CN1100689A - 根据车轮角速度估算作用于车辆车轮的扰动的方法与设备 - Google Patents

Abstract

由一种扰动观察装置根据探测出的车轮角速度 估算作用于车轮上扰动的方法与设备。在此方法的 一种形式中，车轮的角速度根据此扰动造成的车轮角 速度量来相对于此扰动进行补偿。在此方法的另一 种形式中，通过上述观察装置估算出车轮的角加速度 和所说扰动，并根据此估算出的扰动与车轮角加速度 间的一个关系来求出此车轮的惯性矩。

Description

本发明涉及一种可用来测定影响汽车充气轮胎车轮（下面称为“汽车车轮”或“车轮”）扰动或噪声的设备，以及一种利用上述的测定这类扰动的设备的方法。

为了控制汽车，有效而实用的方法是去认识汽车车轮的行为和它的变化特性，这是因为车轮乃是车辆与地面接触的唯一部件的缘故。但在车辆行驶期间是不易直接测定车轮的行为与变化特性的，原因在于车轮是通过一种悬挂系统接附到车身上面以使车轮可相对于车身位移，还在于车轮本身是转动的。

对于装配有充以压缩空气来保持合适程度弹性的轮胎车轮的汽车来说，此轮胎中的空气压力会对车轮的运行特性具有重要影响。为此，希望测定出车轮轮胎的空气压力水平，然而测定轮胎压力同样不易。

车辆轮胎的空气压力可以用装附于其上的一种气动压力传感器测出。但在车辆行驶期间是不易把转动轮胎上的传感器的输出传送到车身上的所需位置的。也还能根据路面与车身间距会因轮胎压力降低致车轮轮胎变形而发生的变化，来测定此轮胎的压力。除此，还能依据轮胎压力随转速增加而下降的事实，按照所测出的各个车轮的转速，来估算一或多个车轮与其它车轮轮胎压力相比较时的下降情形。但上述这两种方法不能保证准确地测出轮胎压力。特别是在后一种方法中，当拟测定速度的所有车轮的轮胎压力水平都降低了时，就不可能测定出任一车轮的轮胎压力下降情形。

鉴于探测车辆车轮轮胎压力变化的困难，日本专利A-62-149502号提出一种轮胎压力探测设备，它的工作原理基于下述事实：当作用于车轮上的外力，因某种原因例如由于通过路面某隆起部分而改变时，轮胎的压力将随相应车轮转速的改变量或变化率而变化。由于车轮转速改变量的最大值随轮胎压力的下降而下降，就能根据所探测出的轮速改变量的最大值来估算轮胎压力。此种轮胎压力探测设备包括：信号发生装置，它当探测到的轮速改变量高于一预定阈值时即发出信号；响应于此信号的轮胎压力估算装置，它用来根据轮速改变量的最大值来估算轮胎压力。

但是，允许上述设备探测轮胎压力的路面条件并非是任意的，具体地说，只当相应的轮胎是滚过路面上单个隆凸部上时，才能根据探测出的轮速改变量的最大值来估算出轮胎压力。当车轮通过坎坷或搓板式路面上相续的凸凹处时，车轮转速因这些凸凹部的变化将相互交错叠加，此时测得的轮速改变量的最大值将不与轮胎压力相比配，使它不能准确地用于探值轮胎压力。

上面用举例方式描述了探测车轮轮胎压力的困难性，但同样也难以测定车轮和/或轮胎其它特性的变化状态，这类特性例如有车轮的转速、加速度与偏心度、车轮金属部件的更换、轮胎的损耗以及外来物对轮胎的附着等。

尽管要是能精确地测出作用于车轮上并影响到车轮行为与变化特性的扰动或噪声时，就易于估算出车轮的行为与变化特性，但已知尚没有能够精确地测定作用于车轮上扰动的设备。

本发明的第一个目的在于提供一种能探测作用于汽车转动车轮上的扰动或噪声的设备。

本发明的第二个目的在于提供一种利用上述扰动探测设备来探测这类车辆车轮的行为与变化特性的方法。

此第一目的可据本发明的第一组成部分来达到，这一组成部分提供了用来测定作用于汽车充气轮胎车轮上扰动的扰动探测设备，它包括：用来探测此充气轮胎车轮角速度的角速度探测装置；以及扰动观察装置，它可根据为上述角速度探测装置探测出的至少是此充气轮胎车轮的角速度，来估算作用于此充气轮胎车轮的扰动。此扰动观察装置把扰动作为此充气轮胎车轮的状态变量之一加以估算。例如：这种扰动观察装置是根据这样一种充气车轮轮胎的动力模型而设计成的，其中的扰动是作用在具有一定惯性矩的整体转动体上的。虽然由路面不规则性所给出的扰动一般地说是总扰动的各分量中最大的一个，但充气车轮轮胎还要受到其它扰动分量的影响，例如受到由于轮胎的惯性矩或空气压力变化或波动所引起的扰动分量的影响。充气车轮轮胎的惯性矩因轮胎的磨损、轮胎上有异物附着、以及更换新轮胎或新的金属车轮部件而有变化。必要时，可以通过分析扰动的变化状态来估算不同来源所引起的各个扰动分量，而得以消除挑选出的扰动分量或其它分量。

根据本发明构制的扰动探测设备，易于根据至少是充气车轮车胎的角速度来估算由传统设备不可能或难以探测的扰动。

前述第二目的则可以根据本发明的第二个组成部分来实现，此第二组成部分提供了一种补偿汽车充气轮胎车轮角速度的方法，它包括以下步骤：根据作用于车轮的扰动来求得充气轮胎车轮的角速度改变量，该扰动可通过上述扰动探测设备探测到并且是它造成了此角速度的改变量；然后，根据这一角速度的改变量，补偿为上述扰动探测设备的角速度探测装置探测出的充气车轮轮胎的角速度。

具体地说，由上述角速度探测装置探测出的充气轮胎车轮的角速度是由这样一个角速度的改变量来补偿，此改变量是根据作用于这一车轮上的且由上述扰动探测设备所估算出的扰动所求出。这样，此方法乃是本发明的扰动探测设备的一种应用形式。

车轮的角速度可以用来估算车辆的行驶速度。此时，得到一个平均角速度来估算车速，因为这种平均角速度将不会受到较高频率周期性波动的角速度的不利影响。但是，当需用车轮的角速度来估算在防抱死或离合器操纵方式下控制车轮制动力的车速，以便防止车轮在车辆的制动或加速过程中过量滑动时，则希望根据探测出的角速度来消除因路面使车轮受扰动而造成车轮角速度较高频率的周期性波动。这样的希望可以通过本发明的角速度补偿方法来满足，此方法能用较已知方法高的精度探测充气轮胎车轮的角速度，即使这一角速度是以较高的速率变化时。

上述第二目的亦可根据本发明的第三个组成部分来实现，此第三组成部分提供了一种求出汽车充气轮胎车轮惯性矩改变量的方法，它包括以下各步骤：操纵前述扰动探测设备来估算充气轮胎车轮的角加速度以及作用于此车轮的扰动；根据此扰动与车轮角加速度间的关系来求出此车轮的惯性矩的改变量。

求得充气轮胎车轮惯性矩改变量的上述方法则是本发明的扰动探测设备的另一项应用。也就是，可根据扰动探测设备的角速度探测装置探测出的角速度，来计算出车轮的角加速度。遵从所算出的车轮角加速度与扰动观察装置所估算出的扰动这两者间的关系，可以求得车轮惯性矩的改变量。分析此充气车轮轮胎惯性矩的变化状态，能提供有关此车轮的各种变化的信息。要是分析的情况指出，此车轮惯性矩的改变仅仅是由于轮胎的磨损所引起，则此种轮胎磨损量可以根据例如惯性矩的改变量估算出。通常，轮胎的磨损只反映为较低或缓慢地减少惯性矩。要是此惯性矩在车辆的一个特定行驶过程中增加，则说明有某种异物附到了轮胎上，例如有石块插合到轮胎的胎面纹槽中。要是车轮的惯性矩在车辆起动后突然变化，则说明此车轮的轮胎或金属部件至少有一个要更换。

不同于由扰动观察装置用在上述方法中所求得的信息的那些信息，则可以用来消除此扰动的一种挑选出的分量或其它一些分量。例如，充气车轮轮胎在车辆行驶中发生惯性矩改变的信息，可用来判断所探测出的这种改变不是由于更换了金属车轮部件而造成。换句话说，这一判断要求的是例如这样一种信息：充气轮胎车轮的角速度继续较零为高，或车辆的发动机接通开关继续处于接通状态。

此外，根据所提供的用来探测制动器（例如制动踏板）起动的制动器开关的输出信号，或是所提供的用来探测制动液（例如在制动缸中的）的压力传感器的输出信号，就能确定出是否有制动力施加到此车轮上。也还能根据加速踏板的工作位置来确定是否有驱动扭矩作用于驱动轮上。

还能根据可用来探测路面不规则性或反向率的传感器的输出信号，来估算此路面作用于车轮的扰动的大小。

这样，根据本发明第三组成部分的方法能够探测充气车轮轮胎惯性矩的改变量，以用于探测轮胎的磨损、异物对轮胎的附着以及充气轮胎车轮的轮胎和/或金属车轮部件的改换。此外，本方法可以用来提高扰动观察装置的扰动估算精度，这是因为用作这一观察装置的参数的惯性矩可以根据探测到的惯性矩改变量加以调节。

在本发明的扰动探测设备的一种最佳形式中，设置有一扭矩探测器用来探测作用于充气轮胎车轮的驱动扭矩和/或制动扭矩中的至少一个，而扰动观察装置则根据车轮的角速度以及驱动扭矩和/或制动矩中的至少一个来估算扰动。由于这种驱动扭矩和/或制动扭矩以及车轮的角速度是由扰动观察装置用来估算扰动的，这样的扰动估算精度就能提高而不论车辆的具体行驶条件如何，例如不论是强制驱动条件（发动机的驱动力作用于驱动轮上）、反向驱动条件（以制动力作用于车轮上）或惯性滑行条件（车轮上没有驱动力或制动力作用）。

在这种扰动探测设备的另一种最佳形式中，设置有用来求得由角速度探测装置探测出的充气车轮轮胎角速度可变分量的装置，而扰动观察装置则根据充气车轮轮胎角速度的至少是上述可变分量来估算此扰动。

用来求得此车轮角速度的可变分量的装置可以是一种模拟式或数字式滤波器，这种滤波器只通过角速度探测装置测得的角速度中的高频分量。

根据此种扰动探测设备的另一种最佳形式，扰动观察装置是根据充气轮胎车轮的动力学模型设计的，其中有轮辋与皮带，经由一扭转弹簧使它们能相对转动地互连到一起。在此种设备中，角速度探测装置可用来探测轮辋的角速度，而扰动观察装置则可根据至少是此轮辋的角速度而估算此扰动。

在此设备的上述形式中，此车轮轮辋的角速度是以有别于该皮带的角速度而测定的。在这种情形下，应该注意到此轮辋的角速度被看作是充气轮胎车轮的金属车轮部件的角速度，而皮带的角速度则视作为与路面接触的轮胎外表面的角速度。轮辋的角速度可以由适当的已知装置测定，此种装置例如利用到一个沿外周形成有一批齿的转动体，以及一个可用来探测这些齿的通道的磁拾音头。另一方面，此皮带的角速度是不能通过测量来探测的。但是，此皮带的角速度是可以估算的。

此外，上述动力形模型的轮辋与皮带间的扭转角可以估算，而扭转弹簧常数的改变量可以根据估算的扰动与扭转角间的关系求得。由于扭转弹簧的弹簧常数与轮胎的空气压力有着紧密的关系，利用刚刚所述的最佳形式的扰动探测设备可以探测空气压力的变化。

为此，前述的第二目的还可以根据本发明的第四组成部分求得，此第四组成部分提供了利用上述扰动探测设备来探测汽车充气轮胎车轮的空气压力变化的方法。此方法包括以下步骤：起动上述扰动观察装置来估算轮辋与皮带间的扭转角以及作用于充气轮胎车轮上的扰动；同时根据此扰动与扭转角间的关系求出此车轮的空气压力改变量。

根据这一方法，任何时候都可求得轮胎空气压力的改变情形，而不象前述日本专利A-62-149502号所公开的先有技术设备那样，会受到路面不规则性的影响。

扰动与扭转角间的关系可以通过下述方式求得的各作为此扰动与扭转角间关系的一个变量表示的相续的规范化相关值而求出，此方式即是用扰动观察装置相续求得的扭转角的各个自相关函数去除此扰动观察装置相续求得的扰动与扭转角间各个互相关函数。但是，这种求得各个规范化相关值的方式需要有一具备较大容量的存储器来存储估算出的扰动与扭转角值。考虑到这一缺点，最好能根据前面的规范化相关值、现行的扰动值与现行扭转角值乘积的影响、以及现行扭转角值平方的影响，来求得现行的规范化相关值。根据本方法，可在连续探测轮胎空气压力的同时，把用来存储规范化相关值的存储器所需容量减到最小。

在其中的扰动观察装置是根据包括有轮辋、皮带与扭转弹簧的动力学模型所设计的上述扰动探测设备的最佳配置形式中，设置有：用来探测充气轮胎车轮惯性矩改变量的装置；以及根据探测出此车轮的这一惯性矩改变量，来补偿为扰动观察装置用作一参数的充气轮胎车轮的惯性矩的装置。

根据以上配置形式，由扰动观察装置用作参数的充气轮胎车轮的惯性矩可以根据探测出的改变量来调节。由于充气轮胎车轮的惯性矩一般保持不变，此种扰动观察装置可用一个常数值作为惯性矩来估算扰动。但此车轮的惯性矩事实上是可以变化的，因而最好是探测出这一惯性矩的改变量并补偿扰动观察装置所用的惯性矩，以提高扰动估算值的精度。

上述同型设备的另一最佳配置形式还包括：用来探测扭转弹簧的弹簧常数改变量的装置；以及根据上述探测量来对扰动观察装置用作参数的这一弹簧常数进行补偿的装置。

在上述同型设备的另一最佳配置形式中，该扰动观察装置包括有，根据至少是前述轮辋的角速度W_R来估算轮辋与皮带间的扰动W₂与扭转角θ_RB的装置。在这种配置形式中，上述设备还包括有根据扰动观察装置估算出的扰动W₂与扭转角θ_RB间的关系，来探测扭转弹簧的弹簧常数K改变量△K的常数改变探测装置。扰动W₂由下述方程规定：

W₂＝（-1/J_B）Td+（△K/J_B）θ_RB

式中：J_B是皮带的惯性矩，而Td是汽车行驶的路而对皮带所施加的扰动矩。

在这种配置形式下，上述设备还可包括一空气压力探测装置，用来探测与常数改变探测装置测出的扭转弹簧的弹簧常数K的改变量△K相对应的充气轮胎车轮的空气压力改变量△P，其中要根据此两个改变量△K与△P间的一个预定关系。此设备还包括有为扰动观察装置用作参数的弹簧常数K的补偿装置，其中根据的是由前述常数改变探测装置所探测出的扭转弹簧弹簧常数K的改变量△K。

在同一种上述设备的又另一个最佳配置形式下，该扰动观察装置包括有，根据至少是轮辋的角速度W_R来估算扰动W₂和角速度W_B的装置。在这种配置形式下，该设备还包括有惯性矩改变量探测装置，它能根据扰动观察装置所估算的皮带角速度W_B来求皮带角加速度W_B′，以及根据扰动观察装置探测出的扰动W₂与皮带角加速度W_B′间的关系来探测皮带之惯性矩J_B的改变量△J_B。根据这种配置形式所估算的W₂是由下述方程所确定：

W₂=（-1/J_B）Td-（△J_B/J_B）W_B′

式中的Td是车辆所行驶的路面对皮带所施加的扰动扭矩。

在上述配置形式下，此设备还可包括根据惯性矩改变量探测装置所探测出的皮带惯性矩J_B的改变量△J_B，来探测附着于充气轮胎车轮的轮胎上的外来物的装置。

在此同一种配置形式下，该设备还可包括根据惯性矩改变量探测装置探测出的皮带惯性矩J_B的改变量△J_B，来探测安装在充气轮胎车轮的轮胎上的链的装置。

在此同一种配置形式下，该设备还可包括根据惯性矩改变量探测装置探测出的皮带惯性J_B的改变量△J_B，来探测充气轮胎车轮的磨损量的装置。

在此同一种配置形式下，该设备还可包括补偿装置，根据惯性矩改变量探测装置探测出的皮带惯性矩J_B的改变量△J_B，来补偿为扰动观察装置用作参数的这一惯性矩J_B。

在此种同型设备又另一个最佳配置形式下，该扰动观察装置包括有，根据至少是轮辋的角速度W_R来估算扰动W₁的装置。在这种配置形式下，此设备还包括一惯性矩改变量探测装置，用来根据扰动观察装置估算出的轮辋角速度W_R来求得此轮辋的角加速度，并用来根据扰动观察装置探测出的扰动W₁与轮辋的角加速度W_R′间的关系，来探测此轮辋的惯性矩J_R的改变量△J_R。此扰动W₁由以下方程确定：

W₁=-（△J_R/J_R）W_R′

在上述配置形式中，此设备还包括有根据惯性矩改变量探测装置所探测到轮辋的惯性矩J_R的改变量△J_B，来探测更换充气轮胎车轮的金属车轮部件的装置。

根据这种扰动探测设备的复又另一种最佳形式，该扰动观察装置是根据这样一种充气轮胎车轮的动力学模型设计的，此模型中的轮辋与皮带是通过平行设置的扭转弹簧与减震器连接成了相互相对转动的形式。在这种形式的设备中，角速度探测装置探测轮辋的角速度，而扰动观察装置则根据至少是此轮辋的角速度来估算此种扰动。上述形式的这一设备所能提供的优点，与其中的扰动观察装置是根据只由扭转弹簧所连接起的轮辋与皮带那种动力学模型所设计成功的扰动观察装置能提供的相同。但是，由这里的扰动观察装置估算扰动时的精度有了提高，这是因为除扭转弹簧外还要考虑到减震器的作用。

在上述形式设备的一种最佳配置形式中，该扰动观察装置把轮辋的角速度用作此轮辋的一种等效的线性位移速度X_R′，并根据至少是轮辋的这一等效的线性位移速度X_R′来估算出扰动W₂、皮带的一个等效线性位移速度X_B′、以及轮辋与皮带间的等效的相对线性位移X_RB。在这种配置形式下，此设备还包括一常数改变量探测装置，它根据扰动观察装置估算出的扰动W₂、等效线性位移速度X_B′和等效相对线性位移X_RB，以及由角速度探测装置所探测出的等效线性位移速度X_R′，来探测减震器的减震系数D_W的改变量△D_W以及扭转弹簧的弹簧常数K_W的改变量△K_W。在这种配置形式下所估算出的W₂由下述方程确定：

W₂=（△D_W/m_B）（X_R′-X_B′）+（△K_W/m_B）X_RB+Fd/m_B′

式中的m_B为皮带的等效惯性质量；Fd为与车辆行驶路面作用于皮带的扰动扭矩等效的扰动力。

在上述配置形式中，常数改变量探测装置在下述方式下探测减震系数D_W的改变量△D_W以及弹簧常数K_W的改变量△K_W，使得按时间间隔求得的估算出的W₂与一理论近似值（△D_W/m_B）（X_R′-X_B′）+（△K_W/m_B）X_RB的差的平方和，实质上最小。

在本发明的探测设备的再又一种最佳形式中，该扰动观察装置是根据一种连接到车辆之悬挂系统的充气轮胎车轮的动力学模型设计的，其中车辆的悬挂质量以及作为车辆的非悬挂质量的充气轮胎车轮是通过此悬挂系统作可相对转动的互连，且其中的一个轮辋与一个皮带是由一扭转弹簧互连成可相对转动的形式。在此种形式的设备中，该扰动观察装置是根据至少是充气轮胎车轮的角速度来估算扰动的。

在上述设备中，于设计扰动观察装置时考虑到了悬挂系统以及充气轮胎车轮。这就使得该观察装置能对较大量的项目进行估算，而增加了可用来控制车辆的信息量。此外，也更改进了由此观察装置对扰动进行估算的精度。

在本发明又另一种最佳形式中提供了一种抑制装置，当它充气轮胎车轮角速度同期波动的频率与干扰观察装置在以高精度估算扰动时的最佳频率之间的差不大于一预定值时，抑制此观察装置进行作业。

此设备的再又另一种最佳形式则包括：探测车辆行驶速度的车速传感器，计算车速传感器探测到的车辆行驶速度与角速度探测装置探测到的充气轮胎车轮的角速度二者的差的速度差计算装置，根据此速度差计算装置算出的参数来估算充气轮胎车轮角速度周期变化的周期变化估算装置；以及根据此估算装置估算出的周期变化来补偿角速度探测装置探测出的该车轮角速度的角速度补偿装置，使得该扰动观察装置接收到已由此角速度补偿装置补偿了的角速度。

只要是车辆以恒速行驶，为上述角速度探测装置所探测到的角速度将保持不变，亦即不随时间变化。但由于充气轮胎车轮存在着某些与其制造过程相关的不可避免的误差，所探测到的此种车轮的角速度事实上多少会随时间变化。即由角速度探测装置探测到的角速度不可避免地包括有因制造误差而由角速度周期变化引起的分量。要是扰动观察装置在未考虑到这种车轮角速度周期变化下来估算扰动，这种扰动的估算精度将未必会是满意的。

上面两种形式的设备是以下述分析为基础的。在此种设备的前一种形式中，当周期性变化的频率相当接近于观察装置的最佳频率时，由于这种扰动的估算精度随着比周期性变化的频率接近于该最佳频率而变动，因而扰动观察装置便不再适用。在此设备的后一种形式中，可以求得这种车轮角速度相对于车速的周期性波动量，而这种为角速度探测装置所探测到的角速度是根据上面求得的波动量来补偿，使得该扰动观察装置根据此补偿的角速度工作，由此而提高了观察装置的估算精度。此设备的上述几个最佳形式保证了能改进扰动观察装置在作中的可靠性，而无误地估算出因不可避免的充气轮胎车轮角速度周期性波动所造成的扰动。

阅读下面结合附图对本发明最佳实施例所作的详细描述，将可较好地理解本发明的上述的和其它的目的、特点与优点，在附图中：

图1是一示意性框图，说明可用来探测作用于汽车充气轮胎车轮上扰动的本发明一扰动探测设备的实施例；

图2是它的扰动正为图1中的设备所探测的一个充气轮胎车轮的局部横剖面图；

图3示明图2中的车轮的一个动力学模型；

图4是一框图，说明图1设备中的各功能元件；

图5是一流程图，说明依据存储于用于本设备的计算机中的只读存储器（ROM）内的控制程序，来求得此车轮转速变化的程序；

图6是一流程图，说明依据另一项也存储于该ROM中的控制程序的轮速计算/补偿程序；

图7是曲线图，说明用于图5程序的步骤S8中的数N与车速V之间的关系；

图8是一曲线图，说明由上述设备探测到的扰动的近似情形；

图9是一框图，说明装配于此设备中的一种扰动观察装置；

图10是一流程图，说明依据存储于该ROM中又一控制程序来计算为求得该车轮弹簧常数变化的相关性的程序；

图11是一流程图，说明依据存储于该ROM中又另一控制序来计算为求得该车轮中惯性矩变化的相关性的程序；

图12是一流程图，说明依据存储于该ROM中复又另一控制程序来计算为求得该车轮中另一惯性矩变化的程序；

图13是一框图，说明与图10中的程序相对应的用于本发明另一实施例中的程序；

图14是一框图，说明依据本发明又一实施例所构成的扰动探测设备中的功能元件；

图15是一流程图，说明依据存储于图14设备所用计算机的ROM中控制程序的一种扰动观察装置的控制程序；

图16说明包括在本发明又另一实施例中的扰动观察装置的动力学模型；

图17说明包括在本发明复又另一实施例中的扰动观察装置的动力学模型；

图18是一流程图，说明按照存储于作为本发明扰动探测设备一种形式的链探测装置所用计算机的ROM中控制程序来探测安装在此种车轮上的链的程序；

图19示明包括在本发明又再另一实施例中的一种扰动观察装置的动力学模型；

图20是图19中动力学模型的简图；

图21是示明依据图19中实施例的设备中各功能元件的框图；

图22是示意表明图21设备中所用计算机的框图；

图23是一流程图，说明依据存储于图22计算机的ROM中的控制程序来探测该车轮之空气压力的程序；而

图24是一说明依据本发明又另一实施例的轮胎空气压力探测程序。

首先参看图1与2，依本发明第一实施例构制成的扰动探测设备包括一磁拾音头（可变磁阻拾音器）12，它设在一随在图12中一般以14标明的充气轮胎车轮旋转的转动体10的邻近。此转动体10沿着它的外周边上有一批顺圆周方向即依此转动体10转动方向等间隔相互分开的齿16。

上述磁拾音头12经构制成，当齿16通过此磁拾音头的传感头时，能产生一振幅作周期性变化的电压信号。由磁拾音头12所产生的这一电压信号经整形器18整形成矩形脉冲形式，然后此已整形的脉冲信号即加到计算机20的一个输入输出（I/O）口。为便于说明，图1中只示明了转动体10、拾音头12与整形器18这样一个组，但装备有本扰动探测设备的汽车是有四个充气轮胎车轮14的，其中每个车轮均设有转动体10、拾音器12与整形器18的。四个拾音头12中的每一个都通过适当的整形器18与计算机20相连。

每个车轮14包括一个金属车轮部件24和一个装附于此车轮部件24的一轮辋28上的轮胎26。此车轮14由图3所示的系统或模型作动力学模拟，其中一轮辋28与一皮带30经一扭转弹簧32互连成可相对转动。皮带30视作为车轮14与路面接触的轮胎26的外面。由于转动体10配置成能随金属车轮部件24转动，该拾音头12在最严格意义下即可来探测轮辋28的角速度。

计算机20包括中央处理机（CPU）40、作为第一存储装置的只读存储器（ROM）42以及作为第二存储装置的随机存取存储器（RAM）44。ROM42存储用于执行图5与6流程图中所示的程序，并与CPU40和RAM44协同工作，构成一示明于图4中示意性框图内的速度计算器/补偿器45。

此计算机20连至另一台计算机47，后者包括一CPU48、作为第一存储装置的ROM49、作为第二存储装置的RAM50、以及一作为输入输出装置的I/O口51。ROM49存储用来执行例如图10-12流程图中所示相关性计算程序一类的各种控制程度，并与CPU48和RAM50相配合，构成一扰动观察装置52、一预处理机54、一相关计算器56、一规范器58、一常数补偿器60、一识别处理器62以及一车轮速度发生器64，它们都示明在图4的框图中。

计算机47的I/O口51连接上一显示装置66，此显示装置给出由识别处理器62所作出的识别或确定的结果的信息，可帮助车辆的驾驶员认识各个车轮14的状况。尽管本实施例中的显示装置66是液晶显示的，但也可代之以依预定方式例如闪烁方式操作的指示灯装置，或代之以对驾驶员说话的声音指示器，等等。

连接到I/O口51上的还有一可用来探测金属部件24（轮辋28）的驱动扭矩或制动扭矩的扭矩探测器68。这种扭矩探测器68例如可包括一固定在车轮部件24的轴上的应变仪。

轮辋速度计算器/补偿器45根据从相应的磁拾音头12通过对应的整形器18所接收到的信号进行工作，计算四个车轮14中每一个的转速。此计算器/补偿器45还可根据图1所示的适当的车速传感器70探测到的车辆行驶速度（如图4所示的车身72的速度），来调节对各个车轮14计算出的速度。这种车速传感器70可以是一种多普勒效应的地速传感器，由磁拾音头调节计算出的车轮14的速度来补偿对于车轮速度有周期性变化时所计算出的速度，而这种车轮速度的周期性变化是来源于车轮14与转动体10在它们的制造与装配过程中有误差，而使它们的技术规格距名义值存在着固有偏差所致。

车轮14的转速是作为轮胎26的周边速度求得的。为此目的，应该知道轮胎26的半径（即路面至车轮14的轴线或中心的距离）。此时，轮胎26的半径因作用于轮胎上面的载荷而会随轮胎的变形量而变化，而这一变形量又会随轮胎26中的空气压力而变化。只要是轮胎26的空气压力保持在名义的或所需的水平上，此轮胎26的名义半径即被用来计算车轮14的作为它的转速的周边速度。要是在后述的相应程序中发现这一空气压力的改变量大于一预定限度，用来计算上述周边速度的轮胎26的半径则依据轮胎半径与轮胎空气压力改变量间一预定关系（存储于ROM42中）来计算。

轮辋速度计算器/补偿器45可用来执行图5中用来获得周期性轮速变化的程序，以及图6中用来计算与补偿所探测到的轮速的程序。

图5中的轮速变化求出程序在转动体10与车轮14已装配到车辆上后至少要执行一次。根据这一程序来求出轮速变化的操作可以由车辆制造商、修理车间的维修工程师或车辆的使用者来执行。在车速的变化是由使用者求出时，前述程序每当一预定条件满足时，例如每当车辆的累积行驶距离或行驶时间达到一预定值时，便执行此程序。任何情形下，当车辆是在一稳定方式中行驶，即在一预定范围内的基本上恒定的速度下没有加速与减速（制动）下行驶时，最好执行这一程序。

首先描述图5中的轮速变化求出程序。此程序从步骤S1开始，其中的数值“n”、“i”、“v”与“Vn”已预置。步骤S1之后的步骤S2是根据车速传感器70的输出来计算车速V的。然后，此控制流向进行到步骤S3去计算充气轮胎车轮14的速度Vn（以后称作“轮速Vn”）。严格地说，所算出的轮速Vn乃是皮带30的周边速度（轮胎26在它与路面接触的外周上的周边速度），此时假定了皮带30的角速度W_B是与轮辋28的角速度W_R相等。为便于理解，假定此轮速Vn是在每个齿16通过磁拾音头12时计算的。更具体地说，相应于转动体10各个齿16的轮速Vn的计算是根据整形器18求得的相邻两矩形脉冲升或降之间的时间区间，或此两相邻脉冲的升与降之间两中点间的时间区间。

但是，应该考虑到各个齿16通过拾音头12所需时间与计算轮速Vn所需时间之间的关系。在此可将图5的程序修改，使得在每次有两或多个齿16通过拾音头12时来计算轮速Vn。

在步骤S3之后的S4是据步骤S2中确定的轮速V来计算它与算出的轮速Vn间的差（V-Vn）。所算出的这一速度差（V-Vn）当作为轮速Vn的变化[以后称作为“轮速变化（V-Vn）”]。将这样求得的轮速度化（V-Vn）存储于RAM44中一“轮速变化”存储器连续地址中相应的一个之上，它的编号等于“j”（在转动体10，或车轮14转动一周中所求得的轮速值Vn的编号）。在对于每个齿16求出轮速Vn的本实施例中，编号“j”或“轮速变化”存储器地址的编号等于齿16的数目。轮速变化（V-Vn）所存储的地址对应于现行编号“n”。应该注意到，各个地址的内容表示了一个累积的轮速变化∑（V-Vn）=（（（V-Vn）于i=1）+（（V-Vn）于i=2）+…）。

步骤S4后是步骤S5，其中当在后继的步骤S6中求得了一个肯定性判定（是），亦即当加1的整数“n”小于或等于“j”时，该整数“n”便加1而重复步骤S3与S4。要是在步骤S6中得到否定性判定（否）时，这就意味着车轮14已然转动了一整圈，同时求得了对应于所有齿16的轮速值Vn。对于步骤S6中所得到的否定性判定（否），此控制流向便进到步骤S7，使整数“n”复位到“1”，同时使整数“i”加1。然后执行步骤S8以确定整数“i”是否小于或等于“N”。如果在步骤S8中得到一指定性判定（是），则控制流向将返回到步骤S2来再次测定车速V，并重复地执行步骤S3与S4，以在车轮14下一转的过程中获得对应于所有齿16的累积轮速变化。每次执行步骤S4得出的轮速变化（V-Vn）均加到对应于整数“n”的“轮速变化”存储器的地址内容中。这样，此存储器各地址的内容（累积轮速变化的表示）便每当车轮14转过一圈时即增加。

在这一说明性的实施例中，车速V并不是每当整数“n”加“1”或每当重复步骤S3与S4时就变更，此时假定车速V在车轮14的一个整转中无变化。但图5中的程序可以修改，使得此控制流向在每次于步骤S6中得到了肯定性判定（是）时便返回步骤S2，亦即是每当得到了对应于各个齿16的轮速变化（V-Vn）时便如此。

当整数“i”变得比预定的数“N”大时，也即当车轮14已然转过预定的转数“N”时，在步骤S8中便得到了一否定性判定（否）。此时，执行步骤S9，用数“N”除RAM44的“轮速变化”存储器中各地址的内容（累积轮速变化），由此而得到一平均累积轮速变化△Vn。这一数值△Vn乃是转动体10各个齿16处相对于此转动体10的下述参考位置的轮速Vn的平均累积变化，该参考位置则是齿16的这样的位置，在此位置上图5的程序开始，或是在此位置上第一次来执行步骤S3现S4。当图5中的程序在车辆行驶期间是经常地或连续性地执行时，图6中的轮速计算/补偿程序不要求有转动体10（车轮14）的参考位置来轮速变化补偿轮速。当图5中的程序在紧接车轮14装配好后或是在每次接通车辆的发动机开关后只执行一次时，就应知道转动体10的参考位置。为此目的，于转动体10上设置有一指示此参考位置的适当标志，并安装有一探测此参考位置的传感这一标志的探测器。

当设置有指示转动体10上参考位置的标志时，便可从参考位置处的齿16开始执行图5中为获得与各个齿16相对应的平均轮速变化值的程序。也可以换一种方式从转动体10上的一个所需位置上开始这一程序，而把所求得的值△Vn转变成相对于参考位置的值。

用来求得平均累积轮速变化值△Vn的转动体10（车轮14）的转数“N”应该足够地大，以使路面条件对所求得的值△Vn的影响减到最小。在本发明中，上述数“N”是根据车速V确定的，具体地说，数“N”应确定成为图7中的曲线所示，随车速V的增加而加大。

在步骤S9中，将对于各个齿16所求得的平均累积轮速变化△Vn除以车速V，而获得一累积轮速变化率△Vn/V。对各个齿16所求得的这一变化率△Vn/V存储于RAM44的“轮速变化率”存储器的适当地址中。对应于齿16这一变化率的值表示着特定车轮14所固有的转速变化，它是由于转动体10与车轮14的制造与装配误差所引起的。这些值△Vn/V用于图6的程序中来补偿或调节车轮14的探测出的速度V。

图6中的轮速计算/补偿程序是在车辆行驶过程中连续地执行。在本实施例中，执行这一程序，是用于预定的取样时间内，根据整形器18所产生出的矩形脉冲在两个预定出现时刻之间的平均时间间隔来计算车轮速度。

图6中的程序开始于用来在取样时间内探测矩形脉冲的第一次出现与最后一次出现的步骤S11，并计算取样时间内的脉冲出现次数，同时去确定与所探测到的最初与最终出现的脉冲相对应的转动体10上的两个齿16。详细地说，每当矩形脉冲出现时，就执行一中断程序，根据设在计算机20内的一个定时器的输出来探测出矩形脉冲出现的时刻。设有一台计数器，来计算取样时间内这种脉冲出现的次数。另设有一台计数器，来计算根据对应于转动体10的参考位置的出现而计算的矩形脉冲出现次数。后一台计数器在参考位置处复位，而这台计数器的内容能识别与最后产生的矩形脉冲出现相对应的齿16。

然后，控制流向进行到步骤S12，根据取样时间内两相邻矩形脉冲出现时刻之间的平均时间间隔，来计算车轮14在此取样时间内的平均速度V。

步骤12之后的步骤13，根据与最初和最终出现之矩形脉冲相对应的两个齿16所对应的轮速变化率4Vn1/V和△Vn2/V，来补偿或调节车轮速度V。这两个变化率是根据步骤S11中所确定的两个齿16，从RAM44的“轮速变化率”存储器中读取的。轮速V的补偿是根据下述方程（1）来进行：

V=（1+（△V_n1-△V_n2）/2V）V……（1）

从上述方程（1）可知，轮速V是由等于比率△Vn1/V与△Vn2/V两者差的1/2再乘以预补偿值V的一个量来补偿的。

由图6中程序的步骤S13所求得的补偿的轮速V要应用于扰动观察装置52与轮速发生器64中。但是扰动观察装置52用到的是与轮速V相对应的角速度。为此目的，在步骤S13中所求得的补偿的轮速V被换算为轮辋28的角速度W_R，其中考虑到了轮胎26的半径R。算出的角速度W_R存储于RAM44的“角速度”存储器中。

扰动观察装置52是按照图3所示充气轮胎车轮14的动力学模型布置成的。以后将描述此扰动观察装置52的布置形式。

要是此车轮14模拟为图3中的动力学模型，其中各自具有惯性

矩J_R与J_B的轮辋28与皮带30是由具有弹性常数K的扭转弹簧32所连接，则可构成下面的状态方程（2）、（3）与（4）来确定一线性动态系统：

= -Kθ_RB+T₁………………(2)

= Kθ_RB-T_d………………(3)

=^ωR -^ωB………………(4)

其中，W_R为轮辋28的角速度；W_R′为轮辋28的角加速度；W_B为皮带30的角速度，W_B′为皮带30的角加速度；θ_RB为轮辋28与皮带30间的扭矩角；T₁为扭矩探测器68探测出的驱动或制动矩；T_d为扰动扭矩（它是由路面上的坎台或起伏，不规则地或规则地发生的车轮14的滚动阻力所导出）。

但在实际上，于轮辋28与皮带30之间设有一减震器，但此减震器的影响较小，故在本实施例的上述问题中可忽视减震器的存在。在后述本发明的另一实施例中将考虑减震器的影响。

上述状态方程（2）至（4）可以转换为采用向量与矩阵的下述方程（5）：

当扭转弹簧32的弹簧常数K由于轮胎26空气压力的变化从K变到K+△K时，此充气轮胎车轮14的运动可由下述方程（6）表示：

弹簧常数K的改变量△K等价于正常条件下作用于轮胎26上的扰动量，此扰动为上述方程（6）右端最后一项表示。应该认识到最后一项中包括有随轮胎26空气压力变化而变化的改变量△K。换句话说，轮胎26的空气压力的改变量可以通过估算为此最后一项所表示的扰动来估算。前述扰动观察装置52应该能用来估算总的扰动W，它包括车轮14的因路面条件变化而有的扰动扭矩T_d以及因轮胎26的空气压力变化而产生的扰动。此总的扰动W由下述方程（7）表示：

但从理论上说，在此扰动W的三个元中只有一个元能够由观察装置52估算。这样，只有第二个元W可据下述方程（8）估算，而车轮14的运动状态则由下述状态方程（9）表示：

这样，扰动观察装置便依据方程（9）工作，来估算作为反映此系统状态的变量之一的扰动。采用方程（8）中的扰动W₂，作为这种变量之一，利用下述方程（10）来近似待估算的扰动：

W₂′=0……（10）

上述方和（10）的近似关系意味第一个连续变化的扰动为图8中曲线示明的阶梯式变化来近似（零阶近似）。要是扰动观察装置52的扰动估算速度高到足以配合上待估算的扰动的改变率或改变速度，则上述近似是充分合格的。下面的方程（11）表示了一个把作为方程（10）系统变量之一的W₂包括在内的扩展了的系统：

在上面的方程（11）中，[W_Bθ_RBW₂]，是不能探测出的。在采用扰动观察装置52的系统中，不仅是扰动W₂，连不能测量的变量W_B与θ_RB也都是可以估算的。

为简明起见，将方程（11）分解为以下的向量与矩阵

［X_a］=ω_R

［X_b］=［ω_Bθ_RBW₂］^T

［u］=T₁

［A₁₁］=0

［A₁₂］=［0 +K/J_R0］

［A₂₁］=［0 1 0］^T

［A₂₂］=

［B₁］=1/J_R

［B₂］=［0 0 0］^T

估算状态[Z]=[W_Bθ_RBW₂]^T的最低阶扰动观察结果可由下述方程（12）表示：

［z_P＇］=［A₂₁］［x_a］+［A₂₂］［z_p］+［B₂］［u］+［G］｛［X_a＇］-(［A₁₁］［X_a］+［A₁₂］［z_P］+［B₁］［u］)｝=(［A₂₁］-［G］［A₁₁］)［X_a］＋(［A₂₂］－［G］［A₁₂］)［z_P］＋［G］［X_a＇］＋(［B₂］－［G］［B₁］)［u］………………………………………………(12)

式中，[Z_P]是[Z]的估算值，[Z_P′]是估算值[Z_P]的改变率，[G]是确定扰动观察装置52估算速度的增益。

上述方程（12）由图9的框图表示，框图中的[I]表示单位矩阵而“S”表示拉普拉斯算符。

用[e]=[z]-[z_p]来表示实际值[z]与估计值[z_p]的误差，同时用[e′]表示误差[e]的改变率，则得下述方程（13）：

[e′]=（[A₂₂]-[G][A₁₂]）[e]……（13）

上述方程（13）表明了扰动观察装置52的估算特性，而矩阵（[A₂₂]-[G][A₁₂]）的特征值则是扰动观察装置52的极点。因此，扰动观察装置的估算速度随此种特征值从原点偏移到平面S的左半平面而增加。观察装置增益[G]可根据扰动观察装置52所需的估算速度值而适当地确定。

上面描述了扰动观察装置52的一个方面，即去估算因扭转弹簧32的弹簧常数K有了改变量△K而影响的扰动W₂，假定此扰动W₂是由前述方程（8）表示，即W₂=（-1/J_B）T_d+（△K/J_B）θ_RB。那些会因皮带30与轮辋28的惯性矩J_B与J_R分别变为（J_B+△J_B）与（J_R+△J_R）而产生的扰动，可以用类似于上面相对扰动W所说明的方式估算。

下面描述估算由皮带30的惯性矩J_B的改变量△J_B所引起的扰动的方式。

车轮14在惯性矩J_B已有△J_B改变时的运动可由下述方程（14）表示：

+［-T_d/J_B0/0 (△J_B/J_B)ω_B＇ …（14）

待估算的扰动是上述方程右端最后一项的第二个元。要是W₂是由下述方程（15）确定，则可从后面的状态方程（16）得出前述的方程（11）：

这样，扰动观察装置52便可有效地估算因皮带30的惯性矩J_B有了改变量△J_B而引起的扰动。

下面再来说明因轮辋28的惯性矩J_R的改变量而引起的扰动的估算方式。

通常，轮辋28的惯性矩J_R是不会改变的。要是把使用中的金属车轮部件24换成一个新的，则惯性矩J_R就会改变。要是在采用了新的车轮部件24之后仍然沿用相同的惯性矩J_R，那就会在估算作用于车轮14上总的扰动中带来误差。因此在本实施例中，将扰动观察装置52安排成也能估算因轮辋28的惯性矩的改变所引起的扰动。

当惯性矩J_R改变了△J_R时，车轮14的运动可由下述方程（17）表示：

此待估算的扰动乃是方程（17）右端最后一项中的第一个元。要是扰动W₁是由下述方程（18）给定，则可从状态方程（19）得出由方程（20）表示的扩展了的系统：

这样，扰动观察装置52就能有效地估算因轮辋28的惯性矩J_R改变了△J_R而引起的扰动。

如上安排的扰动观察装置52接收作为输入的角速度W_R，后者是由上述轮辋速度计算器/补偿器45根据轮速V与轮胎半径R计算出的。根据这一角速度W_R，观察装置52可以估算：由扭转弹簧32的弹簧常数K改变量△K引起并为方程所表示的扰动W₂；因皮带30的惯性矩J_B改变量△J_B引起并由方程（15）所表示的扰动W₂；以及因轮辋28的惯性矩J_R改变量△J_R引起并由方程（18）所表示的扰动W₁。上述扰动W₂与W₁分别作为估算的扰动值W_2P，W_2P与W_1P求得。除了这些值W_2P，W_2P与W_1P外，观察装置52还可用来求得皮带30的角速度W_B的估算值W_BP以及轮辋28与皮带30间的扭转角θ_RB的估算值θ_RBP，而W_B与θ_RB则是不能探测或测量的。

预处理器54为相关计算器56的运行进行了它所必须的预处理作业。这就是说，预处理器54可以根据探测出的轮辋28的角速度W_R和扰动观察装置52估算出的皮带30的角速度W_BP，来计算轮辋28的角加速度W_R′与角加速度W_B′的估算值W_BP′。

相关计算器56根据所估算的扰动值W_2P、W_2P、W_1P、角速度值W_R、W_BP、角加速度值W_R′、W_BP′与扭转角θ_RBP，进行计算相关函数的作业。利用计算出的相关函数，规范器58进行规范化作业，同时计算扭转弹簧32的弹簧常数K，轮辋28的惯性矩J_R与皮带30的惯性矩J_B等的改变量。

首先描述求扭转弹簧32的弹簧常数K的改变量的方式。

相关计算器56可用来执行图10的流程图中用来计算为获得弹簧常数K的改变量的那些相关函数的一个程序。

图10中的这一程序从使整数“i”复位到“1”的步骤S21开始，此步骤还使相关函数C（W_2P，θ_RBP）与C（θ_RBP，θ_RBP）复位到“0”。相关函数C（W_2P，θ_RBP）是方程（8）表示的扰动W₂的估算值W_2P以及估算的扭转角值θ_RBP之间的一个互相关函数，而函数C（θ_RBP，θ_RBP）则是估算的扭转角值θ_RBP的一个自相关函数。换言之，RAM50的“互相关”以及“自相关”存储器的内容在步骤S21中已清除了。

然后执行步骤S22来读取现行估算的扰动值W（i）与现行估算的扭转角值θ_RBP（i）。步骤S22后的步骤23用来计算上述估算的扰动值W_2P（i）与估算的扭转角值θ_RBP（i）的乘积，同时把这一乘积加到互相关函数C（W_2P，θ_RBP）的最终值上以更新此互相关函数。在执行图10中这一程序的第一个周期中，自相关函数C（W_2P，θ_RBP）的最终值为零，而上面指出的积W_2P（i）×θ_RBP（i）则存储于“互相关”存储器中。

控制流向然后进入步骤24，求出估算的扭转角值θ_RBP（i）的平方，并把此平方结果加到自相关函数C（θ_RBP，θ_RBP）的最终值上以更新此自相关函数。此更新的值则存储于“自相关”存储器中。

然后执行程序S25来确定整数“i”是否已等于或大于一预定整数“M”。最初在步骤S25中得到一否定性判定（否），执行步骤S26使整数“i”加1而重复步骤S22、S23与S24。

当步骤S22-S24已重复预定的次数“M”后，在步骤25中即得到一肯定性判定（是）。这样便终止了执行此程序的一个周期。

在由相关计算器求出了互相关函数C（W_2P，θ_RBP）与自相关函数C（θ_RBP，θ_RBP）后，规范器18根据下述方程（21）求得一规范值L，并将它存储于RAM50的一个L_K存储器中。

L_K＝C（W_2P，θ_RBP）/C（θ_RBP，θ_RBP）……（21）

据方程（21）求得的值L_K可以根据前述方程（8）由下述方程（22）表示：

L_K＝（-1/J_B）C₀+△K/J_B……（22）

由于值C₀是由C（T_dp，θ_RBP）/C（θ_RBP，θ_RBP）所表示并与弹簧常数K的改变无关，故定值C₀可在轮胎26的空气压力为正常情形时求得。应该注意到，值C（T_dp，θ_RBP）是扰动扭矩T_d的估算值T_dp与扭转角θ_RB的估算值θ_RBP间的一个互相关函数。

执行了类似的程序来求得轮辋28与皮带30的惯性矩J_R与J_B的改变量。

图11的流程图中所示明的程序是编制好用来计算为获得轮辋28的惯性矩J_R的改变量的相关函数的。更具体地说，可根据方程（18）所表示的扰动W₁的估算值W_1P以及轮辋28的角加速度W_R′求出互相关函数C（W_1P，W_R′）与自相关函数C（W_R′，W_R′）。由规范器58据下述方程（23）算出一规范化值L_JR，并将它存储于RAM50的L_JR存储器中：

L_JR＝C（W_1D，W_R′）/C（W_R′，W_R′）……（23）

由方程（23）得到的值L，可以根据方程（18）表示成下述方程：

L_JR＝-△J_R/J_R……（24）

图12的流程图中说明的程序是编制成用来算出这样的相关函数，以去获得皮带30的惯性矩J_B改变量。更确切地说，可从方程（15）所表示的扰动W₂的估算值W_2P以及皮带30的估算的角加速度W_BP，求出互相关函数C（W_2P，W_BP′）与自相关函数C（W_BP′，W_BP′）。由规范器58据下述方程（25）计算出一规范化值L_JB并把它存储于RAM50的L_JB存储器中：

L_JB＝C（W_2P，W_BP′）/C（W_BP′，W_BP′）……（25）

由方程（25）得到的值L_JB可以据前述方程（15）表示成下述方程：

L_JB=（-1/J_B）C₁-△J_B/J_B……（26）

式中的值C₁指C（T_dp，W_BP′）/C（W_BP′，W_BP′）。

尽管在本实施例中，图10、11与12中的程序是依次一个接一个地执行（每个程序一次一个周期），但这些程序可以平行地执行。例如对于步骤S25、S35与S45中整数“M”、“P”与“Q”所用的相同值，可顺序地执行图10-12中相应的第一步骤S21、S31与S41，继而执行相应的第二步骤S22、S32与S42，如此等等。

然后起动常数补偿器60，根据存储在RAM50相应存储器中的值L_K=C（W_2P，θ_RBP）/C（θ_RBP，θ_RBP）、L_JB=C（W_1P，W_R′）/C（W_R′，W_R′）与L_JB=C（W_2P，W_BP′）/C（W_BP′，W_BP′），来补偿扭转弹簧32的弹簧常数K，以及转辋28与皮带30的惯性矩J_R与J_B。

详细地说，扰动观察装置52的弹簧常数K与惯性矩J和J通过改变量△K、△J_R与△J_B加以调节，而这些个改变量是由常数补偿器60根据值L_K、L_JR与L_JB并依照L_K与△K之间、L_JR与△J_R之间以及L_JB与△J_B之间的预定关系求得的，因为值L_K、L_JR与L_JB如前所述，是通过方程（22）、（24）与（26）表示出的：

L_K＝（-1/J_B）C₀+△K/J_B……（22）

L_JR＝-△J_R/J_R……（24）

L_JB＝（-1/J_B）C₁-△J_B/J_B……（26）。

上面这些预定关系由ROM49中存储的各有关数据表示。

当车辆的发动机开关接通后第一次起动扰动观察装置52时，用到了弹簧常数K与惯性矩J_R、J_B的名义值。一旦由常数补偿器60求得了改变量△K、△J_R与△J_B后，扰动观察装置52便采用业已由改变量△K、△J_R与△J_B补偿了的值K、J_R与J_B。在执行图10-12中程序的继后周期中所获得的改变量△K、△J_R与△J_B乃是从前面周期中所获得的已补偿值的改变量。

另一方面，识别处理器62则需要来自K、J_R与J_B名义值的改变量。为此目的，在RAM50中设有用来存储累积改变量△K、△J_R与△J_B的存储器，而这些存储器在发动机开关接通后即行清除。由常数补偿器60求得的改变量（即补偿值）△K、△J_R与△J_B，在此常数补偿器60的每次运行中即加到相应存储器的内容中。

识别处理器62可用来将RAM50适当存储器中所存的累积改变量（累积补偿值）△K与ROM49中存储的预定负参考值△K₀加以比较。如果累积补偿值△K小于负参考值△K₀，就意味着轮胎26的空气压力异常地低，而显示装置66便能通知车辆操作人员这一事实。此时应知，ROM49中存储有表示补偿值△K与轮胎26的空气压力P的改变量△P之间关系的数据表，从而此空气压力P的改变量△P可以根据现有的补偿值△K并依据△K-△P的关系确定。

类似地，识别处理器62将存储于RAM50的相应存储器中的累积改变量或补偿值△J_B与一预定的正参考值△J_BO加以比较。如果此补偿值△J_B大于这一正参考值△J_BO，就意味着有异物附到轮胎26上，例如有石块嵌入到轮胎26的胎面纹槽中，同时在显示装置66上会以适当的指示形式告知车辆操作人员这一事实。

此外，补偿值△J是与一预定的负参考值△J比较。如果这个值△J小于参考值△J，这就意味着轮胎26的磨损量超过了允许的上限，而需要更换轮胎26。此时的显示装置66会将这一事实通知车辆操作人员。要是识别处理器62未探测出轮胎26有上述这两种异常情况，就意味着轮胎26（皮带30）的惯性矩J不会有过量改变，而处理器62不会起动显示装置66。

轮速发生器64提供了一个为扰动观察装置52所估算的扰动补偿了的轮速V的输出表示。

由扰动观察装置52依方程（11）所估算出的扰动W_2P是由方程（8）所表示，即W_2P=（-1/J_B）T_d+（△K/J_B）Q_RB。方程（8）右端的第二项为常数补偿器60作连续性的补偿，因而将不会突然地或高速地改变。这就是说，此右端的第二项与同一端的第一项相比，小到可以略去不计。因此，轮速发生器64在补偿轮速V时可假定，由扰动观察装置52依据方程（11）所求得的估算扰动值W_2P等于（-1/J_B）T_d。

详细地说，扰动扭矩T_d是通过以-J_B去乘所估算的扰动W_2P=（-1/J_B）T_d而求出，然后据下述方程（27）来估算仅仅是由此扰动扭矩T_d所引起的轮辋28的角速度W_RP：

W_RP（S）＝｛[D]（S（I）-[E]）^-1[F]}Td（S）……（27）

式中的[1]为单位矩阵、S为拉普拉斯算符、W_RP（S）为由拉普拉斯变换根据估算出的角速度W_RP求得的值、T_d（S）为由拉普拉斯变换根据扰动扭矩T_d求得的值，而[D]、[E]与[F]则是由下述方程表示的向量与矩阵：

［D］＝［1  0   0］

［E］＝

［F］＝［0 -1/J_B0］^T

估算出的角速度W_RP乃是造成车轮14速度变化的分量之一，而这一分量则是由路面的不规则性给予车轮14的扰动所引起的。此估算出的角速度W_RP换算为车轮14相应的周边速度，而由轮辋速度计算器/补偿器45接收到的车轮速度V则由与此算出的周边速度相应的量补偿，由此得以根据此轮速V来消除因路面扰动带来的噪声。

从本实施例上面的描述可知，所说的转动体10、磁拾音头12、整形器18以及轮辋速度计算器/补偿器45的计算器相互配合，提供了一种用来探测充气轮胎车轮14转速（角速度）的装置。

还应认识到，指派用于获得轮辋28与皮带30的惯性矩改变量的相关计算器56与规范器58中的那些部分，它们构成了用来探测这些变化量的装置。此外，常数补偿器60的一部分构成了用来补偿惯性矩J_R、J_B的装置。

车速传感器70起到用于探测车辆行驶速度V的装置的作用，而轮辋速度计算器/补偿器45则构成了用来计算由车速V减去轮速V的差（V-v）的装置，这一差值可以视作车轮14所固有的速度变化或它的特征数。此外，指定来对于转动体10的各个齿16去求其特定轮速度比（V-v）的计算器/补偿器45的那一部分，构成了用来估算轮速V周期性变化的量。轮辋速度计算器/补偿器45的补偿器起着用来补偿由磁拾音头12的输出确定的轮速V的装置的作用，也就是用来补偿车轮14角速度的装置。

在业已详述过的这一实施例中，图10-12中的程序被执行来在预定的时间间隔（为使整数“i”变成等于“M”、“P”或“Q”所必须的）内求得相应成对的互相关与自相关函数，并由规范器58处理这些函数。但是这些程序可根据需要修改。例如图10中用来计算相关性以去求出扭转弹簧32的弹性常数K的改变量的程序，可以由图13的流程图中所示的程序取代，这里的值L_K（i）是在步骤S54中求得的。与上述的规范化值L_K相同，此值L_K（i）是为常数补偿器60与识别处理器62用来补偿常数K和对轮胎26的空气压力作出测定的。

上述值L_K（i）由以下方程表示：

$L_{k\left(1\right)}=\frac{\underset{j=1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}\left(W_{2P\left(j\right)}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{RBp}\left(j\right)}\right)}{\underset{j=1}{\overset{I}{\mathrm{\Σ}}}\left({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{RBP}{\left(j\right)}^1}\right)}$

以上方程可以变换为下述方程

$L_{K\left(1\right)}=\frac{\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}\left(W_{2P\left(j\right)}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{RBp}\left(j\right)}\right)+W_{2p\left(i\right)}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{RBP}\left(i\right)}}{\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}\left({{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{RBP}\left(j\right)}}^2\right)+{{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{RBP}\left(i\right)}}^2}$

上一方程可由下面的包括有L_K（i-1）的方程（28）表示：

$L_{K\left(i\right)}=\frac{L_{K(i-1)}+\left(W_{2P\left(i\right)}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{RBP}\left(i\right)}\right)F_{(i-1)}}{1+\left({{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{RBP}\left(i\right)}}^2\right)F_{(i-1)}}---\left(28\right)$

其中 $F_{(i-1)}=\frac{1}{\underset{i=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}\left({{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{RBP}\left(i\right)}}^2\right)}$

值F（i-1）可以由下述方程表示： $F_{(i-1)}=\frac{1}{\underset{i=1}{\overset{i-2}{\mathrm{\Σ}}}\left({{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{RBP}\left(i\right)}}^2\right)+{{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{RBP}(i-1)}}^2}$

以上一方程则可由包括有F（i-2）的下述方程（29）表示：

$F_{(i-1)}=\frac{F_{(i-2)}}{1+F_{(i-2)}{{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{RBP}(i-1)}}^2}---\left(29\right)$

图13中用来依第二实施例求出弹簧常数K改变量的程序是根据以上各方程所表明的理论。此程序是从步骤S51开始，它使整数“i”置位到“1”，值L_K（0）置位到“0”而值F（0）置位到最大值“MAX”。然后执行步骤S52，从RAM50读取最终获得的估算的扰动值W_2P与估算的扭转角值θ_RBP。值W_2P与θ_RBP定义作W_2P（i）与θ_RBP（i）。控制流向再进行到计算值F（i-1）的步骤S53和计算值L_K（i）的步骤S54。再执行步骤S55使整数“i”加1。这样便结束了执行此程序一个周期。

在此第一实施例中，通过由轮辋速度计算器/补偿器45来补偿轮速V，以消除车轮14与转动体10在制造与装配过程中的误差所引致车轮14的周期性速度变化，由此而改进了扰动观察装置在估算扰动时的精度。但是，这种补偿依据本发明的原理并非绝对必须的。然而，很难设计出这样的扰动观察装置，使得它的扰动估算精度在轮速V的整个变化频率（即表示轮速V周期性变化的波动频率）范围内，都能足够地高。换言之，存在着轮速V的某一变化频率fd的范围，使扰动观察装置52在其中有充分高的估算精度。因此，必须采取适当措施来避免周期性轮速变化的影响。另一方面，能够通过计算来估算速度变化频率fd，即车轮14的速度V因有周期性扰动作用于此车轮上而作周期性变化的频率。因而能够估算出轮速V的这样一个不希望有的范围，此在范围内，扰动观察装置52的精度低到不合乎需要的程度。这一范围可以按下述方式结算出：根据实测的轮速V来估算轮速变化频率fd，并将这一变化频率fd与观察装置的精度最高时的已知最佳变化频率fopt相比较。要是实际变化频率fd与最佳变化频率fopt的差小于一预定下限，则认为此致轮速V是在不希望有的范围内。因而能够并且需要在轮速V处于此估算出的不希望有的范围内时，抑制扰动观察装置52运行，而得以提高观察装置52的作业可靠性。

基于上述概念按照本发明一第三实施例的构造例示明于图14的框图中，它包括一频率存储器80、一轮速计算器82、一轮速变化频率计算器84、一频率比较器86以及一扰动观察装置88。

频率存储器80存储指示最佳变化频率fopt的数据，在此fopt下，观察装置88能够以充分高的精度估算弹簧常数K以及惯性矩J与J等的改变量。在此应该注意到，对于所有要由观察装置88估算的所有变量（包括K、J_R、J_B）都公用一个最佳变化频率fopt或是对于不同变量给定各自的最佳变化频率值fopt。

轮速度化频率计算器84依下述方程式计算变化频率fd：

首先依下述方程计算车轮14的转数：

n=TV/2πR

式中T为常数、V为车辆的现行速度、R是车轮14当轮胎26的空气压力为正常时的半径。

然后根据下述方程计算轮速相对于现行车速V的基本频率fo：

fo=1/n

这一基本频率fo乃是据认为是组成表示轮速周期变化的合成正弦波的一批正弦波中不同频率中的最低的一个频率。

还存在有由于作用于车轮14上的周期性扰动而造成的轮速的其它变化频率fd，例如基本频率fo的高次谐波。由于这些高次谐波的频率为fo的倍数，此种变化频率能够依下述方程计算：

fd=ifo（其中的i为大于等于2的自然数）

轮速计算器82、轮速变化频率计算器84、频率比较器86以及扰动观察器88，在运行时根据计算机47的ROM中存储的控制程序，执行图15的流程图中所示明的扰动观察装置控制程序。

图15中的程序从步骤S61开始，这一步骤是根据磁拾音头12的输出信号来计算车轮14的轮速V的。步骤S61中计算轮速V的方式与图6程序的步骤S12中由轮辋速度计算器/补偿器45来计算平均轮速V的方式相同。

步骤S61后的步骤S62利用步骤S61中算得的轮速V，按上述方式计算出轮速V的两个或更多个的变化频率fd。然后执行步骤63，计算在各个算出的变化频率fd与存储于频率存储器80中的最佳频率fopt的差△f的绝对值。此时该控制流向即进入步骤S64，确定上述差△f（绝对值）是否等于或小于一预定基准数α。要是对任意一个变化频率fd在步骤S64中都得到了一个肯定性判定（是），便执行步骤S65来制止扰动观察装置88工作，也即使此装置88不能工作。在另一些情形下，则执行步骤S66使观察装置88运行，也即使它能够工作。这一扰动装置88的结构与第一实施例的扰动观察装置52的相一致。

在此第三实施例中，转动体10、磁拾音头12、整形器18与轮速计算器82相配合，共同组成了一个用来探测车轮14的角速度的装置；而频率存储器80、轮速变化频率计算器84与频率比较器86则共同配合工作，构成了一个用来制止扰动观察装置88工作的装置。

要是假定影响轮速V的周期性扰动仅仅是由与车轮14和转动体10有关的误差引起，则此种周期性扰动的频率可以看作是完全依赖于轮速V，即完全依赖于车速V的。因此，根据当前探测出的轮速V或车速V本身而不是去根据当前探测出的与最佳变化频率fopt相比较的变化频率fd，就能判定这种扰动观察装置能否高精度地估算扰动。

虽然在图4中示明了用来设计上述扰动观察装置的充气轮胎车轮14的动力学模型，但也可根据其它模型来设计扰动观察装置的。

例如，连接到车辆悬挂系统上的充气轮胎车轮14可以依照图16所示的模型。

图16中所用的参考字符的意义如下：

M_V：车身悬挂质量，

m_R：轮辋28的质量，

m_B：皮带30的质量，

K_S：车辆悬挂弹簧常数，

D_S：车辆悬挂减震系数，

X_V：悬挂车身的位移，

X_R：轮辋28的位移，

X_B：皮带30的位移，

X_VR：X_V与X_R间的差

字符J_R、J_B与θ_RB如同在第一实施例中的情形，分别代表轮辋28的惯性矩、皮带30的惯性矩与此轮辋扣皮带间的扭转角。用K来表示扭转弹簧32的弹簧常数K，字符K_T下的脚标T是用来与车辆悬挂系统的弹簧常数K_S区别。

下面将描述几个采用了根据图16中模型的扰动观察装置的本发明的几个实施例。在这些实施例中，采用图1中相同的参考号来表示相一致的部件，同时为简明起见不再对这些部件作冗赘的描述。

图16中的模型由下面的关态方程（30）表示：

式中，J_R=m_R，J_B=βm_B，而aij与bij则是指明充气轮胎车轮的模型与车辆悬挂系统的模型之间相互关系的常数。这些常数取决于车辆悬挂系统的结构。

假定轮辋28的质量m_R（惯性矩J_R）与扭转弹簧常数K_T分别改变到m_R+△m_R（J_R+△J_R）与K_T+△K_T，则上述状态方程（30）可以转变为下述方程（31），它表示这种模型的一个等效状态，其中的扰动是在此模型处于它的正常状态下作用于其上的：

式中

△（K_T/J_R）＝（K_T+△K_T）/（J_R+△J_R）-K_T/J_R

△（D_S/m_R）＝D_S/（m_R+△m_R）-D_S/m_R

△（K_S/m_R）＝K_S/（m_R+△m_R）-K_S/m_R

要是方程（31）右端的第三项也视作为扰动，且要是由此第三项中第五个元所表示的扰动将予以估算出，则此一扰动W₅可由下述方程（32）表示，而随后的状态方程（33）则表示这一模型：

W_S＝△（D_S/m_R）X_VR′+△（K_S/m_R）X_VR+n……（32）

式中的n表示一误差项，它只由用来估算扰动的方程（31）右端第三项中第五个元引起。

用来从方程（32）所表示的扰动W₅来求出轮辋28的质量m_R的改变量（从而是惯性矩J_R的改变量）的互相关函数C（W₅，X_VR）由以下方程（34）表示：

C (W_{5 ,}X_VP) =△(D_S/m_R)C(X_VR＇,X_VR) +

△(K_S/m_R)C(X_VR,X_VR)+C(n,X_VR)…(34)

由于C（X_VR′，X_VR）=0，可由规范化，也即用自相关函数C（X_VR，X_VR）去除互相关函数C（W₅，X_VR），而得到下面的方程（35）：

C(w₅,X_VR)/C(X_VR,X_VR)=C(n,X_VR)/C(X_VR,X_VR)+

△(K_S/m_R)………………(35)

此方程（35）中的第一项与质量m_R（惯性矩J_R）的改变无关，而能够合适地定出。

根据上面描述所求得的质量m_R的改变量即可得出惯性矩J的改变量△J_R。这样取得的改变量△J_R则用来补偿或调节扰动观察装置52所用到的惯性矩J_R。

这里的扰动观察装置52在结构上与相对于第一实施例所述的相一致，不同的只是：

要是待估算的扰动近似于W₅′=0，则可由下述方程（36）表示一扩展系统：

在上述方程（36）中的物理值，只有轮辋28的角速度W_R可以探测。

这里的扰动观察装置能够通过在上述方程（36）中重新定义如下矩阵，而以相同于前述的方式使它公式化：

尽管在本实施例中只有轮辋28的角速度W_R才能探测，但要是能用适当的探测装置探测出其它的物理值并使其用于此观察装置，则可以提高这一扰动观察装置52的扰动估算精度。

事实上，本实施例可用来使得扰动观察装置52能根据轮辋28的惯性矩J_R、皮带30的惯性矩J_B、轮辋28的质量m_R，皮带30的质量m_B、轮辋28的角速度W_R、车辆悬持系统的弹簧常数K_S与减震系数D_S以及车身悬挂质量M_V，来估算扰动W₅，从而可通过相关函数与规范化，由估算出的扰动W₅来计算轮辋28的质量m_R的改变量△m_R，且可根据计算得的改变量△m_R和依照△m_R与△J_R间的一个预定关系，来确定轮辋28的质量m的改变量△m而与弹簧常数K的改变量△K无关，即使是由于轮胎26的空气压力改变而使弹簧常数K_T会随轮辋28的质量m_R的变化而同时发生变化。

用来设计此种扰动观察装置的动力学模型可以简化成图17中所示。虽然图3与16中所示充气轮胎车轮14的动力学模型包括有轮辋28和皮带30，而它们的惯性矩与角速度则用来估算作用于车轮14上的扰动，但图17中的动力学模型则只有一个具备惯性矩J的转动体。根据这一模型，也可由此转动体的惯性矩J与角速度来估算扰动扭矩T_d。例如，在图3的模型中采用弹簧常数K尽可能大的扭转弹簧32，就能实现图17中的模型。这一实施例是本发明的不同于扰动观察装置是据图3或16中模型所设计的前述实施例的另一种形式。

在前面几个实施例中，显示装置66是用来通知车辆驾驶员，轮胎26的空气压力达到异常低的水平或有了过量磨损的情形。但是，识别处理器62与显示装置66可加以改动，使得此显示装置66能指出在不需要换轮胎26或增加它的空气压力之前，可期望的车辆行驶时间或行驶距离（里程）。这种期望的行驶时间或行驶距离可以根据轮胎26的空气压力下降率或磨损量的增加率确定。

轮胎26的空气压力下降率例如可以根据弹簧常数K的改变率获得，而此弹簧常数K的改变率则可以通过使改变量△K除以此改变量发生所经历的时间t而求得。期望的车辆行驶时间则可根据这样取得的改变率△K/t求得，并可把它显示到显示装置上。

轮胎26磨损量的增加率可以根据皮带30惯性矩J的改变率求得，而J_B的改变率则可通过将此惯性矩J_B的改变量△J_B除以造成这一改变量△J_B的行驶距离d而求得。所期望的车辆行驶距离则可从如上求得的改变率△J_B/d估算出并显示在显示装置66上。

尽管车速传感器70在上述实施例中是专门用来探测车速V的，但也可利用轮速探测装置10、12、18与45来确定车速V的。也就是说，可以根据轮速V来确定或估算车速V。这里应该注意到，轮速V的改变率的绝对值是大于车速V的改变率的绝对值的，这是因车轮14的惯性矩较小而车身的惯性质量较大。因此，当根据轮速V估算车速V时，要是轮速V的改变率高于车速V的期望的最高改变率时，就必须把估算的车速V限制到不超过某一预定的上限。另一方面，应在充分长的时间内根据轮速V的平均值来估算车速V。最好应根据两或多个车轮14的速度V来估算车速V。

在所阐明的实施例中，当惯性矩J_B的改变量△J_B从名义值超过一正的基准值△J_BO时，显示装置66将指出轮胎26上附着有外来物。但当轮胎26装有防滑链时，惯性矩J_B同样会增加。这说明改变量△J_B可以用来确定轮胎26是否装有链条。

用来探测安装在轮胎26上的链的程序示例于图18的流程图中。该程序对每个车轮14都执行。

这一程序开始于从RAM50读取惯性矩J_B最终值的步骤S71。它相继的步骤S72则是来确定此惯性矩J_B是否大于一预定阈值J_Bth。阈值J_Bth是根据车轮14装备有链时一般使惯性矩J_B发生有一增量而据此来确定的。要是当前探测得的惯性矩J_B不大于阈值J_Bth，则步骤S72中得到一否定性判定（否），而控制流向便进入步骤S74，使一“链在上”的标志置位到“0”。这一“链在上”标志的值“1”指出轮胎26上安装有链，而值“0”则指明轮胎26上没有安装链。要是惯性矩J_B大于阈值J_Bth，则于步骤S72中得到一肯定性判定（是），然后执行步骤S73；使“链在上”标志置位于“1”。这样，此程序便终止于使上述标志置位或复位的步骤S73或S74。

“链在上”的标志设于计算机47的RAM50中，而此标志的状态是由与计算机47相连的合适的车辆控制装置监控。这种车辆控制装置可用来根据是否有链安装到车轮14的轮胎26上，有区别地来控制车辆。

作为这种车辆控制装置的例子，市面上出售有一种后轮转向角控制装置，它设计成用电力来控制车辆后轮的转向角。后面要描述将图18中的链探测程序用于此后轮转向角控制装置。

当有一链安装到后轮轮胎26上时，轮胎26与遮盖轮胎26的车身的轮罩之间的空隙便小于轮胎26上未安装上链时的空隙。要是此后轮14的转向角在不论是否装上有链时都作过均匀地调整，则安装到轮胎26上的链将会过多地与轮罩挨近而有可能干扰轮罩。因而这种后轮转向角控制装置经设计成，当有链安装到轮胎26上时，不要去控制后轮14的转向角。另一种方式是，把这种装置设计成使得装有链时的这种转向角小于未装有链时的。这样，前述“链在上”标志的状态便为这种后轮转向角控制装置用来根据车轮是否装备有链，以不同方式来控制后轮转向角。

下面参照图19，它示明了充气轮胎车轮14的另一种动力学模型，其中可相互转动的轮辋28与皮带30经平行设置的扭转弹簧32与减震器100互连。

图19中的模型可以简化成图20中所示的所谓“双惯性模型”。

图20中所用参考字符的意义如下：

m_R轮辋28的等效惯性质量（重量），

m_B皮带30的等效惯性质量（重量），

K_W扭转弹簧32的弹簧常数，

D_W减震器100的减震系数，

X_R轮辋28的等效线性位移，

X_B皮带30的等效线性位移，

X_RB轮辋28与皮带30的等效相同线性位移，

F_d轮胎26从路面接收到的等效扰动。

图20模型中轮辋28与皮带30的等效惯性质量（重量）m_R、m_B分别等价地对应于图10模型中的惯性矩J_R、J_B，而图20模型中轮辋28与皮带30的等效线性位移X_R、X_B则分别等价地对应于图19模型中角速度W_R、W_B的整数。图20模型中的等效相对线性位移X则等价地对应于图19模型中的扭转角θ_RB。此外，图20模型中的等效扰动F_d等价地对应于图19模型中的扰动扭矩T_d。下面描述依据图20中模型的本发明的实施例。

图20中动力学模型由以下状态方程（37）表示：

此状态方程（37）不包括对应于根据发动机的输出或制动力，而用于轮辋28上的驱动或制动转矩T₁的参数，这是由于方程（37）经制定成只包括变量参数，特别是把注意力集中到图20中模型的各种振动运动。在这种情形下，可把驱动或制动转矩T₁视作为一固定值，以区别于这样一类变量参数，例如等效线性位移X_R，X_B它们的一阶导数X_R′、X_B′以及二阶导数X_R″、X_B″，弹簧常数K_W以及减震系数D_W等。

要是弹簧常数K_W与减震系数D_W由于轮胎26的空气压力变化而分别改变到（K_W+△K_W）与（D_W+△D_W），则状态方程（37）可以转变成下述方程（38），后一方程表示有扰动作用于处在正常状态下的模型上时此种模型的一种等效状态：

要是等效扰动F_d也当作是不能测量的一个未知的扰动值，则这一待估算的扰动便由以下方程（39）所表示：

如果由方程（39）右端的第二行元所表示的扰动是待估算的，则这一扰动W₂便由下述方程（40）表示：

W₂=(△D_W/m_B)(X_R＇-X_B＇)+(△K_W/m_B)X_RN+

F_d/m_B+n………………………………………(40)

式中的n表示仅仅由用来估计扰动W₂上述第二行之所引起的误差项。

于是，以下状态方程（41）即表示轮胎26的空气压力已改变了的模型：

根据本实施例的一种扰动探测设备是以上述分析为基础的，同时采用了一台扰动观察装来估算用来求出轮胎26空气压力改变量的扰动W。这种扰动探测设备的结构描述于下。

此设备包括一台如图21中功能元件框图所示的一种位移速度探测装置110。此装置110可用来探测轮辋28的等效线性位移速度X_R′且与一台计算机120连接。此装置110对于如先前实施例那样沿转动体10外周边上形成的齿16的通道，用磁学的方法进行探测，以测定轮辋28的角速度W_R。根据测定的这一角速度W_R来计算前述的等效线性位移速度X_R′。如图22所示，计算机120包括一台中央处理器CPU122、作为第一存储器的ROM124以及作为第二存储器的RAM126。此计算机如图21所示，提供有扰动观察装置130、常数改变计算器122、常数补偿器134以及识别处理器136。

此干扰观察装置130在结构上与第一实施例中所用的干扰观察装置52一致，不同的只是：

如果这里的扰动被估算为近似于W₂′=0，则由前述方程（41）所表示的扩展的线性系统便为下述方程（42）表示：

以上方程（42）中的物理值只有轮辋28的等效线性位移速度X_R′可以被探测。

这里的扰动观察装置130通过在以上方程（42）重新定义如下矩阵，可以按前述的相同方式公式化：

事实上，本实施例可使得扰动观察装置130根据至少是为位移速度探测器110探测出的等效线性位移速度X_R′，来估算与充气轮胎车轮转动有关的线性系统的等效线性位移速度X_B′以及等效的相对线性位移X_RB。此种扰动观察装置130还估算了线性系统中的扰动W₂。应知探测器110能用来探测轮辋28的角速度。

由扰动观察装置130如此估算出的W₂用于常数改变计算器132，后者可根据扰动W₂来计算弹簧常数K_W的改变量△K_W与减震系数D_W的改变量△D_W。

如上所述，W₂=（△D_W/m_B）（X_R′-X_B′）+（△K_W/m_B）X_RB+F_d/m_B+n。这一方程是用来由最小二乘法计算改变量△K_W与△D_W。更具体地说，改变量△K_W与△D_W的确定要使下述程（43）所表示的平方和S取最小值，也即是使这一和S通过对各个改变量△K_W与△D_W求偏微分而得到的值均等于零。

$\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(\frac{{\mathrm{\ΔD}}_{W\left(i\right)}}{m_B}(X_{R\left(i\right)}^{\′}-X_{B\left(i\right)}^{\′})$ $+\frac{{\mathrm{\ΔK}}_{W\left(i\right)}}{m_B}{X}_{\mathrm{RB}\left(i\right)}+\frac{F_d}{m_B}-W_{2\left(i\right)}{)}^2---\left(43\right)$

此改变量△K_W与△D_W采用下述方程（44）计算：

应知在确定改变量△K_W与△D_W时，要使相续求得的理论近似值与估算出扰动W₂的差的平方和最小化。在以上方程（43）中，∑后括号内的值是前面提到的差值，而此括号内最后一项“W₂（i）”之前的三项和则是上面指出的扰动W₂的理论近似值。

由常数改变计算器132所求得的变化量△K_W与△D_W用于常数补偿器134，使弹簧常数K_W与减震系数D_W能据所得到的改变量△K与△D_W作出补偿或调节。

由常数补偿器134求得的已调节过的弹簧常数K_W与减震系数D_W应用于识别处理器136，后者首先计算出此已调节过的弹簧常数K_W与减震系数D_W它们同各自名义值的差，把这些差值用作绝对改变量△K_W与△D_W，并根据此绝对改变量△K_W与△D_W并依据它们与轮胎空气压力P的关系求出P的改变量△P。这里所说到的关系则是由存储于计算机120的ROM124中的数据表示。最后，处理器136确定上面估算出的空气压力改变量△P是否保持在允许范围内，而当此△P不在该范围内时便起动显示装置指明此轮胎的空气压力反常。

上述作业根据计算机120的ROM124中所存储的轮胎空气压力探测程序进行。这一程序将参看图23的流程图详述。

此程序从步骤S81开始，该步骤将整数“i”置位到“1”，并使改变量△K_W（i）与△D_W（i）复位到“0”。然后执行步骤S82，根据位移速度探测器110的输出来算出轮辋28的等效线性位移速度X_R′（i），并把后者存储于RAM126中。步骤S82后的步骤S83用来计算等效线性位移加速度X_R″（i），它是现在的速度值X_R′（i）与RAM126中先前存储的最后一个速度值X_R′（i-1）的差。此计算出的等效线性位移加速度X_R″（i）也存储于RAM126中。

此时的控制流程进入到步骤S84，在此步骤中，扰动观察装置130根据等效线性位移速度X_R′（i）与等效线性位移加速度X_R″（i）来估算扰动W₂（i），以及皮带30的等效线性位移速度X_R′（i）与等效相对线性位移X_RB（i）。估算出的值X₂（i），X_B′（i）与X_RB（i）都存储于RAM126中。

虽然不仅把等效线性位移速度X_R′（i）而且也把等效线性位移加速度X_R″（i）用来估算扰动W₂（i）以及等效线性位移速度X_B′（i）与等效相对位移X_RB（i），但扰动观察装置却只可以用等效线性位移速度X_R′（i）。

扰动观察装置130只当输入X_R′（i）、X_R″（i）经高通滤器滤波后才接收它们，使得只是该速度X_R′（i）与加速度X_R″（i）的可变分量才为观察装置130所用。

然后执行步骤S85来确定整数“i”是否等于或大于一预定的值“N”。如果不是，则在步骤S85中得到一否定性判定（否），然后执行步骤S86使整数“i”加“1”而重复上述步骤S82-S85。将步骤S82-S85重复预定次数“N”之后，就在RAM126中存储有总共“N”组的X_R′（i）、X_B′（i）、W₂（i）与X_RB（i），并在步骤S85中得到一肯定性判定（是）。这时再执行步骤S87来计算改变量△K_W（i）与△D_W（i）。确切地说，这些改变量△K_W（i）与△D_W（i）是根据上述“N”组数据由最小二乘法计算的。在步骤S87之后继以步骤S88，根据计算出的改变量△K_W（i）与△D_W（i）来补偿扰动观察装置130所用的弹簧常数K_W与减震系数D_W。

再来执行步骤S89与S90以确定轮胎26中的空气压力P是否异常。详细地说，首先执行步骤S89来计算弹簧常数K_W距名义值的改变量△K_W，并据它来估算空气压力P距名义值的改变量△P。例如可以根据下述方程：

△P=A（△K_W/K_W）（A为常数）

来估算改变量△P。

另一方面，也可根据ROM124中存储的数据表所表示的△P与△K_W间的一个预定关系，来估算改变量△P。

步骤S89之后的步骤S90则是来确定空气压力P的改变量△P是否超过一预定阈值△P，即去确定此空气压力P是否反常。

要是此改变量△P不大于这一预定阈值△P_th，即假定空气压力P为正常时，便不去执行通知车辆操作人员有反常空气压力P的步骤S92。此时，在步骤S90中得到一否定性判定（否），由此而执行步骤S91，使整数“i”复位到“1”，同时此控制流向返回到步骤S82来再作执行这一程序。如果改变量△P超过阈值△P_th，则于步骤S90中得到一肯定性判定（是），而步骤S92便被执行，起动显示装置138来指示空气压力反常。在这种情形下，以步骤S92来终结此程序的执行。

应知图23中轮胎空气压力探测程序经编制成，使得每次当有预定的“N”组数据X_R′（i）、X_B′（i）、W₂（i）与X_RB（i）已然存储到RAM126中时，便来计算改变量△K_W与△D_W。但是可以改动这一程序，使得在已存储有“N”组数据后，每当新有一组上述数据存储入RAM126，便来计算改变量△K_W与△D_W。在此情形下，修正上述方程（44）来更改这“N”组数据，使得最初存储的数据组（最旧的数据组）为最后存储的数据组（新得到的数据组）更换。这种经修正的程序的例子示明于图24的流程图中。下面描述此修正的程序，并简单地解释与图23的程序中步骤类似的那些步骤。

图24的程序从步骤S101开始，此程序将整数“i”置位到“1”，同时使改变量△K_W（i）与△D_W（i）以及矩阵L_D与L_N均置位到零。矩阵L_D由上述方程（44）右端的左项表示，而矩阵L_N则由方程（44）右端的右项所表示。

步骤S101后的步骤S102用来根据位移速度探测器110的输出去计算等效线性位移速度X_R′（i）。然后执行步骤S103来计算等效线性位移加速度X_R″（i）。在步骤S103后的步骤S104中，扰动观察装置130根据速度X_R′（i）与加速度X_R″（i）的可变分量来估算扰动W₂（i）、等效线性位移速度X_B′（i）以及等效相对线性位移X_RB（i）。

此时的控制流向进行到步骤S105，它根据等效线性位移速度X_R′（i）、X_B′（i）以及等效相对线性位移X_RB（i）的现有值，给矩阵L_D的现有值增加一个增量。然后执行步骤S106，根据X_R′（i）、X_B′（i）、X_RB′（i）的现在值以及扰动W₂（i）的现有值，给矩阵L_D的现有值增加一个增量。这样，步骤S105和S106是设置用来变更矩阵L_D与L_N的。然后控制流向进到步骤S107，通过将L_D与L_N插入方程（44）中来计算出改变量△K_W（i）与△D_W（i），并根据后两者来补偿或调节扰动观察装置130所用的弹簧常数K_W与减震系数D_W。

然后此控制流向便进到步骤S108使整数“i”加“1”，并由步骤S108来确定整数“i”是否大于一预定值“N”。如果不是，则在步骤S108中会得到一否定性判定（否），而此控制流即返回到步骤S102。如果整数“i”大于“N”，则于步骤S108中会得到一肯定性判定（是），而此控制流向进到步骤S109，根据已调节的弹簧常数K与名义值比较的结果来确定空气压力P是否反常。如果反常，便执行步骤S110来起动显示装置138，通知车辆操作人员有反常的空气压力P。

尽管在上面通过有关的最佳实施例详述了本发明，但应认识到本发明并不受所阐明的实施例的限制，而是可以为熟悉本项技术的人，在不脱离后附权利要求书所规定的本发明的范围内作出种种变动、更改与改进的。

Claims (26)

1、用来探测作用于汽车充气轮胎车轮上的扰动的扰动探测设备，它包括：用来探测此车轮(14)角速度的角速度探测装置(10，12，18，45，82，110)；以及根据此角速度探测装置所探测到的至少是该车轮(14)的角速度，来估算作用于此车轮(14)上的扰动的一种扰动观察装置(52，88，130)。

2、补偿汽车充气轮胎车轮角速度的方法，它包括以下步骤：根据作用于此车轮上的一种扰动来求出此车轮角速度的一个改变量，而此种扰动是由权利要求1所规定的那种扰动探测设备探测出并引致这种角速度改变量的；以及根据所说角速度改变量来补偿由上述扰动探测设备的一个角速度探测装置所探测出的该车轮的角速度。

3、求得汽车充气轮胎车轮惯性矩改变量的一种方法，它包括如下步骤：起动如权利需求1所规定的扰动探测设备，以估算此车轮的角加速度和作用于此车轮上的扰动；以及依据上述扰动和车轮加速度间的一种关系来求得此车轮惯性矩的改变量。

4、如权利要求1所述的扰动探测设备，它还包括有用来探测施加到此车轮（14）上的驱动扭矩与制动扭矩中至少一个的一种扭矩探测器（68），特征在于：所说扰动观察装置（52，88，130）可根据至少是前述车轮（14）的所说角速度以及所说驱动扭矩与制动扭矩中的至少一个来估算所说扰动。

5、如权利要求1或2所述的扰动探测设备，它还包括有用来求出为角速度探测装置（10，12，18，110）所探测出的车轮角速度中可变分量的装置（110），特征在于：前述扰动观察装置（130）可根据至少是该车轮角速度中所说可变分量来估算出所说扰动。

6、如权利要求1所述的扰动探测设备，特征在于：所说扰动观察装置（52，88，130）是根据车轮（14）这样一个动力学模型设计的，其中有一轮辋（28）和一皮带（30）为一扭转弹簧（32）互连成可相对转动，前述角速度探测装置（10，12，18，45，82，110）探测此轮辋的角速度，而此种扰动观察装置则根据至少是此轮辋的所说角速度来估算所说扰动。

7、探测汽车充气轮胎车轮（14）空气压力改变的方法，它包括下述步骤：起动权利要求6中所规定的扰动观察装置，来估算前述轮辋与皮带间的扭转角和作用于该车轮上的扰动；以及依据一所说扰动与扭转角间的关系来求得该车轮的空气压力改变量。

8、如权利要求7所述的方法，特征在于：所说求得车轮空气压力改变量的步骤包括去求得相续的一列规范化的相关值，其中的每一个是作为所说扰动与扭转角间关系的一种变量表示式，而所用的方法是：用扰动观察装置相续求得的扭转角的各个自相关函数，去除此扰动与由扰动观察装置相续求得的扭转角之间的各个互相关函数，使得能根据所说相续的规范化的相关值中前面的一个、所说扰动的一现有值与所说扭转角现有值乘积的影响、以及所说扭转角的所说现有值的平方的影响，来求得所说相续的规范化相关值中的现行一个。

9、如权利要求6所述扰动探测设备，特征在于它还包括：用来探测所说车轮（14）惯性矩改变量的装置（56，58），以及用来根据所探测到的这一车轮惯性矩改变量，对为所说扰动观察装置（52）用作参数的这种车轮惯性矩进行补偿的装置（60，134）。

10、如权利要求6所述扰动探测设备，特征在于它还包括：用来探测所说扭转弹簧（32）弹簧常数改变量的装置（56，58，132）；以及根据探测出的这一弹簧常数改变量来补偿为该扰动观察装置（53，130）用作参数的这种弹簧常数。

11、如权利要求6、9与10中任一项所述的扰动探测设备，特征在于：所说扰动观察装置（52，88，130）包括有用来根据至少是所说轮辋（28）的角速度WR，来估算扰动W₂与在此轮辋与前述皮带（30）间一扭转角θ_RB的装置；此设备还包括一常数改变探测装置（56，58，138），用来根据所说扰动观察装置估算出的扰动W₂与扭转角θ_RB之间的一个关系，来探测扭转弹簧（32）的弹簧常数K的改变量△K，而且此扰动W₂是由下述方程所规定：

W₂=（-1/JB）Td+（△K/JB）θ_RB

式中的JB是皮带（30）的惯性矩，而Td是由汽车行驶的路面对皮带（30）所施加的扰动扭矩。

12、如权利要求11所述的扰动探测设备，特征在于：它还包括有空气压力探测装置（62，136），用来探测所说车轮空气压力的改变量△P，这一改变量对应于前述常数改变探测装置所探测到的扭转弹簧（32）的弹簧常数K的改变量△K，而所依据的是此改变量△K与改变量△P之间的一个预定关系。

13、如权利要求11或12所述的扰动探测设备，特征在于：它还包括有根据前述常数改变探测装置探测到的扭转弹簧（32）弹簧常数K的改变量△，来补偿为扰动观察装置（52，88，130）用作参数的弹簧常数K。

14、如权利要求6所述扰动探测设备，特征在于：所说扰动观察装置（52，88）包括有根据至少是前述轮辋（28）的角速度W_B，来估算一扰动W₂与所说皮带（30）的角速度W_B的装置，所说设备还包括一惯性矩改变探测装置（56，58），用来根据扰动观察装置估算出的皮带（30）的角速度W_B来求出此皮带的角加速度W_B′，并依据扰动观察装置探测出的扰动W₂与所说皮带角加速度W_B′间的一个关系，来探测此皮带的惯性矩J_B的改变量△J_B，而且上述W是由以下方程规定：

W₂=（-1/J_B）Td-（△J_B/J_B）W_B′

式中Td是由汽车行驶路面施加到皮带（30）上的扰动扭矩。

15、如权利要求14所述的扰动探测设备，特征在于：它还包括有根据惯性矩改变探测装置（56，58）探测出的皮带（30）惯性矩J的改变量△J，来探测附着于车轮（14）的轮胎（26）上异物的装置（62）。

16、如权利要求14或15所述扰动探测设备，特征在于：它还包括根据惯性矩改变探测装置（56，58）探测出的皮带（30）惯性矩J的改变量△J，来探测安装到车轮（14）的轮胎（26）上的链的装置（62）。

17、如权利要求14-16中任一项所述扰动探测设备，特征在于：它还包括根据惯性矩改变探测装置（56，58）探测出的皮带（30）惯性矩J的改变量△J_B，来探测车轮（14）的轮胎（26）磨损量的装置（62）。

18、如权利要求14-17中任一项所述扰动探测设备，特征在于：它还包括补偿装置（60），根据惯性矩改变探测装置（56，58）探测出的皮带（30）惯性矩J的改变量△J_B，来补偿为扰动观察装置（52，88）用作参数的皮带（30）的惯性矩J_B。

19、如权利要求6所述的扰动探测设备，特征在于：所说扰动观察装置（52，88）包括有根据至少是所说轮辋（28）的角速度W_R来估算一扰动W₁的装置，而所说设备则还包括有一惯性矩改变探测装置（56，58），它根据所说轮辋的角速度W_R来求出此轮辋的角加速度W_R′，并根据扰动观察装置探测出的所说扰动W₁与此W_R′间的一个关系来探测此轮辋惯性矩J_R的一个改变量△J_R，且这里的W₁是由下述方程

W₁=-（△J_R/J_R）W_R′

所规定。

20、如权利要求19所述的扰动探测设备，特征在于：所说车轮（14）包括一车轮部件（24）和一装附在此车轮部件上的轮胎（26），所说设备还包括根据惯性矩改变探测装置（56，58）探测出的轮辋（28）的惯性矩J的改变量△J_R，来探测车轮部件（24）更换情况的装置（62）。

21、如权利要求1所述的扰动探测设备，特征在于：所说扰动观察装置（130）是依据所说车轮（14）的这样一个动力学模型设计的，此模型中有一轮辋（28）和一皮带（30）通过平行设置的一扭转弹簧（32）和一减震器（100）互连成可相对转动的形式，所说角速度探测装置（10，12，18，110）探测此轮辋的角速度，而前述的扰动观察装置根据至少是这一轮辋的角速度来估算扰动。

22、如权利要求26所述的扰动探测设备，特征在于：所说扰动观察装置（130）将所说轮辋（28）的角速度用作此轮辋的一个等效线性位移速度X_R′，并根据至少是此轮辋的上述等效线性位移速度X_R′来估算一扰动W₂、所说皮带（30）的一等效线性位移速度X_R′、以及此轮辋与皮带（28，30）间的一个等效相对线性位移X_RB，所说设备还包括一常数改变探测装置（132），用来根据所说扰动观察装置（130）估算出的扰动W₂、等效线性位移速度X_B′、等效相对线性位移X_RB，以及所说角速度探测装置（10，12，18，110）探测出的所说等效线性位移速度X_R′，来探测减震器（100）的减震系数D_W的改变量△D_W以及扭转弹簧（32）的弹簧常数K的改变量△K，而且所说W₂是由下述方程规定：

W₂=（△D_W/m_B）（X_R′-X_B′）+（△K/m_B）X_RB+Fd/m_B式中的m_B为皮带（30）的等效惯性质量，Fd是与汽车行驶路面作用于此皮带的扰动扭矩等效的扰动力。

23、如权利要求22所述的扰动探测设备，特征在于：所说常数改变探测装置（132）是依这样一种方式来探测前述减震系数D_W的改变量△D_W与弹簧常数K_W的改变量△K_W，即使得所估算出的W₂与（△D_W/m_B）（X_R′-X_B′）+（△K/m_B）X_RB的一理论近似值的差，按时间间隔所取得的平方的和数基本上为最小。

24、如权利要求1所述的扰动探测设备，特征在于：所说扰动观察装置（52，88）是根据连接到车辆一悬挂系统上的所说车轮（14）的这样一种动力学模型设计成的，在此模型中，车辆的悬挂质量和作为此车辆非悬挂质量的所说车轮（14）通过此悬挂系统互连成可相对运动，且在此模型中有一轮辋（28）和一皮带（30）通过一扭转弹簧（32）互连成可相对转动，且前述的扰动观察装置（52，88）根据至少是所说车轮的所说角速度来估算所说扰动。

25、如权利要求1所述的扰动探测设备，特征在于：它还包括有抑制装置（80，82，84，86），当车轮（14）角速度的周期变化频率与所说扰动观察装置（88）以高精度来估算所说扰动时所在的最佳频率之间的差不超过一预定值时，就抑制此扰动观察装置（88）的作业。

26、如权利要求1、4-6与9-25中任一项所述的扰动观察装置，特征在于它还包括：用来探测车辆的车速传感器（70）；用来计算由此车速传感器探测出的车辆行驶速度与由角速度探测装置（10，12，18，45，82，110）探测出的轮胎角速度两者差的速度差计算装置（45）；用来根据上述速度差计算装置计算出的这种差值来估算车轮角速度周期变化量的周期变化估算装置（45）；以及根据此周期变化估算装置估算出的所说周期变化量来补偿为所说角速度探测装置探测出的车轮角速度的角速度补偿装置（45），而所说扰动观察装置（52）则接收已为此角速度补偿装置补偿过的车轮的角速度。

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