CN110709686B - 用于自动化车辆的轮胎磨损检测系统 - Google Patents

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Abstract

用于自动化车辆的轮胎磨损检测系统(10)包括转向角传感器(18)、车辆路径检测器(24)、和控制器(30)。转向角传感器(18)指示主车辆(12)的转向角(20)。车辆路径检测器(24)指示主车辆(12)的转弯半径(26)。控制器(30)与转向角传感器(18)和车辆路径检测器(18)通信。控制器(30)基于转弯半径(26)和转向角(20)来确定主车辆(12)的轮胎的磨损状态(32)。

Description

用于自动化车辆的轮胎磨损检测系统
技术领域
本公开总体上涉及轮胎磨损检测系统，其基于转弯半径、转向角和可选地其他因素来确定主车辆的轮胎的磨损状态。
背景技术
已知车辆的拐弯行为随轮胎磨损而变化。然而，当轮胎缓慢磨损时，人类操作员可能无法感知到拐弯行为的变化。
发明内容
本文描述的是一种轮胎磨损检测系统，该轮胎磨损检测系统收集主车辆的拐弯行为的历史信息。对该系统而言针对频繁行驶的拐角收集数据可能是有利的，但是认识到的是，某些车辆没有以提供这种类型的数据收集的方式被使用。该系统还指示何时需要新轮胎。
根据一个实施例，提供一种用于自动化车辆的轮胎磨损检测系统。该系统包括转向角传感器、车辆路径检测器和控制器。转向角传感器指示主车辆的转向角。车辆路径检测器指示主车辆的转弯半径。控制器与转向角传感器和车辆路径检测器通信。控制器基于转弯半径和转向角确定主车辆的轮胎的磨损状态。
通过阅读优选实施例的下列详细描述，进一步的特征和优点将更清楚地呈现，该优选实施例仅通过非限制性示例的方式并且参照附图给出。
附图说明
现将通过示例的方式参照附图描述本发明，其中：
图1是根据一个实施例的轮胎磨损检测系统的示图；以及
图2是根据一个实施例的由装备有图1的系统的主车辆所行驶的道路的图示。
具体实施方式
图1示出了适于由自动化车辆(例如，主车辆12)使用的轮胎磨损检测系统10(以下称为系统10)的非限制性示例。如本文中所使用，术语自动化车辆可应用于正以自动化模式14(即，完全自主模式)操作主车辆12的情况，其中，为了操作主车辆12，主车辆12的人类操作员(未示出)可几乎不用做除指定目的地以外的其他操作。然而，完全自动化不是必需的。设想了本文中所呈现的教导在主车辆12以手动模式16操作时是有用的，在该手动模式16下，自动化的程度或水平可能仅是向大体上控制主车辆12的转向、加速器和制动器的人类操作员提供可听或可视警告。例如，自动化可能仅仅在需要时帮助人类操作员变换车道和/或避免与例如另一车辆相互干扰和/或碰撞。
系统10包括安装在主车辆12上的转向角传感器18，转向角传感器18指示主车辆12的转向角20，即主车辆12的转向轮22(图2)的角度，该转向轮22通常是车辆的前轮。转向角传感器18可以机械地耦合到转向轮22，或者可以通过监测主车辆12的转向机构(未示出)的某个其他组件(例如，转向箱)的相对位置来确定转向角20。转向角传感器18可以是电位计、线性可变差动变压器(LVDT)、光学编码器、或将由位置感测领域的技术人员认识到的检测位置的任何其他装置。
系统10包括车辆路径检测器24，该车辆路径检测器24指示但不限于指示主车辆12的转弯半径26。如稍后将更详细地解释的，主车辆12的转弯半径26是主车辆12的轮胎中的一个或多个轮胎的轮胎磨损的良好指示物(indicator)。作为示例而非限制，车辆路径检测器24可以包括惯性测量单元24A(IMU 24A)、全球位置传感器24B(GPS 24B)和/或相机24C中的一个或多个，或者由惯性测量单元24A(IMU 24A)、全球位置传感器24B(GPS 24B)和/或相机24C中的一个或多个组成。IMU24A可以包括横摆角速率传感器(yaw-rate-sensor)和侧向加速度计，其可以用于确定主车辆12的动态行为28。GPS 24B可以用于确定当前由主车辆12所行驶的道路的曲率、以及主车辆12的车辆速度，该曲率和车辆速度可以用于确定或帮助指示动态行为28。相机24C可以用于确定主车辆12能够跟随主车辆12当前行驶的道路的中心线的程度。
系统10包括与转向角传感器18和车辆路径检测器24通信的控制器30。如本领域技术人员将认识到的，通信可通过有线、光缆、或无线通信的方式。如应对本领域技术人员而言显而易见的，控制器30可以包括处理器(未具体示出)，该处理器诸如，微处理器或其他控制电路系统，其他控制电路系统诸如，包括用于处理数据的专用集成电路(ASIC)的模拟和/或数字控制电路系统。控制器30可以包括存储器(未具体示出)，该存储器包括非易失性存储器，诸如，用于存储一个或多个例程、阈值以及所捕获的数据的电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。该一个或多个例程可以由处理器执行，以执行如下步骤：基于由控制器30从如本文描述的转向角传感器18和车辆路径检测器24接收到的信号来确定主车辆的轮胎的磨损状态。
控制器30通常被配置或编程为基于转弯半径26和转向角20确定主车辆12的轮胎中的一个或多个轮胎的磨损状态32。可选地，磨损状态32的确定可以进一步基于但不限于主车辆12的车辆速度34、环境温度36、主车辆12所行驶的道路40(图2)的牵引力等级(traction-rating)38、以及主车辆12所行驶的道路40的外倾角(camber-angle)42中的一个或更多个来被确定。如本领域技术人员将认识到的，轮胎的性能可能会受到影响轮胎的温度的环境温度36的影响。作为进一步的示例而非限制，牵引力等级38可以是干燥道路44、潮湿道路、积雪道路、或碎石道路。另外，偏外倾(off-camber)转弯(其中道路远离转弯的内侧倾斜)可能需要增大转向角20，以使主车辆12停留在道路上。
当转向角20等于或基本等于某个特定值时，这些各种因素可影响主车辆12的转弯半径26。系统10能够确定磨损状态32，因为随着主车辆12的轮胎磨损，主车辆12跟踪或跟随道路40的选定部分46所必需的转向角20将增大。即，增大转向角20以维持在选定部分46上或在道路40的另一部分上的转弯半径26将是必要的，该另一部分具有类似的物理特性，诸如道路40的牵引力等级38和/或外倾角42和/或曲线半径。在牵引力等级38的这些各种示例中，据信，干燥道路44可以提供磨损状态32的最一致的指示，因此可以仅在主车辆12行驶在道路40的选定部分46上时确定磨损状态32。
图2示出了可由主车辆12频繁地例如从家到工作地点行驶的道路40的非限制性示例。将优选的是，在选定部分46的相同情况下定期地(例如，每天)确定磨损状态32，尤其是如果在确定磨损状态32时牵引力等级38对应于干燥道路44的话。然而，认识到的是，对于主车辆12的某些情况，这可能是不可行的。例如，主车辆12可以是租用车辆或商业用途车辆的车队的一部分，这些租用车辆或商业用途车辆具有不同的操作者，这些不同的操作者在每次主车辆12被使用时行驶到不同的目的地。在这种情况下，可能的是，选定部分46可能不是道路40的相同部分，而是可能从数字地图48(图1)中选择的，因为通往指定目的地的路线可包括道路40的具有道路几何形状50(例如，针对道路40的牵引力等级38和/或外倾角42和/或曲线半径的特定值)的部分，该道路几何形状50满足某些标准并因此将适合于使用以在主车辆12行驶在道路40的该部分上时确定磨损状态32。
返回图1，控制器30可以进一步被配置成当磨损状态32小于磨损阈值52时指示主车辆12的一个或多个轮胎需要被更换。作为示例而非限制，当轮胎是新的时(例如，当主车辆12是新的时)，磨损状态32可以被任意地设置为一百(100)的值，并且该数字可以随着轮胎上的里程累积而减少。可以使用经验测试和/或计算机建模来确定应该为磨损阈值52使用什么值。
当更换轮胎中的一个或多个轮胎或轮胎被轮换(rotate)时，该事实可优选地手动输入到控制器30中。然而，预期的是，可以由控制器30检测主车辆12的动态行为的突然改进，并将其用作重置磨损阈值52的基础。也就是说，如果主车辆12的动态行为突然改进并且在磨损状态32的若干确定中持续，则控制器30可以被编程为假定已安装新轮胎并且忽略在动态行为的突然改进之前的磨损状态32的历史。
因此，提供了轮胎磨损检测系统(系统10)、用于系统10的控制器30以及操作系统10的方法。随着主车辆12的轮胎磨损，将需要增大转向角20以使主车辆12正确地跟随道路40中特定类型的曲线的形状。通过定期地确定轮胎的磨损状态32，可以在主车辆12的操作变得不基本安全之前通知主车辆12的所有者轮胎需要被更换。
尽管已经根据本发明的优选实施例描述了本发明，然而并不旨在受限于此，而是仅受所附权利要求书中所阐述的范围限制。

Claims (15)

1.一种用于自动化车辆的轮胎磨损检测系统，所述系统包括：
转向角传感器，所述转向角传感器指示主车辆的转向角；
车辆路径检测器，所述车辆路径检测器指示所述主车辆的转弯半径；以及
控制器，所述控制器与所述转向角传感器和所述车辆路径检测器通信，其中所述控制器基于如下的来确定所述主车辆的轮胎的磨损状态：当所述主车辆行驶在道路选定部分上或具有所述道路选定部分的至少一个物理特性的另一道路部分上时在不同时间处测量的所述转弯半径和所述转向角的变化。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磨损状态进一步基于以下各项中的一项或多项来被确定：所述主车辆的车辆速度、环境温度、所述主车辆所行驶的道路的牵引力等级、和所述主车辆所行驶的所述道路的外倾角。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，当所述牵引力等级为干燥道路时确定所述磨损状态。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，当所述磨损状态小于磨损阈值时，所述控制器指示所述主车辆的轮胎需要被更换。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述车辆路径检测器包括惯性测量单元即IMU、全球位置传感器即GPS、和相机中的一个或多个。
6.一种用于检测自动化车辆的轮胎磨损的方法，包括：
使用转向角传感器获得主车辆的转向角；
使用车辆路径检测器获得所述主车辆的转弯半径；以及
使用控制器，基于当所述主车辆行驶在道路选定部分上或具有所述道路选定部分的至少一个物理特性的另一道路部分上时在不同时间处测量的所述转弯半径和所述转向角的变化，来确定所述主车辆的轮胎的磨损状态。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述磨损状态进一步基于以下各项中的一项或多项来被确定：所述主车辆的车辆速度、环境温度、所述主车辆所行驶的道路的牵引力等级、和所述主车辆所行驶的所述道路的外倾角。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当所述牵引力等级为干燥道路时确定所述磨损状态。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括：
由所述控制器生成磨损状态指示物，所述磨损状态指示物在所述磨损状态小于磨损阈值时指示所述主车辆的轮胎需要被更换。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述车辆路径检测器包括惯性测量单元即IMU、全球位置传感器即GPS、和相机中的一个或多个。
11.一种非瞬态计算机可读存储介质，其具有存储于其上的指令，所述指令当由主车辆的控制器执行时，致使所述控制器执行包括以下各项的操作：
使用转向角传感器获得主车辆的转向角；
使用车辆路径检测器获得所述主车辆的转弯半径；以及
使用控制器，基于当所述主车辆行驶在道路选定部分上或具有所述道路选定部分的至少一个物理特性的另一道路部分上时在不同时间处测量的所述转弯半径和所述转向角的变化，来确定所述主车辆的轮胎的磨损状态。
12.根据权利要求11所述的非瞬态计算机可读存储介质，其特征在于，所述磨损状态进一步基于以下各项中的一项或多项来被确定：所述主车辆的车速度、环境温度、所述主车辆所行驶的道路的牵引力等级、和所述主车辆所行驶的所述道路的外倾角。
13.根据权利要求12所述的非瞬态计算机可读存储介质，其特征在于，当所述牵引力等级为干燥道路时确定所述磨损状态。
14.根据权利要求11所述的非瞬态计算机可读存储介质，所述操作进一步包括：
由所述控制器生成磨损状态指示物，所述磨损状态指示物在所述磨损状态小于磨损阈值时指示所述主车辆的轮胎需要被更换。
15.根据权利要求11所述的非瞬态计算机可读存储介质，其特征在于，所述车辆路径检测器包括惯性测量单元即IMU、全球位置传感器即GPS、和相机中的一个或多个。
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