CN113272157A

CN113272157A - 用于确定地面坚硬度的方法

Info

Publication number: CN113272157A
Application number: CN201980088561.2A
Authority: CN
Inventors: G·埃雷迪亚; J-M·瓦舍朗; A·帕蒂雷尔
Original assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Current assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Priority date: 2018-11-14
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2021-08-17
Anticipated expiration: 2039-11-14
Also published as: CN113272157B; CA3120047A1; WO2020099785A1; BR112021009453A2; FR3088249A3; FR3088249B3

Abstract

本发明涉及一种用于确定安装在车辆上的轮胎滚动的地面的坚硬度的方法，所述轮胎设置有传感器，所述传感器配置为采集表示轮胎在地面上滚动时的曲率变化的测量信号，所述方法包括以下步骤：‑由传感器采集表示轮胎滚动期间的曲率变化的测量信号，‑根据测量信号确定测量数据，所述测量数据包括：a)第一参数(KL)，其表示接地面的长度，b)第二参数(KS)，其表示轮胎与地面接触时的扁平率，‑根据第一参数(KL)和第二参数(KS)确定地面的坚硬度。

Description

用于确定地面坚硬度的方法

技术领域

本发明涉及确定轮胎沿地面滚动的条件。更具体地，本发明提出通过表示轮胎圆周曲率的测量信号来确定地面坚硬度状况。

背景技术

已经发现，在任何时刻了解轮胎沿地面滚动的条件实际上是有益的，这便于与驾驶员或驾驶辅助系统交互，以便向驾驶员或驾驶辅助系统提供关于滚动条件变化的实时信息，并且可能的话，对滚动条件变化作出反应。特别是，了解地面坚硬度状况使得能够调整车辆的使用条件。例如，在存在松散地面的情况下，可以降低轮胎的充气压力，以扩大轮胎与地面接触的接地面的面积，从而限制地面的压实。

此外，地面坚硬度的局部确定使得可以评估执行或不执行依赖于这种坚硬度状况的某些操作的可取性。例如，在过于松散的土壤上滚动器具可能会损坏地面或导致器具陷入。耕作也可能受到地面坚硬度的影响。

通过将坚硬度状况与同步地理定位数据耦合，可以建立地块的地面坚硬度的地图，该地图可以与地面的其它特性耦合。这样的地图可以被证明用于确定如何改善地块中的地面，例如通过安装排水装置或添加石头或根据地面的需要进行松土。

专利FR3015036描述了如何仅根据声学记录来确定地面的气象条件、表面覆盖的类型、轮胎磨损的程度或所使用的胎面花纹的类型。声学录音利用位于车辆后部轮拱的前部的麦克风进行。声功率谱密度分布在给定的频率区间上。这一频谱根据一系列参数而变化，如气象条件、道路状况、轮胎磨损程度、轮胎胎面花纹类型。

然而，这种方法不允许确定特定应用可能感兴趣的某些滚动条件。特别是，这种方法不允许确定地面坚硬度。

发明内容

本发明的一个目的是能够实时地确定安装在车辆上的轮胎滚动的地面的坚硬度。

为此，本发明提出了一种用于确定安装在车辆上的轮胎滚动的地面的坚硬度的方法，所述轮胎配备有传感器，所述传感器配置为采集表示轮胎沿地面滚动时的曲率变化的测量信号，所述方法包括以下步骤：

-由传感器采集表示轮胎滚动期间的曲率变化的测量信号，

-根据测量信号确定测量数据，所述测量数据包括：

a)第一参数，其表示在承载轮胎的车轮的一次旋转期间与地面接触的接地面的长度，以及

b)第二参数，其表示在承载轮胎的车轮的一次旋转期间轮胎与地面接触时的扁平率，

-根据第一参数和第二参数确定地面的坚硬度。

该方法允许在不考虑车辆载荷或压力的情况下，仅基于表示轮胎曲率变化的测量信号，以简单、精确和可靠的方式实时确定安装在车辆上的轮胎滚动的地面的坚硬度。

有利地，本方法是通过单独考虑或以技术上可行的任意组合形式的以下特征进行补充：

-在滚动期间，在车轮的一次旋转过程中，轮胎的曲率根据周期而变化，所述周期表现为：

-不与地面接触的部分，

-与地面接触的部分，其中，所述第一参数根据对应于与地面接触的部分的测量信号的部分而确定，所述第二参数根据对应于在不与地面接触的部分和与地面接触的部分之间的轮胎的曲率的过渡的测量信号的部分而确定。

-不与地面接触的部分，其在测量信号中由稳定的曲率表征，

-与地面接触的部分，其在测量信号中由接触曲率变化的峰值表征，

-称为在不与地面接触的部分和与地面接触的部分之间的进行接触过渡的过渡，其在测量信号中由与接触曲率变化的峰值相反的进行接触曲率变化的峰值表征，

-称为在与地面接触的部分和不与地面接触的部分之间的脱离接触过渡的过渡，其在测量信号中由与接触曲率变化的峰值相反的脱离接触曲率变化的峰值表征，

所述第一参数根据进行接触曲率变化的峰值与脱离接触曲率变化的峰值之间的距离而确定，

所述第二参数根据进行接触曲率变化的峰值和接触曲率变化的峰值之间的梯度而确定；

-利用将所述地面的坚硬度、第一参数和第二参数关联的线性关系式来确定地面的坚硬度；

-所述线性关系式具有以下形式：

F＝a+b×KL+c×KS

其中，F是坚硬度系数，KL是第一参数，KS是第二参数，a、b、c是预定的固定系数；

-通过根据第一参数和第二参数来计算坚硬度系数，并将所述坚硬度系数与限定坚硬度类别的阈值进行比较来确定坚硬度。

本发明还涉及一种轮胎，所述轮胎包括对轮胎的曲率变化敏感并且配置为产生表示轮胎在地面上滚动时的曲率变化的测量信号的传感器，所述传感器包括有效部分和电路板，所述有效部分配置为产生测量信号，所述电路板配置为确定测量数据，所述测量数据包括：

所述传感器配置为将测量数据发送到轮胎的外部。

本发明还涉及一种数据处理单元，所述数据处理单元配置为接收从表示轮胎在地面上滚动时的曲率变化的测量信号得出的测量数据，所述测量数据包括：

所述数据处理单元配置为根据第一参数和第二参数来确定地面的坚硬度。

本发明还涉及一种车辆，所述车辆包括：

-至少一个轮胎，

-至少一个传感器，所述传感器对轮胎的曲率变化敏感，并且配置为产生表示轮胎在地面上滚动时的曲率变化的测量信号，所述传感器优选地位于轮胎内部，

-数据处理单元，所述数据处理单元配置为接收从表示轮胎在地面上滚动时的曲率变化的测量信号得出的测量数据，并且根据测量数据确定地面的坚硬度，所述测量数据包括：

b)第二参数，其表示在承载轮胎的车轮的一次旋转期间轮胎与地面接触时的扁平率，所述车辆配置为实施根据本发明的方法。

优选地，所述传感器包括有效部分和电路板，所述有效部分配置为产生测量信号，所述电路板配置为确定测量数据，并且其中，所述数据处理单元位于轮胎的外部。

本发明还涉及一种计算机程序产品，其包括程序代码指令，当所述程序在计算机上执行时，所述程序代码指令用于执行根据本发明的方法。所述计算机程序产品可以采取非瞬态计算机可读介质的形式，当计算机读取所述非瞬态计算机可读介质时，所述非瞬态计算机可读介质存储用于执行根据本发明的方法的代码指令。

附图说明

通过下面的描述，本发明的其他特征、目的和优点将变得更加显而易见，下面的描述仅是说明性、非限制性的，并且应当结合所附附图来阅读，在所附附图中：

-图1示意性地示出了安装在车辆轮辋上的轮胎；

-图2显示了在轮胎滚动时由对轮胎曲率敏感的传感器记录的测量信号的示例；

-图3显示了根据本发明一个可能的实施方案的用于评估地面坚硬度的方法中的步骤的流程图；

-图4给出了利用两个参数进行二维统计分析的示例，所述两个参数从根据不同的地面坚硬度状况的车辆的前轮胎的测量信号推导出；

-图5给出了车辆的前轮胎的一维判别分析的示例；

-图6给出了地面坚硬度分类的示例。

具体实施方式

图1示出了安装在轮辋2上的轮胎1。这样的轮胎1一方面包括胎冠区域3，该胎冠区域3构成呈现胎面花纹的胎面，另一方面包括终止于下胎侧区域的胎侧4。下胎侧区域通常包括胎圈钢丝和用于将轮胎1安装在轮辋2上的胎圈。轮辋2本身通过车轴(未示出)连接到车辆9。因此，轮胎1形成了提供车辆9与地面7之间的连接的地面接触系统。

因此，轮胎指的是一种弹性固体，其设计成安装在车轮的轮辋2上，并且通常呈轮胎圈的形式，以形成提供车辆9与地面7之间的连接的地面接触系统，所述轮胎包括受到载荷时周向曲率半径发生变化的胎面。轮胎1通常由弹性体(例如，橡胶)和可能的其它纺织材料和/或金属材料制成。轮胎1可以是无气的，例如具有支撑胎面的柔性聚氨酯轮辐。然而，优选地，轮胎1包括柔性外胎，该柔性外胎包含加压气态内部(通常为空气)。由于这是轮胎1的最常见的形式，参照具有加压气体的内部压力的这种充气轮胎1以非限制性的方式给出以下描述。

轮胎1受到车辆9经由车轴和轮辋2向地面7施加的力。该力来自于由车辆9的重量产生的轴载荷。由于轮辋2是不可变形的，因此当轮胎1与地面7的表面8接触时，施加到轮胎1上的力使轮胎1变形：轮辋2下方的胎冠3的部分压平，增加了轮胎1与地面接触的接地面6的面积，同时胎侧4变得膨胀。当轮胎内部的压力较低时，这种变形会更加明显。地面7的性质也对该变形有影响，特别是该地面7的坚硬度状况。具体地，硬地面不会变形或几乎不变形，而软地面在轮胎1的作用下变形，因此轮胎1的变形较小，因为一部分变形转移到了地面7。

轮胎1的变形导致轮胎1的周向曲率(即，胎冠区域3的曲率)的变化。当轮胎1滚动时，曲率的这种变化围绕轮胎1的圆周行进。因此，对于轮胎1上的给定点，曲率将随着车轮的每一次旋转而周期性地变化。

轮胎1装配有传感器10，传感器10配置为采集表示轮胎的曲率变化的测量信号。传感器10位于轮胎1的外胎内。优选地，传感器10紧靠胎冠区域3放置。传感器10可以嵌入到轮胎外胎的结构中，或者可以附接至轮胎外胎，并且例如通过粘合剂层而保持在适当的位置。传感器10包括固定至轮胎1的外胎的有效部分11，使得轮胎1的变形导致传感器10的有效部分11的相应变形，该传感器10产生作为其有效部分11的变形的函数的测量信号。因此，测量信号真正表示了轮胎曲率的变化。

优选地，传感器10是压电传感器，其产生与弯曲的变化成比例的电压。更具体地，传感器10例如可以包括由两个导电层之间的压电层构成的有效部分11。传感器10也可以是电阻式传感器，其阻抗与传感器的有效部分11的弯曲成比例。也可以使用加速度计，尽管其使用要复杂得多并且需要更大的处理量。传感器10也可以适合于测量其它参数，特别是压力。传感器10可以集成到安装在轮胎1内部的另一个电子设备中，例如TMS(tyremonitoring system，轮胎监测系统)类型的压力和/或温度传感器。

传感器10还包括电路板12，所述电路板12连接到传感器10的有效部分11，并且配置为接收来自有效部分11的测量信号。该电路板12至少包括处理器和存储器，并且适于处理诸如测量信号的数据，从而根据测量信号确定测量数据，并且适于传递这些测量数据。优选地，传感器10与无线发射器(尤其是射频类型的)相关联，所述无线发射器例如是利用蓝牙低功耗技术的类型的，或者是在433MHz频带中工作的低功耗设备(LPD 433)类型的，从而能够将测量信号中继到自动数据处理单元，该自动数据处理单元优选地位于轮胎1的外部，以进行处理。无线发射器可以形成传感器10的一部分，例如作为电路板12的组件，或者可以不同于传感器10。因此，例如可以在轮胎1内部设置天线。在无线通信的情况下，外部接收器可以接收与传感器10相关联的无线通信装置所发送的信号，并将所述信号中继到自动数据处理单元。

当然，传感器10可以包括参与其正确工作的其它元件，特别是例如包括电池的电源模块。

当轮胎1沿地面滚动时，传感器10采集表示轮胎的周向曲率变化的测量信号(步骤S1)。该测量信号可以与曲率直接相关(因此是曲率测量信号)，并且因此监视曲率的变化，或者可以与曲率间接相关。特别是在有效部分11是压电传感器的传感器10的情况下，因为测量信号于是对应于曲率的变化。下面的示例中将使用这种类型的传感器。然后，由传感器10的有效部分11产生的测量信号由电路板12处理，以根据测量信号确定测量数据。处理测量信号的目的是提取该信号中的有用信息，该信息随后在所述方法中被利用。

图2显示了在轮胎1滚动时由对轮胎曲率变化敏感的传感器10记录的测量信号的示意性示例。测量信号在这里由电压(V)表示，并由根据以度数表示的车轮旋转而变化的Δ曲率进行指示。

在滚动过程中，在车轮的一次旋转过程中，轮胎的曲率根据周期而变化，所述周期表现出：

-不与地面接触的部分，

-与地面接触的部分。

该序列示出了进入传感器10所在的轮胎1的区域中的轮胎与地面接触的接地面的两次经过，这两次经过由周期中不与地面接触的部分隔开。周期中不与地面接触的部分以稳定的曲率表征，这导致测量信号稳定在接近于零的值。周期中与地面接触的部分由测量信号中接触曲率变化的峰值20、30表征。在图2中，接触曲率变化的峰值20、30指向下方，对应于负电压峰值。具体地，接触曲率变化的峰值20、30对应于轮胎1在接地面6中的压平。

该曲率还表现出称为在不与地面接触的部分和与地面接触的部分之间进行接触的过渡的过渡，该过渡在测量信号中由进行接触曲率变化的峰值21、31表征，该峰值与接触曲率变化的峰值20、30相反，即在本示例中是指向上方的。该曲率变化还表现出称为在与地面接触的部分和不与地面接触的部分之间脱离接触的过渡的过渡，该过渡在测量信号中由脱离接触曲率变化的峰值22、32表征，该峰值与接触曲率变化的峰值相反，即在本示例中是指向上方的。进行接触曲率变化的峰值21、31和脱离接触曲率变化的峰值22、32对应于轮胎1在进入和离开接地面时的曲率半径的突然变化。

由于轮胎在转动，重复相同的周期，其中不与地面接触时具有稳定的测量信号，随后是进行接触曲率变化的峰值21、31，接触曲率变化的峰值20、30，脱离接触曲率变化的峰值22、32，最后是不与地面接触的另一稳定测量信号。该周期对应于车轮的一次旋转，因此对应于360°，由图2中的长度KT表示。

对于每个周期，脱离接触曲率变化的峰值22、32提供的主要优点是峰值是尖锐的，特别是基本上与地面和轮胎1的条件无关。具体地，当传感器10所处的轮胎1的区域从与地面接触的部分的平坦状态特征突然转变为不与地面接触的部分的弯曲状态特征时，脱离接触曲率变化的峰值22、32对应于离开接地面时轮胎1的曲率变化。在松散的地面上，当轮胎1逐渐滚动时，轮胎1压实下方的地面，从而形成车辙，并因此形成车辙底部，车辙底部相当坚硬，并且当轮胎1离开接地面时，轮胎1停留在车辙底部。此外，车辆9的向前行进基本上朝向进入接地面的方向施加应力。因此，在离开接地面时，轮胎1就曲率而言具有脱离接触的表现，这与轮胎1在道路上的表现非常相似。

因此，通过识别每个脱离接触曲率变化的峰值22、32，容易识别对应于车轮旋转的每个周期。也可以利用专用的设备(例如，转速计)来识别周期。在此基础上，可以将数据表示为每个周期的角度的函数。这特别意味着周期及其数据可以与车辆9的速度无关地进行比较。所述方法的步骤仅需要一个周期来实现，并且因此可以对于每个周期实现。然而，为了使该方法对于可能的孤立的不可预测事件(例如，存在石头)更加鲁棒，可以使用多个测量周期的组合，例如利用移动平均。

地面坚硬度状况会影响测量信号的轮廓特征。因此，本发明寻求从测量信号中提取参数，以便从测量信号中推导地面坚硬度状况。因此，所述方法包括根据测量信号确定至少包括第一参数KL和第二参数KS的测量数据(步骤S2)，第一参数KL表示在承载轮胎1的车轮的一次旋转期间与地面接触的接地面6的区域的长度，第二参数KS表示在承载轮胎1的车轮的一次旋转期间与地面接触时轮胎的扁平率。测量数据可以包括从测量信号得出的其他参数或数值。

第一参数KL根据测量信号中与地面接触的部分相对应的部分来确定。更具体地，所述第一参数KL是根据进行接触曲率变化的峰值31与脱离接触曲率变化的峰值32之间的距离而确定的。由于它们代表周期中的两个局部极大值，因此易于识别每个峰值的顶部，并由此推导出它们之间的距离(以度数表示)。由于进行接触曲率变化的峰值31和脱离接触曲率变化的峰值32分别对应于与地面接触的部分的开始和结束，因此第一参数KL实际上是轮胎1与地面接触的面积的函数。实际上，KL对应于接地面6的长度。在该示例中，由于测量信号以伏特V表示为角度°的函数，第一参数KL可以以角度表示。

第二参数KS根据测量信号中与轮胎的曲率在不与地面接触的部分和与地面接触的部分之间的过渡相对应的部分来确定。更具体地，第二参数KS是根据进行接触曲率变化的峰值31与接触曲率变化的峰值30之间的梯度(pente)确定的。更具体地，第二参数KS可以对应于进行接触曲率变化的峰值31和接触曲率变化的峰值30之间的曲率变化的最大变化，即可以对应于最大梯度。在该示例中，由于测量信号以伏特V表示为角度°的函数，因此第二参数KS可以具有单位V/°，即轮胎1的曲率的二阶导数。

KS可以用多种方法来近似。例如，第二参数KS可以对应于进行接触曲率变化的峰值31与接触曲率变化的峰值30之间的测量信号的导数的最大值(在绝对值意义上)，该导数是根据两个连续(或紧密间隔的)测量点之间的差估算的，显然考虑到它们的角度分离。由于在该示例中这是递减梯度，因此绝对值意义上的该最大值对应于进行接触曲率变化的峰值31与接触曲率变化的峰值30之间的测量信号的导数的最小值。也可以选择固定的测量点(而不是寻找导数极值)，例如与进行接触曲率变化的峰值31和接触曲率变化的峰值30的顶部等距的测量点，并使用这些点计算导数。可以使用对应于测量信号值的测量点，例如在所示情况下通过零的信号。也可以使用更复杂的方法，例如Savitzky-Golay算法。然而，选择相对较低的采样频率(典型地，小于或等于500Hz，优选地小于或等于400Hz，例如示例中的300Hz的频率)相当于平滑测量信号，并且使得可以选择在计算方面要求较低的方法，例如如上所述的那些方法。

如上文所示，第一参数KL和第二参数KS具有以下优点：根据地面坚硬度表现出很大的可变性，并且易于获得。更具体地，随着地面坚硬度降低，第一参数KL增大，而第二参数KS减小。因此，地面越松散，轮胎与地面7接触的接地面6的长度(由第一参数KL表示)越长，而扁平率(由第二参数KS表示)变得越小。相反，随着地面7的坚硬度增加，第一参数KL减小，而第二参数KS增大。

单独地考虑，第一参数KL和/或第二参数KS可以取决于载荷、压力和/或速度。然而，将第一参数KL和第二参数KS都考虑在内意味着地面坚硬度可以在不知道地面上轮胎1的载荷、压力、速度和滑移的情况下仅根据这些参数来确定。

优选地，传感器10的电路板12根据测量信号确定包括第一参数KL和第二参数KS的测量数据。然后这些测量数据由传感器10发送到数据处理单元15，该数据处理单元15执行该方法的下一部分。该数据处理单元15优选地位于轮胎1的外部，例如位于车辆9中，但是处理单元15也可以远离车辆9，并且数据的传输于是可以涉及中间传输装置。然后，传感器10和数据处理单元15之间的测量数据的传输以无线的方式执行。数据处理单元15通常包括处理器和存储器，并且适于在实施用于确定地面坚硬度的方法的下一部分时接收并处理测量数据。

可以将测量信号发送到处理单元15以实施该方法的下一部分。然而，利用传感器10确定测量数据并将这些测量数据单独发送到数据处理单元15的优点是减少在传感器10和数据处理单元15之间传输的数据量。由于数据传输消耗大量能量，因此传输测量数据(而非测量信号)能够降低传感器10的电力消耗，传感器10在轮胎1内具有有限的供电选择。

同样有利的是，不使用传感器10的电路板12来实现该方法的下一部分，而是使用数据处理单元15来处理测量数据。于是，这限制了传感器10的电路板12执行的计算，使得能够节省电路板12上的电力和存储器。此外，更容易修改方法的下一部分在易访问数据处理单元15上实现的方式，而不是在轮胎1内部的传感器10上实现的方式。

一旦处理单元15接收到测量数据，处理单元15可以根据第一参数KL和第二参数KS来确定地面坚硬度，所述第一参数KL和第二参数KS包含在测量数据中，并且根据地面坚硬度而变化，如下文所示。

图4给出了利用从在已知坚硬度的地面7上滚动的车辆9的轮胎1的测量信号得出的两个参数KL和KS进行二维统计分析的示例。在该示例中，测量数据是从在以下三种不同坚硬度配置的相同地面上滚动时农用拖拉机的前轮胎中的压电传感器10所采集的测量信号得出的：

-C0(非常松散的地面)：耙松的新犁过的土壤，

-C2(相当松散的地面)：由于轮胎1经过(通过车辆9的前轮和后轮，因此对应于车辆9的经过)而压实两次的新犁过和耙松的土壤，

-道路(硬地面)：沥青表面。

需要注意的是，测量点将变化的载荷、压力和速度(低于20km/h)集合在一起。

测量点根据第一参数KL(在横坐标轴上，以角度为单位)和第二参数KS(在纵坐标轴上，以V/°为单位)表示。这些值显然取决于轮胎1的类型和所使用的传感器10。十字对应于在非常松散的表层土壤C0上滚动，并且以95％置信度的第一椭圆41集合在一起。圆圈对应于在相当松散的地面C2上滚动，并且以95％置信度的第二椭圆42集合在一起。点对应于在道路(非常硬的地面)上滚动时的测量点，并且以95％置信度的第三椭圆43集合在一起。图4的示例给出了参数KL和KS所采用的值的指示。例如，在道路上，第二参数KS包括在-0.7V/°至-1V/°之间，而第一参数KL包括在35°至43°之间。

可以注意到，第三置信度椭圆43与其他两个置信度椭圆明显分开。因此，两个参数KL和KS使得能够很容易地识别非常硬的地面，例如道路。还可以注意到，虽然第一置信度椭圆41和第二置信度椭圆42略微重叠，但是它们是充分分开的，从而能够区分地面C0的测量点和地面C2的测量点。因此，综合考虑参数KL和KS，可以识别地面坚硬度状况，尽管载荷、压力和速度可能不同。

更具体地，包括参数KL和KS的测量数据用于分析测量信号，以便确定轮胎1滚动的地面所属的坚硬度类别。类别的使用意味着可以方便和简化对驾驶员的任何信息反馈或自动系统的操作，同时消除测量的不精确性和波动。使用坚硬度类别不是强制性的，因为可以通过数值(例如，百分比)来表示坚硬度，尽管这是下文所述的优选实施方案。

作为非限制性说明，可以使用以下类别：

[表1]

在本表中，土壤C0是耙松的新犁过的土壤，土壤C1是由于一个车轮(仅前轮)经过而压实的土壤C0，土壤C2是由于两个车轮(前轮和后轮)经过而压实的土壤C0，土壤C3是由于三个车轮(前轮、后轮、然后再前轮)经过而压实的土壤C0。应当注意，土壤C2和C3(可能是下一个)被归为同一类别，因为土壤在车辆9经过时很快达到其最大压实度。这些分类的优点是考虑了前轮和后轮滚动对地面坚硬度的相应影响。当然，也可以使用其他类别。例如，可以使用更松散的类别，例如表示非常松散的泥泞土壤、或甚至是缺乏承载能力的土壤的类别。

因此，利用将地面坚硬度、第一参数KL和第二参数KS关联的关系式来确定地面坚硬度。因此，在确定了第一参数KL和第二参数KS之后，第一参数KL和第二参数KS然后用于利用该关系式来确定坚硬度系数(步骤3)。因此，如果将坚硬度系数表示为F，将对应于该关系式并且与第一参数KL和第二参数KS相关的函数表示为f，则可以写成以下关系式：

F＝f(KL,KS)

优选地，该关系式是线性关系式。更具体地，线性关系式的形式可以是：

F＝a+b×KL+c×KS

其中，F是坚硬度系数，KL是第一参数，KS是第二参数，a、b、c是预定的固定非零实系数。该关系式可以是双线性的，因此为以下类型：

F＝a+b×KL+c×KS+m×KL×KS

其中，a、b、c和m是预定的固定非零实系数。

应当注意，将地面坚硬度、第一参数KL和第二参数KS关联的关系式显然可以考虑其他参数，特别是可以考虑轮胎的压力、速度或长度KT(车轮的转数)。

优选地，固定系数a、b、c和m选择为使地面坚硬度类别之间的区分度最大化。例如，可以利用一维判别分析。这种判别分析旨在使每个地面坚硬度类别的重心之间的距离最大化，同时使类别内的散布范围最小化。

图5给出了针对与图4的数据相同的数据的车辆9的前轮胎1的一维判别分析的示例。样本(确切地说是1388个)沿横坐标轴通过滚动配置被集合在一起，而纵坐标轴对应于判别轴。测量点以三种不同的坚硬度配置记录。第一组测量点51将在道路上记录的测量点集合在一起，第二组测量点52将在非常松散的土壤上记录的测量点集合在一起，对应于土壤配置C0，第三组测量点53将在半松散的土壤上记录的测量点集合在一起，对应于土壤配置C2。对参数KL和KS的判别分析在于组合这两个参数，以便从它们推导出第三个参数，该第三个参数对应于与每个测量点的纵坐标值相对应的坚硬度系数F_AD。于是，关系式如下：

F_AD＝0.012516×KL+0.57576×KS

参照前面给出的通式，由此得出：a＝0，b＝0.012516，c＝0.57576。固定系数的值显然取决于轮胎的类型、所使用的传感器10、传感器10在前轮胎或后轮胎上的布置，以及用于收集数据的地面配置。

判别分析使得能够确定将各种类别分开的分类阈值。在图5的示例中，将得到的阈值表示为水平虚线。因此，第一线55将“道路”类别与“土壤C2”类别划分开，其分类阈值为0.088066。第二线56将“土壤C2”类别与“土壤C0”类别划分开，其分类阈值为0.44572。

因此，在确定出第一参数KL和第二参数KS之后，利用第一参数KL和第二参数KS来确定坚硬度系数，并且通过将该坚硬度系数与分类阈值进行比较来确定地面上的坚硬度类别(步骤S4)。在本示例中，正确检测三个类别(道路、土壤C2和土壤C0)的平均概率高达97％，分布如下：

-针对道路分类为100％，

-针对土壤C2分类为94％，

-针对土壤C0分类为96％。

由此获得了由该方法确定的坚硬度类别与测量点处地面配置的实际坚硬度之间的良好对应关系。

应当注意，安装在车辆9前部的轮胎1的表现与安装在车辆9后部的轮胎1的表现不同，这主要是由于前轮胎1和后轮胎1各自的尺寸不同，也由于前轮胎1对土壤的压实，这增加了后轮胎1滚动的地面的坚硬度。结果，用于前轮胎1和用于后轮胎的将地面坚硬度、第一参数KL和第二参数KS关联的关系式可能不同。优选地，传感器10位于前轮胎1的内部，从而更好地考虑了地面在轮胎1滚动而压实之前的有效坚硬度。因此，利用上面表示的线性关系式，固定系数a、b和c可以根据传感器10在前轮胎1或后轮胎1中的位置而不同。更优选地，传感器10位于前轮胎1中，而另一传感器10位于跟随所述前轮胎的后轮胎中(即，通常在车辆9的同一侧)。于是可以具有两个线性关系式，一个用于前轮胎，另一个用于后轮胎：

其中，F_AV是根据前轮胎的测量数据确定的坚硬度，KL_AV是用于前轮胎的第一参数，KS_AV是用于前轮胎的第二参数，a_AV、b_AV、c_AV是用于前轮胎的预定的固定系数，并且其中，F_AR是根据后轮胎的测量数据确定的坚硬度，KL_AR是用于后轮胎的第一参数，KS_AR是用于后轮胎的第二参数，a_AR、b_AR、c_AR是用于后轮胎的预定的固定系数。

例如，可以具有以下两个关系式：

鉴于前轮胎和后轮胎经历的坚硬度是根据不同的判别分析得出的，因此F_AV和F_AR并不直接在同一标尺上。然而，优选地，能够通过找到用于表示前轮胎和后轮胎的坚硬度的共同标尺来比较和联合利用根据前轮胎和后轮胎确定的坚硬度。鉴于“道路”类别似乎包含的散布范围较小，可以选择作为共同参照，这使得可以确定重新调整标尺的转换。仅仅是修改两个关系式的各自的固定系数a、b和c的问题。

这些坚硬度也可以根据测量值的散布范围表示：测量点的最高坚硬度于是可以对应于标尺的一端，测量点的最低坚硬度于是可以对应于标尺的另一端。例如，可以使用百分比来表示坚硬度，最高坚硬度系数为100％，最低坚硬度系数为0％。同样，这仅仅需要修改两个关系式的各自的固定系数a、b和c。

回到上面给出的两个关系式的示例，这两个关系式可以在同一标尺上以百分比表示坚硬度系数：

例如，图6显示了表1中六个类别的以百分比表示的地面坚硬度的分类(分类阈值用竖直虚线表示)，以及利用正态分布建模的每一类别的概率密度的指示。

因此，可以用相应的阈值对表1进行补充，从而给出下表：

[表2]

这些类别预先确定并存储在处理单元15的存储器中，该存储器还存储将地面坚硬度、第一参数KL和第二参数KS关联的关系式。处理单元15可以利用这些类别来处理轮胎1和对应的传感器10的测量数据，以便确定轮胎1滚动的地面坚硬度类别。例如，如果针对从测量信号得出的包括第一参数KL和第二参数KS的一对参数计算出的坚硬度系数(以百分比表示)F(％)为92％，则表示轮胎1正在属于类别D5的非常硬的地面(例如，道路)上滚动。

然后可以根据由此确定的坚硬度进行适当的步骤。例如，在具有整体式变速器且没有中央差速器的农用拖拉机的情况下，可以使前车轴脱离以避免在硬地面上磨损。相反，例如，当地面非常松散时，也可以减小轮胎压力，以限制在地面留下痕迹或降低车轮陷入的风险。

这些步骤可以由已经确定出地面坚硬度的数据处理单元15控制，特别是在该数据处理单元是车辆9的中央控制单元的情况下。已经确定出地面坚硬度的数据处理单元15也可能仅仅将包括地面坚硬度的信息(表示为值或以类别指示的形式合成)发送到其它控制机构和/或显示设备，以便通知用户。

本发明不限于所描述的以及在附图中描绘的实施方案。在不会因此以任何方式脱离本发明的保护范围的情况下，仍然可以进行修改，特别是关于各种元件的构造或通过替换技术等同物。

Claims

1.一种用于确定安装在车辆(9)上的轮胎(1)滚动的地面的坚硬度的方法，所述轮胎(1)配备有传感器(10)，所述传感器(10)配置为采集表示轮胎沿地面(7)滚动时的曲率变化的测量信号，所述方法包括以下步骤：

-由传感器(10)采集表示轮胎(1)滚动期间的曲率变化的测量信号(S1)，

-根据测量信号确定测量数据(S2)，所述测量数据包括：

a)第一参数(KL)，其表示在承载轮胎的车轮的一次旋转期间与地面(7)接触的接地面(6)的长度，以及

b)第二参数(KS)，其表示在承载轮胎的车轮的一次旋转期间轮胎(1)与地面(7)接触时的扁平率，

-根据第一参数(KL)和第二参数(KS)确定地面的坚硬度(S4)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在滚动期间，在车轮的一次旋转过程中，轮胎(1)的曲率根据周期而变化，所述周期表现为：

-不与地面接触的部分，

-与地面接触的部分，其中，所述第一参数(KL)根据对应于与地面接触的部分的测量信号的部分而确定，所述第二参数根据对应于在不与地面接触的部分和与地面接触的部分之间的轮胎(1)的曲率的过渡的测量信号的部分而确定。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在滚动期间，在车轮的一次旋转过程中，轮胎(1)的曲率根据周期而变化，所述周期表现为：

-不与地面接触的部分，其在测量信号中由稳定的曲率表征，

-与地面接触的部分，其在测量信号中由接触曲率变化的峰值(20、30)表征，

-称为在不与地面接触的部分和与地面接触的部分之间的进行接触过渡的过渡，其在测量信号中由与接触曲率变化的峰值(20、30)相反的进行接触曲率变化的峰值(21、22)表征，

-称为在与地面接触的部分和不与地面接触的部分之间的脱离接触过渡的过渡，其在测量信号中由与接触曲率变化的峰值(20、30)相反的脱离接触曲率变化的峰值(22、32)表征，所述第一参数(KL)根据进行接触曲率变化的峰值(31)与脱离接触曲率变化的峰值(32)之间的距离而确定，所述第二参数(KS)根据进行接触曲率变化的峰值(31)和接触曲率变化的峰值(30)之间的梯度而确定。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，利用将所述地面的坚硬度、第一参数(KL)和第二参数(KS)关联的线性关系式来确定地面(7)的坚硬度。

5.根据前一权利要求所述的方法，其中，所述关系式具有以下形式：

F＝a+b×KL+c×KS

其中，F是坚硬度系数，KL是第一参数，KS是第二参数，a、b、c是预定的固定系数。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过根据第一参数(KL)和第二参数(KS)来计算坚硬度系数(F)，并将所述坚硬度系数与限定坚硬度类别的阈值进行比较来确定坚硬度。

7.一种轮胎(1)，其包括传感器(10)，所述传感器(10)对轮胎的曲率变化敏感，并且配置为生成表示轮胎在地面上滚动时的曲率变化的测量信号，所述传感器(10)包括有效部分(11)和电路板(12)，所述有效部分(11)配置为产生测量信号，所述电路板(12)配置为确定测量数据，所述测量数据包括：

b)第二参数(KS)，其表示在承载轮胎的车轮的一次旋转期间轮胎(1)与地面(7)接触时的扁平率，所述传感器(10)配置为将测量数据发送到轮胎(1)的外部。

8.一种数据处理单元(15)，其配置为接收从表示轮胎在地面上滚动时的曲率变化的测量信号得出的测量数据，所述测量数据包括：

b)第二参数(KS)，其表示在承载轮胎的车轮的一次旋转期间轮胎(1)与地面(7)接触时的扁平率，所述数据处理单元(15)配置为根据第一参数(KL)和第二参数(KS)来确定地面的坚硬度。

9.一种车辆(9)，其包括：

-至少一个轮胎(1)，

-至少一个传感器(10)，其对轮胎的曲率变化敏感，并且配置为生成表示轮胎在地面上滚动时的曲率变化的测量信号，

-数据处理单元(15)，其配置为接收从表示轮胎在地面上滚动时的曲率变化的测量信号得出的测量数据，并且根据测量数据确定地面的坚硬度，所述测量数据包括：

b)第二参数(KS)，其表示在承载轮胎的车轮的一次旋转期间轮胎(1)与地面(7)接触时的扁平率，所述车辆配置为实施根据权利要求1至6中任一项所述的方法。

10.根据前一权利要求所述的车辆，其中，所述传感器(10)位于轮胎(1)内部。

11.根据前一权利要求所述的车辆(9)，其中，所述传感器(10)包括有效部分(11)和电路板(12)，所述有效部分(11)配置为生成测量信号，所述电路板(12)配置为确定测量数据，并且其中，所述数据处理单元(15)位于轮胎外部。