需要安装在车辆行驶的半个车道或整个车道上。应变传感器M13为应变片、压力传感器或者拉力传感器中的一种或者多种。实际应用中，应变传感器的安装数据不少于5个，且两个应变传感器之间距离不小于50毫米。

数据处理单元M2包括：模数转换电路、轮胎接地尺寸计算模块；

模数转换电路用于将接收到的模拟应变数据转换成数字应变数据，并发送给所述轮胎接地尺寸计算模块。实际应用时，上述模数转换电路可以采用AD芯片(模拟数字转换芯片)及相关外围电路实现。轮胎接地尺寸计算模块用于根据应变传感器的位置坐标、应变单元的尺寸、应变数据以及应变时间计算轮胎接地宽度与轮胎接地长度。

数据处理单元M2还包括识别模块。识别模块用于根据轮胎接地宽度与轮胎接地长度识别轮胎类型。

由上可以看出，本发明实施例提供的测量装置基于上文所述的测量方法实现，因而可以解决同样的技术问题，并取得相同的技术效果，在此不再一一赘述。

综上所述，本发明实施例提供的轮胎接地尺寸测量方法及装置，通过设置多个应变单元，结构简单，易于安装；利用多个应变单元获取每个应变传感器的应变数据以及产生应变数据的应变时刻，然后根据每排应变传感器的横坐标以及应变数据获取该应变单元的应变曲线，根据应变曲线的特征点得到轮胎的边沿坐标；根据轮胎的边沿坐标的差值获取轮胎接地宽度。另外，还可以通过非同一排的任意两个应变传感器确定车辆的行驶速度以及车辆的轮胎接地长度。最后利用轮胎接地宽度和轮胎接地长度识别轮胎类型，测量精度高，有利于提升轮胎类型识别以及车型识别等准确率。此外，本发明的系统还具有寿命长，使用与维护成本低的优点。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上，除非另有明确的限定。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (9)

1.一种轮胎接地尺寸测量方法，其特征在于，在车辆行驶路面上设置多个应变单元，每个应变单元上设置至少一排应变传感器，应变传感器沿垂直车辆行驶方向排列在应变单元上，记录每个应变传感器在应变单元上的位置坐标，所述位置坐标的横坐标垂直于车辆行驶方向，所述位置坐标的纵坐标平行于车辆行驶方向；所述测量方法包括：

车辆通过所述应变单元的过程中，实时获取每个应变传感器的应变数据；其中，随着轮胎与应变单元之间接触面积的增大，实时获取的应变数据变大；当车轮行驶至应变单元中间位置时，所获取的应变数据最大；当轮胎离开应变单元中间位置时，轮胎与应变单元之间接触面积逐渐变小，所获取的应变数据越来越小；当轮胎与应变单元完全分离时，获取的应变数据变为零；

根据每排应变传感器的横坐标以及同一时刻的应变数据获取所述应变单元的应变曲线；其中，横坐标对应应变传感器在垂直车辆行驶方向上的位置，纵坐标对应各应变传感器测量得到的应变数据；

获取所述应变曲线的特征点以得到轮胎的边沿坐标；

根据轮胎的边沿坐标获取轮胎接地宽度；

其中，所述应变单元包括多个支撑部件、应变部件和多个应变传感器；

所述支撑部件用于支撑车辆的碾压力；

所述应变部件设置在所述多个支撑部件的中间位置；

所述多个应变传感器成直线地设置在所述应变部件下方，且垂直于车辆行驶方向；

所述应变部件为弹性板材；所述应变传感器为应变片、压力传感器或者拉力传感器中的一种或者多种。

2.根据权利要求1所述的轮胎接地尺寸测量方法，其特征在于，所述测量方法还包括：

获取多个应变单元的应变曲线从而得到多个轮胎接地宽度；

根据所述多个轮胎接地宽度得到轮胎接地宽度平均值；

或者，

获取同一应变单元在多个时刻的应变曲线从而得到多个轮胎接地宽度；

根据所述多个轮胎接地宽度得到轮胎接地宽度平均值。

3.根据权利要求1所述的轮胎接地尺寸测量方法，其特征在于，所述测量方法还包括：

提取任意两应变单元上应变传感器测量到的应变数据、采集时间和应变传感器的纵坐标；

根据两应变单元的尺寸、安装距离、应变数据、应变传感器纵坐标和采集时间得到轮胎接地长度。

4.根据权利要求3所述的轮胎接地尺寸测量方法，其特征在于，获取轮胎接地长度的步骤包括：

提取任意两排应变传感器测得最大应变数据对应的采集时间t1与t2；

根据上述任意两排应变传感器之间距离S以及采集时间t1与t2计算车辆的行驶速度V；所述行驶速度V通过以下公式计算：

获取车辆通过任意一应变单元的开始时刻t3和结束时刻t4；

根据所述应变单元在车辆行驶方向上长度W、开始时刻t3、结束时刻t4以及所述行驶速度计算轮胎接地长度L；所述轮胎接地长度L通过以下公式计算：

L＝V×(t₄-t₃)-W。

5.根据权利要求1～4任一项所述的轮胎接地尺寸测量方法，其特征在于，所述应变曲线的特征点包括极大值、极小值和拐点中的一个或者多个。

6.根据权利要求5所述的轮胎接地尺寸测量方法，其特征在于，所述测量方法还包括：

根据轮胎接地宽度和轮胎接地长度查询轮胎类型预设表从而识别当前轮胎类型。

7.一种用于权利要求1-6任一项所述的轮胎接地尺寸测量方法的轮胎接地尺寸测量系统，其特征在于，所述测量系统包括：设置在一条或多条直线上的多个应变单元，每条直线与车辆行驶方向垂直，以及与所述多个应变单元电连接的数据处理单元；

应变单元用于在受到轮胎碾压时获取模拟应变数据，并将所述模拟应变数据发送给所述数据处理单元；

所述数据处理单元用于将模拟应变数据转换为数字应变数据，并根据所述数字应变数据以及采集时间和各应变单元中应变传感器的位置坐标计算轮胎接地宽度与轮胎接地长度。

8.根据权利要求7所述的轮胎接地尺寸测量系统，其特征在于，所述数据处理单元包括：模数转换电路、轮胎接地尺寸计算模块；

所述模数转换电路用于将接收到的模拟应变数据转换成数字应变数据，并将数字应变数据发送给所述轮胎接地尺寸计算模块；

所述轮胎接地尺寸计算模块用于根据应变传感器的位置坐标、应变单元的尺寸、数字应变数据以及数据采集时间计算轮胎接地宽度与轮胎接地长度。

9.根据权利要求8所述的轮胎接地尺寸测量系统，其特征在于，所述数据处理单元还包括识别模块；

所述识别模块用于根据轮胎接地宽度与轮胎接地长度识别轮胎类型。