CN112590465A - 轮胎磨损测定装置及利用其的轮胎磨损测定方法 - Google Patents

Abstract

提供对在轮胎的加速度信号中出现的不规则的变化进行数值化并利用其来对轮胎胎面的磨损量进行测定的技术。利用轮胎加速度信号的不规则性的轮胎磨损测定装置包括：信号接收部，对于轮胎内部的各个位置测定作为轮胎的半径方向的轴方向上的轮胎内部的加速度；广域通过滤波部，接收由信号接收部测定的加速度信号，作为对加速度信号的预处理，执行滤波；信号分析部，利用作为通过广域通过滤波部进行滤波的信号的处理信号来对加速度信号的不规则性进行数值化，从而推定轮胎的胎面磨损率；发送部，从信号分析部接收作为与轮胎的胎面磨损率相关的信息的分析信息来进行发送；控制模块，通过从发送部接收分析信息来生成与设置有轮胎的车辆相关的控制信号。

Description

轮胎磨损测定装置及利用其的轮胎磨损测定方法

技术领域

本发明涉及利用轮胎加速度信号的不规则性的轮胎磨损测定装置及利用其的轮胎磨损测定方法，更详细地，涉及对在轮胎的加速度信号中出现的不规则的变化进行数值化并利用其来对轮胎胎面的磨损量进行测定的技术。

背景技术

在车辆的结构要素中，唯一与路面接触的轮胎直接关系到车辆的转弯和制动性能，若轮胎产生磨损，则存在发生无法正常发挥制动和转弯性能的情况的问题，磨损的轮胎直接关系到车辆的安全。具体地，轮胎的磨损会导致湿滑路面上的制动距离变长，这有可能直接导致车辆事故。

因此，正在积极研发实时对轮胎的胎面等测定磨损率并根据轮胎的磨损率自动告知轮胎的更换时期的系统。

在美国公开专利第2017-0113495号(发明的名称：Indirect tire wear stateestimation system)中，在推测车辆的负荷后，基于此来推定基于行驶距离的磨损率，为了推定磨损率，需要与很多因素相关的信息，存在效率差的局限性。并且，在美国授权专利第8,483,976号(发明的名称：Method for estimating tire wear and apparatus forestimating tire wear)和美国授权专利第8,061,191号(发明的名称：Method andapparatus for detecting wear of tire)中，通过对于轮胎进行检测的方法测定了轮胎的磨损率，这将很难得到具有一惯性的结果，存在未考虑实际车辆行驶条件的局限性，在实际情况中，在准确判断轮胎磨损方面存在局限性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国公开专利第2017-0113495号

专利文献2：美国授权专利第8,483,976号

专利文献3：美国授权专利第8,061,191号

发明内容

技术问题

用于解决如上所述的问题的本发明的目的在于，利用基于轮胎的磨损增加的轮胎加速度信号的不规则性来测定轮胎胎面的磨损量。

本发明所要解决的技术问题并不局限于以上所提及的技术问题，未提及的其他技术问题可由本发明所属技术领域的普通技术人员通过以下记载明确理解。

解决问题的手段

用于实现如上所述的目的的本发明的结构包括：信号接收部，对于上述轮胎内部的各个位置测定作为轮胎的半径方向的轴方向上的上述轮胎内部的加速度；广域通过滤波部，接收由上述信号接收部测定的加速度信号，作为对上述加速度信号的预处理，执行滤波；信号分析部，利用作为通过上述广域通过滤波部进行滤波的信号的处理信号来对上述加速度信号的不规则性进行数值化，从而推定上述轮胎的胎面磨损率；发送部，从上述信号分析部接收作为与上述轮胎的胎面磨损率相关的信息的分析信息来进行发送；以及控制模块，通过从上述发送部接收上述分析信息来生成与设置有上述轮胎的车辆相关的控制信号。

在本发明的实施例中，上述信号分析部可利用基于欧几里得距离分析的以下数学式来对上述处理信号的不规则性进行数值化，从而对上述加速度信号的不规则性进行数值化，

数学式

在本发明的实施例中，在上述欧几里得距离值增加的情况下，上述信号分析部可判断为上述轮胎的胎面磨损率增加。

在本发明的实施例中，上述控制模块可包括：车辆控制部，用于对上述车辆进行控制；以及信息传递部，从上述发送部接收上述分析信息来向上述车辆控制部进行传递，上述车辆控制部可利用上述分析信息来判断上述轮胎的更换时期。

在本发明的实施例中，上述控制模块还可包括用于显示上述轮胎的更换时点或上述轮胎的更换服务信息的显示部。

用于实现如上所述的目的的本发明的轮胎磨损测定方法包括：第一步骤，对于上述轮胎内部的各个位置测定轴方向上的上述轮胎内部的加速度；第二步骤，作为对上述加速度信号的预处理，执行滤波，从而生成上述处理信号；第三步骤，利用上述处理信号来对上述加速度信号的不规则性进行数值化，从而推定上述轮胎的胎面磨损率；第四步骤，利用上述轮胎的胎面磨损率信息来判断上述轮胎的更换时期；以及第五步骤，向上述车辆的使用人员及与上述车辆相连接的外部的综合控制系统传递与上述轮胎的更换时期相关的信息。

发明的效果

具有如上所述的结构的本发明的效果如下，即，利用加速度传感器测定轮胎的加速度信号，由此抽取轮胎的高频振动，通过对其进行分析来推定轮胎的胎面磨损率，从而可实时测定轮胎的磨损量。

而且，本发明具有如下的效果，即，不仅向车辆的使用人员传递与轮胎的磨损量相关的信息，还向综合控制系统进行共享，从而体现对于轮胎更换的自动服务。

本发明的效果并不限定于以上的效果，应理解为包括可从本发明的详细说明或发明要求保护范围中所记载的本发明的结构推导的所有效果。

附图说明

图1为本发明一实施例的轮胎磨损测定装置的结构的简图。

图2为示出在3种轮胎测定的加速度信号的图表。

图3为叠加示出在本发明一实施例的轮胎旋转15圈的过程中每旋转1圈时获取的加速度信号来示出的图表。

图4为示出对于本发明一实施例的轮胎的加速度信号进行滤波的图表。

图5为在本发明一实施例的轮胎进行旋转的情况下比较一个处理信号和其他处理信号的图表。

图6为示出以本发明一实施例的轮胎胎面的磨损为基础的欧几里得距离值的趋势的图表。

图7为与根据本发明的一实施例计算的磨损量和轮胎的实际磨损量相关的图表。

附图标记的说明

100：测量模块

110：信号接收部

120：信号分析部

130：发送部

200：控制模块

210：车辆控制部

220：信息传递部

230：显示部

具体实施方式

以下，参照附图对本发明进行说明。但是，可通过多个不同的实施方式体现本发明，因此，本发明并不限定于在本说明书中说明的实施例。而且，为了明确说明本发明，在附图中省略了与说明无关的部分，在说明书全文中，对于相似的部分赋予了相似的附图标记。

在说明书全文中，当表示某个部分与其他部分“相连接(联接、接触、结合)”时，这不仅表示“直接连接”的情况，还包括在中间设置其他部件来“间接连接”的情况。并且，当表示某个部分“包括”某个结构要素时，若没有特别相反的记载，则意味着还可包括其他结构要素，而不是排除其他结构要素。

在本说明书中使用的术语仅用于说明特定的实施例，而不是用于限定本发明。只要未在文中明确表示其他含义，则单数的表达包括复数的表达。在本说明书中，“包括”或“具有”等的术语用于指定在本说明书中记载的特征、数字、步骤、动作、结构要素、部件或它们的组合的存在，而不是预先排除一个或一个以上的其他特征、数字、步骤、动作、结构要素、部件或它们的组合的存在或附加可能性。

以下，将参考附图来详细说明本发明。

图1为本发明一实施例的轮胎磨损测定装置的结构的简图。如图1所示，本发明包括：信号接收部110，对于轮胎内部的各个位置测定作为轮胎的半径方向的轴方向上的轮胎内部的加速度；广域通过滤波部，接收由信号接收部110测定的加速度信号，作为对加速度信号的预处理，执行滤波；信号分析部120，利用作为通过广域通过滤波部进行滤波的信号的处理信号来对加速度信号的不规则性进行数值化，从而推定轮胎的胎面磨损率；发送部130，从信号分析部120接收作为与轮胎的胎面磨损率相关的信息的分析信息来进行发送；以及控制模块200，通过从发送部130接收分析信息来生成与设置有轮胎的车辆相关的控制信号。

其中，可通过使信号接收部110、信号分析部120以及发送部130相结合来形成作为一个模块的测量模块100，这种测量模块100可与设置于车辆的单个轮胎相连接，还可与设置于车辆的所有轮胎相连接。

而且，控制模块200包括：车辆控制部210，用于执行对于车辆的控制；以及信息传递部220，从发送部130接收分析信息来向车辆控制部210传递，车辆控制部210可通过利用分析信息来判断轮胎的更换时期。并且，控制模块200还可包括用于显示轮胎的更换时点或轮胎的更换服务信息的显示部230。

信号接收部110可包括多个加速度传感器，多个加速度传感器可分别对轮胎胎面的内部的多个位置测定轴方向加速度。而且，可向各个加速度传感器依次赋予编码，由此，可依次收集由各个加速度传感器测定的加速度信号来实现数据化。而且，接收分析信息的发送部130能够以无线方式或有线方式向控制模块200的信息传递部220传递分析信息，为此，信息传递部220和发送部130可通过无线方式或有线方式相连接。

车辆控制部210可在执行对于车辆的控制的同时以无线连接的方式与车辆外部的综合控制系统相连接。作为根据轮胎的磨损率预设的与轮胎的更换时期相关的信息的更换时期信息预先存储于车辆控制部210，车辆控制部210可通过对更换时期信息和实时轮胎磨损率进行比较判断来生成与轮胎的更换剩余时间、轮胎更换时点相关的信息。而且，综合控制系统可通过利用从车辆控制部210接收的信息来向车辆控制部210传递与在设置于相应车辆的轮胎的更换时点库存中剩下的轮胎的数量、轮胎的可更换修理中心等相关的对于轮胎更换服务的信息，车辆控制部210可通过向显示部230传递与轮胎更换服务相关的信息来使显示部230显示如上所述的信息。而且，可通过在显示部230显示由车辆控制部210生成的与轮胎的更换剩余时间、轮胎更换时点等相关的信息，从而向使用人员传递。

信号分析部120可利用基于欧几里得距离(Euclidean distance)分析的数学式1来对处理信号的不规则性进行数值化，从而可对加速度信号的不规则性进行数值化，

数学式1

其中，U为欧几里得距离值，n为1以上的自然数，属于在轮胎进行旋转的过程中在轮胎内部测定加速度的各个位置的总数，i为与在轮胎内部测定加速度的各个位置相关的编码，j为轮胎的旋转数。在欧几里得距离值增加的情况下，信号分析部120可判断为轮胎的胎面磨损率增加。具体地，U可以为与轮胎的第j次旋转相关的基于欧几里得距离分析(Euclidean distance of jth rotation)导出的数。

数学式1还可利用欧几里得距离概念导出，以下，对信号分析部120在推定轮胎的胎面磨损率的过程中利用的数学式1的导出过程进行说明。

图2为示出在3种轮胎测定的加速度信号的图表。具体地，在图2的(a)部分至(c)部分所示的图表中，横轴示出在轮胎旋转1圈的过程中以路面为基准的轮胎内部的加速度测定位置的角度变化，纵轴示出在轮胎旋转1圈的过程中的轴方向的加速度信号。而且，图2中的(a)部分示出与在胎面形成60个花纹至180个花纹的轮胎相关的图表，图2中的(b)部分示出与沿着垂直于轮胎的圆周方向的横方向形成30个槽的轮胎相关的图表，图2的(c)部分示出与没有槽的光滑轮胎(Smooth tire)相关的图表。如图3所示，可确认到，形成于轮胎的花纹越少，轮胎的加速度信号特性发生变化。

在本发明中，利用以因磨损而产生的轮胎的胎面花纹区域的变化为基础的轮胎加速度信号特性变化来推定轮胎的胎面磨损率。

图3为叠加示出在本发明一实施例的轮胎旋转15圈的过程中每旋转1圈时获取的加速度信号来示出的图表。在图3的(a)部分和(b)部分中，横轴示出在轮胎旋转1圈的过程中以路面为基准的轮胎内部的加速度测定位置的角度变化，纵轴示出在轮胎旋转1圈的过程中的轴方向的加速度信号。而且，图3的(a)部分示出与未产生磨损的轮胎(New tire)相关的图表，图3的(b)部分示出与产生磨损的轮胎(old)相关的图表。

如图3的(a)部分所示，在与未产生磨损的轮胎相关的加速度信号的图表中，可确认到，即使叠加示出与多次轮胎旋转有关的加速度信号数据曲线，也非常有规律地产生频繁的振动(60～180vibrations/rotation)。

相反，如图3的(b)部分所示，在与相对产生很多磨损的使用时间长的轮胎相关的加速度信号的图表中，可确认到，在叠加示出与多次轮胎旋转有关的加速度信号数据曲线的情况下，高频振动的规则性被打破，不规则性增加。

如上所述的基于轮胎的胎面磨损的加速度信号的倾向性具有如下的物理含义。随着轮胎产生胎面磨损，轮胎的胎面厚度将减少并使得形成于胎面的花纹逐渐变得模糊。这种随着胎面的磨损而产生的胎面厚度的减少将导致多种物理现象，第一，对于路面状态、轮胎的噪音等的外部因素的反映性增加，第二，随着胎面厚度减少，作为刚度相对大的结构要素的轮胎钢带、轮胎衬层等的振动特性有可能对加速度传感器的信号产生反映。因此，有可能使高频振动特性对轮胎的加速度传感器的信号产生反映。最终，因如上所述的物理现象，随着轮胎产生胎面磨损，可增加轮胎的频繁的振动的不规则性。

图4为示出对于本发明一实施例的轮胎的加速度信号进行滤波的图表。图4的(a)部分为示出滤波前的轮胎的加速度信号的曲线，图4的(b)部分为示出作为滤波后的轮胎加速度信号的处理信号的曲线。而且，图5为在本发明一实施例的轮胎进行旋转的情况下比较一个处理信号和其他处理信号的图表。具体地，在轮胎旋转的情况下，当存在第j-1次轮胎数据和第j次轴向加速度信号时，从各个数据抽取高频振动(频繁的振动)来进行比较，从而形成图表。在图4的(a)部分、(b)部分及图5中，横轴示出在轮胎旋转1圈的过程中以路面为基准的轮胎内部的加速度测定位置的角度变化，纵轴示出在轮胎旋转1圈的过程中的轴方向的加速度信号。

如图4所示，在对轮胎的加速度信号进行滤波来执行预处理的情况下，可从反映频繁的振动的加速度信号仅抽取频繁的振动来用于分析。

而且，可利用对于频繁的振动所产生的不规则性进行数值化来使用欧几里得距离概念，由此可导出上述的数学式1。并且，如图5所示，在轮胎进行旋转的情况下，当存在第j-1次轮胎数据和第j次轴向加速度信号时，所抽取的各个高频振动信号将产生距离，这种两个数据之间的不规则性可通过利用数学式1来以各个数据的间隔平方值和的平方根实现数值化。而且，如上所述，随着轮胎产生磨损，基于轮胎加速度信号的高频振动的不规则性将增加，随着这种高频振动的不规则性增加，欧几里得距离值将增加，最终，在欧几里得距离值增加的情况下，信号分析部120可判断为轮胎的胎面磨损率增加。而且，信号分析部120可利用图6和图7来导出基于欧几里得距离值的轮胎的胎面磨损率，可利用其来计算轮胎的胎面磨损量(磨损厚度，mm)。

图6为示出以本发明一实施例的轮胎胎面的磨损为基础的欧几里得距离值的趋势的图表。在图6中，横轴表示轮胎的胎面磨损量(磨损厚度)，纵轴表示利用欧几里得距离值的不规则性(irregularity)。而且，图7为与根据本发明的一实施例计算的磨损量和轮胎的实际磨损量相关的图表。具体地，在图7中，横轴可表示轮胎胎面的实际磨损量，纵轴可表示通过信号分析部120计算的轮胎的胎面磨损量。

如图6和图7所示，可比较分析对与轮胎相关的多种条件进行数值化的不规则性，具体地，以改变轮胎的空气压(Pressure)、负荷(Load)、速度(Velocity)等的方式按轮胎的磨损等级对总共12个条件(3种负荷条件×4种空气压条件)进行了比较分析。其中，各个点表示各种条件的结果，实线可以为连接对于各个磨损量的各个点的平均值来形成的曲线。

如图6和图7中的结果所示，可确认到，随着轮胎的胎面磨损的增加，加速度传感信号的不规则性(irregularity)也逐渐增加，即，欧几里得距离值增加。而且，在仅以轮胎加速度信号的不规则性为基础来进行磨损推定的情况下，最终可确认到，对于所有磨损等级呈现出推定性能。

通过如上所述的结构，利用加速度传感器测定了轮胎的加速度信号，由此抽取轮胎的高频振动，通过对此进行分析来推定轮胎的胎面磨损率，从而可实时测定轮胎的磨损量。而且，不仅向车辆的使用人员传递与轮胎的磨损量相关的信息，还向综合控制系统进行共享，从而可体现对于轮胎更换的自动服务。

以下，对利用本发明的轮胎磨损测定装置的轮胎磨损测定方法进行说明。

在第一步骤中，可对于轮胎内部的各个位置测定轴方向上的轮胎内部的加速度。而且，在第二步骤中，作为对加速度信号的预处理，执行滤波，从而可生成处理信号。接着，在第三步骤中，利用处理信号来对加速度信号的不规则性进行数值化，从而可推定轮胎的胎面磨损率。之后，在第四步骤中，可利用轮胎的胎面磨损率信息来判断轮胎的更换时期。而且，在第五步骤中，可向车辆的使用人员及与车辆相连接的外部的综合控制系统传递与轮胎的更换时期相关的信息。

与利用本发明的轮胎磨损测定装置的轮胎磨损测定方法相关的剩余事项可与如上所述的本发明的轮胎磨损测定装置的相关事项相同。

以上对本发明的说明仅属于例示，本发明所属技术领域的普通技术人员就能够理解，可在不改变本发明的技术思想或必要特征的情况下，变形成不同的具体实施方式。因此，以上记述的多个实施例在所有层面都仅属于例示性的，而不能理解为限定性的。例如，以单一形态说明的各个结构要素可被分散，同样，以分散形态说明的多个结构要素可形成相结合的形态。

本发明的范围由后述的发明要求保护范围来表示，应解释为从发明要求保护范围的含义、范围以及与之等同的概念导出的所有变更或变形实施方式均属于本发明的范围。

Claims (6)

1.一种轮胎磨损测定装置，其特征在于，

包括：

信号接收部，对于上述轮胎内部的各个位置测定作为轮胎的半径方向的轴方向上的上述轮胎内部的加速度；

广域通过滤波部，接收由上述信号接收部测定的加速度信号，作为对上述加速度信号的预处理，执行滤波；

信号分析部，利用作为通过上述广域通过滤波部进行滤波的信号的处理信号来对上述加速度信号的不规则性进行数值化，从而推定上述轮胎的胎面磨损率；

发送部，从上述信号分析部接收作为与上述轮胎的胎面磨损率相关的信息的分析信息来进行发送；以及

控制模块，通过从上述发送部接收上述分析信息来生成与设置有上述轮胎的车辆相关的控制信号。

2.根据权利要求1所述的轮胎磨损测定装置，其特征在于，

上述信号分析部利用基于欧几里得距离分析的以下数学式来对上述处理信号的不规则性进行数值化，从而对上述加速度信号的不规则性进行数值化，

数学式：

其中，U为欧几里得距离值，n为1以上的自然数，属于在上述轮胎进行旋转的过程中在上述轮胎内部测定加速度的各个位置的总数，i为与在上述轮胎内部测定加速度的各个位置相关的编码，j为上述轮胎的旋转数。

3.根据权利要求2所述的轮胎磨损测定装置，其特征在于，在上述欧几里得距离值增加的情况下，上述信号分析部判断为上述轮胎的胎面磨损率增加。

4.根据权利要求1所述的轮胎磨损测定装置，其特征在于，

上述控制模块包括：

车辆控制部，用于对上述车辆进行控制；以及

信息传递部，从上述发送部接收上述分析信息来向上述车辆控制部传递，

上述车辆控制部利用上述分析信息来判断上述轮胎的更换时期。

5.根据权利要求4所述的轮胎磨损测定装置，其特征在于，上述控制模块还包括用于显示上述轮胎的更换时点或上述轮胎的更换服务信息的显示部。

6.一种轮胎磨损测定方法，其利用权利要求1所述的轮胎磨损测定装置，其特征在于，

包括：

第一步骤，对于上述轮胎内部的各个位置测定轴方向上的上述轮胎内部的加速度；

第二步骤，作为对上述加速度信号的预处理，执行滤波，从而生成上述处理信号；

第三步骤，利用上述处理信号来对上述加速度信号的不规则性进行数值化，从而推定上述轮胎的胎面磨损率；

第四步骤，利用上述轮胎的胎面磨损率信息来判断上述轮胎的更换时期；以及

第五步骤，向上述车辆的使用人员及与上述车辆相连接的外部的综合控制系统传递与上述轮胎的更换时期相关的信息。

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