CN112469965A - 用于确定机动车辆车轮的径向加速度传感器的位置的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于确定机动车辆车轮（10）的径向加速度传感器（14）的位置的方法，所述方法包括以下步骤：·由所述传感器获取信号S_i的获取步骤（100），所述信号S_i是在车辆运动时在预定的时间窗口W_i期间获取的，窗口W_i彼此不同，·对于每个时间窗口W_i检测信号S_i的局部极值的检测步骤（200），·对于每个时间窗口W_i，根据相位值和检测到局部极值的检测时刻而确定车辆车轮的旋转频率F_i的确定步骤（300），·对信号S_i进行低通滤波，以便为每个时间窗口W_i获得滤波值Z_i的滤波步骤（400），·确定径向加速度传感器和车轮旋转轴线之间的径向距离R_c的确定步骤（500）。

Description

用于确定机动车辆车轮的径向加速度传感器的位置的方法

技术领域

本发明涉及机动车辆（例如汽车）的车轮的物理参数的测量领域。更具体地，本发明涉及一种用于确定机动车辆车轮的径向加速度传感器的位置的方法，以及一种被配置用于实施这种方法的车轮单元。

背景技术

为了提高驾驶安全性，当前的法规要求每辆新生产的机动车辆装备有用于监测各种物理参数的系统，以便能够检测组成所述机动车辆的一个或多个元件的故障。测量的参数通常是车辆的至少一个车轮的径向加速度，以及装备该车轮的轮胎的压力和温度。

通常，这种监测系统包括至少一个电子盒（也称为“车轮单元”），其安装在机动车辆的车轮上。例如，这种车轮单元与装备车轮的轮辋的阀以固定的方式配合。优选地，车辆的每个车轮都装备有车轮单元，以便对整个车辆进行某些参数的监测。

车轮单元包括分别专用于测量所述参数的传感器，例如专用于测量轮胎压力的TPMS（轮胎压力监测系统）传感器。除了这些传感器，车轮单元还包括微处理器、电池、存储器和射频发射器。为了补充车轮单元，监测系统还包括中央单元，车辆装备有该中央单元，并且该中央单元包括电子计算机，该电子计算机集成有连接到天线的射频接收器，这是为了接收由车轮单元所发射的信号，并且在适当的情况下，向车辆的驾驶员发送警报。

关于这种监测系统的良好运行的一个重要标准在于该监测系统将由车轮单元发射的信号与实际装备有用于发射的该车轮单元的车轮可靠且鲁棒地相关联的能力。换言之，这涉及的是能够定位所发射的信号的来源的问题，这尤其是为了避免发送关于哪个车轮受到影响的错误警报。例如，在汽车的情况下，监测系统需要能够区分分别是右前、左前、右后和左后的四个车轮。应该注意的是，在车辆的整个使用寿命期间且尤其是在更换车轮后或者这些车轮的位置互换后，需要确保符合这样的标准。

迄今为止，已经使用了各种方法来定位所发射的信号。首先，第一种解决方案提出在车轮单元附近使用多个低频天线，这些天线的连续激励产生车轮单元的相应的响应信号。最终会根据这些响应信号定位车轮。然而，这种解决方案被证明是复杂和昂贵的，特别是关于所述天线的安装方面，因此被认为是不令人满意的。

还提出了一种替代解决方案，该方案较不昂贵且较不复杂，因为它不需要使用低频天线。该解决方案试图将车轮的角位置（例如由ABS传感器（ABS来自德语的表述“AntiBlockierSystem”的缩写）测量的角位置）与装备该车轮的车轮单元的信号的发射时刻同步，该信号理论上在车轮上的固定位置被发射。该解决方案的实施基本上有赖于获知车轮单元的径向加速度传感器的位置。“径向加速度传感器的位置”是指径向加速度传感器和车轮旋转轴线之间的径向距离。

然而，对于这种替代解决方案，径向加速度传感器的该位置是由操作者编程或直接记录在车轮单元的存储器中的数据。因此，这是一个固定的数据，其取决于车轮的尺寸，更具体地说，取决于车轮轮辋的尺寸。因此，应当理解，如果车轮由不同尺寸的新车轮替换，则需要更新该数据。相反，如果新车轮具有相同的尺寸，则有必要检查先前记录的数据是否仍然对应良好。这些操作既复杂又耗时，并且是潜在的误差源，因为它们需要操作者的干预。

更近来地，还提出了动态地并且当车辆运动时确定径向加速度传感器的位置，例如在用于校准径向加速度传感器的方法的步骤期间。然而，这种类型的方法局限于这样的配置，在这种配置中机动车辆以稳定转速移动，也就是说以恒定速度移动，且更具体地以被称为“高速”的速度（通常速度超过100km/h）移动。这种方法并不令人满意，因为它涉及基于描述径向加速度变化的动力学方程简化模型的计算（通常这是通过分别忽略重力加速度和纵向加速度的正弦分量）。因此，如此确定的传感器位置缺乏精度，这导致极大地限制了由车轮单元所发射的信号能够被定位所利用的精度。

发明内容

本发明的目的是通过提出一种解决方案来克服现有技术的所有或一些缺点，特别是上文所述的那些缺点，这种解决方案使得能够以高的精度确定机动车辆车轮的径向加速度传感器的位置，并且基于当车辆运动时（无论其移动速度如何）所获得的测量结果来实现。本发明还寻求提出一种解决方案，该解决方案提供了一种车轮单元，该车轮单元包括径向加速度传感器并且被配置成精确地确定径向加速度传感器的位置。

为此，在第一方面，本发明涉及一种用于确定机动车辆车轮的径向加速度传感器的位置的方法。此外，所述方法包括以下步骤：

·由径向加速度传感器获取信号S_i的获取步骤，每个信号S_i是在车辆运动时在预定的时间窗口W_i期间获取的，窗口W_i彼此不同，

·对于每个时间窗口W_i，检测信号S_i的分别与相位值和检测时刻相关联的至少三个局部极值的检测步骤，

·对于每个时间窗口W_i，根据相位值和在所述时间窗口W_i中检测到局部极值的检测时刻而确定车辆车轮的旋转频率F_i的确定步骤，

·对信号S_i进行低通滤波，以便为每个时间窗口W_i获得与频率F_i相关联的滤波值Z_i的滤波步骤，

·根据滤波值Z_i和频率F_i确定径向加速度传感器和车轮旋转轴线之间的径向距离R_c的确定步骤。

在本发明的特定实施例中，用于确定径向加速度传感器的位置的方法可以进一步包括单独地或以任何技术上可能的组合来考虑的以下特征中的一个或多个。

在一个特定实施例中，用于确定频率F_i的确定步骤包括，对于所考虑的每个时间窗口W_i，通过三个局部极值的相应相位值的二次插值来确定相位时间信号φ_i，通过评估在所述时间窗口W_i中的预定时刻t_p的所述信号φ_i相对于时间的导数来确定频率F_i。

在一个特定实施例中，在每个时间窗口W_i中考虑的三个局部极值是接续的。

在一个特定实施例中，应用于信号S_i的低通滤波器的截止频率小于或等于10 Hz，优选地小于5 Hz，且仍更优选地等于1 Hz。

在一个特定实施例中，用于确定径向距离R_c的确定步骤包括点P_i的线性回归，每个点P_i的纵坐标和横坐标分别为Z_i和F_i ²，径向距离R_c根据以下公式被估算：

其中，C_d是表示所述线性回归的梯度的量。

在一个特定实施例中，量C_d等于所述线性回归的梯度和径向加速度传感器的增益误差E_i之间的比率，所述增益误差E_i是在估算步骤期间、检测步骤之后和用于确定径向距离R_c的确定步骤之前针对至少一个时间窗口W_i确定的，并且根据以下公式：

，

其中，V_i表示与在所述至少一个时间窗口W_i期间获取的信号S_i的至少一个局部极值相关联的幅度，且Q_i表示在由径向加速度传感器针对所述至少一个局部极值理论地提供的测量值的基础上的预期幅度，只有当针对信号S_i检测到稳定转速阶段时，才计算增益误差E_i。

在一个特定实施例中，当根据本发明确定相位时间信号φ_i时，用于估算增益误差的估算步骤包括，对于每个时间窗口W_i，在相位时间信号φ_i的二阶导数和预定值ε之间进行比较，使得如果

，

则检测到稳定转速阶段。

在一个特定实施例中，幅度V_i对应于稳定转速阶段中信号S_i的两个接续的局部极值之间的幅度，并且Q_i满足：

，

其中g是由于重力引起的加速度，G表示在检测步骤期间应用于信号S_i以便降低测量噪声的滤波器的增益。

根据第二方面，本发明涉及一种车轮单元，其包括所述车轮的径向加速度传感器。此外，所述车轮单元包括被配置为实施根据本发明的方法的步骤的装置。

根据第三方面，本发明涉及一种包括根据本发明的车轮单元的机动车辆。

附图说明

通过阅读下文参考附图1至4以绝非限制性示例的方式给出的说明将更好地理解本发明，其中：

- 图1是机动车辆的车轮的示意图。

- 图2是用于确定车辆车轮的径向加速度传感器的位置的方法的示例性实施例的流程图。

- 图3是表示在时间窗口W₁期间由径向加速度传感器获取的信号S₁的示例的曲线。

- 图4是图2的方法的优选实施例的流程图，其中该方法包括估算所述传感器的增益误差的估算步骤。

在这些附图中，从一个图到下一个图中相同的附图标记表示相同或类似的元件。为了清楚起见，除非另有说明，所示的元件不是按比例的。

具体实施方式

本发明涉及机动车辆（例如汽车）的车轮的径向加速度的测量领域。传统地，径向加速度的测量单位是m.s^-2。

图1示意性地示出了机动车辆的车轮10，所述车轮10被构造成围绕旋转轴线15旋转。

机动车辆（图中未示出）装备有轮胎压力监测系统。所述监测系统以传统方式包括布置在车辆内部的中央电子单元（图中未示出），以及在所述车辆的每个车轮上的车轮单元11。在不偏离本发明的一般性的情况下，说明书的接下来的部分更具体地针对单个车轮单元11的运行进行详述，应当理解，给出的解释清楚地应用于车辆的每个车轮单元11，而没有区别。

说明书的接下来的部分考虑这样的构造，其中车轮单元11例如通过本领域技术人员已知的“卡扣”型连接而附接到车轮10的轮辋12的阀的端部处，并且使得其布置在装备车轮10轮胎13内部。然而，没有什么可以阻止车轮单元11以不同的方式附接到车轮10的轮辋12的阀，例如通过“夹紧”型螺母的固定，或者直接附接到车轮10的轮辋12上，例如通过本身已知的金属带、通过拧紧、通过粘合等。

车轮单元11包括径向加速度传感器14，其被配置为测量车轮10的径向加速度。作为完全非限制性的示例，所述径向加速度传感器14是微机电系统（也称为MEMS，是英文表述“Micro Electro Mechanical System”的首字母缩写）类型，例如本身已知的压电加速度计。然而，根据此处未详细描述的其他示例，其也可以是其他已知类型的径向加速度传感器14。

图2是用于确定车辆车轮10的径向加速度的传感器14的位置的方法的示例性实施例的流程图。

这里的表述“径向加速度传感器的位置”指的是径向加速度传感器14和车轮10的旋转轴线15之间的径向距离R_c。应该注意的是，通常，与车轮10的特征尺寸（特别是轮辋12的半径长度）相比，车轮单元11的尺寸较小。因此，以第一近似来看，等效于考虑所述径向距离R_c也对应于车轮单元11和车轮10的旋转轴线15之间的径向距离，也称为“车轮单元11的半径”。换言之，径向加速度传感器14和车轮单元11的相应位置被认为是等同的，并且对应于轮辋12的半径。

为了实现所述方法，车轮单元11包括例如处理电路（图中未示出），该处理电路包括一个或多个处理器和存储装置（磁性硬盘、电子存储器、光盘等），计算机程序产品以一组程序代码指令的形式存储在其中，所述程序代码指令被执行以实现用于确定径向加速度传感器14的位置的方法的各个步骤。替代地或补充地，车轮单元11的处理电路包括一个或多个可编程逻辑电路（FGPA、PLD等）、和/或一个或多个专用集成电路（ASIC）、和/或一组分立电子元件等，其适于实施用于确定径向加速度传感器14的位置的方法的所有或一些所述步骤。

换言之，车轮单元11的处理电路包括以软件形式（特定的计算机程序产品）和/或硬件形式（FGPA、PLD、ASIC、分立电子元件等）配置的一组装置，以实现用于确定径向加速度传感器14的位置的方法的步骤。

在特定实施例中，并且完全非限制性地，除了存储装置和径向加速度传感器14之外，车轮单元11还包括微处理器、电池和射频发射器，以及分别地温度和压力传感器。至于监测系统的中央单元，其则包括电子计算机，该电子计算机包括连接到天线的射频接收器，这是为了接收由车轮单元11发射的信号，并且在适当的情况下，向车辆驾驶员发送警报。典型地，中央单元被配置为当轮胎13的压力下降到预定阈值以下时发送警报，从而通知车辆的使用者需要进行额外的充气，或甚至可能需要更换所述轮胎13。

用于确定径向加速度传感器14的位置的方法包括几个步骤。概括地说，所述方法首先包括获取由所述传感器14在多个时间窗口期间实施的测量结果。根据所述测量结果，为每个时间窗口确定车轮10的旋转频率。然后，根据车轮10的旋转频率和径向加速度的所述测量结果的滤波值确定径向加速度传感器14和车轮10的旋转轴线15之间的径向距离R_c。与现有技术相比，所述方法的目的是允许更灵敏且更精确地确定径向加速度传感器14的位置，所述确定的改进在这里取决于车轮10的旋转频率的精确确定，而无论车辆的行驶速度如何。

为此，该方法首先包括由径向加速度传感器14获取信号S_i的获取步骤100，每个信号S_i是在车辆运动时在预定的时间窗口W_i期间获取的。

传统地，径向加速度传感器14获取呈模拟形式的信号。本说明书的接下来的部分采用了这样的惯例，即沿着将传感器14连接到车轮10的旋转轴线15且向心定向的径向轴线来测量车轮10的径向加速度。根据这样的惯例，并且在投影到所述径向轴线上之后，已知在时间窗口期间，径向加速度信号是三个分量的和：

·由于施加在径向加速度传感器14上的向心力而产生的所谓“平均”分量，其等于：

，

其中ω表示车轮10的旋转速度；

·由于施加在径向加速度传感器14上的重力而产生的所谓“重力”分量，其等于：

，

其中g表示重力加速度，t₀表示所考虑的时间窗口中的参考时刻，φ(t₀)表示信号的初始相位；

·由于车辆在其行驶时受到的推力或制动力而产生的所谓“纵向”分量，其等于：

，

其中ɣ表示推力或制动力的幅度。因此，当车辆以稳定转速行驶时，也就是说以恒定速度行驶时，纵向分量为零。

应当注意的是，在车辆行驶时，尤其根据道路的状况（颠簸、坑洼等），车辆的车轮10可能受到竖直（也就是说沿着重力场定向的）运动的影响。因此，将该竖直运动与竖直加速度分量相关联，然而，在上面给出的径向加速度信号在径向轴线上的投影的分解中没有考虑该竖直加速度分量。实际上，由于事先并不知晓道路的状况，因此不可能以确定的方式对相应的竖直加速度进行建模。然而，由于道路状况引起的竖直运动仍然稍纵即逝，因此它们不影响下文中获得的结果的有效性。

当车辆移动时，车轮单元11以及最终的径向加速度传感器14跟随车轮10的运动。具体地说，并且如图1所示，在车轮10的完整一圈期间，车轮单元11将占据四个不同的位置，称为极限位置，并记为C₁、C₂、C₃和C₄。它们分别对应上、左、下、右极端位置。因此，当径向加速度传感器14位于位置C₂或C₄时，纵向分量的幅度（就绝对值而言并且当车辆确实处于加速过程中时）最大，而重力分量的幅度为零。相反地，当径向加速度传感器14位于C₁或C₃位置时，重力分量的幅度（就绝对值而言）最大，而纵向分量的幅度为零。因此，应当理解，根据由重力分量和纵向分量分别采用的值，径向加速度的值围绕平均分量波动。

图3是表示在时间窗口W₁期间由径向加速度传感器14获取的信号S₁的一个示例的曲线。在图3的示例中，信号S₁在曲线图中示出，该曲线图在横坐标轴上指示以秒为单位测量的时间，并且在纵坐标轴上指示以m.s^-2为单位测量的径向加速度的值。信号S₁的获取在时刻T_ini开始，这里以任意的且完全非限制性的方式选择T_ini作为该曲线图的时间原点。最终获取时刻记为T_fin，使得时间窗口W₁对应于间隔[T_ini,T_fin]。根据该示例，信号S₁首先包括对应于车辆以可变转速运动的第一阶段，从初始时刻T_ini直到中间时刻T_int。在该第一阶段期间，车辆以其中径向加速度的平均分量增加的速度行驶，这意味着其速度增加。从T_int开始算起，直到T_fin，信号S₁包括对应于车辆以稳定转速移动的第二阶段。在该第二阶段期间，径向加速度的平均分量和纵向分量分别是恒定的和零，使得车辆以恒定速度行驶。此外，对应于所述极限位置的点C₁、C₂、C₃和C₄在图3中根据车轮10执行的转圈被周期性地指示。

应该注意的是，图3所示的S₁曲线完全是作为非限制性示例给出的。因此，由径向加速度传感器14获取的信号，尽管它总是表现出在平均分量周围的波动，但是可以包括分别地稳定转速或可变转速（对应于车辆速度的增加或降低）的一个或多个相位，并且这些可以以任何顺序发生。此外，重要的是要注意到，在该方法的后续步骤（这些步骤将在下文中描述）中利用的信号因此不限于车辆的稳定转速。相反，所述方法是针对径向加速度信号实施的，而与车辆的行驶速度无关。

在步骤100期间，在相应的时间窗口W_i期间获取至少两个信号S_i，所述窗口W_i彼此不同。表述“彼此不同”在这里指的是所述窗口W_i并不完全重叠的事实。换言之，两个时间窗口要么是连续的，要么是部分重叠的。这样进行使得可以避免方法执行中的冗余。

说明书的接下来的部分采用了车辆配置为以20km/h至150km/h的速度行驶的惯例。这样的速度范围对应于在3 Hz和25 Hz之间的车轮10的旋转频率。因此，选择每个时间窗口W_i，以便允许在适于检测局部极值的持续时间内获取信号S_i，如下文所述。例如，每个时间窗口W_i的持续时间在80 ms和700 ms之间。然而，根据此处未详细描述的其他示例，时间窗口W_i的持续时间也可以被选择在间隔[80 ms，700 ms]之外，根据车辆的速度范围来对这种持续时间进行参数化是在本领域技术人员的能力范围内的。

在优选实施例中，时间窗口W_i两两不同。换言之，时间窗口W_i是依次的，没有共同的时刻。这样来进行是有利的，因为它允许获取彼此充分不同的信号。“彼此充分不同”的表述在这里指的是信号S_i覆盖宽范围的径向加速度的事实。例如，信号S_i分别对应于基本上等于20 g、100 g、200 g、300 g等的径向加速度的值。

然而，时间窗口W_i也可以被不同地配置。例如，作为替代，时间窗口W_i是接续的。由于每个时间窗口限定了包括在开始时刻和结束时刻之间的持续时间，因此所述时间窗口被配置为使得一个时间窗口的结束时刻等于另一个时间窗口的开始时刻。

注意，获取步骤100以所述车辆正在运动为条件。在一个示例性实施例中，获取步骤100在每个驾驶循环中仅执行一次。表述“驾驶循环”在这里是指例如一旦车辆以大于20km/h的速度行驶了至少一分钟则循环开始，且例如一旦车辆静止了至少15分钟则循环结束。然而，在此处未详细描述的其他示例中，也可以由其他参数来限定一个驾驶循环。替代地，步骤100例如在预定数量的驾驶循环之后周期性地执行，例如每五个驾驶循环。

该方法接下来包括对于每个时间窗口W_i检测信号S_i的至少三个局部极值的检测步骤200。

在一个特定的实施例中，每个时间窗口W_i内的局部极值的检测首先包括对分别与所述窗口W_i相关联的信号S_i进行采样。例如，以大于500 Hz的频率（例如等于2 kHz）对每个信号S_i进行采样。然而，在此处未详细描述的其他实施例中，也可以在大于2 kHz的频率下进行采样。为此，在车轮单元11的制造技术规范所规定的设计和成本限制中，实施以期望的频率进行采样所需的电子设备是在本领域技术人员的能力范围内的。

注意，表述“局部极值”在这里指的是这样的事实，即信号的样本必须满足的为了使该样本被认为是“极值”的最大值（或者最小值）的标准是相对于所述样本周围的一个检测窗口来限定的。

例如，给定样本的检测窗口被限定为包含所述给定样本之前的五个样本以及所述给定样本之后的五个样本的集合。本领域技术人员知晓如何选择要考虑的检测窗口的合适尺寸，以便确保精确检测到信号的局部极值。

优选地，接下来对每个采样信号S_i进行滤波，以消除例如由车辆驾驶条件差引起的测量偏差。以这种方式对信号S_i进行滤波使得有可能避免在可能影响径向加速度传感器14的测量结果的噪声中检测局部极值。例如，将低通滤波器应用于信号S_i，所述滤波器的截止频率优选等于200 Hz。然而，根据要在信号S_i中寻找和隔离的信息，可以应用具有不同截止频率的其他类型的滤波器。

一旦信号S_i已经被采样，并且在适当的情况下被滤波，就以本身已知的方式检测局部极值，例如使用滑动检测窗口遍历与所述信号S_i相关联的时间窗口W_i。换言之，这涉及的是遍历按时间的一系列样本并检测其中的局部极值。

如上所述，每个信号S_i围绕其平均分量波动。因此，可以理解，信号S_i的局部极值对应于在极限位置C₁和C₃获得的径向加速度值，即当径向加速度的重力分量在绝对值方面最大时。因此，在本示例性实施例中，信号S_i的局部极值分别与对应于径向加速度传感器14占据位置C₁或位置C₃的时刻的检测时刻相关联。这些检测时刻也由车轮单元11的存储装置存储，同时等待在该方法的后续步骤中被处理。

此外，所述局部极值还分别与对应于所述位置C₁和C₃的相位值的相位值相关联。换言之，信号S_i的两个接续的局部极值的相应相位之间的差等于π。更一般地，信号S_i的任意两个极限位置C₁和C₃的相应相位之间的差是π的倍数。

说明书的接下来的部分采用这样的惯例，即，对于车轮10的一圈，对应于极限位置C₁、C₂、C₃和C₄的局部极值的相位值分别等于0，π/2，π，3×π/2。在车轮10旋转一圈之后，对应于位置C₁的局部极值的相位值等于2×π（也记为“2π”），等等。

重要的是要注意，寻找信号S_i的局部极值而不是随机考虑其他样本是有利的，因为这允许经由它们的检测时刻和它们各自的相位值来可靠地表征它们。实际上，信号S_i的局部极值对应于可以相应地为其赋予已知的相位值的单个样本。在这些局部极值之外，不可能获知样本的相位值。

因此，在步骤200结束时，将信号S_i的每个局部极值与一个相位值和时间窗口W_i内的一个检测时刻相关联。

在所述步骤200之后，该方法包括对于每个时间窗口W_i，根据相位值和在所述时间窗口W_i中检测到局部极值的检测时刻而确定车辆车轮10的旋转频率F_i的确定步骤300。

采用这种方式来确定频率F_i是特别有利的，因为它允许获得非常精确的值，该值考虑了车轮10的动力学，并且无论车辆的行驶速度如何都可以这样做。

在一个特定实施例中，对于所考虑的每个时间窗口W_i，相位时间信号φ_i由在前面的步骤200期间检测到的三个局部极值的相应相位值的二次插值来确定。因此，从数学观点来看，所述时间信号φ_i对应于以时间为自变量的连续函数。

作为二次插值示例的完全非限制性示例，考虑在时间窗口W_i内分别与相位值0、π和2π相关联的三个局部极值。这些相位值分别对应于表示为t₀、t₁和t₂的检测时刻。相位信号φ_i如下被求得：

，

其中A和B是常数。常数A和B是用传统的方法通过求解由两个未知数组成的两个方程的组来确定的。该组可以写成：

，且

，

分别得到：

且

。

根据这些计算，可以看出，当持续时间t₂-t₀等于持续时间t₁-t₀的两倍时，系数A为零。这对应于从中提取了局部极值的信号S_i是正弦曲线的情况，即车辆以恒定速度行驶，并且相位信号是时间的仿射函数。

但是，当持续时间t₂-t₀不等于持续时间t₁-t₀的两倍时，即当车辆以可变转速行驶时，可以理解，寻找相位的二次插值有利地允许对相位信号φ_i如何随时间变化进行更精确的估算。实际上，在这种情况下，相位信号φ_i随时间的变化不再是线性的。

因此，与执行在时间窗口W_i中检测到的局部极值的二次插值的事实相关联的一个优点是，可以获得表示车辆的任何类型的行驶速度（即当速度稳定时和当速度可变时）的相位信号φ_i。

还应注意的是，根据该实施例的相位信号φ_i的确定需要非常少的计算，且因此可以非常快速地执行。具体地，所述二次插值由所述系数A和B的计算确定。现在，这些计算仅基于使用检测时刻的代数运算，更具体地说是持续时间t₁-t₀和t₂-t₀。因此，这种类型的计算的执行不需要车轮单元11具有复杂的电子结构，并且这简化了车轮单元的设计。

寻找的相位信号φ_i的形式（即上文指出的形式）对应于以下配置：在该配置中，在时间窗口W_i中获取的信号S_i的相位被认为在时刻t₀为零。这是为了简化本发明的描述而采用的惯例。因此，根据此处未详细描述的其他实施例，可以具有与检测时刻t₀相关联的局部极值，并且对于该局部极值，相位值是π的倍数。在这种情况下，本领域技术人员有能力确定以哪种形式寻找所述二次插值。

还将注意到，为了实现所述特定实施例，所考虑的时间窗口的局部极值是接续的。采用这种方式有利地使得有可能对时间间隔不是很宽的相位值（即基于车轮10的有限数目的圈的旋转所获得的相位值，例如典型地基于车轮10的两圈旋转所获得的相位值）进行插值。这样，可以快速获得相位信号，而不必等待车轮10的多圈旋转，这更适合于确定表示车辆行驶的特定速度的频率。

然而，根据其他实施例，可以由非接续的局部极值的二次插值来确定相位时间信号φ_i。就所寻找的插值是二次多项式函数而言，强行要求的唯一条件是有三个插值的值（即三个极值）可用。一般来说，无论考虑什么局部极值，二次插值的一个示例是确定通过这些局部极值的拉格朗日多项式。

此外，发明人已经发现，以二次多项式函数的形式寻找相位信号φ_i使得有可能获得良好的近似，并且因此有足够的精度来确定与时间窗口相关联的频率Fi。然而，也可以借助于高于二次的多项式回归来确定相位信号φ_i，或者借助于通过分段多项式函数（例如使用样条函数）的插值来确定相位信号φ_i。

一旦为每个时间窗口W_i确定了相位信号φ_i，则轮到通过评估在所述时间窗口W_i内的预定时刻t_p的所述信号φ_i相对于时间的导数来确定所述频率F_i。

例如，当相位信号φ_i由以下形式的二次插值确定时：

，

频率F_i由以下公式给出：

。

因此，（相比于简单的线性近似而言）以更精确的方式确定相位信号φ_i使得有可能获得在预定时刻t_p的车轮10的旋转频率的非常精确的值。这个频率也是无论车辆的行驶速度如何而确定的。

在一个示例性实施例中，每个时间窗口W_i包括开始时刻和结束时刻，时刻t_p等于所考虑的时间窗口W_i的结束时刻。注意到，这样的时刻t_p不一定对应于在时间窗口W_i中检测到局部极值的检测时刻。这就是为什么根据本发明以函数的形式进行的相位信号φ_i的确定允许非常精确地评估在该时刻t_p的频率F_i。然而，为了评估相位信号φ_i并因此评估频率Fi，可以考虑时间窗口W_i内的任意时刻t_p。

因此，在步骤300结束时，每个时间窗口W_i与车辆车轮10的旋转频率F_i相关联。此外，每个频率F_i与相位值和所述时间窗口W_i中的预定时刻t_p相关联。

该方法接下来包括对信号S_i进行低通滤波以便为每个时间窗口W_i获得与频率F_i相关联的滤波值Z_i的滤波步骤400。

该步骤的目的是首先分离径向加速度的低频值的估算，即每个信号S_i的平均分量的估算。以本身已知的方式，这种滤波步骤或者以模拟方式或者以数字方式执行。

在一个特定实施例中，应用于信号S_i的低通滤波器的截止频率小于或等于10 Hz。

优选地，所述截止频率小于5 Hz，且更优选地小于1 Hz，以便有效地限制每个信号S_i的正弦分量的贡献。然而，根据此处未详细描述的其他实施例，低通滤波可以以具有不同值的截止频率来执行。截止频率的特定值的选择通常取决于所需精度和相关操作成本（该成本与车轮单元11上嵌入的电子设备的复杂性相关联）之间的权衡。

一旦信号S_i已经被滤波，并且其次地，通过考虑在时刻t_p的所述滤波信号的值获得所述滤波值Z_i，其中已经在步骤300期间确定在时刻t_p的频率F_i。

在一个优选实施例中，低通滤波步骤400与确定频率F_i的步骤300并行执行。例如，当相位信号φ_i以如上所述的函数的形式确定时，可以理解的是，滤波值Z_i与频率F_i相关联，因为该值和该频率都是考虑相应时间窗口W_i内的同一时刻t_p获得的。与步骤300并行执行步骤400有利地允许根据本发明的方法更有效率 ，特别是从执行时长的角度而言。

因此，在滤波步骤400结束时，将时间窗口W_i中的每个频率F_i与滤波值Z_i相关联。

该方法接下来包括根据滤波值Z_i和频率F_i确定径向加速度传感器14和车轮10的旋转轴线之间的径向距离R_c的确定步骤500。

为了理解所述值Z_i能够以何种方式与频率Fi相联系，首先应当回顾，将径向加速度的平均分量与车轮10的旋转频率相联系的理论关系可以通过将车轮10的旋转速度ω写成等于车轮10的旋转频率乘以2π来获得。这产生了：

。

重要的是要注意，这样的公式对应于其中径向加速度传感器14实现了完美测量的理想配置。换言之，在这种理想配置中，理论传感器尤其不包括所谓的“恒定”误差E_c（也称为测量误差或原点偏移误差或英文中的“Offset”），其对应于所实施的技术的固有偏移，并易于影响测量精度。在这种情况下，在实践中，径向加速度传感器14不能实现完美测量。因此，借助于在前述步骤期间确定的值，径向加速度的平均分量和车轮10的旋转频率之间的关系的真实模型写作：

，

其中K是等于R_c×4×π×E_i的常数，E_i对应于径向加速度传感器14的增益误差。因为恒定误差E_c的计算不构成本发明的主题的一部分，所以在下文中不再详细阐述。

这意味着径向距离R_c的值基本上取决于车轮10的旋转频率F_i，因此频率F_i确定得越精确，所确定的径向距离R_c本身就越精确。因此，根据本发明的方法使得有可能在频率F_i的灵敏估算的基础上获得非常精确的径向距离R_c的值，并且无论车辆的行驶速度如何都可以这样做。此外，通过获得距离R_c的这种精度，并且因此在理论上获得径向加速度传感器14的位置的这种精度，使得当装备这些车轮的车轮单元正在向中央单元发送信号时，车辆的车轮最终能够被鲁棒地和可靠地辨别。

在一个特定实施例中，径向距离R_c的确定包括点P_i的线性回归，每个点P_i的纵坐标和横坐标分别为Z_i和F_i ²，径向距离R_c根据以下公式被估算：

其中，C_d是表示所述线性回归的梯度的量。关于上述的这些公式，显然所述量C_d等于线性回归的梯度和增益误差E_i之间的比率。这样的实施例是特别有利的，因为频率F_i已经被精确地确定并且与车辆的行驶速度无关。这样做直接导致线性回归的梯度的确定具有同样的优势，并且最终对于距离R_c的确定来说也具有这样的优势。

作为完全非限制性的示例，考虑在步骤100期间以及在两个时间窗口W₁和W₂期间分别获取的两个信号S₁和S₂。所述信号S₁和S₂分别与频率F₁和F₂相关联，每个频率是在所考虑的时间窗口的结束时刻计算的。此外，对信号S₁和S₂中的每一个进行滤波，以便分别获得低频值Z₁和Z₂，同样是在相关联的时间窗口的结束时刻。然后通过对点P₁（Z₁，F_i ²）和点P₂（Z₂，F₂ ²）进行线性回归来估算恒定误差。应当注意，在这个示例中，该线性回归实际上对应于线性插值，因为其只涉及两个点。因此，径向距离R_c是通过求解具有两个未知数的两个方程的组得到的。这个组可以写成（考虑一个恒定误差，即使它对其余的计算没有影响）：

，且

，

由此得到：

。

然而，可以使用包含两个以上的点P_i的线性回归来确定径向距离R_c。实际上，将会理解，所设想的点P_i数目越多，就可以越精确地确定该距离。然而，发明人已经发现，仅用两个点P_i就可以获得优异的结果。传统上，可用于执行线性回归的点P_i的数目取决于车轮单元11的存储装置的存储容量。

应当注意，一旦已经由径向加速度传感器14获取了至少两个信号S_i，则在步骤500期间执行的线性回归就是中肯的。例如，线性回归是在三个点P_i的基础上进行的。这三个点P_i可能是新获取的，即它们从未被用于线性回归的确定。

替代地，所述三个点P_i包括：

·已经用于先前的线性回归的确定并记录在车轮单元11的存储器中的两个点。点P_i在车轮单元11的存储器中的记录在此处对应于记录所述点P_i的特征数据，即Z_i、F_i和相关联的检测时刻；

·在根据本发明的方法的过程中新确定的第三点P_i。

由此，在车辆行驶的任何时刻（例如在径向加速度传感器14每次获取信号S_i之后）动态地估算径向距离R_c。

在一个特定实施例中，步骤100至500在驾驶循环期间重复进行。采用这种方式允许连续地更新径向距离R_c的确定，当车轮10被改变并且需要将与所述车轮10的几何形状相关联的信息与例如由外部操作员记录在中央单元的电子系统中的信息相关联时，这是特别有利的。

图4描绘了图2的方法的一个优选实施例，其中该方法包括估算所述传感器14的增益误差E_i的步骤400'。

众所周知，增益误差（也称为标度误差）对应于径向加速度传感器14的特性曲线斜率的误差。换言之，它涉及的是由径向加速度传感器14测量的信号和理论预期信号之间的差值。而且，为了提高由径向加速度传感器14进行的测量的精度，恰当的是能够估算所述增益误差。实际上，已经发现，径向加速度传感器14的设计误差的当前容差变得越来越小，因为测量精度对于实现车辆监测系统的复杂功能（例如，可靠地定位正经历压力损失的特定车轮）变得越来越重要。因此，估算径向加速度传感器14的增益误差，除了允许确定车轮10的旋转频率之外，还使得可以提高径向距离R_c的确定的精度。

如图4所示，所述步骤400'在检测步骤300之后实施，并与步骤400并行。对于至少一个时间窗口W_i，径向加速度传感器14的增益误差E_i使用以下公式来估算：

，

其中，V_i表示与在所述至少一个时间窗口W_i期间获取的信号S_i的至少一个局部极值相关联的幅度，且Q_i表示在由径向加速度传感器14针对所述至少一个局部极值理论地提供的测量值的基础上的预期幅度，只有当针对信号S_i检测到稳定转速阶段时，才计算增益误差E_i。

规定只有在时间窗口W_i中检测到稳定转速阶段时才执行步骤400'的条件基本上与以下事实相关：即在本质上与图3的曲线图相同的曲线图中，信号S_i的轮廓在这种稳定转速阶段期间是正弦的。换言之，径向加速度的纵向分量为零。

例如，当如上所述地通过对每个时间窗口W_i的二次插值来确定相位时间信号φ_i时，根据图4在用于确定频率F_i的步骤300之后执行的用于估算增益误差的步骤400'包括在所述相位时间信号φ_i的二阶导数和预定值ε之间进行比较，使得如果

，

则检测到稳定转速阶段。应当理解，这相当于检查车轮10的旋转频率相对于时间的导数就绝对值而言是否小于ε/2π。以等价的方式，这也相当于检查所述二次插值的二次单项的系数A就绝对值而言是否小于ε/2π。

优选地，预定值ε选自区间[0.5,1]，例如等于0.6。所选择的值ε越低（即越接近零），为了检测到稳定转速阶段所要满足的条件就越等价于检查信号S_i的轮廓是正弦的（即车轮10的旋转频率是恒定的）。实际上，例如关于A的解析表达式，观察到：当值ε趋向于0时，用于检测稳定转速阶段的条件等价于确定持续时间t₂-t₁是否趋向于等于持续时间t₁-t₀。然而，ε的值也可以从另外的区间中选择，该区间的上限和下限分别大于0.5和1。所述区间的极限值的选择取决于径向加速度的纵向分量的极限值，该极限值是为了确定车辆是否处于稳定转速阶段而设定的。

因此，应当理解，频率F_i的确定不是执行用于估算增益误差的步骤400'所必需的先决条件。因此，在替代实施例中（图中未示出），步骤400'在检测步骤200之后直接执行，与步骤300和400并行。根据这种替代方案，将极值检测时刻之间的持续时间相互比较，从而使得不需要为了检测稳定转速阶段而确定频率F_i。

仅当检测到信号S_i的稳定转速阶段时才计算与时间窗口W_i相关联的增益误差E_i，这一事实有利地允许将测量的幅度与所述信号S_i的理论幅度进行比较。

在一个优选实施例中，幅度V_i对应于稳定转速阶段中信号S_i的两个接续的局部极值之间的幅度，并且Q_i满足：

，

其中G表示在检测步骤200期间应用于信号S_i以便降低测量噪声的滤波器的增益。例如，且如上文已经描述的，当在检测步骤200期间对信号S_i进行采样然后滤波以消除测量误差时，G等于应用于信号的滤波器的增益，这是已知的数据。

换言之，在这个示例中，问题在于将对应于信号S_i的峰-峰幅度的V_i与在获知增益G的基础上理论预期的相应幅度进行比较。参考图3，可以注意到，当信号S_i的轮廓是正弦曲线时，所述峰-峰幅度对应于位置C₁和C₃之间的幅度。Q_i的解析表达式是合理的，这是因为如之前所述的，信号S_i围绕平均分量以在+g和–g之间的幅度波动，并由所应用的滤波器的增益调制。V_i对应于峰-峰幅度的事实是有利的，因为V_i仅取决于增益误差。

然而，也可以用其他的V_i和Q_i的值计算增益误差E_i。例如，根据另一示例性实施例，V_i表示信号S_i的局部极值和所述信号S_i的平均分量之间的幅度。由此，Q_i满足：

。

然而，应该注意的是，在该另一个示例中，幅度V_i不仅取决于增益误差，还取决于确定信号S_i的平均分量的方式。例如，如果迄今为止已知的距离R_c的值（例如，在车辆的先前驾驶阶段期间确定的值）被误差破坏，则相对于相应值Q_i的V_i的值也将被所述误差破坏。例如，如果对车轮10的转速的估算是错误的，则这种观察也是有意义的。

因此，在步骤400'结束时，每个时间窗口W_i（因此每个信号S_i）与增益误差E_i相关联。由此，可以确定径向加速度传感器14的增益是否随着时间推移而漂移。

步骤400'在步骤200之后与步骤300和400并行执行，或者在步骤300之后与步骤400并行执行，这一事实节省了用于确定径向加速度传感器14的位置的时间。

然而，根据另一个替代实施例，例如当没有检测到稳定转速阶段时，径向加速度传感器14的增益误差E_i也可以被考虑具有单位1的值。在这种情况下，用于估算径向距离R_c的公式中使用的量C_d等于点P_i的线性回归的梯度。考虑具有单位1的值的增益误差E_i使得可以简化计算，且因此减轻了车轮单元11的任务。尽管如此，如果实际增益误差不同于1，采用这种方法也会降低确定径向距离R_c的精度。然而，即使考虑增益误差具有单位1的值，在径向距离R_c的确定中所达到的精度仍然是非常令人满意的，因为频率F_i本身是以很高的精度确定的。

一般而言，应该注意的是，上文考虑的实施例是作为非限制性示例进行描述的，并且因此可以想到其他变型。

特别地，已经通过考虑到车轮单元11有利地以自主方式（即不需要外部操作者的干预）运行，并且为此目的包括适于实现用于确定径向加速度传感器14的位置的方法的每个步骤的装置而描述本发明。然而，除了获取步骤100之外，所述步骤中的所有或一些步骤也可以由装备机动车辆的中央单元来执行，或者例如由位于车辆外部的固定站点中的、由一个或多个操作者使用的计算机来执行，并且数据（获取的信号等）以无线电电信号的形式被发送到这些计算机。

Claims (10)

1.一种用于确定机动车辆车轮（10）的径向加速度传感器（14）的位置的方法，所述方法的特征在于，其包括以下步骤：

·由径向加速度传感器（14）获取信号S_i的获取步骤（100），每个信号S_i是在车辆运动时在预定的时间窗口W_i期间获取的，窗口W_i彼此不同，

·对于每个时间窗口W_i，检测信号S_i的分别与相位值和检测时刻相关联的至少三个局部极值的检测步骤（200），

·对于每个时间窗口W_i，根据相位值和在所述时间窗口W_i中检测到局部极值的检测时刻而确定车辆车轮（10）的旋转频率F_i的确定步骤（300），

·对信号S_i进行低通滤波，以便为每个时间窗口W_i获得与频率F_i相关联的滤波值Z_i的滤波步骤（400），

·根据滤波值Z_i和频率F_i确定径向加速度传感器（14）和车轮（10）的旋转轴线之间的径向距离R_c的确定步骤（500）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，用于确定频率F_i的确定步骤（300）包括，对于所考虑的每个时间窗口W_i，通过三个局部极值的相应相位值的二次插值来确定相位时间信号φ_i，通过评估在所述时间窗口W_i中的预定时刻t_p的所述信号φ_i相对于时间的导数来确定所述频率F_i。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，在每个时间窗口W_i中考虑的三个局部极值是接续的。

4. 根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，应用于信号S_i的低通滤波器的截止频率小于或等于10 Hz，优选地小于5 Hz，并且仍更优选地等于1 Hz。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，用于确定径向距离R_c的确定步骤（500）包括点P_i的线性回归，每个点P_i的纵坐标和横坐标分别为Z_i和F_i ²，径向距离R_c根据以下公式被估算：

其中，C_d是表示所述线性回归的梯度的量。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述量Cd等于所述线性回归的梯度和径向加速度传感器（14）的增益误差E_i之间的比率，所述增益误差E_i是在估算步骤（400'）期间，在检测步骤（200）之后和用于确定径向距离R_c的确定步骤（500）之前针对至少一个时间窗口W_i确定的，并且根据以下公式：

，

其中，V_i表示与在所述至少一个时间窗口W_i期间获取的信号S_i的至少一个局部极值相关联的幅度，Q_i表示在由径向加速度传感器（14）针对所述至少一个局部极值理论地提供的测量值的基础上的预期幅度，只有当针对信号S_i检测到稳定转速阶段时，才计算所述增益误差E_i。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，当符合权利要求2地确定相位时间信号φ_i时，用于估算增益误差的估算步骤（400'）包括，对于每个时间窗口W_i，在相位时间信号φ_i的二阶导数和预定值ε之间进行比较，使得如果

，则检测到稳定转速阶段。

8.根据权利要求6和7中任一项所述的方法，其中，所述幅度V_i对应于在稳定转速阶段中信号S_i的两个接续的局部极值之间的幅度，并且Q_i满足：

，

其中g是由于重力引起的加速度，G表示在检测步骤（200）期间应用于信号S_i以便降低测量噪声的滤波器的增益。

9.一种包括径向加速度传感器（14）的车轮单元（11），所述车轮单元（11）的特征在于，其包括被配置用于实施根据权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤的装置，以便确定径向加速度传感器（14）的位置。

10.一种机动车辆，其包括根据权利要求9所述的车轮单元（11）。

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