CN111033201B - 轮胎载荷估计方法和轮胎载荷估计装置 - Google Patents

轮胎载荷估计方法和轮胎载荷估计装置 Download PDF

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Abstract

轮胎载荷估计装置包括：加速度传感器(11)，其布置在各轮胎上；车辆总重量计算部件(12)；加速度波形提取部件(13)，其根据加速度传感器(11)的输出检测轮胎径向加速度波形；微分加速度波形计算部件(14)，其求出加速度波形的微分加速度波形；峰位置检测部件(15)，其检测微分加速波形的踏入端侧和蹬出端侧的峰位置；接地时间比计算部件(16)，其根据峰位置计算接地时间和转动时间，以计算作为接地时间和转动时间的比的接地时间比；以及载荷估计部件(17)，其根据各轮胎的接地时间比、轮胎最大载荷能力、车辆总重量、以及利用接地时间比的线性函数近似最大载荷能力比率而预先获得的斜率，来估计作用于轮胎的载荷，最大载荷能力比率是利用最大载荷能力对载荷进行标准化而获得的值。

Description

轮胎载荷估计方法和轮胎载荷估计装置
技术领域
本发明涉及用于通过使用布置在轮胎的轮胎胎面的内面侧的加速度传感器的输出信号来估计作用于轮胎的载荷的方法和装置。
背景技术
通常，提出了用于估计在车辆行驶期间作用于轮胎的载荷的方法，其中：在轮胎胎面的内面侧分别布置有用于检测载荷在圆周方向上的变化的多个压电元件和用于检测载荷在宽度方向上的变化的多个压电元件；基于从该载荷在圆周方向上的变化检测到的轮胎圆周方向上的接地长度、以及从该载荷在宽度方向上的变化检测到的轮胎宽度方向上的接地宽度，来计算轮胎的接地面积；测量轮胎的气压；并且根据所测量到的气压和所计算出的接地面积来估计作用于轮胎的载荷(例如，参见专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-218682
发明内容
发明要解决的问题
然而，已存在如下的问题：在专利文献1所述的方法中，由于被配置为检测载荷在圆周方向和宽度方向上的变化，因此需要在各轮胎胎面的内面侧布置多个传感器(压电元件)。另外，在专利文献1中，由于使用接地面积来估计载荷，因此尽管考虑到气压，但载荷估计的精度不够。
本发明是有鉴于传统问题而作出的，并且目的在于提供能够利用较少的传感器来精确地估计作用于轮胎的载荷的方法和装置。
用于解决问题的方案
本发明提供一种轮胎载荷估计方法，用于估计作用于车辆上所安装的轮胎的载荷，所述轮胎载荷估计方法包括以下步骤：根据所述车辆的各轮胎的轮胎胎面的内面侧所布置的各个加速度传感器的输出，来检测各轮胎的轮胎径向加速度波形；计算车辆总重量；对各轮胎的轮胎径向加速度波形求微分，以获得微分加速度波形；根据所述微分加速度波形来计算轮胎的接地时间和转动时间；针对各轮胎，计算作为所述接地时间和所述转动时间之间的比的接地时间比；以及根据所计算出的各轮胎的接地时间比、作为载荷的估计对象的对象轮胎的最大载荷能力、所计算出的车辆总重量、以及通过利用所述接地时间比的线性函数对最大载荷能力比率进行近似而预先获得的斜率，来估计作用于所述对象轮胎的载荷，其中，所述对象轮胎的最大载荷能力比率是通过利用所述对象轮胎的最大载荷能力对作用于所述对象轮胎的载荷进行标准化而获得的值。
本发明还提供一种轮胎载荷估计装置，用于估计作用于车辆上所安装的轮胎的载荷，所述轮胎载荷估计装置包括：加速度传感器，其各自布置在所述车辆的各轮胎的轮胎胎面的内面侧，并且各自被配置为检测各轮胎的轮胎径向加速度；车辆总重量计算部件，用于计算车辆总重量；加速度波形提取部件，用于针对各轮胎，从各个所述加速度传感器的输出信号中提取包括了接地面附近的轮胎径向加速度波形；微分计算部件，用于对所述轮胎径向加速度波形求微分，以获得微分加速度波形；峰位置检测部件，用于检测作为在所述微分加速度波形中出现的两个接地端处的峰位置的、踏入端侧的峰位置和蹬出端侧的峰位置；接地时间计算部件，用于计算作为所述踏入端侧的峰位置和所述蹬出端侧的峰位置之间的间隔的接地时间：转动时间计算部件，用于根据所述轮胎径向加速度波形中的相邻的两个所述踏入端侧的峰位置或相邻的两个所述蹬出端侧的峰位置之间的间隔，来计算作为轮胎转动一周所需的时间的转动时间；接地时间比计算部件，用于针对各轮胎，计算作为所述接地时间和所述转动时间之间的比的接地时间比；以及载荷估计部件，用于根据所计算出的各轮胎的接地时间比、作为载荷的估计对象的对象轮胎的最大载荷能力、所计算出的车辆总重量、以及通过利用所述接地时间比的线性函数对最大载荷能力比率进行近似而预先获得的斜率，来估计作用于所述对象轮胎的载荷，其中，所述对象轮胎的最大载荷能力比率是通过利用所述对象轮胎的最大载荷能力对作用于所述对象轮胎的载荷进行标准化而获得的值。
本发明的发明内容部分并未列举本发明所需的所有特征，并且这些特征的子组合也可以成为本发明。
附图说明
图1是示出根据本发明实施例的轮胎载荷估计装置的结构的图；
图2是示出如何安装加速度传感器和车辆总重量计算部件的示例的图；
图3是示出加速度波形和微分加速度波形的示例的图；
图4是示出微分加速度波形、接地时间和转动时间之间的关系的图；
图5是示出根据本实施例的轮胎载荷估计方法的流程图；
图6是示出接地时间比和载荷之间的关系的图；以及
图7是示出接地时间比和最大载荷能力比率之间的关系的图。
具体实施方式
实施例
图1是示出根据本发明实施例的轮胎载荷估计装置10的结构的框图。在图1中，附图标记11(101～112)表示加速度传感器，附图标记12表示车辆总重量计算部件，附图标记13表示加速度波形提取装置，附图标记14表示微分加速度波形计算部件，附图标记15表示峰位置计算部件，附图标记16表示接地时间比计算部件，并且附图标记17表示载荷估计部件。
加速度传感器101～112和车辆总重量计算部件12构成传感器单元10A，并且从加速度波形提取部件13至载荷估计部件17的各个部件构成计算单元10B。
加速度波形提取部件13至载荷估计部件17各自例如由计算机软件和诸如随机存取存储器(RAM)等的存储装置构成，并且布置在未示出的车体侧。
在本实施例中，如图2的(a)所示，关于要安装在车辆1上的轮胎的数量n是12个的情况来给出说明。
如图2的(a)和(b)所示，加速度传感器11布置在车辆1的轮胎T(T1～T12)各自的内衬层部2上的、由CL表示的轮胎宽度方向上的中心部处，以使得检测方向变为轮胎径向，由此检测作用于轮胎胎面3的中心部4的内面的轮胎径向加速度。
作为车辆总重量计算部件12，可以使用众所周知的车辆总重量计算部件，也就是说，例如，包括了布置在车轴1a～1d上的重量检测单元12a～12d、以及用于基于重量检测单元12a～12d的输出来计算车辆1的总重量的车辆总重量计算单元12M的车辆总重量计算部件等。
顺便提及，在本实施例中，前侧的四(4)个轮胎T1～T4是从动轮，并且后侧的八(8)个轮胎T5～T12是驱动轮。
加速度波形提取部件13针对各轮胎Tk(k＝1～12)，在从各个加速度传感器101～112输出的轮胎径向加速度信号中提取作为轮胎径向加速度的时间序列波形的轮胎径向加速度波形(以下称为“加速度波形”)。
微分加速度波形计算部件14对加速度波形提取部件13所提取的加速度波形进行时间微分，以获得微分加速度波形。
图3的(a)示出加速度传感器11所检测到的轮胎径向加速度波形的示例，其中：横轴表示时间[sec]，并且纵轴表示加速度的大小[G]。在加速度波形中，加速度的大小在如下的两个接地端处变为零(0)，这两个接地端是由图3的(a)的左侧的黑色圆示出的踏入侧的接地端(以下称为“踏入端Ef”)、以及由图3的(a)的右侧的黑色圆示出的蹬出侧的接地端(以下称为“蹬出端Ek”)。
图3的(b)示出通过对图3的(a)所示的加速度波形求微分所获得的微分加速度波形，其中：横轴表示时间[sec]，并且纵轴表示微分加速度的大小[G/sec]。如图3的(b)所示，在微分加速度波形中，在踏入端Ef和蹬出端Ek出现大的峰。
轮胎的接地时间Tc是作为加速度波形的过零点的踏入端Ef的位置和蹬出端Ek的位置之间的时间间隔。然而，由于难以精确地计算过零点之间的间隔，因此在本实施例中，将作为微分加速度波形中的两个峰位置的踏入侧的峰位置和蹬出侧的峰位置之间的时间间隔定义为接地时间Tc。
另外，在本实施例中，如图4所示，由于除了计算接地时间Tc之外、还计算转动时间Tr，因此期望获得轮胎的至少两次转动的微分加速度波形(实际上，检测到至少两个踏入侧的峰位置或至少两个蹬出侧的峰位置就足够了)。
接地时间比计算部件16包括接地时间计算部16a、转动时间计算部16b和接地时间比计算部16c，并且计算各轮胎Tk的接地时间比CTRk＝Tck/Trk。
更具体地，接地时间计算部16a计算在图4所示的微分加速度波形中出现的踏入侧的峰位置和蹬出侧的峰位置之间的时间间隔，并且将所计算出的时间间隔作为接地时间Tck发送至接地时间比计算部16c。
转动时间计算部16b计算在时间上相邻的踏入侧的两个峰之间的时间间隔或在时间上相邻的蹬出侧的两个峰之间的时间间隔，并且将所计算出的时间间隔作为转动时间Trk发送至接地时间比计算部16c。
接地时间比计算部16c通过使用所计算出的接地时间Tck和所计算出的转动时间Trk来计算接地时间比CTRk＝Tck/Trk，并且将所计算出的接地时间比发送至载荷估计部件17。
针对各轮胎Tk计算接地时间Tck、转动时间Trk和接地时间比CTRk。
载荷估计部件17根据接地时间比计算部件16所计算出的各轮胎Tk的接地时间比CTRk、作为载荷wk的估计对象的对象轮胎(轮胎Tk)的最大载荷能力M、车辆总重量计算部件12所计算出的车辆总重量W、以及预先获得的最大载荷能力比率Mk[％]＝wk/M相对于接地时间比CTRk的变化率a，通过使用以下的公式(1)和(2)来估计作用于轮胎Tk的载荷wk。
Mk[％]＝(wk/M)×100＝a×CTRk+b (1)
W＝w1+w2+......+wn (2)
顺便提及，上述的a是通过利用线性函数a×CTRk+b对Mk[％]进行近似而获得的斜率，该斜率a连同由轮胎尺寸确定的最大载荷能力M一起存储在载荷估计部件17的未示出的存储器中。
最大载荷能力比率Mk[％]是通过利用轮胎Tk的最大载荷能力M对作用于轮胎Tk的载荷wk进行标准化所获得的值。
接着，将参考图5的流程图来说明用于通过使用轮胎载荷估计装置10来估计作用于轮胎1的载荷的方法。
首先，由车辆1的各个轮胎T1～T12上所安装的各个加速度传感器101～112检测连同轮胎胎面3的变形一起变形的内衬层部2的内面上的轮胎径向加速度；由车辆总重量计算部件12计算车辆1的总重量；并且将所检测到的轮胎径向加速度的数据和所计算出的车辆1的总重量从发送器7发送至车体侧所布置的计算单元10B(步骤S11)。
然后，由计算单元10B在从加速度传感器101～112连续地输出的、表示作用于轮胎胎面3的轮胎径向加速度的大小的信号中提取加速度波形(步骤S12)。
然后，在对所提取的加速度波形进行时间微分以获得微分加速度波形之后，从该微分加速度波形中检测踏入端Ef侧的峰位置、蹬出端Ek侧的峰位置、以及在轮胎转动一圈之后的蹬出端Ek侧的峰位置(步骤S13)。
然后，根据踏入端Ef侧的峰位置和蹬出端Ek侧的峰位置之间的时间间隔来计算接地时间Tck，并且根据相邻的两个蹬出端Ek侧的峰位置之间的时间间隔来计算转动时间Trk(步骤S14)。然后，针对轮胎Tk(k＝1～12)计算作为接地时间Tck和转动时间Trk之间的比的接地时间比CTRk＝Tck/Trk(步骤S15)。
图6示出表示各种轮胎尺寸的接地时间比CTRk和载荷wk之间的关系的映射。所使用的轮胎的尺寸包括轮辋直径为17.5英寸、19.5英寸、22.5英寸和24.5英寸、以及扁平率为90、80、75、70、65和50。
如图6所示，接地时间比CTRk和载荷wk具有基本上线性的关系。换句话说，可以通过由以下的公式(3)表示的近似表达式来表示接地时间比CTRk和载荷wk。
wk＝mk×CTRk+ck (3)
因此，通过预先针对各轮胎尺寸创建通过近似表达式(3)可以表示的映射，并且根据该映射和所计算出的接地时间比CTRk，可以估计出轮胎Tk的载荷wk。
然而，为了实现这一点，需要针对各轮胎尺寸创建表示接地时间比CTRk和载荷wk之间的关系的映射。
因此，代替载荷wk，通过使用最大载荷能力比率Mk[％]＝(wk/Mk)×100(其是通过利用作为由载荷指数确定的已知轮胎信息的最大载荷能力Mk对作用于对象轮胎Tk的载荷wk进行标准化所获得的值)，将图6所示的接地时间比CTR和实际载荷w之间的关系校正为如图7所示的、接地时间比CTR和最大载荷能力比率Mk[％]之间的关系。
如图7所示，由于不论轮胎尺寸如何、最大载荷能力比率Mk[％]相对于接地时间比CTR的斜率a都是恒定的，因此可以将最大载荷能力比率Mk[％]转换成以下的公式(1)所示的近似表达式(线性函数的表达式)。
Mk[％]＝(wk/M)×100＝a×CTRk+b (1)
在公式(1)中，斜率a是不依赖于轮胎尺寸的值，并且如后面所述，可以根据最大载荷能力M、车辆总重量W、斜率a和步骤S15中所计算出的接地时间比CTR1～CTR12来获得截距b。
在步骤S16中，根据表示接地时间比CTRk和最大载荷能力比率Mk[％]之间的关系的近似表达式中的斜率a、公式(1)、以及表示载荷wk的总和与车辆总重量W之间的关系的以下的公式(2)，来获得截距b。
W＝w1+w2+......+wn (2)
具体地，公式(1)变形为如下，并且被代入公式(2)。
wk＝/(M/100)·(a×CTRk+b) (1)’
由于轮胎T的总数是n＝12个，因此如下。
W＝(M/100)·{a×(CTR1+CTR2+......+CTR12)+12b} (2)’
最大载荷能力M和斜率a是已知的，车辆总重量W是车辆总重量计算部件12所计算出的值，并且接地时间比CTR1～CTR12是根据加速度传感器101～112的输出所计算出的值。因此，可以从公式(2)’获得截距b。
在步骤S17中，返回到上述的公式(1)，根据斜率a、截距b和步骤S15中所获得的接地时间比CTRk来估计作用于轮胎Tk的载荷wk。
因而，可以在不预先创建表示接地时间比CTRk和载荷wk之间的关系的映射的情况下，估计出作用于对象轮胎Tk上的载荷wk。
顺便提及，作为载荷wk的估计对象的轮胎Tk可以仅是从动轮(轮胎T1～T4)，或者可以仅是驱动轮(轮胎T5～T12)。此外，可以仅估计出特定轮胎Tk的载荷wk，或者可以估计出所有轮胎Tk的载荷wk。
顺便提及，在上述实施例中，轮胎T的数量是12个，然而，无需说明，如乘用车的情况那样，本发明可以应用于轮胎T的数量是四(4)个的车辆。
总之，也可以如下描述本发明。也就是说，本发明提供一种轮胎载荷估计方法，用于估计作用于车辆上所安装的轮胎的载荷，所述轮胎载荷估计方法包括以下步骤：根据所述车辆的各轮胎的轮胎胎面的内面侧所布置的各个加速度传感器的输出，来检测各轮胎的轮胎径向加速度波形；计算车辆总重量；对各轮胎的轮胎径向加速度波形求微分，以获得微分加速度波形；根据所述微分加速度波形来计算轮胎的接地时间和转动时间；针对各轮胎，计算作为所述接地时间和所述转动时间之间的比的接地时间比；以及根据所计算出的各轮胎的接地时间比、作为载荷的估计对象的对象轮胎的最大载荷能力、所计算出的车辆总重量、以及通过利用所述接地时间比的线性函数对最大载荷能力比率进行近似而预先获得的斜率，来估计作用于所述对象轮胎的载荷，其中，所述对象轮胎的最大载荷能力比率是通过利用所述对象轮胎的最大载荷能力对作用于所述对象轮胎的载荷进行标准化而获得的值。
利用上述结构，可以利用较少的传感器来精确地估计出作用于轮胎的载荷，并且可以在无需创建反映接地时间比和载荷之间的关系的映射的情况下估计出作用于轮胎载荷。
另外，在估计载荷的步骤中，由于通过使用以下的公式(1)和(2)来获得作用于对象轮胎Tk的载荷wk，因此可以精确地估计出作用于对象轮胎Tk的载荷wk，其中：n是轮胎的总数，Mk[％]是对象轮胎Tk的最大载荷能力比率，CTRk是轮胎Tk的接地时间比，并且W是车辆总重量。
Mk[％]＝(wk/M)×100＝a×CTRk+b (1)
W＝w1+w2+......+wn (2)
M：对象轮胎Tk的最大载荷能力
此外，本发明提供一种轮胎载荷估计装置，用于估计作用于车辆上所安装的轮胎的载荷，所述轮胎载荷估计装置包括：加速度传感器，其各自布置在所述车辆的各轮胎的轮胎胎面的内面侧，并且各自被配置为检测各轮胎的轮胎径向加速度；车辆总重量计算部件，用于计算车辆总重量；加速度波形提取部件，用于针对各轮胎，从各个所述加速度传感器的输出信号中提取包括了接地面附近的轮胎径向加速度波形；微分计算部件，用于对所述轮胎径向加速度波形求微分，以获得微分加速度波形；峰位置检测部件，用于检测作为在所述微分加速度波形中出现的两个接地端处的峰位置的、踏入端侧的峰位置和蹬出端侧的峰位置；接地时间计算部件，用于计算作为所述踏入端侧的峰位置和所述蹬出端侧的峰位置之间的间隔的接地时间：转动时间计算部件，用于根据所述轮胎径向加速度波形中的相邻的两个所述踏入端侧的峰位置或相邻的两个所述蹬出端侧的峰位置之间的间隔，来计算作为轮胎转动一周所需的时间的转动时间；接地时间比计算部件，用于针对各轮胎，计算作为所述接地时间和所述转动时间之间的比的接地时间比；以及载荷估计部件，用于根据所计算出的各轮胎的接地时间比、作为载荷的估计对象的对象轮胎的最大载荷能力、所计算出的车辆总重量、以及通过利用所述接地时间比的线性函数对最大载荷能力比率进行近似而预先获得的斜率，来估计作用于所述对象轮胎的载荷，其中，所述对象轮胎的最大载荷能力比率是通过利用所述对象轮胎的最大载荷能力对作用于所述对象轮胎的载荷进行标准化而获得的值。
通过采用上述结构，可以实现精度高的轮胎载荷估计装置。
附图标记说明
1：轮胎、2：内衬层部、3：轮胎胎面、
4：中心部、5：轮辋、6：轮胎气室、7：发送器、
10：轮胎载荷估计装置、10A：传感器单元、10B：计算单元、
11：加速度传感器、12：车辆总重量计算部件、
13：加速度波形提取部件、14：微分加速度波形计算部件、
15：峰位置计算部件、16：接地时间比计算部件、
16a：接地时间计算部、16b：转动时间计算部、
16c：接地时间比计算部、17：载荷估计部件。

Claims (3)

1.一种轮胎载荷估计方法，用于估计作用于车辆上所安装的轮胎的载荷，所述轮胎载荷估计方法包括以下步骤：
根据所述车辆的各轮胎的轮胎胎面的内面侧所布置的各个加速度传感器的输出，来检测各轮胎的轮胎径向加速度波形；
计算车辆总重量；
对各轮胎的轮胎径向加速度波形求微分，以获得微分加速度波形；
根据所述微分加速度波形来计算轮胎的接地时间和转动时间；
针对各轮胎，计算作为所述接地时间和所述转动时间之间的比的接地时间比；以及
根据所计算出的各轮胎的接地时间比、作为载荷的估计对象的对象轮胎的最大载荷能力、所计算出的车辆总重量、以及通过利用所述接地时间比的线性函数对最大载荷能力比率进行近似而预先获得的斜率，来估计作用于所述对象轮胎的载荷，
其中，所述对象轮胎的最大载荷能力比率是通过利用所述对象轮胎的最大载荷能力对作用于所述对象轮胎的载荷进行标准化而获得的值。
2.根据权利要求1所述的轮胎载荷估计方法，其中，在估计所述载荷的步骤中，在轮胎的总数是n个的情况下，从以下的公式(1)和公式(2)获得作用于所述对象轮胎Tk的载荷wk，所述公式(1)表示所述对象轮胎Tk的最大载荷能力比率Mk[％]和所述对象轮胎Tk的接地时间比CTRk之间的关系，以及所述公式(2)表示所述载荷wk的总和与所述车辆总重量W之间的关系，
Mk[％]＝(wk/M)×100＝a×CTRk+b (1)
W＝w1+w2+......+wn (2)
a：通过利用线性函数a×CTRk+b对Mk[％]进行近似而获得的斜率
M：所述对象轮胎Tk的最大载荷能力。
3.一种轮胎载荷估计装置，用于估计作用于车辆上所安装的轮胎的载荷，所述轮胎载荷估计装置包括：
加速度传感器，其各自布置在所述车辆的各轮胎的轮胎胎面的内面侧，并且各自被配置为检测各轮胎的轮胎径向加速度；
车辆总重量计算部件，用于计算车辆总重量；
加速度波形提取部件，用于针对各轮胎，从各个所述加速度传感器的输出信号中提取包括了接地面附近的轮胎径向加速度波形；
微分计算部件，用于对所述轮胎径向加速度波形求微分，以获得微分加速度波形；
峰位置检测部件，用于检测作为在所述微分加速度波形中出现的两个接地端处的峰位置的踏入端侧的峰位置和蹬出端侧的峰位置；
接地时间计算部件，用于计算作为所述踏入端侧的峰位置和所述蹬出端侧的峰位置之间的间隔的接地时间：
转动时间计算部件，用于根据所述轮胎径向加速度波形中的相邻的两个所述踏入端侧的峰位置或相邻的两个所述蹬出端侧的峰位置之间的间隔，来计算作为轮胎转动一周所需的时间的转动时间；
接地时间比计算部件，用于针对各轮胎，计算作为所述接地时间和所述转动时间之间的比的接地时间比；以及
载荷估计部件，用于根据所计算出的各轮胎的接地时间比、作为载荷的估计对象的对象轮胎的最大载荷能力、所计算出的车辆总重量、以及通过利用所述接地时间比的线性函数对最大载荷能力比率进行近似而预先获得的斜率，来估计作用于所述对象轮胎的载荷，
其中，所述对象轮胎的最大载荷能力比率是通过利用所述对象轮胎的最大载荷能力对作用于所述对象轮胎的载荷进行标准化而获得的值。
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