CN110346151A - 量化胎面肋边缘位置 - Google Patents

Abstract

一种用于确定轮胎的质量的计算机实现的方法、装置和计算机程序产品。该装置包括传感器阵列和处理器，传感器阵列被配置为获得轮胎的印迹。处理器确定印迹的强度分布，根据强度的变化定位轮胎的胎面肋的边缘，并根据胎面肋边缘的位置确定轮胎的相对质量。

Description

量化胎面肋边缘位置

引言

本公开涉及用于确定轮胎质量的方法和装置，并且具体地，涉及用于确定轮胎上的胎面肋边缘的位置的装置和方法。

轮胎力产生的某些特征作为它们沿着轮胎的横向位置的函数与胎面肋边缘的位置有关。例如，凹槽漂移是由于轮胎的胎面肋作用于雨槽和/或道路表面中的轮廓变形而由轮胎的横向力的变化引起的相对低频的振动现象。取决于多个胎面肋边缘和多个雨槽边缘的相对空间位置和取向的多个胎面肋边缘和雨槽边缘的变化的交互接合导致横向动态力变化，从而产生车辆的不期望的振动运动。这种变化的接合发生在车道内或在有意的车道过渡期间在车辆的正常横向移动期间车辆遇到与轮胎的各种雨槽聚集时。然后，由胎面肋边缘和雨槽边缘的相互作用产生干扰车辆运动，并且可以通过管理雨槽边缘和胎面肋边缘的相对定位来抑制干扰车辆运动。由于雨槽边缘的位置不容易改变，由于具有这些雨槽的现有道路的宽阔的车道里数以及新建的高速公路的公认实践，轮胎胎面肋边缘的位置通常被操纵以减少振动。已知轮胎的胎面肋宽度和胎面肋边缘的位置可有助于减少这些振动运动或识别可在抑制不需要的运动中操纵的轮胎特性。因此，期望提供一种用于确定轮胎的胎面肋边缘的位置的系统和方法。

发明内容

在一个示例性实施例中，公开了一种确定轮胎的质量的计算机实现的方法。该方法包括在传感器阵列处获得轮胎的印迹，确定印迹的强度分布，根据强度的变化定位轮胎的胎面肋的边缘，以及根据胎面肋边缘的位置确定相对轮胎的质量。

除了本文描述的一个或多个特征之外，该方法还包括通过将轮胎施加到具有静负载的传感器阵列的面中，并且将轮胎在整个传感器阵列的面上滚动来获得传感器阵列处的印迹。此外，当在与传感器阵列的坐标轴的未对齐角度处获得印迹时，应用几何变换以使印迹与坐标轴对齐。在未对齐角度处，通过在未对齐角度处获得印迹，在超出传感器阵列的分辨率的分辨率内确定胎面肋位置。

该方法还包括围绕印迹的质心裁剪印迹。强度分布是沿着横向于轮胎的胎面肋的方向的强度，并且选定位置处的强度是在选定位置处沿着胎面肋方向记录的强度的平均值。胎面肋边缘位于强度分布的导数的极值的位置处。

在另一示例性实施例中，公开了一种用于确定轮胎的质量的装置。该装置包括传感器阵列和处理器，传感器阵列被配置为获得轮胎的印迹。处理器配置成确定印迹的强度分布，根据强度的变化定位轮胎的胎面肋的边缘，并根据胎面肋边缘的位置确定轮胎的相对质量。

除了本文描述的一个或多个特征之外，传感器阵列被配置为当一个轮胎被施加到具有静负载的传感器阵列的面上并且轮胎在整个传感器阵列的面上滚动时接收印迹的印象。当传感器阵列在与传感器阵列的坐标轴的未对齐角度处接收到印迹时，处理器还被配置为应用几何变换以使印迹与坐标轴对齐。处理器使用轮胎与传感器阵列的坐标轴的未对齐来确定超出传感器阵列的分辨率的分辨率内的胎面肋位置。处理器还被配置为围绕印迹的质心裁剪印迹。处理器沿横向于轮胎的胎面肋的方向产生强度分布，其中选定位置处的强度是选定位置处沿胎面肋方向记录的强度的平均值。处理器从强度分布的导数的极值的位置定位边缘。

在又一示例性实施例中，公开了一种用于确定轮胎的质量的计算机程序产品。该计算机程序产品包括计算机可读存储介质，其中存储有计算机可执行指令。计算机可读存储介质包括用于在传感器阵列处获得轮胎的印迹，确定印迹的强度分布，根据强度的变化定位轮胎的胎面肋的边缘，以及从胎面肋边缘的位置确定轮胎的相对质量的指令。

除了本文描述的一个或多个特征之外，计算机可读存储介质还包括用于在与传感器阵列的坐标轴的未对齐角度处获得印迹，并应用几何变换以使印迹与坐标轴对齐的指令。进一步的指令通过在未对齐角度处获得印迹来确定超出传感器阵列的分辨率的分辨率内的胎面肋位置。围绕印迹的质心裁剪印迹。沿横向于轮胎的胎面肋的方向产生强度分布，而选定位置处的强度是选定位置处沿胎面肋方向记录的强度的平均值。胎面肋边缘位于强度分布的导数的极值的位置处。

通过以下结合附图的详细描述，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。

附图说明

仅通过示例的方式，在以下详细描述，参考附图的详细描述中出现其他特征、优点和细节，其中：

图1示出了用于获得轮胎的数字印迹的轮胎成像装置；

图1A示出了用于获得轮胎的数字印迹的第二方法；

图2示出了在传感器阵列处获得的轮胎的印迹；

图3示出了传感器阵列的特写，示出了传感器阵列的像素；

图4示出了未与传感器阵列的坐标轴对齐的对角线；

图4A还示出了与图4的对角线平行并且以选定距离分开的对角线；

图5示出了使用处理器确定印迹的未对齐角度的方法；

图6示出了使用处理器裁剪印迹的方法；

图7示出了具有手动选择点的未对齐印迹，以便沿着坐标轴对齐印迹；

图8示出了图7的印迹变换到沿着所选参考系的坐标轴对齐的印迹；

图9示出了对齐的印迹的裁剪区域；

图10示出了图9的滤波后的平均强度分布的导数的曲线图。

图11示出了图9的裁剪区域，其具有叠加的胎面肋边缘；以及

图12示出了说明使用在传感器处获得的印迹来确定轮胎的肋边缘的位置的方法的流程图。

具体实施方式

以下描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开、其应用或用途。应该理解的是，在整个附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。

根据示例性实施例，图1示出了用于获得轮胎120的数字印迹的轮胎成像装置100。成像装置100包括传感器阵列102和控制单元104。传感器阵列102是在二维平面中形成的像素的NxM阵列。仅出于说明性目的，N＝M＝256。在各种实施例中，阵列的分辨率为0.040”x0.040”。每个像素包括测量设备或换能器，例如压电换能器、电阻换能器、电容换能器或其他电气设备，其提供与施加在设备上的力或压力的量成比例的电压或电流。控制单元104包括与传感器阵列102通信的处理器106。处理器106从传感器阵列102的每个换能器接收信号，并将轮胎120的印迹图像提供给显示器116或图形用户界面。在各种实施例中，显示器116是触摸屏显示器，其允许通过操作者触摸显示器116输入到处理器106，从而允许操作者在显示器116处操纵图像。处理器106还可以将图像存储到数据库或存储器位置108。存储器位置108还存储各种程序110，当由处理器106读取时，使得处理器106执行本文所公开的方法以确定胎面肋及其边缘的位置；本文也称为肋边缘。处理器106还可以与各种输入设备通信，例如键盘112和/或鼠标114。处理器106还可以基于肋边缘的位置提供指示轮胎质量的输出。

图1示出了用于在成像装置100处获得轮胎120的数字印迹的第一方法。示出了传感器阵列102的x轴和y轴。传感器阵列102被放置成使得传感器阵列102的平面是水平的，以便支撑轮胎120。在第一种方法中，轮胎120被放置在传感器阵列102上并且静态负载122被施加在竖直方向上，以便为了将轮胎120压在传感器阵列102上。传感器阵列102的每个像素提供指示轮胎120对像素的力和/或压力的信号。该信号提供像素的位置或定位(x,y)和像素的强度z(x,y)。

图1A示出了用于获得轮胎120的数字印迹的第二方法。在第二种方法中，轮胎120在传感器阵列102的表面上滚动123，同时施加恒定的竖直负载122。示出了传感器阵列102的x轴和y轴。在一个实施例中，轮胎120沿着传感器阵列102的选定轴(例如y轴)滚动。

在又一个实施例中，可以将油墨施加到轮胎120上，并且可以将轮胎压靠在表面上或在表面上滚动，以留下印迹。在其成像平面处具有光敏阵列的相机可以用于获得可以被发送到处理器106的着墨印迹的数字图像。一旦在传感器阵列102处捕获了印迹，则处理器106可以执行下面公开的方法以确定肋边缘或胎面肋边缘以及轮胎质量。

图2示出了在传感器阵列102处获得的轮胎的印迹200。不是沿着x-y坐标轴对齐，而是印迹200与坐标轴成一角度；本文称为未对齐角度。印迹与传感器阵列的坐标轴的这种未对齐可能是由于几个原因，例如在测量期间定位成像装置100的未对齐。或者，印迹可以有意地未对齐，以便改善印迹的分辨率，如下面参考图3、4和4A所讨论的。

图3、4和4A示出了相对于传感器阵列102的坐标轴使用轮胎未对齐以便克服传感器阵列102的分辨率约束。图3示出了传感器阵列102的特写，示出了传感器阵列102的像素。示出了像素的列'A'和像素的列'B'。竖直线301、302和303表示当轮胎的胎面肋沿y轴对齐时诸如肋边缘的特征的可能位置。竖直线302和303之间的距离小于像素的宽度，因此尽管它们的空间分离，但它们仅由列'A'中的像素记录。线301仅由列B中的像素记录。

图4示出了与传感器阵列102的坐标轴未对齐的对角线402。对角线表示当轮胎的胎面肋与坐标轴未对齐时诸如轮胎的肋边缘的特征的位置。对角线402穿过许多像素列。通过观察哪些像素被记下，可以确定线的斜率。图4A还示出了对角线404，其与对角线402平行并且与对角线402分开了与图3的线302和303分开的相同量。然而，虽然对角线402和对角线404由一些相同像素记录，像素403和405仅记录对角线402，而像素407仅记录对角线404。在仅记录对角线之一的那些像素中的该差异允许从对角线404解析对角线402，其分辨率尺度比由对齐的印迹中的阵列的像素的大小所提供的分辨率尺度更精细。由于不能解析图3的对应线302和303，这种未对齐方法明显地提高了分辨率。

为了确定肋边缘，将未对齐的印迹居中并旋转以与传感器阵列102的坐标轴对齐。然后裁剪印迹以准备强度分布。该居中、旋转和裁剪可以由处理器(106，图1)使用本文关于图5-6讨论的方法自动执行。或者，这些步骤可以由操作员使用本文关于图7-8讨论的方法来执行。

图5示出了使用处理器确定印迹的未对齐角度的方法。处理器(106，图1)沿y轴选择第一和第二位置，在此获得印迹200的强度分布。通常，选择第一和第二位置使得在第一和第二位置处绘制的水平线穿过轮胎的侧面，以便获得延伸穿过轮胎的强度分布。通过沿x轴记录强度，在第一和第二位置中的每个处捕获印迹的强度分布。图5示出了沿y轴分开距离Δy的强度分布z₁(x)和强度分布z₂(x)。由于z₁(x)和z₂(x)是类似的强度分布，因此处理器106可以对强度分布执行互相关，如等式1所示：

τ_{d max}＝arg max_τ(∫z₁(x)z₂(x-τ)dx) 等式(1)

其中τ_{d max}是z₂(x)相对于z₁(x)移动的距离，以获得互相关函数的最大值。虽然图5仅示出了通过沿x轴的两个强度分布扫描获得的两个强度分布，但是可以使用任何数量的扫描来获得τ_{d max}的最佳拟合值。该距离τ_{d max}通过未对齐角度θ与距离Δy相关，因此可以用于使用等式(2)来确定未对齐角度θ：

一旦确定了未对齐角度θ，就可以沿着传感器阵列102的轴旋转印迹。在旋转印迹之后，可以使用等式(3)和(4)所示的平均方法来确定印迹的质心(602，图6)或几何中心：

和

其中(x₀₀，y₀₀)是质心(602，图6)的坐标。质心(602，图6)可用于使印迹的图像居中或在裁剪印迹时。尽管上述等式是针对具有积分运算的连续函数编写的，并且表示数学变换，但是使用求和而不是积分的离散函数的对应操作同样有效，并且可以用于代替离散换能器测量的积分形式。

图6示出了使用处理器裁剪印迹200的方法。裁剪印迹200消除了在印迹200的下极限(y_min)和上极限(y_max)处发生的接触变化，例如变化604。裁剪足迹200还消除或减少沿最左边缘(x_min)和最右边缘(x_max)发生的圆角化，例如圆角化606。

在印迹200沿着传感器阵列102的坐标轴对齐的情况下，处理器106沿着x轴确定印迹200的最左极限(x_min)和最右极限(x_max)以及沿y轴确定印迹200的下极限(y_min)和上极限(y_max)。可以通过分别测量沿x轴和y轴的平均强度分布来确定这些极限。上极限和下极限用于限定包含印迹200的矩形区域。通过将矩形区域的长度和宽度乘以合适的裁剪标量α和β，在矩形区域上确定裁剪框608。从而，

X_c＝α(x_max-x_min) 等式(5)

和

Y_c＝β(y_max-y_min) 等式(6)

其中X_c和Y_c分别是裁剪框608的长度和高度。出于说明的目的，α＝1.2并且β＝0.3。在α>1的情况下，裁剪框608的长度延伸到印迹200的最左极限和最右极限之外。裁剪框608通常以质心602为中心。

图7示出了未对齐的印迹200，其具有手动选择的点以便沿着坐标轴对齐印迹。操作者选择两个点702和704，它们形成代表与轮胎的中间平面平行或基本平行的平面的线。例如，沿着印迹200的相同肋边缘选择两个点702和704。两个点702和704用于确定可用于产生旋转矩阵的未对齐角度θ。然后，用户手动选择一个点来表示轮胎印迹的手动选择的质心710，由(x_00old,y_00old)表示。下标“old(旧)”指的是原始或未对齐的印迹。可以通过鼠标点击或通过在选定位置触摸显示器来选择两个点702和704以及手动选择的质心710。

图8示出了图7的印迹200到印迹的变换，该印迹沿着与显示器116的几何上一致的期望参考系的坐标轴对齐。印迹的变换操作可以写为：

其中(x_new,y_new)表示变换图像的坐标，下标“new(新)”表示变换后的数据。可以由操作员选择变换图像的质心(x_00new，y_00new)。变换图像中的像素的光强度'z'通过等式(8)与原始印迹的像素的光强度相关：

z(x_new，y_new)＝_z(x_old，y_old) 等式(8)

图8还示出了在印迹200上的变换操作之后由操作者选择的裁剪框608。应当注意到等式(7)和(8)的变换操作已相对于图7和8的手动操作讨论了，当执行图5和6的自动变换操作时，处理器也可以使用变换操作。变换操作之后完成后，可以调整印迹200的对比度水平。特别地，可以调节对比度水平以便在低强度水平和高强度水平下获得饱和度。

图9示出了对齐的印迹200的裁剪区域900。裁剪框608限定了印迹200的裁剪区域。印迹200示出了位于轮胎外部的区域901和917。印迹200还从左到右示出第一肋903、第二肋907、第三肋911和第四肋915。第一肋903和第二肋907由间隙905分开。第二肋907和第三肋911由间隙909分开。第三肋911和第四肋915由间隙913分开。肋具有在印迹强度变化的位置处明显的边缘。第一肋903具有边缘902和904。第二肋907具有边缘906和908。第三肋911具有边缘910和912。第四肋915具有边缘914和916。图9还示出了印迹的平均强度分布925。平均强度分布925可用于定位肋的边缘。

为了获得沿x轴的强度分布，创建平均强度函数I(x)，其是平均由x坐标表示的列中的裁剪区域900的强度的函数。对于每个x坐标，平均强度函数I(x)是由所选x值表示的列中所有或基本上所有强度的平均值，如等式(9)所示：

求和符号表示所选x值的'y'值的强度总和。

其中N_y是由x坐标表示的列中的像素数。除以N_y提供强度函数的归一化值。

一旦针对裁剪图像的x坐标确定了强度函数I(x)，强度函数被带通滤波以增加边缘可检测性和强度函数的信噪比。滤波器可以是非因果或零滞后滤波器。在一个实施例中，可以在两个连续步骤中使用传统的滞后诱导滤波在前向(+x)和反向(-x)方向上实现非因果滤波器。

然后获得滤波的平均强度分布的导数。该导数提供局部峰值或极值，其指示平均强度函数从高强度区域穿到低强度或从低强度区域穿到高强度区域的位置。在一个实施例中，局部最小值表示从高强度区域穿到低强度区域，并且局部最大值表示从低强度区域穿到高强度区域。在各种实施例中，还可以过滤滤波后的平均强度的导数，以便改善可检测性和信噪比。

图10显示过滤的平均强度分布的导数1000的曲线图。导数的极值的值表示限定胎面肋的边缘的边界或肋边缘。例如，最大峰值1002出现在图9的第一肋903的最左边缘902的位置处，并且最小峰值1004出现在第一肋903的最右边缘904的位置处。类似地，最大峰值1006出现在第二肋907的最左边缘906的位置处，并且最小峰值1008出现在第二肋907的最右边缘908的位置处。最大峰值1010出现在第三肋911的最左边缘910的位置处并且最小峰值1012出现在第三肋911的最右边缘912的位置处。最后，最大峰值1014出现在第四肋915的最左边缘914的位置处，并且最小峰值1016出现在第四肋915的最右边缘916的位置处。

现在转向图11，裁剪区域608示出了来自图9的裁剪印迹的四个肋，现在具有叠加的胎面肋边缘。已绘制线条以表示肋条边缘的位置。线1102和1104分别代表第一肋903的最左边缘和最右边缘。线1106和1108分别代表第二肋907的最左边缘和最右边缘。线1110和1112分别代表第三肋911的最左边缘和最右边缘。线1114和1116分别表示第四肋915的最左边缘和最右边缘。

图12示出了流程图1200，其示出了使用在传感器处获得的印迹来确定轮胎的肋边缘的位置的方法。在框1202中，使用例如传感器阵列102获得轮胎的印迹。在框1204中，相对于传感器阵列的坐标轴确定印迹的质心的位置，并确定印迹相对于传感器阵列的坐标轴的未对齐角度。质心和未对齐角度可由处理器自动确定或由操作员手动确定。在框1206中，对印迹执行线性变换以沿着传感器阵列的轴对齐印迹。执行线性变换涉及使用确定的轮胎质心和未对齐角度，印迹的线性平移和印迹的旋转中的一个或多个。在框1208中，调整印迹的对比度设置，以便在低强度水平和高强度水平下获得饱和度。在框1210中，围绕印迹的质心裁剪图像。在框1212中，沿着x方向或垂直穿过轮胎的胎面肋的方向产生平均强度分布。在框1214中，使用第一滤波器过滤平均强度分布。在框1216中，获取滤波后的强度分布的导数。在框1218中，将第二滤波器应用于导数。在框1220中，检测导数的峰值以确定胎面肋边缘的位置。

一旦确定了胎面肋边缘的位置，该数据可用于确定轮胎的质量。在一个实施例中，胎面肋边缘的位置确定轮胎与道路的相互作用，从而产生诸如凹槽漂移的问题。在一个实施例中，用户可以识别造成过多的雨槽相互作用的候选轮胎设计的胎面肋边缘，并且明智地重新定位胎面肋边缘，以避免胎面肋边缘与道路的雨槽多次重合。

虽然已经参考示例性实施例描述了以上公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离其范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物替换其元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。因此，意图是本公开不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入其范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种确定轮胎的质量的计算机实现的方法，包括：

在传感器阵列处获得所述轮胎的印迹；

确定所述印迹的强度分布；

根据强度的变化定位所述轮胎的胎面肋的边缘；以及

从胎面肋边缘的位置确定所述轮胎的相对质量。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括在与所述传感器阵列的坐标轴的未对齐角度处获得印迹并应用几何变换以使所述印迹与所述坐标轴对齐。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括通过在未对齐角度处获得印迹来确定超出所述传感器阵列的分辨率的分辨率内的胎面肋位置。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述强度分布是沿着横向于所述轮胎的胎面肋的方向的强度，并且所选位置处的强度是沿着所选位置处的胎面肋方向记录的强度的平均值。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括将所述胎面肋边缘定位在所述强度分布的导数的极值的位置处。

6.一种用于确定轮胎的质量的装置，包括：

传感器阵列，被配置为获得所述轮胎的印迹；以及

处理器，被配置为：

确定所述印迹的强度分布，

根据强度的变化定位所述轮胎的胎面肋的边缘，以及

从胎面肋边缘的位置确定所述轮胎的相对质量。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述传感器阵列还被配置为在与所述传感器阵列的坐标轴的未对齐角度处接收印迹，并且所述处理器被配置为应用几何变换以使所述印迹与所述坐标轴对齐。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所述处理器还被配置为使用相对于所述传感器阵列的坐标轴的所述轮胎的所述未对齐角度，确定超出所述传感器阵列的分辨率的分辨率内的胎面肋位置。

9.根据权利要求6所述的装置，其中所述处理器还被配置为沿着横向于所述轮胎的胎面肋的方向产生所述强度分布，其中所选位置处的强度是所选位置处沿着胎面肋方向记录的强度的平均值。

10.根据权利要求9所述的装置，其中所述处理器还被配置为从所述强度分布的导数的极值的位置定位所述边缘。