CN107709054A - 基于使用（一个或多个）嵌入的周向轮胎感应器线圈的感应感测的轮胎监测 - Google Patents
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Abstract
在描述的示例中，交通工具轮胎监测方法基于将具有多个周向绕组的至少一个轮胎感应器线圈(线圈1、线圈2、线圈3、线圈4)嵌入轮胎中。如果轮胎状况引起轮胎的变形，那么该轮胎状况也引起轮胎感应器线圈的变形。可通过获取对应于对引起轮胎的变形和轮胎感应器线圈的变形的轮胎状况的感应响应的轮胎线圈响应测量值，并且然后将轮胎线圈响应转换成表示该轮胎状况的数据来监测轮胎状况(诸如压力、速度、损坏或退化)。多个周向轮胎感应器线圈能够被嵌入，诸如嵌入胎面(线圈1、线圈2)和/或侧壁(线圈3、线圈4)中，使得轮胎监测能够涉及获取对应于引起差动轮胎线圈响应的轮胎状况(诸如操纵方向)的相应的轮胎线圈响应，该差动轮胎线圈响应可转换成表示该轮胎状况的数据。
Description
技术领域
本发明总体涉及交通工具轮胎状况监测，诸如轮胎压力，并且更具体地涉及基于使用嵌入的周向轮胎感应器线圈的感应感测的轮胎监测，诸如用于汽车轮胎监测应用。
背景技术
轮胎压力监测系统(TPMS)被用于监测各种类型的交通工具上的充气轮胎里面的气压。TPMS诸如经由仪表、图形显示器或者低压警示灯报告实时轮胎压力信息。TPMS能够是直接式的或者是间接式的。直接式TPMS要么在内部要么在外部使用轮胎压力传感器。内部传感器能够被安装在安装轮胎里面的轮辋上。一些TPMS系统还监测轮胎温度。
发明内容
在所描述的示例中，交通工具轮胎监测方法包括：(a)将具有多个周向绕组的至少一个轮胎感应器线圈嵌入轮胎，使得轮胎的变形引起至少一个轮胎感应器线圈的变形；并且(b)通过从轮胎感应器线圈获取线圈响应测量值，并且将线圈响应测量值转换为表示轮胎状况的数据(诸如压力、速度、损坏或退化)来监测轮胎。轮胎线圈响应测量值对应于轮胎感应器线圈的对引起轮胎的变形和轮胎感应器线圈的变形的轮胎状况的感应响应。
在进一步的示例中，多个周向轮胎感应器线圈被嵌入，使得轮胎监测涉及获取对应于引起差动(differential)轮胎线圈响应的轮胎状况(诸如操纵方向)的相应的轮胎线圈响应，该差动轮胎线圈响应被转换成表示轮胎状况的数据。例如，至少两个轮胎感应器线圈被嵌入到轮胎胎面的相应侧中，以及至少两个轮胎感应器线圈被嵌入到相应的轮胎侧壁中。
在更多的示例中，轮胎监测是通过如下方式实现的：将感测线圈布置成接近于至少一个轮胎感应器线圈并且至少周期性地将该感测线圈以互感器配置磁性耦接到至少一个轮胎感应器线圈以获取表示轮胎状况的轮胎线圈响应测量值。
附图说明
图1图示说明根据示例性实施例构建的用于基于感应感测的轮胎监测系统的一个轮胎的示例性实施例，该轮胎具有单线圈设置(setup)，在该单线圈设置中，具有多个周向绕组的单个轮胎感应器线圈被周向地嵌入轮胎胎面(区域)中。
图2图示说明根据示例性实施例构建的用于基于感应感测的轮胎监测系统的一个轮胎的示例性实施例，该轮胎具有双线圈设置，在该双线圈设置中，每个均具有多个周向绕组的两个轮胎感应器线圈被周向地嵌入轮胎胎面的相应侧中。
图3图示说明根据示例性实施例构建的用于基于感应感测的交通工具轮胎监测系统的轮胎的示例性实施例，该轮胎具有四线圈设置，在该四线圈设置中，每个均具有多个周向绕组的四个周向轮胎感应器线圈被周向地嵌入轮胎中，其中两个线圈被嵌入轮胎胎面的相应侧中，以及两个线圈沿着相应的轮胎侧壁被嵌入轮胎中。
图4功能性地图示说明，对于一个轮胎，由于增加的轮胎压力和/或由于增加的车轮速度所导致的轮胎(胎面和侧壁)的膨胀，该膨胀将引起线圈移位，并且由此引起传感器信号(轮胎感测线圈测量值)的变化。
图5A至图5C图示说明根据示例性实施例的用于基于感应感测的轮胎监测系统的示例性应用，其用于损坏探测，其中：图5A功能性地图示说明，对于一个轮胎，用于探测轮胎损坏的潜在区域，所述轮胎损坏将引起线圈移位，并且由此引起轮胎线圈响应信号(诸如来自轮胎感应器线圈的线圈电感测量值)的变化；以及图5B至图5C图示说明轮胎线圈响应的示例性曲线，具有用于临界永久变形的阈值，以及来自针对初始信号层(floor)的轮胎感应器线圈的轮胎线圈响应、轮胎冲击变形和导致的冲击后变形(表示新的信号层)，该冲击后变形指示轮胎保持功能性或该轮胎被损坏。
图6A至图6C图示说明根据示例性实施例的用于基于感应感测的轮胎监测系统的示例性应用，其用于操纵方向探测，其中：图6A功能性地图示说明，对于轮胎，通过轮胎操纵引起的轮胎压力的变化，该轮胎压力的变化将引起轮胎感应器线圈变形，并且由此引起轮胎线圈响应信号(诸如线圈电感测量值)的变化；以及图6B至图6C图示说明针对差动线圈的轮胎线圈响应的示例性曲线，包括方向：直线，方向：左(减慢)和方向：左(加快)。
具体实施方式
示例性实施例基于采用嵌入的周向轮胎感应器线圈的感应感测来执行交通工具轮胎监测。
简要概述，交通工具轮胎感应监测基于将具有多个周向绕组的至少一个轮胎感应器线圈嵌入轮胎。引起轮胎的变形的轮胎状况(诸如压力、速度、损坏或退化)也引起轮胎感应器线圈的变形。轮胎状况可通过获取对应于对引起轮胎的变形并由此引起轮胎感应器线圈的变形的轮胎状况的感应响应的轮胎线圈响应测量值并且然后将轮胎线圈响应转换成表示轮胎状况的数据来监测。多个周向轮胎感应器线圈能够被嵌入(诸如嵌入胎面和/或侧壁中)，使得轮胎监测能够涉及获取对应于引起差动轮胎线圈响应的轮胎状况(诸如操纵方向)的相应的轮胎线圈响应，该差动轮胎线圈响应可转换成表示轮胎状况的数据。
除非上下文或使用附图标记指定具体的轮胎部分，否则术语“轮胎胎面”和“轮胎侧壁”指代轮胎胎面区域和轮胎侧壁区域，而不是具体的轮胎的层、带、内衬或其他部分。
在示例性实施例中，一种基于采用(一个或多个)嵌入的周向轮胎感应器线圈的感应感测的轮胎监测系统被配置成基于交通工具轮胎的变形来监测/ 测量轮胎状况。轮胎变形引起(一个或多个)嵌入的轮胎感应器线圈的对应变形，其由于轮胎感应器线圈响应的变化(诸如测量的电感的变化)是可感应测量的。示例性应用包括轮胎压力、速度以及操纵方向。另一个示例性应用包括探测损坏，该损坏能够损害轮胎在多个区域(例如胎面和/或侧壁)中的结构完整性。
多个周向轮胎感应器线圈能够被嵌入，使得轮胎监测能够涉及获取对应于引起差动轮胎线圈响应的轮胎状况(诸如操纵方向)的相应的轮胎线圈响应，该差动轮胎线圈响应可转换成表示该轮胎状况的数据。例如，至少两个轮胎感应器线圈被嵌入轮胎胎面的相应侧中，并且至少两个轮胎感应器线圈被嵌入到相应的轮胎侧壁中。
例如，轮胎监测可通过将感测线圈布置成接近至少一个轮胎感应器线圈(诸如被嵌入轮胎中或者安装到车轮)实现。感测线圈以互感器配置至少周期性地被磁性耦接到至少一个轮胎感应器线圈(诸如通过周期性感测线圈激励信号)，以获取表示轮胎状况的轮胎线圈响应测量值。
图1至图3图示说明根据示例性实施例的基于采用(一个或多个)嵌入的周向轮胎感应器线圈的感应感测的交通工具轮胎监测的示例性实施例。图1 图示说明使用被嵌在轮胎胎面下的一个轮胎感应器线圈的示例性实施方式。图2和图3图示说明采用多个嵌入的轮胎感应器线圈以更好地定位轮胎损坏状况并且实现附加轮胎状况监测(诸如通过差动测量)的示例性实施方式：图2图示说明采用被嵌在轮胎胎面下的两个轮胎感应器线圈的示例性二线圈实施方式；以及图3图示说明采用被嵌在轮胎胎面下的两个轮胎感应器线圈和被嵌在相应的轮胎侧壁处的两个轮胎线圈的示例性四线圈实施方式。
图1图示说明根据示例性实施例构建的用于基于感应感测的交通工具轮胎监测系统的轮胎10的示例性实施例。单线圈设置包括单个轮胎线圈1，其中多个绕组被周向地嵌入轮胎胎面15下方的轮胎10中。例如，如图示说明的，轮胎线圈1被嵌在位于轮胎胎面15下的钢带19下方的轮胎层区域18中。
图2图示说明根据示例性实施例构建的用于交通工具轮胎监测系统的轮胎20的示例性实施例，该轮胎20具有双线圈设置，在双线圈设置中每个均具有多个周向绕组的两个轮胎线圈1-2被嵌在胎面25下方的轮胎20的相应侧中。例如，如图示说明的，两个轮胎线圈1-2被嵌在位于轮胎胎面25下的钢带29下方的轮胎层区域28中。
图3图示说明根据示例性实施例构建的用于与基于感应感测的交通工具轮胎监测系统一起使用的轮胎30的示例性实施例，该轮胎30具有四线圈设置，在该四线圈设置中，每个均具有多个周向绕组的四个周向轮胎线圈1-4 被嵌在轮胎30中。例如，如图示说明的，两个轮胎线圈1-2被嵌在位于轮胎胎面25下的钢带39下方的轮胎层区域38中，以及两个轮胎线圈3-4沿着相应的轮胎侧壁36被嵌在轮胎层区域38中。
图4、图5A、图6A图示说明根据示例性实施例的示例性轮胎状况，该示例性轮胎状况可通过基于采用(一个或多个)嵌入的周向轮胎感应器线圈的感应感测的交通工具轮胎监测来监测：图4图示说明由于增加的轮胎压力和/或由于增加的车轮速度所导致的轮胎(胎面和侧壁)的膨胀；图5A图示说明用于探测轮胎损坏的潜在区域；以及图6图示说明通过轮胎操纵引起的轮胎压力的变化。这些轮胎状况的每一个将引起轮胎变形，这将引起(一个或多个)嵌入的轮胎感应器线圈的对应变形，并且该轮胎变形由于轮胎线圈响应的变化(诸如测量的电感的变化)是可感应测量的。
图4功能性地图示说明根据示例性实施例的由于轮胎状况由轮胎压力引起的轮胎膨胀，该轮胎状况可通过基于感应感测的交通工具轮胎监测系统监测。对于根据示例性实施例利用一个或更多个嵌入的周向轮胎感应器线圈构建的轮胎40，由于增加的轮胎压力和/或由于增加的车轮速度所导致的轮胎(胎面或侧壁)的膨胀41将引起轮胎感应器线圈变形(图1至图3，线圈1-4)，并且由此引起轮胎线圈响应信号的变化(诸如测量的电感的变化)。
因此，轮胎上的离心力取决于行驶速度。轮胎的胎面随着增加的速度而膨胀(变形)，于是轮胎感应器线圈将变形(膨胀)，从而引起可测量的电感的变化。这种影响将移动(一个或多个)轮胎线圈响应信号的整体基线，能够从该整体基线得到信息(诸如速度信息)。
图5A至图5C图示说明根据示例性实施例的用于基于感应感测的轮胎监测系统的示例性应用，诸如用于损坏/退化监测/探测。
图5A图示说明轮胎50，包括功能性地图示说明用于探测在轮胎胎面和侧壁处的诸如由于冲击或退化所导致的轮胎损坏的潜在区域。
图5B至图5C图示说明对使轮胎50变形的轮胎冲击的轮胎感应器线圈响应(诸如测量的电感的变化)的示例性曲线。能够定义用于临界永久变形的阈值55B/55C，并且建立轮胎感应器线圈响应信号层(56B/56C)。在57B/57C 处图示说明来自轮胎冲击变形的轮胎感应器线圈响应。因此，轮胎感应器线圈响应对应于来自一个或更多个轮胎感应器线圈的测量输出信号，诸如表示线圈电感的变化，并且因此提供冲击(或退化)的指示，该冲击(或退化) 包括由于轮胎损坏/故障而被探测到的冲击(或退化)。
参考图5B，在轮胎冲击变形56B后，轮胎感应器线圈响应从轮胎冲击状况57B转变到如通过冲击后传感器信号层58B表示的冲击后轮胎状况。在这种情况下，如通过传感器信号58B所表示的冲击后变形指示轮胎保持功能，其中冲击后传感器信号层58B在定义的用于临界永久变形的阈值55B以上。
参考图5C，在轮胎冲击变形56C后，轮胎感应器线圈响应从轮胎冲击状况57C转变到如通过冲击后传感器信号层58C表示的冲击后轮胎状况。在这种情况下，如通过传感器信号58C表示的冲击后变形指示对应于临界永久变形/损坏的轮胎状况，其中冲击后传感器信号层58C在定义的用于临界永久变形的阈值55C以下。
因此，轮胎线圈响应信号层(基线)冲击前56B/56C和冲击后58B/58C 描述在行驶期间的标准信号(包括电感的变动)。诸如来自撞击对象(诸如坑洼)的轮胎变形的事件引起传感器信号57B/57C的显著变化，接着：要么(图 5B)对应于轮胎恢复状况(相对于轮胎结构完整性阈值55B)的冲击后轮胎线圈响应基线58B，其中轮胎的结构完整性尚没有被损害，要么(图5C)对应于轮胎恢复状况(相对于轮胎结构完整性阈值55C)的冲击后轮胎线圈响应基线58C，其中永久变形指示轮胎的结构完整性已经被损害。
临界变形状况也能够由于轮胎缺陷或退化(如由轮胎线圈响应信号层基线转变到用于临界永久变形的阈值55B/55C以下的水平所指示的)而发生，而不是由于轮胎冲击。同样地，使用嵌在轮胎轮中的和多个轮胎/车轮的多个轮胎线圈的信号能够确定轮胎线圈响应基线。
图6A至图6C图示说明根据示例性实施例的用于基于感应感测的轮胎监测系统的示例性应用，诸如用于操纵方向探测。
图6A图示说明轮胎60，包括功能性地图示说明通过轮胎操纵引起的轮胎压力分布的变化。
图6B至图6C图示说明用于差动轮胎线圈1-2(图2和图3)的轮胎线圈响应(诸如测量的电感的变化)的示例性曲线。在这种情况下，轮胎线圈响应信号基线是表示方向：直线66B/66C的轮胎状况。通过轮胎线圈响应信号从基线轮胎状况方向：直线66B/66C到轮胎状况方向：左(减慢)67B/67C 并且然后到轮胎状况方向：左(加快)68B/68C的转变表示轮胎操纵方向(左) 的变化。轮胎线圈响应对应于来自差动轮胎线圈1-2的测量输出信号，诸如表示所述轮胎线圈的电感的变化，并且因此提供操纵方向(包括速度)的指示。
因此，通过使用图2和图3中所图示说明的最少两个线圈，操纵方向能够被(差动地)确定。如果交通工具正沿着某一方向操纵，那么离心力将横跨胎面不同地影响轮胎的结构。取决于行驶速度，变形将较高或较低。进而，横跨轮胎的轮胎变形分布相应地使轮胎感应器线圈变形。因此，线圈电感相应地变化诸如以触发牵引控制响应，其中该变化是可测量的。
在所描述的实施例中修改是可能的，并且在权利要求的范围内的其他实施例是可能的。
Claims (14)
1.一种适于监测交通工具轮胎的方法，其包含：
将具有多个周向绕组的至少一个轮胎感应器线圈嵌入所述轮胎中，使得所述轮胎的变形引起至少一个轮胎感应器线圈的变形；并且
通过如下方式监测所述轮胎：从所述轮胎感应器线圈获取对应于所述轮胎感应器线圈的对引起所述轮胎的变形和所述轮胎感应器线圈的变形的轮胎状况的感应响应的线圈响应测量值；并且将所述线圈响应测量值转换为表示所述轮胎状况的数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其中监测所述轮胎通过如下方式实现：
将感测线圈布置成接近于所述至少一个轮胎感应器线圈；
至少周期性地将所述感测线圈以互感器配置磁性耦接到所述至少一个轮胎线圈；并且
从所述感测线圈获取表示所述轮胎状况的轮胎线圈响应测量值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述轮胎状况是压力、速度、损坏和退化中的一者。
4.根据权利要求1所述的方法，其中多个周向轮胎感应器线圈被嵌在所述轮胎中，每一个所述周向轮胎感应器线圈均具有多个周向绕组。
5.根据权利要求4所述的方法，其中监测所述轮胎通过如下方式实现：
从所述多个轮胎感应器线圈获取对应于引起来自所述多个轮胎感应器线圈的差动线圈感应器响应的轮胎状况的相应的线圈响应测量值；并且
将所述差动线圈响应测量值转换成表示该轮胎状况的数据。
6.根据权利要求4所述的方法，其中将至少两个轮胎感应器线圈嵌入轮胎胎面的相应侧中，并且将至少两个轮胎感应器线圈嵌入相应的轮胎侧壁中。
7.根据权利要求4所述的方法，其中所述轮胎状况是压力、速度、方向、损坏和退化中的一者。
8.一种感应交通工具轮胎监测系统，其包含：
被安装到交通工具车轮的轮胎；
具有被嵌在所述轮胎中的多个周向绕组的至少一个轮胎感应器线圈，使得所述轮胎的变形引起所述至少一个轮胎感应器线圈的变形；和
轮胎监测感应传感器，其被磁性耦接到所述至少一个轮胎感应器线圈，以获取线圈响应测量值，所述线圈响应测量值对应于作为表示轮胎状况的所述至少一个轮胎感应器线圈的变形，并且将所述线圈响应测量值转换为表示所述轮胎状况的数据。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述轮胎监测感应传感器包括：
感测线圈，其可操作以便以互感器配置磁性耦接到所述轮胎感应器线圈；和
电感-数据转换器，其被耦接到所述至少一个感测线圈以提供周期性激励信号，并且从所述轮胎感应器线圈中获取所述线圈响应测量值，并且将所述线圈响应测量值转换成表示所述轮胎状况的数据。
10.根据权利要求8所述的系统，其中所述轮胎状况是压力、速度、损坏和退化中的一者。
11.根据权利要求8所述的系统，其包含多个嵌入的周向轮胎感应器线圈。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述轮胎监测感应传感器可操作以：从所述多个轮胎感应器线圈获取对应于引起来自所述多个轮胎感应器线圈的差动线圈感应器响应的轮胎状况的相应的线圈响应测量值；并且将所述差动线圈响应测量值转换成表示该轮胎状况的数据。
13.根据权利要求11所述的系统，其中至少两个轮胎感应器线圈被嵌在轮胎胎面的相应侧中，并且至少两个轮胎感应器线圈被嵌在相应的轮胎侧壁中。
14.根据权利要求12所述的系统，其中所述轮胎状况是压力、速度、操纵方向、损坏和退化中的一者。
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