CN110857017A - 轮胎负荷估计 - Google Patents

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Abstract

一种用于估计轮胎的轮胎负荷的系统，包括：压力传感器，被配置为生成轮胎压力信号；加速度传感器，被配置为生成轮胎加速度信号；温度传感器，被配置为生成轮胎温度信号；以及至少一个处理器，被配置为基于轮胎加速度信号计算接触印迹的持续时间，基于轮胎加速度信号计算车辆速度，基于轮胎压力信号和轮胎温度信号确定至少一个系统模型系数，以及使用线性系统模型计算轮胎的轮胎负荷，所述线性系统模型将轮胎压力、接触印迹的持续时间以及车辆速度与轮胎的轮胎负荷相关联，其中线性系统模型进一步包括用于计算轮胎的轮胎负荷的至少一个系统模型系数。

Description

轮胎负荷估计
技术领域
本公开总体涉及用于估计作用在车辆轮胎上的负荷或力的系统和方法，更具体地，涉及用于估计的轮胎压力监测系统(TPMS)。
背景技术
轮胎压力监测系统(TPMS)在车辆安全性和减少排放中起重要作用。该市场的大部分由直接轮胎压力监测系统提供服务，其中每个轮胎包含TPMS传感器模块。因此，电池供电的传感器模块组装在轮胎内部以监测其轮胎压力。TPMS传感器模块包含压力传感器、微控制器、射频(RF)发送器和纽扣电池。
虽然轮胎压力是可用于车辆安全性和系统性能的一个方面，但轮胎负荷也可以是有用的。轮胎负荷是作用在每个轮胎上的负荷或力。可能存在处于悬架系统中的负荷传感器，但是这些传感器可能昂贵或不准确。因此，可能需要使用TPMS估计轮胎负荷的改进方法。
发明内容
实施例提供了一种用于估计轮胎的轮胎负荷的系统。该系统包括：压力传感器，被配置为测量轮胎的内部空气压力并且生成轮胎压力信号；加速度传感器，被配置为测量轮胎的加速度并且生成轮胎加速度信号；温度传感器，被配置为测量轮胎的温度并且生成轮胎温度信号；以及至少一个处理器，被配置为基于轮胎加速度信号计算接触印迹的持续时间，基于轮胎加速度信号计算车辆速度，基于轮胎压力信号和轮胎温度信号确定至少一个系统模型系数，以及使用线性系统模型来计算轮胎的轮胎负荷，所述线性系统模型将轮胎压力、接触印迹的持续时间以及车辆速度与轮胎的轮胎负荷相关联，其中线性系统模型进一步包括用于计算轮胎的轮胎负荷的至少一个系统模型系数。
根据另一个实施例，提供了一种用于估计轮胎的轮胎负荷的系统。该系统包括轮胎压力监测系统(TPMS)传感器模块和车辆电子控制单元(ECU)。TPMS传感器模块包括：压力传感器，被配置为测量轮胎的内部空气压力并且生成轮胎压力信号；加速度传感器，被配置为测量轮胎的加速度并且生成轮胎加速度信号；温度传感器，被配置为测量轮胎的温度并且生成轮胎温度信号；微控制器，被配置为基于轮胎加速度信号计算接触印迹(contactpatch)的持续时间；以及发送器，电连接到微控制器单元并且被配置为发送轮胎压力、轮胎温度以及接触印迹的持续时间。车辆ECU被配置为从发送器接收轮胎压力、轮胎温度以及接触印迹的持续时间，基于轮胎压力和轮胎温度确定至少一个系统模型系数，并且使用线性系统模型来计算轮胎的轮胎负荷，所述线性系统模型将轮胎压力、接触印迹的持续时间以及车辆速度与轮胎的轮胎负荷相关联，其中线性系统模型进一步包括用于计算轮胎的轮胎负荷的至少一个系统模型系数。
附图说明
本文参考附图描述了实施例。
图1示出了根据一个或多个实施例的包括轮胎压力监测系统(TPMS)传感器模块和车辆电子控制单元(ECU)的车辆系统；
图2示出了根据一个或多个实施例的在其中输出轮胎负荷的车辆系统；
图3示出了根据一个或多个实施例的在车辆中提供的TPMS；以及
图4示出了根据一个或多个实施例的估计轮胎的轮胎负荷的方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，阐述了多个细节以提供对示例性实施例的更彻底的解释。然而，对于本领域技术人员明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践实施例。在其它情况下，众所周知的结构和设备以框图形式或示意图而不是详细示出，以避免模糊实施例。另外，除非另外特别说明，否则下文描述的不同实施例的特征可以彼此组合。
进一步，等同或类似元件或具有等同或类似功能的元件在以下描述中用等同或类似的附图标记表示。由于在图中相同或功能等同的元件被赋予相同的附图标记，因此可以省略对具有相同附图标记的元件的重复描述。因此，为具有相同或类似附图标记的元件提供的描述是可相互交换的。
应当理解，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一个元件时，它可以直接连接或耦合到其它元件，或可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一个元件时，不存在中间元件。用于描述元件之间关系的其它词语应以类似的方式解读(例如，“在……之间”相对于“直接在……之间”，“相邻”相对于“直接相邻”等)。
在本文描述的或在附图中示出的实施例中，只要实质上保持连接或耦合的一般目的(例如，发送某种信号或发送某种信息)，任何直接电连接或耦合(即，没有附加中间元件的任何连接或耦合)也可以通过间接连接或耦合(即，利用一个或多个附加中间元件的连接或耦合)来实现，或反之亦然。可以组合来自不同实施例的特征以形成进一步的实施例。例如，除非另有说明，否则关于实施例中的一个实施例描述的变化或修改也可以适用于其它实施例。
实施例涉及传感器和传感器系统，并且涉及获得关于传感器和传感器系统的信息。传感器可以指将待测量的物理量转换为电信号(例如，电流信号或电压信号)的部件。例如，物理量可以包括：磁场(例如，地球磁场)、电场、压力、加速度、温度、力、电流或电压，但不限于此。如本文所述，传感器设备可以是角度传感器、线性位置传感器、速度传感器、运动传感器、压力传感器、加速度传感器、温度传感器等。
例如，磁场传感器包括一个或多个磁场传感器元件，该磁场传感器元件测量与检测和/或测量生成磁场的元件(例如，磁体、载流导体(例如，导线)、地球或其它磁场源)的磁场模式相对应的磁场的一个或多个特性(例如，磁场通量密度、场强、场角、场方向、场定向等)。
传感器电路可以被称为信号处理电路和/或信号调节电路，其以原始测量数据的形式从压力场传感器元件接收信号(即，传感器信号)。传感器电路可以包括模数转换器(ADC)，其将来自压力传感器的模拟信号转换为数字信号。传感器电路还可以包括数字信号处理器(DSP)，其对数字信号执行一些处理(例如，以准备用于传输的轮胎压力信息)。因此，传感器封装体包括经由信号处理和/或调节来调节和放大压力传感器的小信号的电路。
如本文所使用的，信号调节是指以如下方式操纵模拟信号，使得信号满足下一阶段的要求以进行进一步处理。信号调节可以包括(例如，经由模数转换器)将模拟量转换为数字量、放大、滤波、转换、偏置、范围匹配、隔离以及使得传感器输出适于在调节之后进行处理所需的任何其它过程。
根据一个或多个实施例，压力传感器和传感器电路都被容纳(即，集成)在相同的芯片封装体中(例如，塑料包封的封装体，例如有引线封装体或无引线封装体、或表面安装器件(SMD)封装体)。这个芯片封装体也称为传感器封装体。传感器封装体可以与其它部件组合，以形成传感器模块、传感器设备等。
如本文所使用的，传感器设备可以指包括如上所述的传感器和传感器电路的设备。传感器设备可以被集成在单个半导体管芯(例如，硅管芯或芯片)上，但是在其它实施例中，可以使用多个管芯实现传感器设备。因此，传感器和传感器电路被设置在相同的半导体管芯上或在相同封装体中的多个管芯上。例如，传感器可以在一个管芯上并且传感器电路在另一个管芯上，使得它们在封装体内彼此电连接。在这种情况下，管芯可以由相同或不同的半导体材料(例如，砷化镓GaAs和硅Si)构成，或者传感器可以溅射到不是半导体的陶瓷或玻璃片上。
根据本文的一个或多个实施例，使用来自安装在轮胎内衬上的智能轮胎传感器的信息并且应用线性系统模型来计算每个轮胎的轮胎负荷，该线性系统模型将来自轮胎传感器的输出值与轮胎负荷相关联。这个线性系统模型的系数取决于实际轮胎压力、实际轮胎温度、轮胎信息和/或轮胎的磨损状态。
图1示出了根据一个或多个实施例的包括单片TPMS传感器模块100和车辆电子控制单元(ECU)110的车辆系统。TPMS传感器模块100是安装在轮胎内部的直接TPMS传感器。压力传感器11可以作为典型半导体技术的一部分被并入，并且可以是微机电系统(MEMS)压力传感器11。因此，压力传感器11可以使得TPMS传感器100能够帮助监测轮胎压力，该TPMS传感器100包括压力传感器11、微控制器单元(MCU)12和收发器13。压力传感器11被电连接到MCU 12并且被配置为测量轮胎的内部空气压力。轮胎压力传感器数据还可以用于计算系统模型系数，该系统模型系数用于计算轮胎负荷。
收发器13被配置为与ECU 110通信，并且可以被配置为将传感器数据(例如，压力传感器数据、加速度传感器数据、温度传感器数据、加速度传感器数据)或从传感器数据导出的其它反馈信息(例如，接触印迹数据、接触印迹持续时间数据、速率/速度数据、轮胎旋转周期数据、轮胎负荷数据等)发送到ECU。
因此，收发器13被电连接到MCU 12并且被配置为将信号发送到车辆ECU 110，该信号将传感器数据和/或反馈信息运载到车辆ECU 110。信号可以由收发器13自主地发送，或者响应于收发器13以信息、确认或命令的形式从车辆ECU 110接收数据而发送。
ECU 110可以包括：用于接收传感器数据的收发器1；用于处理传感器数据的处理单元2；以及用于存储过程传感器数据或其它信息(例如，轮胎信息)的存储器单元3。ECU110可以被配置为接收传感器数据并且从传感器数据(例如，接触印迹数据、接触印迹持续时间数据、速率/速度数据、轮胎旋转数据、轮胎负荷数据)导出信息，或者可以从收发器13(即，从TPMS传感器模块100)直接地接收一个或多个这样的信息。收发器13可以被配置用于双向通信，或者可以被提供为单独的接收器和发送器。
TPMS传感器模块100包括加速度传感器14，该加速度传感器14电连接到MCU 12，并且被配置为检测和/或测量轮胎的离心加速度和/或轮胎的切向加速度，并且生成加速度传感器数据。加速度传感器数据可用于检测车辆的运动、计算车辆速率或速度(m/s)、计算轮胎旋转周期(s或ms)、计算轮胎的轮胎磨损、计算行驶距离(km)、和/或计算接触印迹的持续时间(ms)。
接触印迹是轮胎的与驱动表面发生接触的区域(例如，周长乘以轮胎宽度)，并且可以在轮胎静止或旋转时确定。当轮胎与驱动表面发生接触时，轮胎由于车辆的负荷而变形。因为较小的力导致较少的轮胎与驱动表面接触，所以随着轮胎负荷减小，接触印迹可能减小。反之亦然。因为较大的力导致较多的轮胎与驱动表面接触，所以随着轮胎负荷增加，接触印迹可能增加。如本文所使用的，“接触印迹”和“接触印迹长度”可以互换使用。
TPMS传感器模块100可以被设置在靠近被监测的接触印迹的区域处，使得TPMS传感器模块100能够检测由于接触而发生的轮胎变形引起的被监测的接触印迹与驱动表面的接触。被监测的接触印迹的持续时间可以表示在被监测的接触印迹处检测到的初始轮胎变形与在被监测的接触印迹处检测到的最终轮胎变形之间的时间。
安装在轮胎上的TPMS模块的加速度对于轮胎转数的最大部分(除了机械振动)几乎是恒定的。在这部分中，加速度主要由离心加速度确定。具有半径R和速率v的圆形轨迹上的离心加速度acf由等式(1)给出：
acf＝v2/R (1)。
然而，在接触印迹中，当模块100靠近路面时，由TPMS传感器模块100经历的加速度几乎为零。在进入和离开接触印迹之前很短时间，轮胎必须显著地变形。这增加了TPMS传感器模块轨迹的局部曲率。因此，经历的加速度也增加了。
在无滑动条件下，轮胎本身在与驱动表面接触的部分(即，接触印迹)之上滚动，而这些部分几乎是静止的。因此，TPMS传感器模块在通过这个接触印迹(即，接触印迹事件)时几乎不经历加速度。进一步，假设自由滚动的车轮(即，没有在其上施加扭矩的车轮)，这个接触印迹与定义为φ＝0的角位置(即，垂直于地面形成的角度)一致。因为在接触印迹事件期间几乎消失的加速度是如此突出，所以可以估计随后的角位置和接触印迹事件的持续时间。
所监测的接触印迹与驱动表面接触的时间量(即，持续时间)可以随着车辆的速率或速度增加而减小，并且相反地，持续时间可以随着速率或速度减小而增加。因此，可以以毫秒(ms)来测量接触印迹的持续时间，并且可以通过接触长度估计算法来计算接触印迹的长度，并且可以通过接触印迹算法的持续时间来计算所监测的接触印迹的持续时间。
轮胎旋转周期Trot是轮胎完成单次旋转所花费的时间量。因此，轮胎旋转周期基于车辆的速率或速度而变化，并且可以使用加速度传感器数据通过轮胎旋转周期算法来计算。确定关于轮胎的转速的信息的一种方法可以是经由等式(2)从平均径向加速度<a>和几何轮胎半径R导出Trot：
Trot＝2π√(R/<a>) (2)。
对于安装在轮胎上的TPMS模块，平均径向加速度与根据等式1计算的离心加速度相当吻合，其中R近似为几何轮胎半径，v近似为轮胎的速率。因此，可以根据平均径向加速度来计算速率。
可以基于存储在存储器16中或ECU 110处的轮胎直径(或半径)和轮胎旋转周期Trot来计算车辆速率或速度。例如，可以通过使用等式(3)来计算车辆速率：
v＝πdtire/Trot (3)，
其中v是车辆速率，dtire是轮胎直径，并且Trot是轮胎旋转周期。
可以基于轮胎直径和对轮胎旋转次数进行计数的计数器来计算行驶距离。然而，可以使用用于计算行驶距离的任何方法。ECU 110还可以使用其它常规技术来确定行驶距离，例如，以在里程表上显示。
TPMS传感器模块100包括温度传感器15，温度传感器15电连接到MCU 12，并且被配置为测量轮胎温度并且生成温度传感器数据。温度传感器数据还可以用于计算系统模型系数，该系统模型系数用于计算轮胎负荷。
TPMS传感器模块100包括存储器16，存储器16电连接到MCU12，并且被配置为在其中存储信息。存储器16还可以并入到MCU 12本身中。例如，存储器16可以被用于存储针对每个轮胎的轮胎信息(诸如，轮胎类型、轮胎尺寸(例如，直径)、轮胎里程、或轮胎磨损中的至少一项)。可以针对每个轮胎单独地提供轮胎信息，并且轮胎信息可以包括：轮胎品牌、轮胎尺寸、轮胎材料、轮胎刚度参数、轮胎胎面信息、轮胎季节信息(例如，冬季或夏季轮胎)、以及其它轮胎特性。存储器16还可以存储表示轮胎里程和/或轮胎磨损的数值。这些数值可以由MCU 12(例如，根据加速度传感器数据)计算。
备选地，ECU 10可以存储一条或多条轮胎信息，并且可以(例如，根据加速度传感器数据和轮胎信息)计算表示轮胎里程和/或轮胎磨损的数值，并且可以将数值存储在ECU100处的存储器中。
在MCU 12中或在ECU 110中的处理单元被配置为：通过获得离心加速度的多个测量值的平方根并且随后形成已获得平方根的测量值的总和，来确定轮胎里程的度量。在知道轮胎半径值和系统安装半径的情况下，里程还可以用绝对值确定。
此外，MCU 12或ECU 110的处理单元被配置为：通过形成离心加速度的多个测量值的总和，来确定轮胎的轮胎磨损Twear的度量。处理单元可以附加地被配置为通过对角速率二次方地加权来确定磨损值。角速率还可以与车辆速率或车辆速度互换。备选地，可以使用距离与轮胎磨损之间的线性关系基于轮胎的总行驶距离来估计轮胎磨损Twear。
可以根据使用温度值Ttemp补偿的加速度值来计算轮胎角速率，并且轮胎角速率可以用作冗余速度检查。在角速率ω与离心加速度acf之间存在以下关系，如等式(4)所示：
其中R是轮胎半径。
MCU 12包括至少一个处理单元(例如，信号处理器)，其接收包括来自压力传感器11、加速度传感器14和温度传感器15的各种传感器数据的传感器信号，并对该传感器信号执行信号处理和/或调节。例如，至少一个处理单元可以将原始传感器测量值转换为传感器值(例如，轮胎压力值、加速度值和温度值)。另外，如本文所述，MCU 12的至少一个处理单元可以计算接触印迹数据、接触印迹持续时间数据、速率/速度数据、轮胎旋转数据、轮胎磨损数据和轮胎负荷数据中的一个或多个数据。
MCU 12还可以经由控制信号控制传感器设备中的一个或多个传感器设备。例如，MCU 12可以提示一个或多个传感器设备进行测量或者可以请求存储在存储器16中的信息。
为了使MCU 12计算车辆速率v和行驶距离，可以将存储在存储器16中的轮胎直径信息与加速度传感器数据一起使用。
备选地，MCU 12可以将传感器数据输出到收发器13，以传输到ECU 110。例如，MCU12可以将轮胎压力p、接触印迹持续时间D、车辆速率v、轮胎磨损Twear和轮胎温度Ttemp输出到收发器13，以传输到ECU 110。收发器13可以在一个信号中或在多个信号之上发送该信息。如果MCU 12不计算车辆速率v，则MCU 12还可以(经由收发器13)将轮胎旋转周期Trot和/或轮胎直径dtire发送到ECU 110，使得ECU 110可以计算车辆速率v。如上所述，ECU 110还可以通过其它已知技术计算车辆速率v。
基于上面讨论的输入参数和用于轮胎负荷估计的系统模型来计算每个轮胎的轮胎负荷Fload。特别地，输入参数包括：轮胎压力p、接触印迹持续时间D、车辆速率v和轮胎温度Ttemp，并且可以进一步包括轮胎磨损Twear和轮胎信息。
用于轮胎负荷估计的系统模型是线性系统模型，其将轮胎压力p、接触印迹持续时间D和车辆速度v与对应的轮胎上的作用轮胎负荷相关联。如等式(5)所示，系统模型还可以包括基于轮胎压力p和轮胎温度Ttemp确定的系统模型系数斜率k和偏移d。
Fload＝k·p·D·v+d (5)。
系统模型系数斜率k和偏移d两者都取决于轮胎压力p和轮胎温度Ttemp。这里，v可以指车辆速率或速度。然而，为了进一步提高其准确度，可以基于轮胎磨损Twear和轮胎信息(例如，轮胎品牌、轮胎尺寸、轮胎材料、轮胎刚度参数、轮胎胎面信息、轮胎季节信息(例如，冬季或夏季轮胎)、和其它轮胎特征)来进一步确定系统模型系数斜率k和偏移d。因此，轮胎磨损Twear和/或轮胎信息可以用作用于计算轮胎负荷的附加输入参数。通过特性描述或校准来找到系统模型系数k和d对轮胎压力、轮胎温度、轮胎信息和轮胎磨损的依赖性。如果已知这些依赖性，则可实时获得所有信息，以选择适当的模型系数并且导出准确的轮胎负荷估计。这些系统模型系数可以由MCU 12或ECU 110基于它们对轮胎压力和轮胎温度的依赖性来选择，并且可选地还基于它们对轮胎信息和/或轮胎磨损的依赖性来选择。
这些特性描述可以存储在存储器16中以供MCU 12使用，或者存储在ECU 110的存储器中。例如，系统模型和系数查找表可以存储在ECU 110的存储器处。在这个示例中，ECU110可以基于从TPMS传感器模块100接收的它们对应的输入参数(例如，轮胎压力p、轮胎温度Ttemp、轮胎磨损(可选)和轮胎信息(可选))，从存储在ECU 110的存储器中的相应查找表中选择系统模型系数k和d。因此，通过将轮胎温度信息、轮胎磨损和轮胎信息添加到轮胎负荷的建模步骤可以导致更高精度的计算。
进一步提供电源17(例如，电池单元)以向TPMS传感器模块100及其部件供电。
将进一步理解，TPMS传感器模块100可以包括相同类型的多个传感器。例如，TPMS传感器模块100可以包括多个压力传感器、多个加速度传感器和/或多个温度传感器。由每个传感器生成的传感器信号可以由系统使用，以确定本文描述的任何相关参数。
例如，由多个压力传感器生成的多个压力信号可以用于计算斜率和偏移系统模型系数，并且可以在等式(5)中用于计算轮胎负荷Fload。来自多个压力信号中的每个压力信号的值可以一起求平均，并且平均值可以用于计算。此外，仅多个压力传感器的子集可用于所述计算。例如，多个压力传感器可以在冗余方案中用于功能安全，并且一个或多个验证的压力信号可以用于计算。
类似地，由多个温度传感器生成的多个温度信号可以用于计算斜率和偏移系统模型系数。来自多个温度信号中的每个温度信号的值可以一起求平均，并且平均值可以用于计算。此外，仅多个温度传感器的子集可用于所述计算。例如，多个温度传感器可以在冗余方案中用于功能安全，并且一个或多个验证的温度信号可以用于计算。
此外，由多个加速度传感器生成的多个加速度信号可以用于计算接触印迹的持续时间、轮胎旋转周期、车辆速率、并且可以在等式(5)中用于计算轮胎负荷Fload。来自多个加速度信号中的每个加速度信号的值可以一起求平均，并且平均值可以用于计算。此外，仅多个加速度传感器的子集可用于所述计算。例如，多个加速度传感器可以在冗余方案中用于功能安全，并且一个或多个验证的加速度信号可以用于计算。
另外，第一加速度传感器可以用于感测切向加速度，并且第二加速度传感器可以用于感测径向加速度。接触印迹持续时间可以根据径向加速度信号(离心加速度)计算，也可以根据切向加速度信号计算。因此，可以根据由第一加速度传感器生成的加速度信号计算第一接触印迹持续时间，并且可以根据由第二加速度传感器生成的加速度信号计算第二接触印迹持续时间。然后可以将第一和第二接触印迹持续时间一起求平均，并且平均值可以(例如，在用于计算轮胎负荷Fload的等式(5)中)用于计算。
图2示出了根据一个或多个实施例的输出轮胎负荷的车辆系统。车辆系统包括TPMS传感器模块100和车辆ECU 110。在这个示例中，TPMS传感器模块100将轮胎压力p、接触印迹持续时间D、轮胎磨损Twear以及车辆速率v发送到每个轮胎的ECU 110。可以将车辆速率v计算为所有轮胎的共同参数。例如，ECU 110可以根据从每个轮胎接收的车辆速率v计算车辆速率的平均值。然后，ECU 110可以确定系统模型的系统模型系数k和d，基于系统模型和输入参数(即，p、D和v)计算每个轮胎的轮胎负荷Fload，并将轮胎负荷Fload输出到其它车辆系统。
备选地，代替发送车辆速率v，TPMS传感器模块100可以将轮胎周期旋转Trot和轮胎直径dtire发送到ECU 110，并且ECU 110可以基于此计算车辆速率v，以用于计算轮胎负荷Fload。
因此，TPMS传感器模块100可以提供加速度传感器数据、轮胎磨损信息、轮胎信息Tinfo和/或温度传感器数据中的至少一个，以用于确定系统模型系数斜率k和偏移d。例如，ECU 110可以从接收加速度传感器数据来计算轮胎磨损信息，或者TPMS传感器模块100可以计算轮胎磨损信息并且将其提供给ECU 110。当确定系统模型系数斜率k和偏移d时，可以使用轮胎磨损信息和轮胎信息中的一个或两个信息。
如上所述，每个轮胎的TPMS传感器模块100还可以确定系统模型系数斜率k和偏移d，并且计算对应的轮胎负荷Fload，并且将轮胎负荷信息发送到ECU 110。这里，系统模型和系数查找表将存储在TPMS传感器模块100的存储器16处。
在计算每个轮胎的轮胎负荷Fload时，ECU 110可以基于存储在ECU 110的存储器中的车辆的几何模型来进一步计算车辆的总负荷和/或计算车辆的质心。总负荷和质心可以用于其它车辆系统。
例如，总负荷和/或质心可用于稳定性控制算法和防抱死制动系统(ABS)。稳定性控制算法和防抱死制动系统中的之一或两者可以有助于改善在转弯或弯道周围的车辆稳定性，或者有助于制动控制。因此，ECU 110可以将总负荷或质心输出到这些车辆系统中的一个车辆系统，以基于车辆的当前负荷状况来校准车辆系统。还可以基于针对每个轮胎计算的各个轮胎负荷采取这样的动作，使得由这些车辆系统中的一个或多个车辆系统考虑重量分布。
在另一个应用中，总负荷可以用在燃料和电动车辆电池系统中，以估计燃料或电池消耗水平。例如，这个信息可以用于基于当前总负荷以及基于当前燃料和/或电池水平来计算可以行驶的估计距离。因此，可以使车辆操作者知道在需要加油或再充电之前可以行驶的距离。这个距离可以基于由ECU 110计算的总负荷而变化。附加地或备选地，可以估计加油或再充电之前剩余的时间并将其提供给车辆操作者。
在另一个应用中，总负荷可以用于计算针对当前总负荷的最佳轮胎压力。例如，轮胎压力系统可以向车辆操作者指示轮胎中或每个轮胎中的当前轮胎压力是否与对应于当前总负荷的最佳轮胎压力相比过低或过高。最佳轮胎压力也可以延伸到最佳轮胎压力范围。质心也可以用于确定后轮胎或前轮胎是否应该使用相同的原理不同地加压。同样的方法也可以应用于右侧和左侧轮胎，或者基于单个轮胎。
图3示出了根据一个或多个实施例的车辆200中的提供的TPMS。如图3所示，TPMS包括ECU 110和TPMS模块100，ECU 110设置在车辆中，TPMS模块100设置在车辆200的每个轮胎23内部并且被配置为与ECU 110通信。
每个TPMS传感器模块100具有图1和图2中描述的类似配置。另外，每个TPMS模块22可以具有唯一对应于其的标识符(ID)(例如，ID 1、2、3、4)。以这种方式，ECU 110能够区分从各种TPMS模块100发送的信号，标识信号源自于其的TPMS模块100，并且确定对应于相应TPMS模块100的每个轮胎的轮胎负荷。TPMS模块100的位置可以被映射到其ID，使得ECU 110可以理解TPMS模块100的位置(例如，右前、左后等)。这个位置信息可以在计算质心或重量分布时使用，并且可以由上述车辆系统中的一个或多个系统使用。
虽然TPMS传感器模块100被示为单片器件(即，单管芯集成)，但应理解，可以在TPMS传感器模块100的集成电路封装体内的单独管芯上提供一个或多个部件(例如，收发器13)。
虽然已经描述了各种实施例，但是对于本领域普通技术人员明显的是，在本公开的范围内可以有更多的实施例和实现。因此，除了所附权利要求及其等同物之外，本发明不受限制。关于由上述部件或结构(组件、器件、电路、系统等)执行的各种功能，除非另有说明，否则用于描述这样的部件的术语(包括对“装置”的引用)旨在对应于执行所描述的部件的指定功能(即，功能上等同的)的任何部件或结构，即使不是在结构上等同于执行在本文中所述的本发明的示例性实现中的功能的所公开的结构。
此外，以下权利要求在此并入到详细描述中，其中每个权利要求可以独立地作为单独的示例实施例。尽管每个权利要求可以作为单独的示例实施例独立存在，但应注意，尽管从属权利要求可以在权利要求书中提及与一个或多个其它权利要求的特定组合，但是其它示例实施例也可以包括从属权利要求与每个其他从属或独立要求的技术方案的组合。除非声明不预期特定组合，否则在本文中提出这样的组合。此外，也旨在将一项权利要求的特征包括到任何其它独立权利要求中，即使这个权利要求不直接取决于独立权利要求。
还应注意，说明书或权利要求中公开的方法可以由具有用于执行这些方法的每个相应动作的装置的设备来实现，反之亦然，其中可以将在所实现的一个或多个设备的上下文中描述的功能或功能串作为方法执行。例如，图4示出了根据一个或多个实施例的估计轮胎的轮胎负荷的方法400的流程图。方法400包括基于传感器数据(例如，轮胎压力传感器数据和加速度传感器数据)生成输入参数(例如，p、D和v)(操作405)，基于传感器数据(例如，轮胎压力传感器数据和温度传感器数据)确定系统模型系数斜率k和偏移d(操作410)，以及通过将输入参数和系统模型系数应用于线性系统模型来计算轮胎的轮胎负荷(操作415)。输入参数的生成和系统模型系数的确定还可以基于轮胎磨损和轮胎信息(例如，轮胎品牌、轮胎尺寸、轮胎材料、轮胎刚度参数、轮胎胎面信息、轮胎季节信息(例如，冬季或夏季轮胎)、以及其它轮胎特性)。
进一步，应理解，说明书或权利要求中公开的多个动作或功能的公开内容可以不被解释为在特定顺序内。因此，除非这样的动作或功能由于技术原因而不可互换，多个动作或功能的公开不会将这些限制于特定顺序。此外，在一些实施例中，单个动作可以包括或可以分成多个子动作。除非明确排除，否则可以包括此类子动作并且是这个单一动作的公开的一部分。
本公开中描述的技术可以至少部分地以硬件、软件、固件或其任何组合来实现。例如，所描述的技术的各个方面可以在一个或多个处理器内实现，包括一个或多个微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)或任何其它等效的集成或分立逻辑电路，以及这些部件的任何组合。术语“处理器”或“处理电路”通常可以指任何前述逻辑电路，单独或与其它逻辑电路组合，或任何其它等效电路。包括硬件的控制单元还可以执行本公开的一种或多种技术。这样的硬件、软件和固件可以在同一设备内或在单独的设备内实现，以支持本公开中描述的各种技术。
尽管已经公开了各种示例性实施例，但是对于本领域技术人员来说明显的是可以进行各种改变和修改，这些改变和修改在不脱离本发明的精神和范围的情况下将实现本文公开的概念的一些优点。对于本领域技术人员显而易见的是，可以适当地替换执行相同功能的其它部件。应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其它实施例并且可以进行结构或逻辑上的改变。应该提到的是，参考特定附图阐释的特征可以与其它附图的特征组合，甚至在未明确提及的那些附图中也是如此。对总体发明构思的这种修改旨在由所附权利要求及其合法等同物涵盖。

Claims (20)

1.一种用于估计轮胎的轮胎负荷的系统，包括：
至少一个压力传感器，被配置为测量所述轮胎的内部空气压力并且生成至少一个轮胎压力信号；
至少一个加速度传感器，被配置为测量所述轮胎的加速度并且生成至少一个轮胎加速度信号；
至少一个温度传感器，被配置为测量所述轮胎的温度并且生成至少一个轮胎温度信号；以及
至少一个处理器，被配置为基于所述至少一个轮胎加速度信号计算接触印迹的持续时间，基于所述至少一个轮胎加速度信号计算车辆速度，基于所述至少一个轮胎压力信号和所述至少一个轮胎温度信号确定至少一个系统模型系数，以及使用线性系统模型来计算所述轮胎的所述轮胎负荷，所述线性系统模型将轮胎压力、所述接触印迹的所述接触时间以及所述车辆速度与所述轮胎的所述轮胎负荷相关联，其中所述线性系统模型进一步包括用于计算所述轮胎的所述轮胎负荷的所述至少一个系统模型系数。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个系统模型系数包括斜率系数。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述至少一个处理器被配置为：基于所述至少一个轮胎加速度信号计算所述轮胎的轮胎磨损，以及基于所述至少一个轮胎压力信号、所述至少一个轮胎温度信号以及所述轮胎的所述轮胎磨损确定所述斜率系数。
4.根据权利要求2所述的系统，其中所述至少一个处理器被配置为：接收所述轮胎的轮胎信息，以及基于所述至少一个轮胎压力信号、所述至少一个轮胎温度信号以及所述轮胎信息确定所述斜率系数。
5.根据权利要求2所述的系统，其中所述至少一个处理器被配置为：基于所述至少一个轮胎加速度信号计算所述轮胎的轮胎磨损，接收所述轮胎的轮胎信息，以及基于所述至少一个轮胎压力信号、所述至少一个轮胎温度信号、所述轮胎的所述轮胎磨损以及所述轮胎信息确定所述斜率系数。
6.根据权利要求5所述的系统，进一步包括：
存储器，被配置为存储所述轮胎信息，其中所述轮胎信息包括轮胎品牌信息、轮胎尺寸信息、轮胎材料信息、轮胎刚度参数、轮胎胎面信息和轮胎季节信息中的至少一项。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个系统模型系数包括偏移系数。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述至少一个处理器被配置为：基于所述至少一个轮胎加速度信号计算所述轮胎的轮胎磨损，以及基于所述至少一个轮胎压力信号、所述至少一个轮胎温度信号以及所述轮胎的所述轮胎磨损确定所述偏移系数。
9.根据权利要求7所述的系统，其中所述至少一个处理器被配置为：接收所述轮胎的轮胎信息，以及基于所述至少一个轮胎压力信号、所述至少一个轮胎温度信号以及所述轮胎信息确定所述偏移系数。
10.根据权利要求7所述的系统，其中所述至少一个处理器被配置为：基于所述至少一个轮胎加速度信号计算所述轮胎的轮胎磨损，接收所述轮胎的轮胎信息，以及基于所述至少一个轮胎压力信号、所述至少一个轮胎温度信号、所述轮胎的所述轮胎磨损以及所述轮胎信息确定所述偏移系数。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个系统模型系数包括斜率系数和偏移系数。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述线性系统模型由以下等式表示：
Fload＝k·p·D·v+d,
其中所述至少一个系统模型系数包括斜率系数k和偏移系数d，并且p是所述轮胎压力，D是所述接触印迹的所述持续时间，v是所述车辆速度，并且Fload是所述轮胎的所述轮胎负荷。
13.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：
存储器，被配置为存储所述轮胎的轮胎直径，
其中所述至少一个处理器被配置为：基于所述至少一个轮胎加速度信号计算所述轮胎的轮胎旋转周期，以及基于所述轮胎旋转周期和所述轮胎直径计算所述车辆速度。
14.一种用于估计轮胎的轮胎负荷的系统，包括：
轮胎压力监测系统(TPMS)传感器模块，包括：
至少一个压力传感器，被配置为测量所述轮胎的内部空气压力并且生成至少一个轮胎压力信号；
至少一个加速度传感器，被配置为测量所述轮胎的加速度并且生成至少一个轮胎加速度信号；
至少一个温度传感器，被配置为测量所述轮胎的温度并且生成至少一个轮胎温度信号；
微控制器，被配置为基于所述至少一个轮胎加速度信号计算接触印迹的持续时间；以及
发送器，电连接到微控制器单元并且被配置为发送轮胎压力、轮胎温度以及所述接触印迹的所述持续时间；以及
车辆电子控制单元(ECU)，被配置为从所述发送器接收所述轮胎压力、所述轮胎温度以及所述接触印迹的所述持续时间，基于所述轮胎压力和所述轮胎温度确定至少一个系统模型系数，以及使用线性系统模型计算所述轮胎的所述轮胎负荷，所述线性系统模型将所述轮胎压力、所述接触印迹的所述持续时间以及车辆速度与所述轮胎的所述轮胎负荷相关联，其中所述线性系统模型进一步包括用于计算所述轮胎的所述轮胎负荷的所述至少一个系统模型系数。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述车辆ECU被配置为计算所述车辆速度。
16.根据权利要求14所述的系统，其中所述微控制器被配置为基于所述至少一个轮胎加速度信号计算所述车辆速度，并且
所述发送器被配置为将所述车辆速度发送到所述车辆ECU。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述TPMS传感器模块进一步包括：
存储器，被配置为存储所述轮胎的轮胎直径，并且
所述微控制器被配置为基于所述至少一个轮胎加速度信号计算所述轮胎的轮胎旋转周期，以及基于所述轮胎旋转周期和所述轮胎直径计算所述车辆速度。
18.根据权利要求14所述的系统，其中所述至少一个系统模型系数包括斜率系数和偏移系数。
19.根据权利要求18所述的系统，其中：
所述微控制器被配置为基于所述至少一个轮胎加速度信号计算所述轮胎的轮胎磨损，并且所述发送器被配置为将所述轮胎的所述轮胎磨损发送到所述车辆ECU，并且
所述车辆ECU被配置为基于所述至少一个轮胎压力信号、所述至少一个轮胎温度信号以及所述轮胎的所述轮胎磨损确定所述斜率系数，以及基于所述至少一个轮胎压力信号、所述至少一个轮胎温度信号、所述轮胎的所述轮胎磨损确定所述偏移系数。
20.根据权利要求14所述的系统，其中所述线性系统模型由以下等式表示：
Fload＝k·p·D·v+d,
其中所述至少一个系统模型系数包括斜率系数k和偏移系数d，并且p是所述轮胎压力，D是所述接触印迹的所述持续时间，v是所述车辆速度，并且Fload是所述轮胎的所述轮胎负荷。
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