CN112304645B - 用于从滚动车轮中的传感器模块提取信息的检测系统和和检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了轮胎印迹检测。用于从滚动车轮中的传感器模块提取信息的检测系统。该检测系统包括：传感器模块，该传感器模块包括适于在被安装在车轮的轮胎中或被安装在车轮的轮胎的内表面上时感测轮胎的物理属性的传感器；采集模块，该采集模块适于对来自传感器模块的信号进行采样，从而获得数据样本序列；相关性模块，该相关性模块适于将有符号参考序列与数据样本序列进行互相关，从而获得相关性序列；提取模块，该提取模块适于标识相关性序列中的至少一个扰动，其中，当轮胎的、安装了传感器之处的部分撞击地面从而形成轮胎印迹时引入扰动。

Description

用于从滚动车轮中的传感器模块提取信息的检测系统和和检测方法

技术领域

本发明涉及可安装在车辆轮胎中的传感器设备的领域。更具体地，它涉及适于从轮胎中的或轮胎的内表面上的传感器模块提取信息的检测系统和方法。

背景技术

轮胎安装型传感器被安装在轮胎内部或轮胎的内表面上。图1中示意性地图示了其中安装了传感器110的轮胎200的示例。传感器被安装在轮胎200的特定位置。在该位置是轮胎200与道路表面300之间的接触印迹205的部分或是正与轮胎200与道路表面300之间的接触印迹205相邻的时间段期间，由轮胎安装型传感器生成的信号中将发生扰动。

该扰动可揭示轮胎的若干属性，诸如，例如轮胎被安装在其上的车轮上的载荷和轮胎的转速。然而，来自传感器的信号的噪声可能使从传感器信号中提取信息显著地复杂化。

因此，需要适于从滚动车轮中的传感器模块提取信息的系统和方法。

发明内容

本发明的实施例的目的是提供用于从滚动车轮中的传感器模块提取信息的良好系统和方法。

以上目标由根据本发明的方法和设备来实现。

在第一方面，本发明的实施例涉及用于从滚动车轮中的传感器模块提取信息的检测系统。该检测系统包括：

-传感器模块，该传感器模块包括传感器，该传感器适于在被安装在车轮的轮胎中或被安装在车轮的轮胎的内表面上时感测轮胎的物理属性，

-采集模块，该采集模块适于对来自传感器模块的信号进行采样，从而获得数据样本序列，

-相关性模块，该相关性模块适于将有符号参考序列与数据样本序列进行互相关，从而获得相关性序列，

-提取模块，该提取模块适于标识相关性序列中的至少一个扰动，其中，当轮胎的、安装了所述传感器之处的部分撞击地面从而形成轮胎印迹时，引起扰动。

根据本发明的实施例的检测系统的优点在于它们对噪声是稳健的。这是通过将数据样本序列与有符号参考序列进行互相关来实现的。有符号参考序列例如可以是有符号阶跃函数。

根据本发明的实施例的检测系统的优点在于它们对残余振荡是稳健的。

在本发明的实施例中，不是直接处理经采样的数据，而是首先将数据与有符号参考序列进行互相关。这是有利的，因为存在于经采样的数据中的信号偏移不存在于相关性序列中。因此，本发明的实施例的优点在于，确定信号中是否存在感兴趣的特征是简单的。

由于在根据本发明的实施例的检测系统中仅要求简单的数学操作，因此与要求更复杂数学操作的检测系统相比，这将导致降低的功耗。因此，可以获得低功率检测系统。

在本发明的实施例中，提取模块还可适于从至少一个扰动获得滚动车轮的至少一个属性。

在本发明的实施例中，有符号参考序列是长度为2N的有限参考序列，其中N是大于0的自然数。

在本发明的实施例中，例如，互相关可以被实现为加法和减法的序列。例如，通过将前N个样本进行相加，然后将后N个样本进行相减。这是有利的，这可以使用简单的低功率处理器来完成。所获得的结果可以被标准化。然而，这不是要求的。

在本发明的实施例中，相关性模块适于动态地调整有符号参考序列的长度。

在本发明的实施例中，相关性模块适于通过将相关性序列的元素除以N的整数倍来对相关性序列进行标准化。

在本发明的实施例中，有符号参考序列是有符号阶跃函数，该有符号阶跃函数包括具有第一符号的第一数据序列和具有与第一符号相反的第二符号的第二数据序列。

在本发明的一些实施例中，不同于零的参考序列的样本的绝对值可以是恒定的或者可以是变化的(将不同的权重赋予不同的数据样本)。

在本发明的实施例中，相关性序列中的一个或多个扰动通过将相关性序列与扰动的表征特征进行比较来标识。

在本发明的实施例中，至少一个预定义的阈值被用作表征特征。

在本发明的实施例中，正阈值和/或负阈值可以被用作特征。

在本发明的实施例中，滚动车轮的至少一个属性是一个或多个扰动中的样本数量。

在本发明的实施例中，滚动车轮的至少一个属性是一个或多个扰动的幅度。

在本发明的实施例中，滚动车轮的至少一个属性是一个或多个扰动的持续时间。

例如，该持续时间可以用时间或样本数量来表达。

在本发明的实施例中，检测系统还包括适于传输一个或多个扰动或这一个或多个扰动的经处理的版本的通信模块。

在本发明的实施例中，传感器是加速度传感器。

加速度传感器例如可以是切向加速度传感器或法向加速度传感器。

在本发明的实施例中，提取模块适于获得滚动车轮上的载荷的度量。

在第二方面，本发明的实施例涉及用于从滚动车轮中的传感器模块提取信息的方法。该方法包括：

-当被安装在车轮的轮胎中或被安装在轮胎的内表面上时，感测轮胎的物理属性，

-对来自传感器模块的信号进行采样，从而获得数据样本序列，

-将有符号参考序列与数据样本序列进行互相关，从而获得相关性序列，

-标识在相关性序列中的至少一个扰动，其中，当轮胎的、安装了传感器之处的部分撞击地面从而形成轮胎印迹时，引起扰动。

本发明的特定方面和优选方面在所附独立权利要求和从属权利要求中阐述。来自从属权利要求的特征可在适当时与独立权利要求的特征以及其他从属权利要求的特征组合，而不仅仅是在这些权利要求中明确地阐述的。

根据此后所描述的(多个)实施例，本发明的这些方面和其他方面将是显而易见的，并且参考这些实施例阐明了本发明的这些方面和其他方面。

附图说明

图1示出其中安装了传感器的轮胎的示意图。

图2示出因变于时间的法向加速度信号上的接触印迹引起的扰动的示图。

图3示出根据本发明的实施例的检测系统的示意图。

图4示出根据本发明的实施例的示例性检测系统，该示例性检测系统适于检测扰动的存在，并适于获得扰动的宽度的度量和扰动的幅度的度量。

图5示出根据本发明的实施例的可与数据样本序列互相关以获得相关性序列的有符号阶跃函数。

图6示出根据本发明的实施例的因变于样本索引的法向加速度以及与因变于样本索引的法向加速度的有符号阶跃相关性。

图7示出根据本发明的实施例的因变于样本索引的切向加速度以及与因变于样本索引的切向加速度的有符号阶跃相关性。

图8示出根据本发明的实施例的针对车辆的不同速度的相关性序列中的扰动的宽度。

图9示出根据本发明的实施例的针对车辆的不同速度的相关性序列中的扰动的幅度。

图10图示了有符号阶跃函数的长度对相关性序列的影响，其中使用根据本发明的实施例的方法或系统获得相关性序列。

图11示出利用根据本发明的实施例的检测系统所测得的针对道路上车辆的不同速度的相关性序列中的扰动的幅度。

图12示出根据本发明的实施例的针对车辆的不同垂直载荷的相关性序列中的扰动的宽度。

图13示出了适于测量加速度的法向分量的传感器的数据样本的迹线，其中每条迹线与车轮上的不同载荷相对应。

图14示出了适于测量加速度的切向分量的传感器的数据样本的迹线，其中每条迹线与车轮上的不同载荷相对应。

图15示出了包括根据本发明的实施例的方法的不同步骤的流程图。

权利要求书中的任何附图标记不应被解释为限制范围。在不同的附图中，相同的附图标记指代相同或相似的要素。

具体实施方式

将就具体实施例并且参考特定附图来描述本发明，但是本发明不限于此而仅由权利要求书来限定。所描述的附图仅是示意性的并且是非限制性的。在附图中，出于解说目的，要素中的一些要素的尺寸可被放大且没有按比例绘制。尺度和相对尺度并不与对本发明的实践的真实缩小相对应。

应注意，权利要求中使用的术语“包括”不应被解释为限制于其后列出的手段；它并不排除其他要素或步骤。因此，该术语应被解释为指定如所提到的所陈述的特征、整数、步骤或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤或组件、或其群组的存在或添加。因此，表述“一种包括装置A和B的设备”的范围不应当被限定于仅由组件A和B构成的设备。这意味着对于本发明，设备的仅有的相关组件是A和B。

贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意指结合该实施例描述的特定的特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”贯穿本说明书在各个地方的出现并不一定全部是指同一实施例，但是可以指同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，如通过本公开将对本领域普通技术人员显而易见的，特定的特征、结构或特性能以任何合适的方式进行组合。

类似地，应当领会，在本发明的示例性实施例的描述中，出于精简本公开和辅助对各个发明性方面中的一个或多个的理解的目的，本发明的各个特征有时一起被编组在单个实施例、附图或其描述中。然而，此种公开方法不应被解释为反映要求保护的本发明要求比每项权利要求中明确记载的特征更多的特征的意图。相反，如所附权利要求所反映，发明性方面在于比单个前述公开的实施例的全部特征更少的特征。因此，具体实施方式所附的权利要求由此被明确并入到该具体实施方式中，其中每一项权利要求本身代表本发明的单独实施例。

此外，如将由本领域技术人员所理解，尽管本文中所描述的一些实施例包括其他实施例中所包括的一些特征但不包括其他实施例中所包括的其他特征，但是不同实施例的特征的组合旨在处于本发明的范围内，并且形成不同实施例。例如，在所附权利要求中，任何要求保护的实施例均可以以任何组合来使用。

在本文中所提供的描述中，阐述了众多具体细节。然而，应当理解，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例。在其他实例中，公知的方法、结构和技术未被详细示出，以免混淆对本描述的理解。

在第一方面，本发明的实施例涉及用于从滚动车轮中的传感器模块提取信息的检测系统190。

图3图示了包括此类检测系统的不同模块的示意图。根据本发明的实施例的检测系统190包括传感器模块100，该传感器模块100包括传感器110，该传感器110适于在被安装在车轮的轮胎中或被安装在轮胎的内表面上时感测轮胎的物理属性。

当此类传感器模块100被安装在轮胎内部时，它将与轮胎一起旋转。轮胎与地面之间的接触导致轮胎的变形。该变形导致由传感器110测得的轮胎的物理属性的附加改变。因此，扰动将存在于来自传感器的数据中。该扰动是由传感器附近的接触印迹引起的。在该接触印迹时段期间采集传感器数据也称为接触印迹采集。图2中示出了此类扰动的示例。它显示了由适于测量法向加速度信号(沿图1中的Z轴)的加速度传感器生成的扰动。扰动的幅度以时间的函数示出。扰动具有从第一最大值到最小值的下降沿和从最小值到第二最大值的上升沿。下降沿的阈值越过与上升沿的阈值越过之间的持续时间等于t_印迹。然而，本发明不限于此。在一些实施例中，第一最大值与第二最大值之间的持续时间等于t_印迹。在所有情况下，它都应当是脉冲宽度的度量。在该示例中，扰动的深度a_印迹被测量为最小值与扰动外部的信号值之间的差。在另一个示例中，它可以是扰动的最大值与最小值之间的差。有用的信息主要存在于扰动中。

此外，检测系统190包括适于对来自传感器模块的信号进行采样的采集模块120，从而获得数据样本序列。在本发明的实施例中，可以使用模数转换器(ADC)来执行数据的采集。该ADC将来自传感器的模拟信号转换为数字化数据。采样率可以例如被包括在1kHz与20kHz之间，例如在5kHz与15kHz之间。

此外，检测系统190包括相关性模块125，该相关性模块125适于将简单的有符号参考序列(诸如，有符号阶跃函数)与数据样本序列进行互相关，从而获得相关性序列。有符号参考序列包括具有第一符号的第一数据序列和具有与第一符号相反的第二符号的第二数据序列。数据的绝对值可以是恒定的。数据可以与不同于1的加权因子相乘。加权因子可以是恒定的，或其也可以根据数据索引而变化。可在软件或硬件中实现有符号参考序列与数据样本序列的互相关。

此外，检测系统190包括提取模块128，该提取模块128适于标识相关性序列中的至少一个扰动，其中，当轮胎的、安装了传感器之处的部分撞到地面从而形成轮胎印迹时，引起扰动。从该至少一个扰动可以导出滚动车轮的一个或多个属性。该标识可以通过将相关性序列与扰动的至少一个表征特征(也称为印迹签名)进行比较来完成。至少一个表征特征可以是预定义的，或者可以应变于轮胎的速度而适配。在本发明的实施例中，扰动的至少一个表征特征包括扰动的前沿条件和/或后沿条件。扰动的其他特征(诸如，例如峰值)可被用于识别相关性序列中的扰动。

在本发明的实施例中，提取模块128可适于从相关性序列获得滚动车轮的至少一个属性。例如，可以获得印迹宽度和/或深度。

在本发明的实施例中，传感器模块100可以例如包括至少一个传感器110，该传感器110是加速度传感器。加速度传感器可以对垂直于其轨迹(沿图1中的z轴)的加速度分量或与其轨迹相切(沿图1中的x轴)的加速度分量或这两者的组合敏感。传感器在所谓的轮胎印迹区域附近和接触处遇到的加速度。印迹区域与轮胎的、在其处该轮胎与道路接触的小部分相对应。在该位置处，通过轮胎自身弹性和车辆重量施加在轮胎上的垂直力的组合效果，附接至轮胎的传感器的轨迹偏离完美的圆周运动，从而导致传感器加速度分量的变化。这些变化可用于检测印迹位置并提取诸如印迹宽度、高度等之类的属性。最终，这些属性可用在各种算法中，例如用于计算由车辆施加在轮胎上的载荷。本发明不限于加速度传感器。也可以使用测量不同物理属性的其他传感器，诸如，超声传感器、压电传感器、光学传感器、磁传感器、变形传感器、或冲击传感器。此外，可以组合不同的传感器。

有利的是，可以以稳健的方式确定车轮的至少一个扰动和至少一个属性。因此，原因在于处理相关性序列而不是直接处理数据样本序列。稳健性可以针对以下问题来获得：偏移、噪声、残余振荡。这由图6图示，根据本发明的实施例，图6的顶部图表示出了因变于样本索引的法向加速度，而图6的底部图表示出了因变于样本索引的有符号阶跃相关性。

本发明的实施例的优点在于，可以存在于传感器的数据样本中的偏移不存在于相关性序列中。此类偏移会影响对扰动的检测阈值的选择。在该情况下，可能要求根据传感器偏移动态地调整这些阈值，或者可能要求传感器执行偏移补偿的额外步骤。

此外，传感器的数据样本上可能存在噪声，这影响阈值越过时刻的准确性。对信号进行滤波(例如，利用简单移动平均或指数移动平均)会同时使要被检测的信号特征(边缘)和噪声两者衰减。

传感器的数据信号中的残余振荡可能导致若干快速连续的阈值越过。此类振荡通常在轮胎法向加速度信号中被观察到(例如，参见图6的顶部图表)。

对信号进行简单的低通滤波并不真正适于解决该问题，因为它既使噪声和信号两者衰减，同时又将额外的相移添加到信号。此外，鉴于噪声信号，在图6的顶部图表中所示的数据样本序列获得扰动的幅度是不明显的。

为了获得图6的示例，使用的轮胎类型为225/45R17。车辆的速度为30km/h，并且有符号阶跃函数的长度为2N，其中N＝16。然而，本发明不限于此，并且可以使用其他参数。从相关性序列获得印迹宽度属性和印迹深度属性。在该示例中，印迹宽度与扰动的最小值与最大值之间的样本数量相对应。它等于37。在该示例中，印迹深度与扰动期间的互相关性的最大值与最小值之间的差相对应。它等于268.19。所使用的设置是鼓轮(drum)设置。在此类设置中，(与车轮相比)大的圆形的鼓轮对安装在轮辋上的轮胎施加一定的力。通过旋转鼓轮，轮胎抵靠(道路)表面的运动被复制。

图4中示意性地绘制了根据本发明的实施例的示例性检测系统190。检测系统190包括传感器模块100。传感器模块可以被安装在轮胎中(传感器模块可以是包覆模制的)，或者安装在轮胎的内表面上。例如，它可以包括法向加速度传感器。

传感器模块100的数据样本a被用作采集模块120的输入。使用连续测得的数据样本(例如，法向加速度样本)，可以计算有符号阶跃互相关性信号S(n)的连续样本。这由相关性模块125完成。提取模块128适于标识相关性序列中的至少一个扰动。在该示例中，提取模块输出扰动是否被检测到128a，并输出扰动的宽度128b和扰动的幅度128c。

下面的等式描述了根据本发明的示例性实施例，如何可从所测得的数据样本a和带参数N的有符号参考序列y计算有符号阶跃互相关性值S(n)。

在该等式中，函数N是大于0的自然数，并且y是阶跃函数。在本发明的实施例中，N可以等于1或更大。在本发明的一些实施例中，N的最小值为2。

阶跃函数y可以例如用以下公式来描述。

与

相反。

在本发明的一些实施例中，对于那些y(m)，对于0≤m＜N的y(m)的符号与对于N≤m＜2N的y(m)的符号相反，其中y(m)不同于0。

对于0≤m＜N的sign(y(m))与对于N≤m＜2N的sign(y(m))的-1相反

在本发明的一些实施例中，对于有符号参考序列y(m)中的一个或多个样本，y＝0。例如，对于0≤m≤N-k1和对于N+k2≤m＜2N，有符号参考序列y(m)可以不同于零；并且对于N-k1＜m＜N+k2，有符号参考序列y(m)可以等于零，其中k1和k2是不为零的自然数(例如，它们可以相等)。

在本发明的一些实施例中，不同于零的y(m)的样本的绝对值可以是恒定的或者可以是变化的(将不同的权重赋予不同的数据样本)。在本发明的一些实施例中，

在该示例中，阶跃函数是有限有符号阶跃序列信号。示例性阶跃函数在图5中示出。参数N定义了符号阶跃信号的长度，该长度等于2N。相关性序列与加速度信号与符号阶跃信号的互相关性相对应。应注意，相关性序列也可以被看作是在时间上被N个样本延迟的两个N样本移动平均值之间的差。在本发明的实施例中，相关性序列信号可以由因子2N进一步标准化。

图6的底部图表示出了当在时间上与数据样本序列(所测得的法向加速度信号)重新对准之后的、从该数据样本序列计算出的相关性序列。

本发明的实施例的优点在于，在没有扰动的时段内，对于数据样本序列，相关性序列平均为0，并且这即使在数据样本序列中存在偏移的情况下也是如此。这在图6中图示。即使原始数据样本在无印迹时段期间具有在-1400与-1600之间的偏移，计算出的相关性序列在无印迹时段期间的平均值也为0。

在该示例中，有利的是，作为在接触印迹的开始处的数据样本序列中的下降沿的结果，相关性序列峰值达到最大值(例如，参见图6)。类似地，有利的是，作为在接触印迹的末端处的数据样本序列中的上升沿的结果，相关性序列的峰值达到最小值。应注意，如果有符号阶跃函数的符号被反转，则对于下降沿检测相对于上升沿检测，最小值和最大值也被反转。

在本发明的实施例中，提取模块适于确定滚动车轮的至少一个属性。该属性可能是接触印迹的存在或不存在。如果在相关性序列中标识出扰动，则由此确定接触印迹的存在。相关性序列中的扰动可以通过将相关性序列与扰动的表征特征进行比较来标识。例如，可以通过将相关性序列信号分别与预定义的正阈值和/或负阈值进行比较来检测下降沿和/或上升沿，从而提取信号中扰动的存在或不存在。

在本发明的实施例中，提取模块可适于获得扰动宽度。例如，可以通过测量相关性序列的扰动中的最大值与最小值之间的样本数量来获得扰动宽度的度量。该宽度由图6中的t_印迹指示。可以从扰动获得作为扰动的宽度的度量的任何其他属性。

另一属性可以是相关性序列中的扰动的幅度，也被称为印迹深度。例如，这可以通过求出相关性序列中的扰动的最大值与最小值之间的差来获得。该幅度由图6中的a_印迹指示。可以从扰动获得作为扰动的深度的度量的任何其他属性。

图7中的顶部图表示出了数据样本序列，而底部图表示出了这些数据样本与有符号阶跃函数的互相关性，其中数据样本是使用适于测量切向加速度的加速度传感器获得的。在该示例中，相关性序列中扰动的两个峰值之间的时间被用作印迹持续时间的度量。同样，相关性序列中的过零点之间的时间可以用作印迹持续时间的度量。对于使用切向加速度传感器获得的扰动和对于使用法向加速度获得的扰动，所获得的印迹持续时间不一定完全相等。但是，两者都是印迹宽度的度量。

为了获得图7的示例，使用的轮胎类型为225/45R17。所使用的设置是鼓轮设置。车辆的速度为75km/h，并且有符号的阶跃函数的长度为2N，其中N＝32。然而，本发明不限于此，并且可以使用其他参数。从相关性序列获得印迹宽度属性。在该示例中，印迹宽度与扰动的最小值与最大值之间的样本数量相对应。它等于63。

在本发明的实施例中，印迹宽度属性(也被称为印迹持续时间)可用作车轮速度的度量。这在图8中图示。该图示出了针对在不同速度下所测得的同一轮胎(225/45R17型)提取的印迹宽度属性(t_印迹)。所使用的设置是鼓轮设置。有符号阶跃函数的长度是2N，其中在该示例中N等于16。可以看出，印迹宽度的差可以被恰当地区分。通常，对于增加的车轮速度，印迹宽度变得更小。

通过测量相关性序列的最大值与最小值之间的差，可以提取接触印迹深度或幅度的度量。在图9中示出了使用包括根据本发明的实施例的切向加速度传感器的检测传感器获得的、因变于车轮速度的接触印迹深度的示例。该图示出了针对在不同速度下所测得的同一轮胎(225/45R17型)提取的印迹深度属性(a_印迹)。所使用的设置是鼓轮设置。可以看出，预期的印迹深度的差可以被恰当地区分。有符号阶跃函数的长度是2N，其中在该示例中N等于16。与印迹宽度(参见图8)相反，印迹深度随速度增加。

本发明的实施例的优点在于，仅需要加法和减法操作就可以容易地计算相关性序列。可以使用比较操作来标识一个或多个扰动。在本发明的实施例中，为了获得滚动车轮的至少一个属性，仅要求有限数量的操作。

例如，有符号阶跃函数可以具有长度2N，其中N个正值随后是N个负值，反之亦然。可根据以下各项考虑来选择参数N的值：

-如果N大，则相关性序列将更好地滤除与需要被提取的扰动无关的噪声和振荡。这由图10所图示，在实际道路测量实验中，使用根据本发明的实施例的检测系统获得图10的曲线。随着N的增加，可以更可靠地从计算出的相关性序列中提取出接触印迹的下降沿和上升沿。

-N的值越大，存储数据样本所需的缓冲区就越大。

-N的值越大，直到可以从所测得的加速度样本中提取有用特征的延迟就越大。

-如果N大于感兴趣的最小印迹宽度，则它将开始使相关性序列的峰值衰减，使得最大值和最小值的提取更加困难。

在本发明的实施例中，N可以例如具有8与64之间的值，N可以例如在16与32之间。

在本发明的实施例中，参数N可以(例如，以噪声水平和预期的印迹宽度的函数的形式)被动态地适配以进一步改善性能。

在第二方面，本发明的实施例涉及用于从滚动车轮中的传感器模块提取信息的方法。该方法包括(参见图15)：

-当被安装在车轮的轮胎中或轮胎的内表面上时，感测410轮胎的物理属性，

-对来自传感器模块的信号进行采样420，从而获得数据样本序列，

-将有符号参考序列与数据样本序列进行互相关430，从而获得相关性序列，

-标识440相关性序列中的至少一个扰动，其中，当轮胎的、安装了传感器之处的部分撞击地面从而形成轮胎印迹时，引起扰动。

此外，根据本发明的实施例的方法可以包括从一个或多个扰动获得450滚动车轮的至少一个属性的步骤。例如，这可以是扰动深度、扰动宽度、荷载的估计值、车轮旋转速度的估计值。

为了进一步说明根据本发明的实施例的检测系统和方法的能力，图11示出了从在道路上的测试期间采集的所测得的加速度值中提取的印迹深度的值。所提取的印迹深度是使用根据本发明的实施例的方法或检测系统从相关性序列获得的属性。

可以看出，提取的印迹深度可例如用于提取车轮/车辆速度的可靠指示。根据本发明的实施例的检测系统可适于根据相关性序列确定作为滚动车轮的属性的车轮/车辆速度。可以从所提取的轮胎接触印迹深度属性中清楚地标识出加速阶段和减速阶段以及近似恒定速度的时段(CT)。

根据本发明的实施例的检测系统190可适于检测作为滚动车轮的属性的车轮上的载荷。图12突出显示了随着载荷(垂直力)的增加，在所提取的印迹宽度特征中可见的差异。图12显示了从在30km/h下执行的测量中提取的扰动宽度属性。使用的轮胎类型为225/45R17，使用的设置为鼓轮设置，并且有符号阶跃函数的长度为2N，其中N＝16。每组表示针对施加在轮胎上的不同垂直载荷的连续测量。可以看出，估计的扰动宽度可以被用作载荷的度量。例如，可以通过校准获得从扰动宽度向垂直载荷的转换。

根据本发明的实施例的检测系统可以在一个设备(例如，可以例如导致降低的噪声水平嵌入在同一封装中的传感器模块和集成电路)中被集中地实现，或者可以分布其功能。

在本发明的实施例中，相关性模块和提取模块可以例如以轮胎安装型传感器设备中的数字硬件(HW)来实现，或者作为在检测系统的处理设备上运行的软件(SW)应用来实现。

在本发明的实施例中，检测系统可包括通信模块130，该通信模块130适于传输数据样本或相关性序列、或一个或多个扰动或其经处理的版本。这可以通过无线传输(例如，蓝牙低能耗(BLE)或超高频(UHF)专有协议)实现。可以在传输之前处理至少一个扰动，以便获得滚动车轮的属性。替代地，经采样的数据或相关性序列、或者至少一个扰动可以被传输，并且提取模块128的至少一部分可以与检测系统物理地分离。经采样的数据或相关性序列或至少一个扰动的处理可以在硬件逻辑中实现，或者作为处理模块上的软件来实现，或者作为硬件逻辑和软件的组合来实现。

本发明的实施例的优点在于，可以可靠地检测轮胎安装型传感器的数据样本内的接触印迹特征。这通过将有符号参考序列与数据样本序列进行互相关从而获得相关性序列来实现。在本发明的实施例中，可以在相关性序列中标识当轮胎的、安装了传感器之处的部分撞击地面时引起的扰动。具有用于可靠地检测从轮胎安装型传感器所测得的数据内的接触印迹特征的方法能够实现稳健的同步和轮胎自动定位机制。根据本发明的实施例的方法和设备允许以低成本(在功率和存储器方面)提取滚动车轮的属性(诸如，扰动宽度和/或深度)。

下面的伪代码说明如何可根据本发明的示例性方法来确定滚动车轮的属性。在该示例中，确定了扰动的持续时间(t_patch)和扰动的幅度(a_patch)。

在本发明的实施例中，检测系统适于从相关性序列获得载荷的估计。如图12所图示，扰动宽度可被用作载荷的度量。扰动可以例如是来自切向加速度传感器或来自径向加速度传感器或来自这两者的组合的数据样本的相关性序列中的扰动。扰动的宽度可与扰动的幅度组合，以改善(微调)载荷度量。除了扰动特性之外，还可以使用诸如温度和压力以及两次扰动之间的时间之类的其他参数来确定载荷。

通过知晓相关性序列中扰动的宽度和/或深度，可以估计施加于轮胎的载荷。例如，可以通过校准来确定相关性序列中扰动的宽度和/或深度与载荷之间的关系。例如，可以针对不同的轮胎滚动速度、轮胎压力充气、和轮胎类型进行该操作。

具有对由车辆施加在车轮上的荷载的估计是有利的，因为这可用于改善车辆的安全性。

在本发明的实施例中，加速度传感器可用于测量施加于车轮的载荷。传感器在内衬垫上被安装在轮胎中。利用接触印迹期间来自加速度计的信号，可以提取接触印迹的前沿与后沿之间的时间。该持续时间与接触印迹的角度或长度相对应。在本发明的实施例中，可以通过获得相关性序列中的扰动的持续时间来获得该持续时间。

根据本发明的实施例的检测系统可以包括压力传感器，该压力传感器适于测量在其内安装了该压力传感器的轮胎内部的压力。

根据本发明的实施例的检测系统可适于通过以下步骤来获得轮胎滚动速度：标识相关性序列中的两个连续扰动，并且测量连续的相关性序列之间的时段。

在本发明的实施例中，至少一个传感器可以是MEMS加速度计。MEMS加速度计可以被安装，使得加速度的切向分量与加速度计基板平行。

如前面所讨论，加速度的切向分量或加速度的法向分量或这两者的组合可以被测量。

在本发明的实施例中，传感器可以是适于测量加速度的切向分量的MEMS传感器。此类切向传感器的输出信号在图14和图7的顶部图表中示出。曲线4的扰动宽度大于曲线2的扰动宽度。对于相同的速度，该宽度的差异是由荷载差异(即，曲线4的荷载大于曲线2的荷载)引起的。因此，数据样本序列中的扰动宽度可作为荷载的间接度量。在一些实施例中，所感测的加速度(径向的或切向的)与MEMS加速度计基板的平面内方向平行。有利的是，与在其中所测得的加速度分量不在基板的平面内方向上的解决方案相比，加速度计在基板的平面内方向上的灵敏度和线性度更高，这产生了改善的载荷测量能力。有利的是，可以通过检测信号的最小值和最大值来确定时间印迹持续时间(参见图14)。如图7所图示，获得相关性序列中的扰动的宽度甚至是更有利的，因为该扰动噪声较小且没有偏移。同样，在这种情况下，可以使用扰动的宽度和/或深度来估计荷载。

在本发明的实施例中，传感器模块可包括适于感测加速度的法向分量(沿z轴)的传感器。例如，图13示出了针对在其中安装了传感器模块的轮胎上的不同载荷的数据样本的两条迹线。曲线3的宽度小于曲线4的宽度。对于后一条曲线，荷载高于对于前一条曲线的载荷。可以直接针对数据样本确定宽度，但是更优选地，扰动宽度和扰动幅度是从根据本发明的实施例的使用采集模块获得的相关性序列(参见图6)来确定的。

Claims (15)

1.一种用于从滚动车轮中的传感器模块提取信息的检测系统(190)，所述检测系统(190)包括：

传感器模块(100)，所述传感器模块(100)包括传感器(110)，所述传感器(110)适于在被安装在车轮的轮胎中或被安装在所述车轮的轮胎的内表面上时感测所述轮胎的物理属性，

采集模块(120)，所述采集模块(120)适于对来自所述传感器模块的信号进行采样，从而获得数据样本序列，其特征在于，

相关性模块(125)，所述相关性模块(125)适于将有符号参考序列与所述数据样本序列进行互相关，从而获得相关性序列，其中所述有符号参考序列包括具有第一符号的第一数据序列和具有与所述第一符号相反的第二符号的第二数据序列，

提取模块(128)，所述提取模块(128)适于标识所述相关性序列中的至少一个扰动，其中，当所述轮胎的、安装了所述传感器(110)之处的部分撞击地面从而形成轮胎印迹时，引起扰动。

2.根据权利要求1所述的检测系统(190)，其特征在于，所述提取模块(128)还适于从所述至少一个扰动获得所述滚动车轮的至少一个属性。

3.根据前述权利要求中任一项所述的检测系统(190)，其特征在于，所述有符号参考序列是长度为2N的有限参考序列，其中N是大于0的自然数。

4.根据权利要求3所述的检测系统(190)，其特征在于，所述相关性模块适于动态地调整所述有符号参考序列的长度。

5.根据权利要求1所述的检测系统(190)，其特征在于，所述相关性模块(125)适于通过将所述相关性序列的元素除以N的整数倍来对所述相关性序列进行标准化。

6.根据权利要求1所述的检测系统(190)，其特征在于，所述有符号参考序列是有符号阶跃函数。

7.根据权利要求1所述的检测系统(190)，其特征在于，所述相关性序列中的一个或多个扰动通过将所述相关性序列与所述扰动的表征特征进行比较来标识。

8.根据权利要求7所述的检测系统(190)，其特征在于，至少一个预定义阈值被用作表征特征。

9.根据权利要求2所述的检测系统(190)，其特征在于，所述滚动车轮的至少一个属性是所述一个或多个扰动中的样本数量。

10.根据权利要求2所述的检测系统(190)，其特征在于，所述滚动车轮的至少一个属性是所述一个或多个扰动的幅度。

11.根据权利要求2所述的检测系统(190)，其特征在于，所述滚动车轮的至少一个属性是所述一个或多个扰动的持续时间。

12.根据权利要求1所述的检测系统(190)，所述检测系统还包括通信模块(130)，所述通信模块(130)适于传输所述一个或多个扰动或一个或多个经处理的扰动。

13.根据权利要求1所述的检测系统(190)，其特征在于，所述传感器(110)是加速度传感器。

14.根据权利要求1所述的检测系统(190)，其特征在于，所述提取模块(128)适于获得所述滚动车轮上的载荷的度量。

15.一种用于从滚动车轮中的传感器模块提取信息的方法(400)，所述方法包括：

当被安装在所述车轮的轮胎中或被安装在轮胎的内表面上时，感测(410)所述轮胎的物理属性，

对来自所述传感器模块的信号进行采样(420)，从而获得数据样本序列，其特征在于，

将有符号参考序列与所述数据样本序列进行互相关(430)，从而获得相关性序列，其中所述有符号参考序列包括具有第一符号的第一数据序列和具有与所述第一符号相反的第二符号的第二数据序列，

标识(440)所述相关性序列中的至少一个扰动，其中，当所述轮胎的、安装了所述传感器之处的部分撞击地面从而形成轮胎印迹时，引起扰动。

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