CN113195268A - 轮胎偏转感测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮胎和车轮组件，该轮胎和车轮组件包括：车轮，该车轮具有入口；和轮胎，该轮胎安装在该车轮上，从而形成腔体。该组件还包括偏转传感器，该偏转传感器在该腔体外部的位置处安装在该车轮上的该入口上方，使得该偏转传感器的任何部分都不在该腔体内部。

Description

轮胎偏转感测系统

技术领域

本公开涉及轮胎感测系统。更具体地，本公开涉及一种用于测量轮胎在表面上滚动时的偏转的系统。

背景技术

当轮胎在表面上滚动时，轮胎的胎冠区的任何给定部分在它滚入和滚出与表面接触的状态时都会发生偏转。如果轮胎充气到相对低的压力，则轮胎经历较大的偏转并且具有较大的占地面积(即，表面接触面积)。如果轮胎充气到相对高的压力，则轮胎经历较小的偏转并且具有较小的占地面积。已知将传感器放置在轮胎腔体内以测量压力和温度，或测量轮胎偏转。

发明内容

在一个实施方案中，一种轮胎和车轮组件包括：车轮，该车轮具有通孔；和轮胎，该轮胎安装在车轮上，从而形成腔体。该组件还包括阀，该阀从腔体外部的位置穿过车轮延伸到腔体内部的位置。阀与通孔间隔开。该组件还包括偏转传感器，该偏转传感器在腔体外部的位置处安装在车轮上的通孔上方，使得偏转传感器的任何部分都不在腔体内部。

在另一个实施方案中，一种调节轮胎中的压力的方法包括提供轮胎，该轮胎安装在车辆的车轮上。轮胎和车轮限定腔体。车轮具有设置在其中的通孔。该方法还包括在腔体外部的位置处在车轮上的通孔上方提供偏转传感器，使得偏转传感器的任何部分都不在腔体内部。该方法还包括利用偏转传感器监测轮胎的内壁的与通孔相对的所选择区域。该方法还包括基于对轮胎的内壁的与通孔相对的所选择区域的监测来计算轮胎偏转。该方法还包括：至少部分地基于非轮胎数据确定轮胎的期望轮胎偏转；以及调整轮胎内部的空气压力直到所计算的轮胎偏转在期望轮胎偏转的预定量内。

在又一个实施方案中，一种轮胎和车轮组件包括：车轮，该车轮具有入口；和轮胎，该轮胎安装在车轮上，从而形成腔体。该组件还包括偏转传感器，该偏转传感器在腔体外部的位置处安装在车轮上的入口上方，使得偏转传感器的任何部分都不在腔体内部。

附图说明

在附图中，示出了结构，该结构与下文提供的详细描述一起描述了受权利要求书保护的本发明的示例性实施方案。类似的元件用相同的附图标号标示。应当理解，被示出为单个部件的元件可以用多个部件替换，并且被示出为多个部件的元件可以用单个部件替换。附图未按比例绘制，并且出于说明性目的，可能放大了某些元件的比例。

图1是轮胎和车轮组件的一个实施方案的局部横截面的示意图；

图2A至图2C是用于轮胎的内表面的示例性标记；

图3是示出轮胎的偏转的示例性曲线图；

图4是示出用于调节轮胎压力的示例性系统的框图；并且

图5是轮胎和车轮组件的另选实施方案的局部横截面的示意图。

具体实施方式

下文包括本文所采用的所选择的术语的定义。这些定义包括落入术语范围内且可用于实施的部件的各种示例或形式。示例并非旨在进行限制。术语的单数形式和复数形式均可在定义内。

“轴向”或“轴向地”是指平行于轮胎旋转轴线的方向。

“胎圈”是指轮胎的一部分，该部分接触车轮并且限定侧壁的边界。

“周向”和“周向地”是指沿胎面的表面的圆周延伸的与轴向方向垂直的方向。

“赤道面”是指垂直于轮胎的旋转轴线并且穿过轮胎的胎面中心的平面。

“径向”和“径向地”是指垂直于轮胎旋转轴线的方向。

“侧壁”是指在胎面与胎圈之间的轮胎部分。

“胎面”是指在正常充气和负载情况下与道路接触的轮胎的部分。

方向在本文中参考轮胎的旋转轴线来阐明。术语“向上”和“向上地”是指朝向轮胎的胎面的总体方向，而“向下”和“向下地”是指朝向轮胎的旋转轴线的总体方向。因此，当相对的方向性术语诸如“上部”和“下部”或“顶部”和“底部”结合元件使用时，“上部”或“顶部”元件比“下部”或“底部”元件在空间上更靠近胎面。此外，当相对的方向性术语诸如“上方”或“下方”结合元件使用时，如果某一元件位于另一元件的“上方”，则意味着该元件比其他元件更靠近胎面。

术语“向内”和“向内地”是指朝向轮胎的赤道面的总体方向，而“向外”和“向外地”是指远离轮胎的赤道面并且朝向轮胎的侧壁的总体方向。因此，当相对的方向性术语诸如“内部”和“外部”结合元件使用时，“内部”元件比“外部”元件在空间上更靠近轮胎的赤道面。

图1是轮胎和车轮组件100的一个实施方案的局部横截面的示意图。在该视图中仅示出了组件100的下半部。组件100包括轮胎105，该轮胎安装在车轮110上。轮胎105包括：胎面115，该胎面在胎冠区中；以及一对侧壁120。侧壁120终止于胎圈区125中，该胎圈区安装到车轮110。当轮胎105安装在车轮110上时，该组件形成内部腔体。

阀130从腔体外部的位置穿过车轮110延伸到腔体内部的位置。阀130允许将压缩空气从外部源注入腔体中。阀还允许将来自腔体内部的空气释放到大气中。在所示实施方案中，阀130连接到空气调节器135。空气调节器135可根据需要连接到阀130以给轮胎105充气或放气。另选地，空气调节器135可在车辆的操作期间保持连接到阀130，从而允许在车辆的使用期间给轮胎105充气或放气。在另选的实施方案中，不采用空气调节器，而是可通过外部空气源将轮胎手动充气。

传感器140在腔体外部的位置处安装在车轮110上，使得传感器140的任何部分都不在腔体内部。虽然传感器140被示出为安装在车轮110的中心处，但应当理解，传感器可偏离车轮的中心。将传感器140安装在腔体外部的位置处允许在轮胎105保持安装在车轮110上的同时移除或维修传感器。另外，通过将传感器140安装在腔体外部，车辆可通过有线连接或通过无线传输向传感器提供电力。

传感器140安装在与阀130间隔开的入口145上方。在一个实施方案中，入口145为通孔或销孔。在此类实施方案中，传感器140暴露于腔体内部的空气。在另选的实施方案中，入口145是由玻璃或聚合物材料制成的窗口。在此类实施方案中，传感器140不暴露于腔体内部的空气。

传感器140包括至少偏转传感器，该偏转传感器监测轮胎105的内壁的区域150。在所示实施方案中，被监测的区域150是胎面115的下侧并且与入口145相对。在另选的实施方案中，被监测的区域位于胎面下侧的不与入口直接相对的位置处。在另一另选的实施方案中，被监测的区域为轮胎的侧壁的内表面或轮胎的胎肩区。

偏转传感器可采用任何感测装置。例如，偏转传感器可以是感测从轮胎105内壁的区域150反射的光的光学传感器(或激光传感器)。光学传感器可包括光源，诸如激光器、LED、白炽灯或其他光源。

可用标记对轮胎的内壁的区域150作记号，以有助于轮胎偏转的光学检测。图2A至图2C示出了此类标记的示例。在图2A中，用3D条形码对区域150A作记号。在图2B中，用斑点对区域150B作记号。在图2C中，由多条线或散列标记对区域150C作记号。在每个实施方案中，标记提供轮胎表面变化的附加视觉指示器。这些示例并非旨在进行限制，并且应当理解，可采用其他类型的标记。在另选的实施方案(未示出)中，轮胎的内表面中的凸部或凹部也可有助于轮胎偏转的光学检测。例如，从轮胎的内表面突出的帘线或脊，或轮胎的内表面中的凹坑或其他凹部可有助于光学检测。在其他另选的实施方案中，轮胎的内表面可为平滑的并且不包括记号。

偏转传感器不限于光学传感器或激光传感器。在另选的实施方案中，偏转传感器可以是但不限于超声波传感器、雷达、毫米波雷达、结构光传感器、射频传感器或磁传感器。

通过监测轮胎105的内壁的区域150，偏转传感器检测在轮胎滚入和滚出与表面接触的状态时轮胎的该部分中的偏转或变形。图3为示出轮胎105的区域150的偏转作为轮胎105沿表面滚动时的角度的函数的示例性曲线图300。如该曲线图所示，当轮胎旋转通过第一角度310时，轮胎的被监测区域150与表面间隔开，因此不经历偏转。当轮胎105继续旋转通过第二角度320时，轮胎的被监测区域150滚入与表面接触的状态并成为轮胎105的占地面积的一部分。因此，轮胎的被监测区域150偏转一定量。如果轮胎105充气到较低水平，则轮胎将比轮胎充气到较高水平时更大程度地偏转并具有更大的占地面积。偏转在此处被描绘为负偏转。然而，该描绘是任意的，并且偏转可被描绘为正的或负的。在轮胎的被监测区域150滚出与表面接触的状态之后，轮胎105继续旋转通过第三角度330。再次，被监测部分在其旋转通过第三角度330时不经历偏转。

在一些车辆上，可能期望的是，对于不同的应用，轮胎具有不同的占地面积。例如，在农用车辆中，可能期望的是，当车辆行驶越过田地时，轮胎具有较大的占地面积和较大的偏转，以避免损坏作物或损坏轮胎。还可能期望的是，当车辆以较高速度在道路上行驶时，农用车辆上的轮胎具有较小的占地面积和较小的偏转。同样，在其他车辆诸如越野车、卡车和客车中，可能期望的是，在车辆在不同表面上或以不同速度行驶时调整轮胎的占地面积。

返回图1，传感器140还可包括位置传感器或加速度计，以提供用于确定传感器140和被监测区域150的位置的数据。位置传感器可为编码器。加速度计可提供加速度数据，计算机处理器可分析该加速度数据以确定传感器140的角位置。传感器140还可包括加速度计和位置传感器两者。在另选的实施方案中，加速度计或位置传感器与传感器140分开设置在车轮110或轮胎105上。在另选的实施方案中，可采用取向传感器来代替位置传感器。在一个此类实施方案中，取向传感器将检测传感器何时向下指向地面(并因此指向占地面积的中心)以触发偏转传感器进行测量。

传感器140还可包括温度和压力传感器。虽然轮胎的偏转与轮胎的内部温度和压力相关，但其他因素可影响发生的偏转量。因此，从温度和压力传感器获得的数据可用于确认所监测的偏转，并且还识别轮胎的其他问题。在入口145为通孔的实施方案中，传感器140中的温度和压力传感器可能能够在完全安装在腔体外部时获得有意义的数据。如果入口145为窗口，或者如果期望以其他方式监测来自位于腔体内部的传感器的温度和压力，则可采用第二传感器155。在所示实施方案中，第二传感器155安装到车轮110。在另选的实施方案(未示出)中，第二传感器安装到轮胎的内表面。在另选的实施方案中，可省去第二传感器。在另一另选的实施方案中，传感器包括单独的温度传感器。在又一另选的实施方案中，传感器包括单独的压力传感器。

传感器140还可包括湿度传感器。腔体内部的湿度可影响压力，并且因此可影响发生的偏转量。因此，从湿度传感器获得的数据可用于确认所监测的偏转，并且还识别轮胎的其他问题。在入口145为通孔的实施方案中，传感器140中的湿度传感器可能能够在完全安装在腔体外部时获得有意义的数据。如果入口145为窗口，或者如果期望以其他方式监测来自位于腔体内部的传感器的湿度，则可在第二传感器155中采用湿度传感器。在另选的实施方案(未示出)中，湿度传感器可为安装在腔体内部的第三传感器。在另一另选的实施方案中，可省去湿度传感器。

上述传感器可集成到用于监测轮胎的系统中。另外，可在用于调节轮胎中空气压力的系统中采用上述传感器。图4是示出用于调节轮胎的示例性系统400的框图。应当理解，块表示可一起容纳在共同壳体中或容纳在多个单独壳体中的系统部件。还应当理解，可采用附加部件，包括用于冗余目的的相同部件的倍数。例如，虽然示出了单个处理器405，但所示部件中的任一部件都可包括相关联的处理器。

其他部件中的每个部件均被示出为与处理器405进行信号通信。通信可通过有线或其他物理介质进行，或者其可通过无线通信手段，诸如通过射频(RF)传输进行。通信也可以是有线通信和无线通信的组合。另外，某些部件可以在此未示出的方式彼此进行信号通信。

处理器405与偏转传感器410(诸如上述偏转传感器中的一个偏转传感器)通信。偏转传感器410将与轮胎的被监测区域的偏转相关的数据传输到处理器405。另外，位置传感器415将与偏转传感器410的位置相关的数据传输到处理器405。加速度计420还可传输与偏转传感器410的加速度相关的数据。基于来自偏转传感器410、位置传感器415和加速度计420的数据，处理器计算轮胎在表面上滚动时的偏转。在另选的实施方案中，处理器405可利用比所示更少的输入来计算轮胎的偏转。在另一另选的实施方案中，可采用取向传感器来代替位置传感器。

处理器405还与温度和压力传感器425进行信号通信。温度传感器和压力传感器425传输与轮胎的腔体内部的温度和压力相关的数据。虽然传感器425被识别为检测温度和压力两者的单个传感器，但应当理解，第一传感器可检测温度，而第二传感器检测压力。第一传感器和第二传感器可设置在相同壳体中或设置在不同壳体中。

处理器405还与湿度传感器430进行信号通信。湿度传感器430传输与轮胎的腔体内部的湿度相关的数据。当确定轮胎的偏转时，处理器可结合温度、压力或湿度数据。

由偏转传感器410、位置传感器415、加速度计420、温度和压力传感器425以及湿度传感器430传输的数据可统称为收集轮胎相关数据或轮胎数据的传感器，因为这些数据与轮胎相关并从轮胎提取。可采用附加轮胎传感器来监测和传输其他轮胎相关数据，诸如轮胎识别、应变、磨损和其他特性。

继续参考图4，处理器405还与收集非轮胎相关数据或非轮胎数据的传感器进行信号通信。例如，处理器405与全球定位系统(GPS)435进行信号通信。GPS 435基于卫星传输来计算地理位置。GPS 435或处理器405可通过将GPS数据与存储在数据库或其他存储器(未示出)中的地形数据相关联来确定车辆正在行驶过的地形。例如，GPS 435或处理器405可确定车辆正在行驶穿过田地或正在高速公路上行驶。

处理器405还与诸如通过监测引擎应变来监测引擎的引擎传感器440进行信号通信。处理器405可使用引擎应变数据来计算车辆上的负载。

另外，处理器405与重量传感器445进行信号通信。重量传感器可直接感测车辆、车辆的一部分或连接到车辆的拖车中的重量。

处理器405还与速度计450进行信号通信，该速度计测量车辆的速度。处理器还可与其他传感器诸如车辆加速度计或悬架位移传感器进行信号通信。此类传感器可向处理器提供指示车辆是在平滑地形上还是在崎岖地形上行驶的数据。另外，处理器可接收来自用户的输入，诸如地形或环境条件的指示。

至少部分地基于非轮胎数据，处理器405确定期望轮胎偏转。例如，处理器405可基于车辆速度、车辆加速度、地形数据、车辆负载和引擎应变中的一者或多者来确定期望轮胎偏转。该确定可基于算法、机器学习进行或通过参考查找表进行。查找表可基于测试结果来手动填充，或通过机器学习来填充。例如，基于非轮胎数据，处理器405可确定车辆正在土路上以中速承载重型装备。在此类条件下，可能需要中等程度的偏转。作为另一个示例，处理器405可确定车辆没有承载负载并且正以低速行驶穿过田地。在此类条件下，可能需要高水平的偏转。作为又一个示例，处理器405可确定车辆没有承载负载并且正以高速在道路上行驶。在此类条件下，可能需要低水平的偏转。

基于附加数据，诸如轮胎腔体内部的温度、压力或湿度，处理器计算对应于期望轮胎偏转的压力。在所示实施方案中，处理器405与空气调节器455进行信号通信。处理器405将信号传输到空气调节器455以给轮胎充气或放气，从而调整轮胎内部的空气压力，直到观察到的轮胎偏转在期望轮胎偏转的预定量内。换句话讲，压力调节可部分地基于所测量的温度、所测量的压力或所测量的湿度中的至少一者。

在另选的实施方案(未示出)中，处理器向用户显示充气状态和建议。因此，当不采用空气调节器时，用户可手动给轮胎充气或放气以实现期望轮胎偏转。在所有实施方案中，可向用户显示数据，或可存储数据。可在迭代过程中采用该数据来针对某些条件细化期望的轮胎偏转。

图5是轮胎和车轮组件500的替代实施方案的局部横截面的示意图。除了本文中所讨论的差异之外，组件500与上文相对于图1所描述的组件100基本上相同。类似的附图标号用于类似的元件。

在所示实施方案中，轮胎105安装在经修改的车轮510上。代替单个外部传感器，第一外部传感器540A安装在车轮510上的第一入口545A上方，并且第二外部传感器540B安装在车轮510上的第二入口545B上方。第一传感器540A和第二传感器540B中的每一者可与上述外部传感器140相同。在一个实施方案中，第一传感器540A是与第二传感器540B相同类型的传感器。在另选的实施方案中，第一传感器540A是与第二传感器540B不同类型的传感器。例如，外部传感器中的一个外部传感器可为光学传感器，而另一传感器为射频传感器。

在所示实施方案中，第一外部传感器540A和第二外部传感器540B监测轮胎105的相同区域150，其中每个传感器540A、540B以不同角度监测区域150。通过以不同角度监测相同区域150，可更准确地测量该区域的偏转。在另选的实施方案(未示出)中，外部传感器中的每个传感器监测轮胎的不同区域。

在上述实施方案中的每个实施方案中，所描述的部件可专用于单个轮胎。然而，这些部件中的一些部件可用于多个轮胎。例如，单个处理器可与来自多个轮胎的传感器进行信号通信。另外，单个空气压缩机可连接到多个轮胎。

虽然可能期望的是在车辆的每个轮胎上都采用传感器，但可接受的是仅监测每个轮轴上的单个轮胎，并且基于对单个轮胎的监测来调节该轮轴上的所有轮胎的压力。在一些情况下，可接受的是仅监测车辆上的单个轮胎，并且基于对单个轮胎的监测来调节车辆上的所有轮胎的压力。

就在说明书或权利要求书中使用术语“包括”或“具有”而言，其旨在以类似于术语“包含”在权利要求书中用作过渡词时所理解的方式来具有包容性。此外，就采用术语“或”(例如，A或B)而言，该术语旨在表示“A或B或两者”。当申请人旨在指示“仅A或B但不是两者”时，则将采用术语“仅A或B但不是两者”。因此，本文中术语“或”的使用具有包容性，不具有排他性用途。参见Bryan A.Garner，《现代法律用语词典》第624页(第二版，1995年)(BryanA.Garner,A Dictionary of Modern Legal Usage 624(2d.Ed.1995)。此外，就在说明书和权利要求书中使用术语“在……中”或“到……中”而言，该术语旨在另外表示“在……上”或“到……上”。此外，就在说明书或权利要求书中使用术语“连接”而言，该术语旨在不仅表示“直接连接到”，而且也表示“间接连接到”，诸如通过另外的一个或多个部件进行连接。

虽然本申请已通过其实施方案的描述进行了说明，并且虽然已相当详细地对所述实施方案进行了描述，但申请人并非意图将所附权利要求书的范围约束为这样的细节或以任何方式限制为这样的细节。附加的优点和修改对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。因此，在其更广泛的方面，本申请并不限于所示和所述的特定细节、代表性设备和方法，以及示例性示例。因此，可以在不脱离申请人的总体发明构思的实质或范围的情况下偏离此类细节。

Claims (15)

1.一种轮胎和车轮组件，所述轮胎和车轮组件包括：

车轮，所述车轮具有通孔；

轮胎，所述轮胎安装在所述车轮上，从而形成腔体；

阀，所述阀从所述腔体外部的位置穿过所述车轮延伸到所述腔体内部的位置，其中所述阀与所述通孔间隔开；和

偏转传感器，所述偏转传感器在所述腔体外部的位置处安装在所述车轮上的所述通孔上方，使得所述偏转传感器的任何部分都不在所述腔体内部。

2.根据权利要求1所述的轮胎和车轮组件，所述轮胎和车轮组件还包括温度和压力传感器。

3.根据权利要求1所述的轮胎和车轮组件，所述轮胎和车轮组件还包括加速度计。

4.根据权利要求1所述的轮胎和车轮组件，其中所述偏转传感器包括位置传感器和取向传感器中的一者。

5.根据权利要求1所述的轮胎和车轮组件，其中所述轮胎包括在所述轮胎的内表面上与所述偏转传感器相对的位置处的标记。

6.根据权利要求1所述的轮胎和车轮组件，所述轮胎和车轮组件还包括处理器，所述处理器与所述偏转传感器进行信号通信。

7.根据权利要求6所述的轮胎和车轮组件，所述轮胎和车轮组件还包括空气调节器，所述空气调节器连接到所述阀并且与所述处理器进行信号通信。

8.根据权利要求1所述的轮胎和车轮组件，其中所述偏转传感器是选自由以下项组成的组的传感器：光学传感器、超声波传感器、射频传感器、磁传感器、雷达、毫米波雷达、结构光传感器和激光传感器。

9.一种调节轮胎中的压力的方法，所述方法包括：

提供轮胎，所述轮胎安装在车辆的车轮上，

其中所述轮胎和所述车轮限定腔体，并且

其中所述车轮具有设置在其中的通孔；

在所述腔体外部的位置处在所述车轮上的所述通孔上方提供偏转传感器，使得所述偏转传感器的任何部分都不在所述腔体内部；

利用所述偏转传感器监测所述轮胎的内壁的与所述通孔相对的所选择区域；

基于对所述轮胎的所述内壁的与所述通孔相对的所选择区域的所述监测来计算轮胎偏转；

至少部分地基于非轮胎数据来确定所述轮胎的期望轮胎偏转；以及

调整所述轮胎内部的空气压力，直到所计算的轮胎偏转在所述期望轮胎偏转的预定量内。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述非轮胎数据选自由以下项组成的组：车辆速度、车辆加速度、地形数据、车辆负载和引擎应变。

11.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括监测所述偏转传感器的位置和取向中的一者。

12.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括监测所述轮胎内部的湿度水平。

13.根据权利要求12所述的方法，其中调整所述轮胎内部的所述空气压力的所述步骤部分地基于所述轮胎内部的所述湿度水平。

14.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括监测所述轮胎内部的温度。

15.根据权利要求14所述的方法，其中调整所述轮胎内部的所述空气压力的所述步骤部分地基于所述轮胎内部的所述温度。

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