CN106796163A - 用于旋转轮胎的多特征检测和分析的系统和方法 - Google Patents

用于旋转轮胎的多特征检测和分析的系统和方法 Download PDF

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Abstract

公开了用于轮胎管理的系统和方法，其能够根据在移动车辆上旋转的轮胎来检测轮胎的各个方面且确定轮胎状况。

Description

用于旋转轮胎的多特征检测和分析的系统和方法
相关申请
本申请涉及2012年11月1日提交的、名称为System and Method for EstimatingPneumatic Pressure State of Vehicle Tires(用于估计车辆轮胎的气动压力状态的系统和方法)的序号为PCT/IL2012/050434的共有PCT申请，该申请的公开通过引用方式合并于本文中。
本申请涉及2014年6月19日提交的名称为SYSTEM AND METHOD FOR MULTIPLEFEATURE DETECTION AND ANALYSIS OF A ROTATING TIRE(用于旋转轮胎的多特征检测和分析的系统和方法)的序号为62/014,151的共有的美国临时专利申请并且要求其优先权，该申请的公开全文通过引用合并于本文中。
技术领域
本发明是轮胎监测系统领域。
背景技术
轮胎是机动车的最重要的部分，因为它们将机动车与道路连接。轮胎的重要性涵盖了从安全性到经济的方方面面，并且轮胎的性能同样影响环境。当轮胎不正确地运转时，例如当欠充气时，驾驶员、车辆所有人和车队操作者浪费钱、导致过度CO2排放，并且使他们自己和他们的操作者处于不必要的安全风险中。
随着技术的发展，机载轮胎监测解决方案，例如轮胎压力监测系统(TPMS)在很多国家是强制性的。用于车队级轮胎管理的TPMS正在全球获得认可。
大多数车队级解决方案基于安装在车轮中、轮胎内或阀杆上的RFID(射频识别)芯片。这些RFID芯片仅提供有关轮胎的健康的部分信息。
发明概述
本发明的实施方案涉及用于高效地检测具有可充气轮胎的车辆中的欠充气和过充气气动轮胎的方法和系统。示范性的车辆包括机动车和飞机。
本发明的实施方案涉及能够根据移动的车辆上旋转的轮胎来检测轮胎的各个方面且确定轮胎状况的轮胎管理系统。
另外地，本发明的实施方案涉及检测轮胎磨耗，以及确定每个轮胎所独有的指纹，用于识别每个轮胎，允许对具体轮胎进行资产跟踪。在该文档全篇，轮胎的“指纹”包括轮胎本身的各自的特性，这是特定轮胎所独有的，允许其识别。例如，轮胎的指纹是仅用于该特定轮胎的唯一标识符。指纹可以包括具体的胎面图案，包括胎面磨损图案。
本发明的实施方案涉及用于分析轮胎充气的外部装置和方法，其可易于被驾驶员和车队操作者采纳。该装置精确、可靠且有成本竞争力，并且将轮胎温度和当前车辆荷载并入轮胎充气分析中。
本发明的实施方案涉及用于自动检测轮胎磨损(胎面图案)和/或撕裂(轮胎损伤和开裂)以及诸如轮胎的过热、轮胎的腐烂、干燥和老化效应、异物穿入轮胎以及对与轮胎相关联的轮缘的损伤的其它可能故障从而在正确时间改变或旋转轮胎以最大化轮胎成本和安全性的系统和方法。
本发明的实施方案涉及用于自动检测异物、轮对齐问题和轮缘损伤和变形从而提升和实施驾驶安全性的系统和方法。
本发明的实施方案涉及用于自动检测轮平衡问题从而改善驾驶舒适性、安全性和车辆磨损的系统和方法。
根据本发明的其它实施方案，提供了用于检查车辆的移动或静止的轮胎的装置。该装置可以包括用于识别车辆或车辆类型的模块，以及评估轮胎的温度以及分析外部轮胎参数以确定轮胎状态、充气状况和标识的模块。该装置可以包括用于测量环境温度的模块、测量气压的模块、访问天气报告和预报的模块、测量照明和可见性条件的模块，以及评估车辆重量和乘客荷载的模块。本发明的一些实施方案包括用于在外部检测车辆中的底轮胎压力的装置。该装置可安装到加油站或维修站，其中如果需要，可容易地应用校正性动作。该装置可部署在停车场或车站，停车场，收费公路，桥或隧道的入口处，定期监测轮胎和车轮状态。
本发明的实施方案使得，本发明的装置不需要安装在车辆上，且不需要对驾驶员部分有特殊的动作。通过检测诸如但不限于磨损的、欠充气的和失窃的轮胎以及不正确尺寸的轮胎和不旨在用于特定车辆的轮胎的状态，通过本发明的实施方案的装置所进行的测量能够辅助车队操作者进行预防性和预测性的维护。
本发明的实施方案的装置利于采用计算机和数据库来经由牌照识别、基于计算机视觉的方法、RFID和/或其它商业可用的设备和方法识别车辆的类型和制造地。识别数据库内的车辆使本发明的实施方案能够使用唯一车辆参数，包括但不限于车轮构造、重量、负载平衡和具体的调节。在本发明的一些实施方案中，不特别地识别汽车，并且缺省设置用于全部车辆或每车辆类型，例如乘用车、迷你车、卡车、公共汽车等。在ISO(国际标准化组织)公制中，轮胎尺寸由3个标称数字-SN(mm)，轮胎宽度的ARnom，轮胎侧壁之间的纵横比以及代表轮缘直径的RD(英寸)来定义。这些数字被压印在轮胎侧壁上，像225/70R15，其中SN＝225mm，ARnom＝70和RD＝15”。一些制造商使用不同的系统(数字，浮选或英制)，可以转换为ISO公制。
轮胎侧壁印记将包括轮胎上的进一步标准化的数据，其可以由或可以不由本文的实施例中描述的系统使用，该数据包括负载额定值，速度额定值，使用(乘用车，轻型卡车等)和其他各种数据、在车辆和轮胎行业的所有常见的知识。当制造商推荐冷充气压力时，重要的是要理解，当轮胎温暖或加热时，许多驾驶员在行程(车辆操作)之后测量他们的轮胎的压力。此外，当在高速下长时间行驶时，轮胎可以加热，使得压力增加多至几磅/平方英寸(psi)。例如，具有24psi的冷充气压力的车辆，其轮胎在从5摄氏度到35摄氏度的行驶期间加热，可以导致现在加热的轮胎的测量压力(其将大于30psi)。因此，需要通过校正等效压力到冷等效压力或通过调节由本发明的装置进行的测量来考虑到从参考温度到测量的轮胎温度的温度变化。
在本发明的一些实施方案中，参考温度是在检查地点测量的环境温度，并且在本发明的一些实施方案中，参考温度可以是从每周或每天天气预报所获得的低温或任何其他最佳描述了处于其冷状态的轮胎的温度的温度。轮胎温度可以例如通过使用红外(IR)传感器或通过使用其他市售的解决方案来测量。本发明的实施方案可以通过分析轮胎上的异常或不对称温度来检测轮胎或制动器问题。可以通过估计被检查的汽车行驶的距离和速度并将其与轮胎温度与行驶的距离和速度的已知数据进行比较来评估轮胎温度。
本发明的实施方案采用电光测量系统、计算机视觉和图像处理技术来测量静态或旋转的轮胎的印迹长度、车轮半径、胎面深度、侧壁高度和/或印迹角(下文称为“轮胎特性”)。测得的轮胎特性可根据所评估的温度变化来调节且与数据库中具有已知车轮负载的该汽车或型号的预定限值进行比较。测得的轮胎特性可根据评估的温度变化来调节且随着评估的车轮负载置于给出估计的轮胎压力的相关中。由于系统在车辆之外，提供了一种精确的且廉价的轮胎监测系统，其不需要在车辆上安装任何硬件或软件，并且能够监测和记录轮胎状态，建议维修和校正性的动作。
在本发明的实施方案中，轮胎状况的输出保存到远程计算机服务器中，所保存的数据记录到远程计算机服务器中且进行分析。
在本发明的另一实施方案中，该装置与通知模块连接。警戒模块起到在轮胎被确定为不安全或超过测量参数的设定阈值的情况下警戒驾驶员的作用。警戒模块可以为警告灯、发光二极管(LED)显示器、音频警告或其它商用解决方案的形式。
在本发明的另一实施方案中，驾驶员经由布置在车辆内的设备诸如移动电话、无线电数据系统(RDS)、车辆娱乐或信息娱乐系统或其它无线连接设备(包含内置因特网)来警告驾驶员。
在本发明的另一实施方案中，数据被发送到车队管理员(通过诸如因特网或其他无线/有线链路的网络)，安全主管，收费公路运营商或机场控制塔，使得它们可以辅助驾驶员或飞行员并防止安全威胁。
在本发明的另一实施方案中，轮胎数据(经由因特网或其他无线/有线链路)发送到服务公司或车队管理主体，其可以在需要时通知驾驶员或辅助纠正动作。
在本发明的另一实施方案中，所保存的数据经分析且显示在专用软件应用中，而具体的检测可以触发向负责方或限定的人员推送通知。
在本发明的另一实施方案中，采用机器学习的方面来分析和检测诸如具体轮胎中的压力损失的状态。该系统随后向例如驾驶员、车队管理或服务提供商发出故障或爆破轮胎的警告。通过分析在系统中存档的轮胎的图像来执行分析。该系统在其分析中考虑了诸如照明条件和操作的变化、可能是由于损坏的线圈、弹簧或车辆的其他部件导致的未被验证的一致的轮胎低/高压力以及不同方面的统计收集和处理等因素，以提高系统准确性。
在本发明的另一实施方案中，系统可用于“资产管理”或“资产跟踪”。这涉及通过计算机视觉识别每个奇异轮和/或轮胎：轮胎侧壁标记的OCR(光学字符读取器)，以获得唯一的或接近唯一的字符串，轮和/或轮胎图像“指纹”比较，或识别车轮和/或轮胎上的、文字，绘画，品牌，注射，贴纸和标记形式的独特标记；以人眼可见或不可见的方式。
在本发明的另一实施方案中，该系统可用于在具有多个车轴，双轮缘设置，备用车轴设置(例如卡车，公共汽车或其他车辆)的车辆的所有或部分车轮上找到所有或一些指定数据。
在本发明的另一实施方案中，系统连接到诸如门或酒吧的装置，以防止不安全车辆或超过设定阈值的车辆离开场所，例如停车场，车库或具有受限制入口和出口的其他受限区域。
本发明的实施方案还披露了系统和装置连接或以其他方式链接到外部装置，例如轮胎胎面分析器，重量和压力传感器，RFID标签或机动车辆，物流或航空工业使用的其他装备。
本发明的实施方案还允许对可以在记录结果的在线计算机服务器上进行的轮胎的分析，使得驾驶员，车队管理者和其他授权的人员可以访问数据并帮助维护安全性。
本发明的实施方案基于现场的轮胎监测系统。这些系统使车辆操作者能够通过利用电光传感器和计算机算法来维持适当的轮胎状态。
在进一步描述本发明之前，本文定义一些基本术语。
术语“轮缘”或“车轮缘”在本文中可互换使用，并且指轮胎的内边缘安装在其上的金属部件的外圆形设计。此外，当从轮缘测量距离时，从轮缘和轮胎侧壁之间形成的边缘测量距离。
如本文所使用的，术语“印迹”是指上面布置有车轮的、触到路面、地面或表面的橡胶轮胎段。
“印迹长度”具有前端点和后端点，其中在前端点和后端点之间测量印迹的长度。
“印迹角”是两条线之间的角度开口，其中一条线从轮缘的中心延伸到印迹的前端点，另一条线从轮缘的中心延伸到印迹的后端点，并且还用于计算“印迹长度。”
如本文所使用的术语“轮胎侧壁高度”是指轮缘边缘与轮胎位于其上的表面之间的轮胎橡胶的最短高度。
当车辆的总重量改变时或当轮胎的空气压力改变时，轮胎印迹长度和轮胎侧壁高度改变。对于已知的车辆构造和充气压力，可以定义几个参考参数，例如轮胎印痕长度，轮胎印迹角度和侧壁高度，使得当与实际测量相比时可以指示车辆的欠充气或过载。
如本文所使用的术语“车轮半径”是指在其中车轮圆周处于圆形状态并且远离印迹区域的象限中车轮中心和车轮的圆周之间的距离。随着轮胎磨损，胎面磨损，并且轮胎失去其移动表面水的能力，其恶化到在湿路面上破裂由于水滑而变得太长的点。在本发明的实施方案中，测量轮胎或车轮半径使得能够计算胎面深度，从而评估轮胎磨损状况。
本文所用的术语“胎面深度”是指轮胎胎面上的图案的深度。“胎面深度”给出了如上所定义的轮胎磨损状况的直接知识。轮胎深度可以沿着轮胎的宽度在几个位置处测量。有关“胎面深度”示例，请参见图22。
术语“TinD”是指车轮中心与车轮上方的金属拱或汽车部件之间的距离(垂直于地面或不垂直于地面)。对于已知的汽车型号，比率TinD/车轮负载接近线性并且给出车轮线圈弹簧常数的参考。通过知道汽车型号、车轮位置和TinD，可以为许多类型的车辆评估车轮负载。
“计算机”包括机器、计算机和计算或计算机系统(例如，物理上分离的位置或设备)、服务器、计算机和计算机化设备、处理器、处理系统、计算核心(例如共享设备)，以及类似的系统、工作站、模块和上述的组合。上述“计算机”可以是各种类型，诸如个人计算机(例如，膝上型计算机，台式计算机，平板计算机)或任何类型的计算设备，包括可以容易地从一个位置运输到另一个位置的移动设备(例如，智能电话，个人数字助理(PDA)，移动电话或蜂窝电话)。
根据上面定义的“计算机”，服务器通常是远程计算机或远程计算机系统或其中的计算机程序，其可以通过通信介质(例如通信网络或包括因特网的其它计算机网络)访问。“服务器”在相同或其他计算机中为其他计算机程序(及其用户)提供服务或执行功能。服务器还可以包括虚拟机，计算机的基于软件的仿真。
本发明的实施例涉及一种用于管理轮胎的方法。该方法包括：基于接收到的关于轮胎所获得的传感器数据，由计算机确定轮胎的至少一个特性；接收对应于所述轮胎的至少一个图像的传感器数据；以及由所述计算机分析与从所述至少一个图像确定的所述轮胎的状态耦合的所述至少一个特性，以确定所述轮胎的至少一个状况。
任选地，所述至少一个状况选自轮胎的安全状况或性能状况所构成的组。
任选地，用于确定所述轮胎的状态的一个或多个因素包括：所述轮胎的胎面磨损、所述轮胎中的侧壁撕裂、所述轮胎中的异物、所述轮胎的磨损不对称，所述轮胎的过热、所述轮胎的腐烂、干燥和老化效应、所述轮胎中的开裂以及对与所述轮胎相关联的轮缘的损伤，用来确定所述轮胎的状态。
任选地，轮胎的至少一个特性从由所述轮胎的印迹长度、所述轮胎的印迹角、所述轮胎的侧壁高度、轮半径、侧壁歪斜以及所述轮胎的胎面深度构成的组中选出。
任选地，该方法另外包括：通过温度传感器感测所述轮胎的温度以及将对应于所感测到的轮胎的温度的数据发送给所述计算机，使得所述计算机使用所述轮胎的温度数据作为所述轮胎的状态的部分。
任选地，该方法另外包括：所述计算机分析所述轮胎的胎面磨损、所述轮胎的不对称件、所述轮胎的过热中的至少之一来确定限定了确定轮胎的状态所使用的因素的轮对齐、制动故障和轮胎的故障中的至少之一。
任选地，轮胎是旋转的轮胎，例如在移动车辆上的。
任选地，轮胎是静止的轮胎。
任选地，接收到的有关轮胎的传感器数据是从包括至少一个光传感器的传感器获得的。
任选地，对应于轮胎的至少一个图像的传感器数据是从包括至少一个照相机的传感器获得的。
任选地，轮胎的印迹长度包括其中轮胎与表面相接触的对置点之间的距离。
任选地，其中轮胎的印迹角包括从与所述轮胎相关联的轮的中心到其中轮胎与表面相接触的对置点的角。
任选地，所述轮胎的侧壁高度包括支撑轮胎的轮距轮胎与表面之间的接触点和轮胎与轮会合的点的径向距离的部分。
本发明的其它实施方案涉及用于管理轮胎的系统。该系统包括：传感器单元，其用于感测轮胎，包括对轮胎成像；以及，计算机，其与传感器单元链接。计算机包括处理器，处理器经编程以：基于关于轮胎所获得的接收到的传感器数据来确定轮胎的至少一个特性；接收对应于轮胎的由传感器单元所成像的至少一个图像的传感器数据；以及，分析与从至少一个图像所确定的轮胎的状态耦合的至少一个特性，以确定轮胎的至少一个状态。
任选地，该传感器单元包括用于对轮胎成像的至少一个照相机。
任选地，传感器单元包括用于确定至少一个特性的光传感器，以及至少一个温度传感器。
任选地，计算机的处理器经编程以确定轮胎的至少一个特性，包括：所述轮胎的印迹长度、所述轮胎的印迹角、所述轮胎的侧壁高度、轮半径、侧壁歪斜以及所述轮胎的胎面深度。
任选地，轮胎的印迹长度包括在轮胎与表面相接触的对置点之间的距离。
任选地，轮胎的印迹角包括从与所述轮胎相关联的轮的中心到其中轮胎与表面相接触的对置点的角。
任选地，所述轮胎的侧壁高度包括支撑轮胎的轮距轮胎与表面之间的接触点和轮胎与轮会合的点的径向距离的部分。
任选地，计算机的处理器经编程以识别包括如下至少之一的状态：所述轮胎的胎面磨损、所述轮胎中的侧壁撕裂、所述轮胎中的异物、所述轮胎的磨损不对称，所述轮胎的过热、所述轮胎的腐烂、干燥和老化效应、所述轮胎中的开裂以及对与所述轮胎相关联的轮缘的损伤，用来确定所述轮胎的状态。
任选地，所述系统能用于旋转的轮胎，例如在移动车辆上的。
任选地，所述系统能用于静止的轮胎。
本发明的实施方案涉及用于管理轮胎的计算机化方法。该方法包括：通过计算机，在第一时间根据轮胎的物理特性来创建定义轮胎的唯一标识符的指纹，以及将所述指纹与车辆相关联；在晚于所述第一时间的第二时间，对轮胎成像，并且通过所述计算机，从在所述成像期间所生成的至少一个图像基于所述轮胎的物理特性来创建所述轮胎的指纹；识别与在所述第二时间成像的轮胎相关联的车辆；以及，通过所述计算机，检查所述指纹的匹配并且检查与每个所述指纹相关联的车辆的匹配。
任选地，将指纹与车辆相关联包括：将所述指纹与所述车辆上的带指纹的轮胎的安装位置相关联；以及，另外地包括：识别在所述第二时间所成像的所述轮胎的在所述车辆上的安装位置；以及，检查与每个指纹相关联的安装位置的匹配。
任选地，检查所述指纹的匹配是在检查与每个指纹相关联的车辆的匹配后进行的。
任选地，其中所述物理特性选自由如下构成的组：所述轮胎的胎面磨损、所述轮胎中的侧壁撕裂、所述轮胎中的异物、所述轮胎的磨损不对称，所述轮胎的过热、所述轮胎的腐烂、干燥和老化效应、所述轮胎中的开裂以及对与所述轮胎相关联的轮缘的损伤。
任选地，指纹的匹配包括近似匹配。
任选地，车辆和安装位置的匹配包括精确匹配。
任选地，在所述第一时间所述创建所述指纹基于旋转轮胎的通过照相机所获得的至少一个图像，并且在所述第二时间对所述轮胎所述成像包括通过照相机对旋转轮胎成像。
任选地，在所述第一时间所述创建所述指纹基于旋转轮胎或静止轮胎中的至少一个的通过照相机所获得的至少一个图像，并且在所述第二时间对所述轮胎所述成像包括通过照相机对旋转轮胎或静止轮胎中的至少一个成像。
任选地，与在所述第二时间成像的轮胎相关联的车辆的所述识别包括从所述车辆的至少一个图像中识别所述车辆。
任选地，所述从所述车辆的至少一个图像中识别所述车辆包括识别所述车辆的至少一个标识符，包含牌照、车辆制造地、车辆型号以及所述车辆上的标记。
本发明的其它实施方案涉及用于管理轮胎的系统。该系统包括：传感器单元，其包括传感器和至少一个照相机；以及，计算机，其与所述传感器单元链接。计算机包括至少一个处理器，所述处理器经编程以便：通过计算机，在第一时间根据所述轮胎的物理特性来创建定义轮胎的唯一标识符的指纹，以将所述指纹与车辆相关联；在晚于所述第一时间的第二时间，基于所述轮胎的物理特性，从所述至少一个照相机所拍摄的轮胎的图像中创建所述轮胎的指纹；识别与在所述第二时间所成像的轮胎相关联的车辆；以及，检查所述指纹的匹配以及检查与每个所述指纹相关联的车辆的匹配。
任选地，所述处理器经编程以识别所述物理特性，所述物理特性包括如下中的一个或多个：所述轮胎的胎面磨损、所述轮胎中的侧壁撕裂、所述轮胎中的异物、所述轮胎的磨损不对称，所述轮胎的过热、所述轮胎的腐烂、干燥和老化效应、所述轮胎中的开裂以及对与所述轮胎相关联的轮缘的损伤。
任选地，所述处理器经编程以使所述指纹的匹配包括近似匹配，并且与所述指纹相关联的车辆的匹配包括精确匹配。
任选地，所述系统能用于旋转的轮胎，例如移动的车辆的。
任选地，所述系统能用于静止的轮胎。
任选地，所述系统能用于旋转的轮胎和静止的轮胎。
除非另有定义，本文使用的所有技术和/或科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的含义。虽然与本文所述的方法和材料类似或等同的方法和材料可用于本发明的实施方案的实践或测试中，但下文描述了示例性方法和/或材料。在冲突的情况下，以专利说明书(包括定义)为准。此外，材料，方法和实施例仅是说明性的，并不意图是必然限制性的。
附图说明
本文中参考附图仅以示例的方式描述了本发明的一些实施例。具体参考附图，强调的是，所示的细节是作为示例并且用于本发明的实施方案的说明性讨论的目的。在这方面，结合附图进行的描述使得本领域技术人员明白如何实施本发明的实施方案。
注意力指向附图(其在本文和整个本文中使用标识符“图”和“附图”，无论何种情况，可互换地用于附图)，其中相同或相应的数字或字符指示对应或相似的组件。
在附图中：
图1是本发明的实施方案的加油站部署的立体图；
图2是本发明的实施方案的停车入口部署的立体图；
图3是本发明的实施方案的矩形矩阵上轮胎的立体图；
图4是依照本发明的实施方案的计算机系统的示意图；
图5A-1是使用L型尺子进行轮胎印迹的手动测量的照片；
图5A-2是示出轮胎印迹长度的示意图；
图5B示出了具有处于各种充气压力下的印迹长度的照片；
图6A示出了具有处于各种充气状态下的印迹角的照片；
图6B是经由印迹角示出印迹长度的示意图；
图7示出了在各种充气压力下的手动侧壁测量的照片；
图8示出了在各种充气压力下的侧壁高度的照片；
图9是示出轮胎充气与印迹长度之间的相关的曲线图；
图10是示出轮胎充气与印迹角之间的相关的曲线图；
图11是示出轮胎充气与侧壁高度之间的相关的曲线图；
图12是本发明的实施方案的逻辑图；
图13示出了利用温度调节后的轮胎印迹长度来确定充气状况的本发明的实施方案的逻辑过程；
图14示出了带TinD，Rim_radii和Wheel_radii的图片；
图15是示出标称压力与通过本发明的一个实施方案所评估的压力之间的相关的曲线图；
图16示出了依照本发明的实施方案来从一系列图像(车辆运行影像)获得相对数据的过程的流程图；
图17是示出用于相同型号汽车的4个后轮的TinD与车轮负载之间的相关的曲线图；
图18示出了依照本发明的实施方案获得、保存和处理系统中的原数据的过程的流程图；
图19是依照本发明的实施方案的系统的示意图；
图20是以单一方式经过道路上的凸块的双轮缘构造的图；
图21是具有不对称磨损的轮胎胎面的图片；
图22示出了手动测量轮胎胎面深度的图片，以及，
图23是示范性的资产管理过程的流程图。
发明详述
在详细解释本发明的至少一个实施方案之前，应当理解，本发明不必将其应用限于在下面的描述中阐述的和/或在附图中示出的部件和/或方法的结构和布置的细节。本发明能够具有其他实施例或者以各种方式实践或执行。
现在参考附图。图1示出了在示例性环境中的本发明的实施方案，其中示出了进入加油站20的汽车10经过位于两个传感器单元12,14之间的表面16。传感器单元12,14收集关于汽车10和轮胎的数据，并将测量数据上传到计算机服务器，并且可以是位置传感器，照相机，超声波传感器，光传感器，光学字符读取器(OCR)，条形码读取器等。传感器单元12,14通常还包括专门用于车辆识别的照相机，例如每个轮胎经受传感器单元12,14的感测的实际车辆的牌照识别和车辆成像。传感器单元12,14还包括用于检测轮胎的温度的温度传感器。所有上述传感器被链接到计算机服务器，计算机服务器分析上传的传感器数据并且例如经由通知屏幕26或者经由音频设备或其他第三方设备通知/警戒汽车10的驾驶员轮胎充气状况。如果需要，驾驶员可以使用空气压缩机24使汽车10的欠充气轮胎充气。
图2示出了用于本发明的实施方案的另一示范性的环境。在该环境中，汽车30进入停车库40。在这样做时，汽车30经过位于两个传感器单元32，34之间的垫板36。传感器单元32，34类似于上述的传感器单元12，14，因为它们也收集关于汽车30的数据(例如，车辆标识，例如确切车辆的牌照或图像，包括车型、制造度和型号)以及轮胎20，将测得数据从传感器单元32，34上传到分析该数据的计算机服务器52。计算机服务器52经由通信模块58(图4)，就汽车30的轮胎10的充气状态通知/警戒汽车30的驾驶员，因为通信模块58例如通知诸如手机60(经由蜂窝网络的蜂窝塔61)的外部通知设备，经由文本消息通知个体62，或者电子邮件通知个体65的计算机64，如图4所示。而且，在车辆或外部设备中可以有能够照亮以指示上述通知的LED(发光二极管)。
这样，车队管理者、安全主管或其它公司人员或其它第三方能够告知驾驶员采取校正性措施，或者仅他们自己采取校正性措施。通过传感器单元32，34所采集的标识还可用于访问控制从而打开车库门42、记录车辆(例如，汽车30)进入和离开时间，或者用于其它目的。
图3示出了本发明的实施方案的立体图，示出了车辆(例如，汽车42)的气动轮胎40经过表面16或垫板36以及如图1和图2所描述的传感器单元12，14/32，34之间。印迹长度、轮半径、胎面深度、侧壁高度和/或印迹角，即“轮胎特性”可以在宽范围车速内精确地提取，并且车辆可以各种转向角通过，这样车轮44(图3)不必垂直于本发明的装置(表面/垫板16/36以及传感器12，14/32，34，如图1和图2所示)。
轮胎特性由传感器单元(SU)12，14/34，36获得，它们直接与经由网络50例如因特网或其它广域网或公共网与中央服务器52链接(例如，经由蜂窝网络的蜂窝塔49)，中央服务器52充当了本发明的系统的中央计算机，如图4所示。
现在注意力集中到图4的系统，其中中央服务器52包括计算机视觉模块53，其具有图像处理器(IMP)53a，该计算机视觉模块与中央处理器(CPU)56和存储设备/存储器57链接。图像处理器53a包括用于分析轮胎的图像和确定轮胎特性的算法，从而确定特定轮胎的指纹，以及轮胎的普通性质的印迹。
如所编程的，CPU 56例如通过使用边沿检测和Hough变换算法以及用于执行本发明的过程的机器可执行指令来分析并确定轮胎特性。这些机器可执行指令例如存储在与CPU 56相关联的存储设备/存储器57中。存储设备/存储器57是任何常规的存储介质。
中央处理器(CPU)56由一个或多个处理器形成，包括微处理器，用于执行如本文详述的本发明的系统的功能和操作。处理器是例如常规处理器，诸如在服务器、计算机和其它计算机化设备中所使用的那些。例如，处理器可以包括来自AMD和因特尔的x86处理器以及来自因特尔的和处理器，以及它们的任意组合。
通信模块58经由网络50获得信息、数据等，以及送出(发送)和接收来自用户62(经由移动设备60，例如智能手机、平板式计算机、等)、用户65(经由标准计算机64，例如，膝上型计算机、台式计算机)的各种通信。当通过网络50寻求获得诸如制造商轮胎信息的信息和数据以及车辆负载数据和车辆负载数据(其影响特定轮胎)时，因为其可能不可用，或者可能需要在数据库66中更新，使用通信模块58。
如本文所使用的“链接”以及例如图4的系统中的组件包括直接或间接的有线或无线链路，并且将包括服务器，组件等的计算机置于彼此电子和/或数据通信中。
测量和比例可以通过将已知尺寸的物品(例如轮缘，或甚至将轮子连接到汽车的螺栓)的像素尺寸与它们的物理尺寸进行比较，通过测量照相机或传感器12/32,14/34之间到物体(轮胎)的范围，通过具有已知的成比例的、测量的或尺寸化的矩阵59涂在地面上，通过两个传感器看到相同尺寸的车轮并且车辆宽度和传感器之间的距离是已知的或通过本领域技术人员已知的其他方式来确定。经由传感器单元12/32，14/34编译的数据可以存储在数据库66中。这些数据库66还存储制造商轮胎信息以及由本发明的系统编译的轮胎信息，以及车辆负载数据，以及影响特定轮胎的车辆负载数据。
当使用诸如计算机视觉或图像处理的方法时，本发明的一些实施方案可能对光和阴影敏感。当这种情况发生时，可能需要以环境光，聚光灯，红外光或其他市售形式的照明设备向装置添加适当的照明。
转到图5A-1，示出了使用L形尺进行轮胎“印迹长度”的手动测量。如图5A-2的示意图中所示，轮胎10的“印迹长度”(FL)具有前端点(FrE)和后端点(ReE)，其中印迹的长度，即“印迹长度”(FL)是在接触地面GS的轮胎的前端点(FrE)与后端点(ReE)之间测得的距离。
图5B示出了处于不同充气压力下的汽车轮胎的图像，以示出指示了印迹长度(FL)的“印迹长度”(FL)的变化。
图6A示出了处于不同的充气压力下的汽车轮胎的图像，其中形成印迹角的线被标记出。另一种涉及轮胎10的印迹长度方式是通过计算“印迹角”，“印迹角”是在两条线之间的角开口(θ)，其中一条线从轮缘(CR)的质心延伸到印迹的前端点(FrE)，并且另一条线从轮缘(CR)的质心延伸到印迹的后端点(ReE)，如图6B中的示意图所示。
图7示出了轮胎充气对侧壁高度的影响。
图8示出了在不同充气压力下的汽车轮胎的图片，其中标记出侧壁高度(SH)。
图9示出了当一个轮胎逐渐放气时四个汽车轮胎的印迹长度的曲线图。图9的曲线图示出了在固定车辆负载下轮胎印迹长度与轮胎压力之间有近线性关系。这可以描述为印迹长度与轮胎压力之间的线性连接。
图10示出了作为轮胎压力的函数的印迹角的曲线图。从该曲线图中，能够看出，对于固定车辆负载，在轮胎印迹角与轮胎压力之间存在近线性关系。
图11示出了作为轮胎压力的函数的侧壁高度的曲线图。从该曲线图中，能够看出，对于固定的车辆负载，在轮胎侧壁高度与轮胎压力之间存在近线性关系。
图12示出了用于中央服务器52的可替代的体系结构，其中CPU或微控制器1000，类似于CPU 56，可以从传感器1100(例如，传感器单元12/32,14/34)获得轮胎信息，诸如印迹长度(FL)1110、印迹角(FA)1120或侧壁高度(SH)1130。计算机或微控制器1000可以利用RFID 1210、牌照识别1220或其它市售解决方案来识别车辆。CPU或微控制器1000还能够获得利用温度感测设备1400所标识的车辆的每个轮胎的温度读数，并且经由通信模块1300与在线服务器1310连接，其中车辆信息保存在数据库1312中，且能够找到诸如天气预报的更新的气象数据1314。在另一实施方案中，在线服务器1310接收车辆ID和轮胎信息，其可以包括印迹长度、轮胎侧壁高度、车轮半径、胎面深度、用于资产跟踪的车轮图像、印迹角、每个车辆轮胎的侧壁高度和轮胎温度、轮胎上的标记(诸如，字母、数字和字符、可读的(例如，通过OCR))。
在线服务器1310搜索数据库1312中的车辆ID(标识)并且获得根据测量参数计算胎面深度以及计算等价压力所需的常数，如下文进一步说明的。服务器1310还确定所讨论的车辆的参考温度和位置，因为这可以通过访问在线气象数据1314来实现。可以通过调节原始数据，例如通过根据下式来调节测得的印迹长度来调节轮胎温度的信息：
冷长度＝热长度*(轮胎温度(K)/参考温度(K))
这可以对于例如印迹角的参数类似地进行，印迹角随着轮胎温度升高而变小，或者类似地对于侧壁高度来进行，侧壁高度随着温度升高而变高。另一种调节轮胎温度的方式是首先确定等价压力。如上所示，在图9中，在印迹长度与等价压力之间存在近线性关联，使得得知等式(因为车辆是已知的且利用其数据校准系统)“y＝Ax+B”的线性常数A和B允许利用等式“x＝(y-B)/A”来提取等价压力，其中“y”是印迹长度，“x”是等价压力。如前所述，该相关还可以利用轮胎印迹角和轮胎侧壁高度来完成。服务器1310能够利用输入的印迹长度1110、110、印迹角1120和侧壁高度1130中的任一者或全部来计算等价压力。利用多于一个的输入使能实现平均化和冗余性。在计算了等价压力之后，等价冷充气压力可以根据下式来提取：
冷压力(psi)＝热压力(psi)-10/(轮胎温度(K)-参考温度(K))
如果所检查的一个或多个轮胎的冷压力被发现在限定的阈值以下而判定出欠充气轮胎或严重欠充气轮胎，则在车辆日志1316中记录警告并且经由通信模块1300将警告发回控制器1000。
类似地，如果所检查的一个或多个轮胎中的冷压力被发现过充气或者严重过充气，则在车辆日志1316中记录警告并且经由通信模块1300将警告发回控制器1000。经检查且判定为在范围内的轮胎也被记录在车辆日志1316内并且该状态经由通信模块1300被发回控制器1000。在本发明的一些实施方案中，控制器1000将通过经由通信模块1300发送结果来将检查结果显示在警戒模块1320上。在本发明的一个实施方案中，控制器1000与重量传感器连接而使得估计压力可从每个轮的等价压力得出，并且该结果可以显示在警戒模块1320上。
现在注意转移到图13，图13示出了详细说明根据所公开的主题的实施方案的计算机实现的过程的流程图。图13的过程和子过程是通过计算机服务器52执行的计算机化过程。上述过程和子过程可以例如手动地、自动地执行，或者其组合的方式执行，并且例如实时地执行。对于下面所述的图16、图18和图23的流程图，同样如此。
图13是示出了依照本发明的实施方案的过程的流程图。该过程是例如在计算机服务器52(图4)上执行的，其根据测得的原始印迹长度定义充气状态。服务器52在框500处接收原始印迹长度(由数据字段FP_LENGTH表示)并且在框501中判定该原始印迹长度是否在可接受范围内。例如，可接受范围包括小于轮缘直径的两倍的正数。
如果数据无效，则过程移到框502，其中通过错误码的发送来开始错误过程。过程移到框504，其中发送错误消息。错误在框506中被记录在系统数据库中，并且在框508中过程结束或终止。
返回框501，如果原始印迹长度在可接受范围内，则过程移到框520。在框520中，获得通过数据库字段TIRE_TEMP表示的轮胎温度，在框522中，获得通过数据库字段REF_TEMP所表示的参考温度。在框524中，所获得的TIRE_TEMP和REF_TEMP用来计算调节后的冷印迹长度(COLD_LENGTH)。在框526中，冷长度是比较的基础且与最大长度参考阈值因数TH_FACTOR MAX LENGTH进行比较(大于)。此处，“MAX_LENGTH”指示欠充气，或者“MIN_LENGTH”可能指示过充气。根据车辆类型，Max(最大或MAX_LENGTH)和Min(最小或MIN_LENGTH)长度可对于荷载和非荷载构造不同，并且对每个车辆和轮胎设置单独地确定。通知阈值TH_FACTOR和严重阈值STH_FACTOR被预设以检测小的偏差，例如常规通知的15％，和较大的偏差，例如对于异常通知为30％，但是可由用户、制造商、服务提供商或第三方来确定。
从框526中，过程移到框530或框560。在框530中，判定COLD_LENGTH(冷长度)是否小于TH_FACTOR MIN_LENGTH(最小长度阈值因数)。如果为是，则过程移到框532，如果为否，则过程移到框540。
从框532中，设定状况代码。过程移到框534，其中发送通知。该过程随后移到框536，其中确定日志状况，并且过程结束于框538。
返回框540，如果COLD_LENGTH不小于严重阈值最小长度STH_FACTOR MIN_LENGTH，则过程移到框542，其中设定状况代码。该过程随后移到框544，其中发送通知，并且在框546中出现日志状况。该过程终止于框548。
在框540中，如果COLD_LENGTH小于严重阈值最小长度STH_FACTOR MIN_LENGTH，则过程移到框552，其中设定状况代码。在框554处发送通知，随后是框556处日志状况。该过程终止于框558。
返回框560，如果COLD_LENGTH不大于严重阈值最小长度STH_FACTOR MIN_LENGTH，则过程移到框562，其中设定状况代码。该过程随后移到框564，其中发送通知，并且在框566处出现日志状况。该过程终止于框568。
在框560中，如果COLD_LENGTH大于严重阈值最小长度STH_FACTOR MIN_LENGTH，则过程移到框572，其中设定状况代码。并且过程随后移到框57，其中发送通知并且在框576处出现日志状况。过程终止于框578。
对于轮胎印迹角和轮胎侧壁高度可以执行类似于图13所示的过程。可替代地，使用相关从而根据特性来确定轮胎压力。相关详述于“T.B.Rhyne，Development of VerticalStiffness Relationship for Belted Radial Tires,Tire Science and Technolog,2005年，卷33，期号；3，pp.:136-155”，并且呈现于“The Pneumatic Tire,NationalHighway Traffic Safety Administration U.S.,Department Of Transportation,2006年，pp.194-196”，两个出版物的全文均通过引用方式合并于本文中。相关经调节来根据下式拟合实际的现场条件：
式1：
式2：
其中，SN是标称轮胎宽度(毫米计)，
ARnom是纵横比(上文详述)，
RD是标称轮缘直径(英寸计)，
d＝～0.94*SN*ARnom/100-17.5-侧壁高度表示以毫米测得的轮胎歪斜，
P(千帕斯卡(kPa))是轮胎压力，
Load(千克(kg))是轮负载，以及
F是轮尺寸因数。
转到图14，通过拥有在轮胎的各个位置处(包括在垂直于底板位置的底部处)轮半径(R)的数据(毫米计)，可以通过简单地平均(不受歪斜影响的位置，即轮的上方的象限中的轮半径(R))以及在轮底部从该轮半径(R)中减除来计算长度d(毫米计)。
图15示出了将利用计量器直接测得的压力和在具有已知负载的轮上通过上述相关所找到的压力进行比较的曲线图。该相关可由任何其它轮胎特性(例如，印迹长度、印迹高度)来使用，因为所有这些特性假设类似地与如相关图中所示的轮胎压力成线性。
现在注意图19，图19示出了本发明的可替代实施方案，系统1900S例如通过确定“印迹长度”(对于数据字段FP_LENGTH)以及根据图13的过程评估印迹长度来确定经过的车辆的轮胎压力。依照上文关于计算机服务器52所说明的，该系统采用由处理器和存储设备/存储器形成的计算机1900，并且编程有计算机视觉运动检测算法。该算法还可以嵌入照相机或类似设备中。系统的传感器1902-1904、运动检测器1905和温度传感器1906(TS)(全部直接地或者经由网络与计算机1900链接)经过车辆1901开始了系统的运行。系统1900S识别出车辆1901正经过传感器1902-1904以及检测器1905诸如(但不限于)红外运动传感器和检测器。另外地，通过传感器1902-1904的照相机或单独的照相机，通过牌照识别或实际车辆的图像来识别实际的车辆，如上文详述。
现在所识别的车辆1901，在其经过系统时，触发系统运行。例如汽车、卡车或公共汽车的机动车1901经过两个传感器站之间(仅示出了一个传感器站1900’)，在路的每侧各一个，可位于仓库，停车场，收费公路或任何有画有线的道路的入口处。
每侧迭代(框)包括多个照相机，它们限定了例如传感器1902-1904——一个或多个(以获得附加数据)窄角照相机1902以捕获相对侧的内轮胎1910的图像、一个或多个(以获得附加数据和/或三维图像)宽角照相机1903以获得靠近框的轮胎(前轮胎1912和后轮胎1914)的图像，以及一个或多个(以获得附加数据)窄角照相机1904以在框的一侧捕获例如轮胎1912的轮胎的轮胎胎面(或其中一些)的图像。还设有随着车辆和/或轮进入框内而触发或开始系统运行的运动检测器1905。根据系统软件体系结构所需，检测器1905通常存在于道路的一侧或两侧。这些检测器1905可以是例如基于IR的系统、激光器、灯或类似设备。
在上述系统的可替代的实施方案中(图19)，系统识别汽车轮正经过诸如(但不限于)红外(IR)运动传感器的传感器。当轮正移动经过传感器站1900’，从检测到轮时起，直至轮已经经过传感器站1900’的时间，随着包括照相机的传感器激活(被触发)而拍摄图像，所识别的轮由系统用来减少所处理的图像的量。这允许系统相对于可用的硬件对必要的轮胎进行更快和/或更全面的图像分析。而且，根据本发明，所获得的图像通常包括适合于分析的大量的轮胎和轮。相应地，在被触发时，照相机和相关联的成像组件保存并处理每照相机的设定数量的图像，并且当存储器被释放时重新开始。
该系统可以根据上文详述的实施方案来确定例如卡车、公共汽车等重型车辆或多轴车辆的轮胎压力。而且，根据本文所公开的实施方案以及如图19所示(例如，参见布置为双重的轮胎1910)，系统可以确定在单轴的同一侧装配有双轮或其它多轮布置的车辆的轮胎压力(这些双轮布置在此称为“双重”)。由于双轮的共用车轴，所有轮中心必须处于相同高度，因此所有侧壁高度必须相同并且因此印迹和角相同(除非装配有两个不同尺寸的轮胎)。相应地，通过上文对于轮负载的一半所详述的方法(对于该侧的两个轮胎)，可以获得在车轴的该侧的轮胎的介于之间的轮胎压力。
现在参考图20。在其它实施方案中，由轮2001a，2001b形成的双轮缘构造2001(称为“双重”)可在道路上利用正确放置的凸缘2002，2003来驱动，使得双重中的每个轮2001a，2001b将单独地经过凸缘2002，2003。这确认了双重中的哪个轮具有不当的(例如)低压，以及双重中的哪个轮由于充气的、欠充气和未充气的轮胎的不同的动力学特性而正确地充气。在本发明的其它实施方案中，使用上述方法，系统确定如上文关于图19所定义的轮和/或轮胎特性、在车辆的与监测照相机相反的一侧的轮和/或轮胎。这是通过使用以对角方式指向的窄透镜照相机2010来实现的，该窄透镜照相机2010与计算机链接，例如计算机1900。这能应用于双重(双)轮车轴，其中一个轮阻挡垂直安置的照相机看到内轮(参见图19)。
图1、图2、图4、图19和图20的系统的计算机分析的结果使得，轮胎特性(其值)例如印迹长度、印迹角、侧壁高度、轮半径和胎面深度的计算通常经过增补(例如，调节或相关)，以说明或补偿包括以下的因素：
a)车速。旋转的轮胎呈现了不同于静止的轮胎的特性。相应地，通过系统所采集的原始数据(或压力结果)可相关以说明车辆和轮胎速度。
b)车辆加速度(速度变化或方向变化)。加速的车辆根据加速度的大小和方向转移其重量，使得车轮负载的变化提供了不同特性的轮胎。基于对于重量转移的该补偿，通过系统所采集的原始数据(或压力结果)可增补以说明车辆和轮胎加速度。
c)道路斜度。汽车重量分布到车轮上随着汽车(地面)斜度而变化，因为下坡斜度将对前轮施加更大的复合，而更上坡(斜面)将导致相反的效应，较小的复合施加到前轮上。另外，相对于具体位置的道路条件和几何数据，在斜度(斜面)上的普通驾驶员会展现出不同于那些例如在制动、空转、维持速度、加速等正常情况下所采取的驾驶行为。对于具体的位置采集数据将使系统能够对普通驾驶员进行纠正。相应地，系统所采集的原始数据(或压力结果)可经调节以补偿道路斜度(斜面)和/或具体位置。
d)地面。由于轮胎是柔性的，橡胶轮胎将填上其下面的表面中的缝隙。例如，在非常平坦的混凝土道路上的轮胎将看起来比在乡村级沥青道路上同一轮胎更高。这是因为，轮胎与两道路的较高平面中调平的轮胎比较，这不能考虑到表面缺陷的量。因此，系统所采集的原始数据(或压力结果)可调节到该位置的具体表面。
可替代地，在图19的系统中，系统1900S可以使用3D(三维)照相机(或将产生3D图像的照相机阵列)作为传感器1902-1904或者除了传感器1902-1904之外(且与计算机链接)，以得到轮胎的更佳图像。
本发明的系统能够与管理停车场，收费道路，车队和/或任何其他汽车相关管理应用的其他市场应用集成。这些市场应用可以是基于软件和硬件的。
由于轮胎和传感器之间的可选距离可以是宏观和微观尺度，并且为了保持高精度，系统获得聚焦图像，在本发明的一个实施方案中，在每一侧上可以有两个或更多个照相机，其中每个可以具有不同的焦距。以这种方式，对于每个距离，系统将具有轮胎的至少一个聚焦图像。
在本发明的一个实施方案中，系统可以将车轮参数分析成数字(Tire_Cut＝Wheel_Radii/Rim_radii)，这些参数如在图14中所描述和示出的。根据标称(例如，制造商)轮胎尺寸计算这些轮参数并且因此在系统数据库中存储数据允许系统通过比较标称数量(轮胎尺寸)和计算的轮胎尺寸来准确地确定每个特定汽车的轮胎尺寸。
如上所述，当它们包括照相机时，(图1的系统的)的传感器12和14、(图2的系统的)传感器32和34和(图19的系统的)传感器1902-1904经编程而产生关于嵌入轮胎胎面或侧壁中的异物的输出，例如石头，钉子，螺钉和轮胎损坏，例如轮胎的轮胎破裂、腐烂效应、干燥，老化，轮胎开裂，轮缘损坏等等。这些物体和/或损坏可以例如通过计算机视觉技术来验证。
类似地，经由与上述计算机视觉耦合的上述照相机来确定车轮缘损坏。损坏可以是丢失零件、凹陷等。
与计算机视觉耦合的上述照相机可以产生关于轮胎胎面磨损的程度的输出。这通过系统将轮胎的实际胎面图案(切口)与用于特定轮胎尺寸的标称(例如，制造商的)胎面图案(切口)进行比较来完成。确定轮胎磨损的另一选择是通过测量包含胎面深度的车轮半径来评估由于磨损导致的半径的收缩。如果需要，系统将采用额外的照明来辅助一种或多种胎面磨损分析技术、系统和方法。
例如，计算机52/1900使用图像分析将从轮胎胎面的多帧中生成3D点云，从而测量其深度。
与计算机视觉耦合的上述照相机可产生关于车轮对准的输出。这通过不规则的轮胎胎面图案，可见的不对准或车轮之间的动态差异来确定。
与计算机视觉耦合的上述照相机可以用于产生关于轮胎的状态(即，跨越轮胎表面的裂纹的量和尺寸)的输出。这是由系统配备成执行机器视觉与可选择的借助于一定强度或光谱的灯光来完成的。
在本发明的另一可选的实施方案中，系统通过监测轮胎温度传感器，例如温度传感器(TS)1906，如上所述，能够通过车轮和/或制动衬块和/或轮胎的温度场的差异和/或不一致性来预测车轮和/或制动衬块和/或轮胎中的即将发生的故障区域。
该系统包括用于通过加压流体/气体的方式清洁轮胎和/或车辆的其他部分的子系统。在系统和轮胎之间没有任何附加物理接触的情况下施加流体或气体。类似的系统可以用于清洁系统的一些子系统，例如灯，透镜和传感器。该系统还可以通过比较侧壁数据(包括制造日期)和存储在数据库中的数据来使用光学字符读取(OCR)来识别轮胎(该特征对于下面进一步详细描述的“资产管理”也是有用的)。由系统进行将轮胎的当前图像与相同轮胎的较旧图像进行比较，或者通过识别给予轮胎的标记(在正常光谱中或不在)，特别是使得能够监测轮胎的更换，对于“资产管理”也是重要的。
由发明的系统执行的“资产管理”或“资产跟踪”涉及通过计算机视觉识别每个奇异轮和/或轮胎：轮胎侧壁标记的OCR(光学字符读取器)以获得唯一的或接近唯一的字符串，轮和/或轮胎图像“指纹”比较，或识别车轮和/或轮胎上的唯一标记(形式为胎面磨损，侧壁撕裂，轮胎开裂，胎面图案，书写，绘画，品牌，注塑，贴纸和标记物；以人眼可见或不可见的方式。作为这些识别的结果，可以检测到轮胎失窃，以及被称为“轮胎交换”的未经授权的轮胎更换，并且检测到车辆的缺失轮胎。本发明的系统自动检测轮胎和轮胎状态。
根据本发明，资产管理是一种用于基于轮胎指纹比较来管理轮胎的计算机化方法。还参考图23的流程图。根据轮胎的物理特性定义每个轮胎的唯一标识符的轮胎指纹由计算机(如上面详细描述的计算机52和1900)创建，并且通常存储在数据库或计算机中的其他存储介质中，例如在框3002中。在创建指纹之后的时间，(通过如上所述的传感器单元12,14,1900')对轮胎进行成像，并且计算机创建用于该轮胎的指纹，例如在框3004中。例如，在框3006中，指纹与车辆标识符相关联，使得每个轮胎与一个特定车辆相关联。利用为当前成像的轮胎创建的指纹，计算机进行指纹的比较，检查指纹的匹配并检查与每个指纹相关联的车辆的匹配，例如，在框3008中。还与每个指纹相关联的是车辆上的安装位置，其中有指纹的轮胎被安装到车辆。这些安装位置在指纹比较和匹配期间也匹配。指纹的比较或匹配是例如被称为“近似匹配”的相关或近似，因为一些特征可能是精确的，但是其他特征可能由于轮胎的老化和磨损、轮胎的撕裂和磨耗，以及污垢，轮胎充气压力和/或车辆负载的变化而略微地变化。与每个轮胎指纹相关联的车辆和安装位置的比较或匹配通常是精确匹配。当执行指纹比较和检查过程时，计算机在检查指纹的匹配以及与每个指纹相关联的装载点之后检查指纹的匹配。
可用于产生指纹的车辆特性包括例如胎面磨损、侧壁撕裂、轮胎开裂、胎面图案、书写、绘画、品牌、注塑、贴纸和标记物。
用于资产管理的轮胎的指纹使得初始的、先前的或存储的指纹基于由旋转轮胎的传感器单元的照相机所获得的至少一个图像，并且在第二时间对轮胎成像包括通过旋转轮胎的传感器单元的照相机来成像。可替代地，上述成像可对静止轮胎来执行。
当被提供了汽车型号和轮胎压力时，系统能够通过将上述程序反向来输出轮负载。
在本发明的另一实施方案中，系统通过无线连接接收来自车辆的车载计算机(经由现有的或特殊的发送器)的、与TPMS温度传感器读数和/或机载计算机中所存在的其它数据有关的数据。
在图19的系统中，可以添加照明模块以提供在轮和汽车下方对于特定位置和环境照明具有很少或没有阴影的图像。例如，照明由相对于照相机1902-1904定位在各个位置(在上方，下方，旁边，前，后等等)的若干独立模块形成，并且模块可以是各种类型，例如但不限于，LED、结构化光、白炽灯、点光源等。模块可以在不同的光谱中操作，例如红外(IR)，正常，紫外(UV)和/或不同的强度，例如亮，环境，聚焦等。照明可以由系统以及与环境光和其他条件相关地改变。
从系统1900S获得的图像可以被标记为具有轮或不具有存在于图像内的轮，以基于包含轮的图像的大数据库在其上应用分类器或机器学习对象检测器的方式。这可以被采用以便减少存储的数据量。
在本发明的另一个实施方案中，可以有用于在并行线程中存储数据的程序。这被用于缩短系统停机时间和/或最大化系统可以在单位时间内处理的车辆的量。
在本发明的另一个实施方案中，用于处理一系列图像(例如来自系统1900S的图像)的程序的一部分在图16中示出。在图16的流程图中，在框2702处，系统从照相机缓冲器接收图像。框2704处的运动检测器确定要观看的图像。对于每个观看的图像，在框2706，激活快速算法以便标记图像中是否存在车轮。如果发现或以其他方式确定了车轮，则在框2708处激活算法以找到所有轮胎特性，例如印迹长度，侧壁高度，车轮半径，胎面深度，印迹角和TinD。如果不存在滚轮，则检查下一个图像。对于特定视频流或序列(连续图像链)，可能存在相同轮的若干图像，因为轮需要时间来清除照相机范围，并且检查轮原始数据的所有图像以确定何种图像数据应该被认为是真实的，因为数据可能由于不同的角度、照明条件等而改变。关于要考虑什么数据为真的决定可以是但不限于基于获取其中轮胎最接近框架中心的图像，在该运行中轮胎的一些或所有图像数据的平均，取得一个或多个特性的最高或最低结果，等等。利用图像和特性，在框2710处，计算轮胎的压力，在框2712处确定轮胎压力。
在本发明的另一实施方案中，车轮负载是根据上述的等式1和2而通过分析车轮的TinD数据来确定的。如图17所示，以及非常类似于在图9的说明中所实现和说明的过程，通过找到TinD并且得知车轮弹簧的线性常数(通过先前校准)，确定车轮负载。而且，车轮负载是通过将其当前构造中的车辆重量或型号的结果输入到系统中来确定的。
在本发明的另一实施方案中，处理如图1、图2、图4、图19和图20所获得的一系列图像的程序的部分符合图18的流程图。在框2802中，系统的抓取工具(照相机)连续地抓取。在框2804中，控制单元接收全部传感器的输出(运动、照相机、温度等)，并且在框2806中，根据可由于不同因素(比如车辆类型、车速、分类器结果等)而改变的预定时刻和逻辑来激活保存过程。在框2808中，在车辆被识别(如之前所述)之后，保存相关数据和元数据，并且相关图像可在框2810中被泵送以便由计算机视觉算法处理，以及在框2812中测量不同的特性。然后，在框2814中，结果进行到系统的数据库(DB)以保存。对于具有极少或无资源分配问题的下一车辆，将重复该程序。
在本发明的另一实施方案中，计算硬件可以使得其实现不同逻辑，诸如但不限于实时工作或延迟动作网络。
对于图1、图2、图4、图19和图20的系统的图像处理，还可以使用以下：
a)处理诸如汽车的移动车辆的影像或视频流可以利用“背景移除”算法来执行。该算法通过将其中移动不显见的图像的质量平均来产生场景的背景的图像。该平均图像从其中移动显见的图像中减除，并且得到的图像包含了移动对象(汽车和轮)，以比正常图像更具有对比性的方式。
b)系统通过边缘检测来确定轮特性。平滑拟合可利于将精度提高至亚像素级。
c)处理移动轮的影像或视频流可以通过“对象跟踪”算法来执行。在该算法中，轮被发现于先前图像中的事实可辅助在影像序列的后续图像中找到相同的轮。该过程可辅助例如降低处理时间，提高精度，等等。
d)高精度可以通过获得超级分辨率和/或在亚像素级来实现。这可通过编程到系统中的算法方法来达到，包括例如配准——在连续图像的集合中查找相同的对象(例如轮)，以及扩大数据扩展以实现更大的精度。
系统经由计算机52/1900例如还分析并呈现轮胎磨损状态。该数据可通过如之前所披露的轮半径来找到，或者可以通过分析轮胎胎面的图像(一个/多个)，通过确定轮胎的一个或多个部分中的胎面深度(显示在图22中手动测量)(将轮胎胎面宽度除以三分之一可以得出轮胎不对称磨损的指示，例如，如图21所示)。轮胎胎面的图像可以或者可以不由结构化光、激光和/或多胎面照相机来辅助。
虽然显示出本发明与旋转(移动)轮胎和相关联的轮一起使用，还能适合与静止或固定的轮胎和关联的轮一起使用。
如本领域技术人员将理解的，本发明的各方面可以体现为系统，方法或计算机程序产品。因此，本发明的各方面可以采取完全硬件实施例，完全软件实施例(包括固件，驻留软件，微代码等)或者组合软件和硬件方面的实施方案的形式，这些实施方案可以全部被统称为在本文中称为“电路”，“模块”或“系统”。此外，本发明的各方面可以采取体现在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质具有包含在其上的计算机可读程序代码。
可以使用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子，磁性，光学，电磁，红外或半导体系统、装置或设备或前述的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的示例(非穷尽列表)将包括以下：具有一个或多个线的电连接，便携式计算机磁盘，硬盘，随机存取存储器(RAM)只读存储器(ROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)，光纤，便携式光盘只读存储器(CD-ROM)，光存储设备，磁存储设备或任何前述的适当组合。在本文档的上下文中，计算机可读存储介质可以是可以包含或存储由指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合使用的程序的任何有形介质。
计算机可读信号介质可以包括例如在基带中或作为载波的一部分的具有包含在其中的计算机可读程序代码的传播数据信号。这样的传播信号可以采取各种形式中的任何一种，包括但不限于电磁、光学或其任何合适的组合。计算机可读信号介质可以是不是计算机可读存储介质并且可以传送，传播或传输由指令执行系统，装置或设备使用或与其结合使用的程序的任何计算机可读介质。
包含在计算机可读介质上的程序代码可以使用任何适当的介质传输，包括但不限于无线，有线，光纤电缆，RF等，或其任何适当的组合。
用于执行本发明的各方面的操作的计算机程序代码可以以一种或多种编程语言的任何组合来编写，所述编程语言包括面向对象的编程语言(诸如Java，Smalltalk，C++等)和常规的过程编程语言，诸如“C”编程语言或类似的编程语言。程序代码可以完全在用户计算机上执行，部分在用户计算机上执行，作为独立软件包执行，部分在用户计算机上执行且部分在远程计算机上执行，或者完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可以通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))连接到用户的计算机，或者可以连接到外部计算机(例如，通过使用因特网服务提供商的因特网)。
以上参照根据本发明实施方案的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各方面。应当理解，流程图和/或框图的每个框以及流程图和/或框图中的框的组合可以通过计算机程序指令来实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，以产生机器，使得经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令，创建用于实现流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的装置。
这些计算机程序指令还可以存储在可以指导计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备以特定方式运行的非暂态计算机可读介质中，使得存储在计算机可读介质中的指令产生制品，包括实现在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的指令。
计算机程序指令还可以加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以使得在计算机、其它可编程装置或其他设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，使得在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实现流程图和/或框图的一个或多个方框中指定的功能/动作的过程。
附图中的流程图和框图示出了根据本发明的各种实施方案的系统，方法和计算机程序产品的可能的实现的体系结构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个框可以表示代码的模块，段或部分，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应注意，在一些替代实施方式中，在框中标注的功能可以不按照附图中所示的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能，连续示出的两个框实际上可以基本同时执行，或者这些块有时可以以相反的顺序执行。还将注意，框图和/或流程图图示中的每个框以及框图和/或流程图中的框的组合可以由执行指定功能或动作或专用硬件和计算机指令的组合的基于专用硬件的系统来实现。
已经出于说明的目的给出了本发明的各种实施方案的描述，但是这些描述并不旨在穷举或限于所公开的实施方案。在不脱离所描述的实施方案的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员将是显而易见的。选择本文中使用的术语是为了最好地解释实施方案的原理，实际应用或对市场中发现的技术的技术改进或使本领域的其他普通技术人员能够理解本文公开的实施方案。
如本文所使用的，单数形式“一”，“一个”和“该”包括复数指代，除非上下文另有明确指示。例如，术语“化合物”或“至少一种化合物”可以包括多种化合物，包括其混合物。
词语“示例性”在本文中用于表示“用作实施例、实例或说明”。被描述为“示例性”的任何实施方案不必被解释为比其它实施方案优选或有利，和/或排除将特征与其他实施方案结合。
词语“任选地”在本文中用于表示“在一些实施方案中提供而在其他实施方案中不提供”。本发明的任何特定实施方案可以包括多个“任选”特征，除非这些特征冲突。
应当理解，为了清楚起见，在单独实施方案的上下文中描述的本发明的某些特征也可以在单个实施方案中组合提供。相反，为了简洁，在单个实施方案的上下文中描述的本发明的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合或者在本发明的任何其它描述的实施方案中适当地提供。在各种实施方案的上下文中描述的某些特征不被认为是那些实施方案的必要特征，除非在没有这些元件的情况下实施方案不起作用。
在本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请通过引用整体并入本说明书中，其程度如同每个单独的出版物、专利或专利申请被具体和单独地指示通过引用并入本文。此外，本申请中任何参考文献的引用或标识不应被解释为承认这样的参考文献可作为本发明的现有技术。在使用章节标题的程度上，它们不应被解释为必要的限制。
虽然本发明的前述书面描述使得普通技术人员能够制造和使用目前被认为是其最佳模式，但是普通技术人员将理解和领会本发明具体实施方案、方法以及实施例的变化、组合和等同物的存在。因此，本发明不应由上述实施方案、方法和实施例限制，而是由在本发明的范围和精神内的所有实施方案和方法限制。

Claims (39)

1.一种用于管理轮胎的方法，包括：
通过计算机，基于接收到的关于轮胎所获得的传感器数据来确定轮胎的至少一个特性；
接收对应于所述轮胎的至少一个图像的传感器数据；以及，
通过所述计算机，分析从所述至少一个图像所确定的、与所述轮胎的状态耦合的所述至少一个特性，以确定所述轮胎的至少一个状况。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个状况从由所述轮胎的安全状况或性能状况构成的组中选出。
3.如权利要求1所述的方法，其中用于确定所述轮胎的状态的一个或多个因素包括：所述轮胎的胎面磨损、所述轮胎中的侧壁撕裂、所述轮胎中的异物、所述轮胎的磨损不对称，所述轮胎的过热、所述轮胎的腐烂、干燥和老化效应、所述轮胎中的开裂以及对与所述轮胎相关联的轮缘的损伤，用来确定所述轮胎的状态。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述轮胎的至少一个特性从由所述轮胎的印迹长度、所述轮胎的印迹角、所述轮胎的侧壁高度、轮半径、侧壁歪斜以及所述轮胎的胎面深度构成的组中选出。
5.如权利要求1所述的方法，另外地包括：通过温度传感器感测所述轮胎的温度以及将对应于所感测到的轮胎的温度的数据发送给所述计算机，使得所述计算机使用所述轮胎的温度数据作为所述轮胎的状态的部分。
6.如权利要求3所述的方法，另外地包括：所述计算机分析所述轮胎的胎面磨损、所述轮胎的不对称件、所述轮胎的过热中的至少之一来确定限定了确定轮胎的状态所使用的因素的轮对齐、制动故障和轮胎的故障中的至少之一。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述轮胎是旋转的轮胎。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述轮胎是静止的轮胎。
9.如权利要求1所述的方法，其中接收到的有关所述轮胎的传感器数据是从包括至少一个光传感器的传感器获得的。
10.如权利要求1所述的方法，其中对应于所述轮胎的至少一个图像的传感器数据是从包括至少一个照相机的传感器获得的。
11.如权利要求4所述的方法，其中所述轮胎的印迹长度包括其中所述轮胎与表面相接触的对置点之间的距离。
12.如权利要求4所述的方法，其中所述轮胎的印迹角包括从与所述轮胎相关联的轮的中心到其中轮胎与表面相接触的对置点的角。
13.如权利要求4所述的方法，其中所述轮胎的侧壁高度包括支撑轮胎的轮距轮胎与表面之间的接触点和轮胎与轮会合的点的径向距离的部分。
14.用于管理轮胎的系统，包括：
传感器单元，其用于感测轮胎，包括对轮胎成像；以及，
计算机，其与所述传感器单元链接，所述计算机包括处理器，所述处理器经编程以：
基于关于轮胎所获得的接收到的传感器数据来确定所述轮胎的至少一个特性；
接收与所述传感器单元所成像的所述轮胎的至少一个图像对应的传感器数据；以及，
分析与从所述至少一个图像确定的所述轮胎的状态耦合的所述至少一个特性，以确定所述轮胎的至少一个状况。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述传感器单元包括用于对轮胎成像的至少一个照相机。
16.如权利要求15所述的系统，其中所述传感器单元包括用于确定所述至少一个特性的光传感器，和至少一个温度传感器。
17.如权利要求16所述的系统，其中所述计算机的处理器经编程以确定轮胎的至少一个特性，包括：所述轮胎的印迹长度、所述轮胎的印迹角、所述轮胎的侧壁高度、轮半径、侧壁歪斜以及所述轮胎的胎面深度。
18.如权利要求17所述的系统，其中所述轮胎的印迹长度包括其中轮胎与表面相接触的对置点之间的距离。
19.如权利要求17所述的系统，其中所述轮胎的印迹角包括从与所述轮胎相关联的轮的中心到其中轮胎与表面相接触的对置点的角。
20.如权利要求17所述的系统，其中所述轮胎的侧壁高度包括支撑轮胎的轮距轮胎与表面之间的接触点和轮胎与轮会合的点的径向距离的部分。
21.如权利要求16所述的系统，其中所述计算机的处理器经编程以识别轮胎状态，所述轮胎状态包括如下中的至少之一：所述轮胎的胎面磨损、所述轮胎中的侧壁撕裂、所述轮胎中的异物、所述轮胎的磨损不对称，所述轮胎的过热、所述轮胎的腐烂、干燥和老化效应、所述轮胎中的开裂以及对与所述轮胎相关联的轮缘的损伤，用来确定所述轮胎的状态。
22.如权利要求14所述的系统，能用于旋转的轮胎。
23.如权利要求14所述的系统，能用于静止的轮胎。
24.管理轮胎的计算机化方法，包括：
通过计算机，在第一时间根据轮胎的物理特性来创建定义轮胎的唯一标识符的指纹，以及将所述指纹与车辆相关联；
在晚于所述第一时间的第二时间，对轮胎成像，并且通过所述计算机，从在所述成像期间所生成的至少一个图像基于所述轮胎的物理特性来创建所述轮胎的指纹；
识别与在所述第二时间成像的轮胎相关联的车辆；以及，
通过所述计算机，检查所述指纹的匹配并且检查与每个所述指纹相关联的车辆的匹配。
25.如权利要求24所述的方法，其中将所述指纹与车辆相关联包括：将所述指纹与所述车辆上的带指纹的轮胎的安装位置相关联；以及，另外地包括：
识别在所述第二时间所成像的所述轮胎的在所述车辆上的安装位置；以及，
检查与每个指纹相关联的安装位置的匹配。
26.如权利要求24所述的方法，其中检查所述指纹的匹配是在检查与每个指纹相关联的车辆的匹配后进行的。
27.如权利要求24所述的方法，其中所述物理特性选自由如下构成的组：所述轮胎的胎面磨损、所述轮胎中的侧壁撕裂、所述轮胎中的异物、所述轮胎的磨损不对称，所述轮胎的过热、所述轮胎的腐烂、干燥和老化效应、所述轮胎中的开裂以及对与所述轮胎相关联的轮缘的损伤。
28.如权利要求24所述的方法，其中所述指纹的匹配包括近似匹配。
29.如权利要求26所述的方法，其中所述车辆和安装位置的匹配包括精确匹配。
30.如权利要求24所述的方法，其中在所述第一时间所述创建所述指纹基于旋转轮胎的通过照相机所获得的至少一个图像，并且在所述第二时间对所述轮胎所述成像包括通过照相机对旋转轮胎成像。
31.如权利要求24所述的方法，其中在所述第一时间所述创建所述指纹基于旋转轮胎或静止轮胎中的至少一个的通过照相机所获得的至少一个图像，并且在所述第二时间对所述轮胎所述成像包括通过照相机对旋转轮胎或静止轮胎中的至少一个成像。
32.如权利要求24所述的方法，其中与在所述第二时间成像的轮胎相关联的车辆的所述识别包括从所述车辆的至少一个图像中识别所述车辆。
33.如权利要求32所述的方法，其中所述从所述车辆的至少一个图像中识别所述车辆包括识别所述车辆的至少一个标识符，包含牌照、车辆制造地、车辆型号以及所述车辆上的标记。
34.用于管理轮胎的系统，包括：
传感器单元，其包括传感器和至少一个照相机；以及，
计算机，其与所述传感器单元链接，所述计算机包括至少一个处理器，所述处理器经编程以：
通过计算机，在第一时间根据所述轮胎的物理特性来创建定义轮胎的唯一标识符的指纹，以将所述指纹与车辆相关联；
在晚于所述第一时间的第二时间，基于所述轮胎的物理特性，从所述至少一个照相机所拍摄的轮胎的图像中创建所述轮胎的指纹；
识别与在所述第二时间所成像的轮胎相关联的车辆；以及，
检查所述指纹的匹配以及检查与每个所述指纹相关联的车辆的匹配。
35.如权利要求34所述的系统，其中所述处理器经编程以识别所述物理特性，所述物理特性包括如下中的一个或多个：所述轮胎的胎面磨损、所述轮胎中的侧壁撕裂、所述轮胎中的异物、所述轮胎的磨损不对称，所述轮胎的过热、所述轮胎的腐烂、干燥和老化效应、所述轮胎中的开裂以及对与所述轮胎相关联的轮缘的损伤。
36.如权利要求33所述的系统，其中所述处理器经编程以使所述指纹的匹配包括近似匹配，并且与所述指纹相关联的车辆的匹配包括精确匹配。
37.如权利要求34所述的系统，能用于旋转的轮胎。
38.如权利要求34所述的系统，能用于静止的轮胎。
39.如权利要求34所述的系统，能用于旋转的轮胎和静止的轮胎。
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