CN114174082A - 使用毫米波长雷达的包括内部充气高度和接地印迹传感器的车辆轮胎组件 - Google Patents

使用毫米波长雷达的包括内部充气高度和接地印迹传感器的车辆轮胎组件 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种轮胎组件(T；T’)，该轮胎组件包括轮胎(TR)和至少部分地设置在该轮胎(TR)的轮胎室(C)内的轮胎高度和接地印迹传感器(100；100’)。该传感器(100；100’)包括雷达源(160)，该雷达源可操作为将120千兆赫(GHz)至240GHz范围内的毫米波雷达波朝向该轮胎(TR)的内表面(ISF)引导。该传感器(100；100’)还包括雷达接受器(170)，该雷达接受器可操作为在接收到反射雷达波时生成信号。该处理器(106；106’；136；136’；112；112’)可操作为基于以下至少一项确定该雷达源(160)与目标(TG)之间的距离：(i)飞行时间；(ii)频率相移。该传感器(100；100’)包括天线(104；104’)，该天线用于将数据传输到该轮胎室(C)外部的系统。该处理器(106；106’；136；136’；112；112’)任选地确定该轮胎接地印迹(CP；CP’)的尺寸和/或可生成该轮胎接地印迹(CP；CP’)的图像用于进行图像图案匹配以确定该轮胎(TR)的充气和/或负载状态。

Description

使用毫米波长雷达的包括内部充气高度和接地印迹传感器的 车辆轮胎组件
背景技术
本公开的主题广义地涉及车辆轮胎组件的领域，该车辆轮胎组件包括内部充气高度和接地印迹传感器，该内部充气高度和接地印迹传感器操作以生成与相关联轮胎组件的充气高度相关和/或与相关联轮胎组件的胎面与道路或支撑轮胎组件的其他支撑表面之间限定的接地印迹相关的信号、数据、信息和/或其他输出。此类传感器使用预定频率和波长和/或在预定频率和波长范围内的毫米波雷达技术。包括此类毫米波长雷达充气高度和接地印迹传感器的轮胎组件以及包括此类轮胎组件中的一个或多个轮胎组件的车辆系统也包括在内。
应当理解，本公开的主题可能特别适合与车辆结合使用，包括机动车辆诸如汽车、卡车和公共汽车，并且还包括非机动车辆诸如拖车等，并且本公开的主题将具体参考此类车辆进行详细讨论。然而，具体地应理解，本主题的传感器的应用和使用并不旨在以任何方式限于本文公开的仅为示例性的具体示例。
通常已知包括一个或多个传感器在轮胎主体内部和/或作为轮胎组件的一部分，诸如连接到车轮并且位于充气轮胎的气室中。此类传感器包括光学传感器、超声波传感器和其他非接触式距离传感器。在许多情况下，由于各种不同的原因，诸如低分辨率、缓慢更新和/或刷新率、因轮胎室内部的状况而导致的无效性以及其他缺陷诸如无法导出现代车辆控制系统中使用所需的数据，此类系统被认为是次优的。
一个此类先前系统在轮胎室内部使用超宽带雷达传感器。传感器使用雷达波来感测轮胎下方土壤的状况，感测轮胎印痕和/或感测轮胎外胎的偏转。超宽带雷达波被认为在根据分辨率、刷新率、电子干扰等提供的数据的类型、质量和速度方面存在缺陷。此外，一个此类先前系统使用滑环来安装传感器，使得传感器连续竖直向下朝向轮胎滚动的表面取向，并且由于多种已知缺陷，这种滑环系统对于许多应用是不期望的。
其他已知的传感器嵌入轮胎的外胎中，诸如嵌入胎面区域或胎侧中。这些传感器对某些应用可能有效，但要求轮胎本身被制造成具有传感器或被修改为包括传感器，这增加了轮胎的成本并防止永久性地嵌入轮胎外胎中的传感器的重新使用。这些系统通常也缺乏电力源，并且需要连接到车身或悬架的固定射频询问器来为传感器通电并激活传感器。
还有其他系统依赖于轮胎气室外部的传感器的放置，诸如车辆悬架或车身上的传感器的放置。此类系统试图从轮胎外胎外部感知轮胎内部的状况，这会降低系统的有效性并限制所提供信息的类型和质量。
尽管有这些常规轮胎传感器和本领域已知的其他传感器，但据信仍需要解决上述和/或其他挑战，同时提供可比或改进的性能、易于制造、降低的制造成本和/或以其他方式推进轮胎组件和传感器的技术。
发明内容
根据本公开的主题的轮胎组件的一个示例可包括一种具有轮胎主体的轮胎，该轮胎主体包括圆柱形胎面区域和轴向隔开的第一胎侧和第二胎侧，该第一胎侧和该第二胎侧径向向内延伸到相应的第一安装胎圈和第二安装胎圈，该第一安装胎圈和该第二安装胎圈至少部分地限定轮胎主体的中心开口。轮胎主体可包括内表面，并且圆柱形胎面区域可包括适于沿相关联路面滚动的外部胎面。圆柱形胎面区域与第一胎侧和第二胎侧一起可至少部分地限定环形轮胎室，该环形轮胎室具有开口端，该开口端与轮胎主体的中心开口连通。轮胎高度和接地印迹传感器可至少部分地设置在环形轮胎室内。传感器可包括电源和与该电源通信地耦接的雷达源。雷达源可操作为将毫米波长雷达波沿轮胎主体的内表面朝向目标区域发射到环形轮胎室中。雷达接受器可与电源通信地耦接并且可操作为接收沿轮胎主体的内表面反射离开目标区域的毫米波长雷达波。雷达接受器还可操作为生成与反射雷达波和/或雷达接受器处反射雷达波的接收有关的信号，诸如例如与到达时间有关的信号。天线可与至少雷达接受器通信地耦接并且可操作为将与反射雷达波和/或雷达接受器处反射雷达波的接收有关的数据、信号和/或通信传输到环形轮胎室外部的相关联系统。处理器可与雷达源、雷达接受器和天线中的至少一者通信地耦接。处理器可操作为基于以下至少一项来确定雷达源与目标区域之间的距离：(i)雷达波从雷达源传播到目标区域，然后传播到雷达接受器所需的飞行时间；(ii)由雷达源传输的雷达波与从目标区域反射并由雷达接受器接收的雷达波之间的频率相移。
根据本公开的主题的车辆系统的一个示例可包括电子控制系统，以及与电子控制系统进行操作通信的根据前述段落的至少一个轮胎组件。
附图说明
图1是根据本公开的主题的包括多个轮胎组件的车辆的一个示例的示意图，每个轮胎组件包括充气高度和接地印迹传感器。
图2是根据本公开的主题的包括多个轮胎组件的车辆的第二示例的示意图，每个轮胎组件包括充气高度和接地印迹传感器。
图3是根据本公开的主题的包括充气高度和接地印迹传感器的轮胎组件的横截面侧视图。
图4是示出响应于轮胎气压和轮胎负载的变化的轮胎接地印迹变化的图。
图4A示出了根据本公开的主题的实施方案的由用于轮胎组件的充气高度和接地印迹传感器构造的轮胎接地印迹的二维图像。
图5是根据本公开的主题的用于轮胎组件的充气高度和接地印迹传感器的一个示例的示意图。
具体实施方式
现在转到附图，应当理解，图示是为了阐明本公开主题的例子而并非旨在进行限制。另外，应当理解，附图未按比例绘出，并且特定特征和/或元素的部分为了清楚和便于理解的目的可能被夸大。
图1是根据本公开的包括用于监测轮胎充气高度和接地印迹的轮胎监测系统S的车辆V的一个示例的示意图。车辆V可为机动车辆、牵引车辆或其他非机动车辆，或机动车辆和非机动车辆的组合(诸如拖车和半拖车)。系统S包括一个或多个充气轮胎组件T，该一个或多个充气轮胎组件包括根据本公开的主题的内部充气高度和接地印迹传感器模块或传感器100，如下文进一步描述。
系统S还包括电子控制系统110，该电子控制系统具有电子控制单元(ECU)112，该电子控制单元通过相应的接收器模块130与一个或多个传感器模块100进行操作通信。在图1所示的实施方案中，传感器模块100和接收器模块130相对于彼此以1:1比率设置，其中接收器模块130中的每个接收器模块都位于车辆V上分别与其进行通信的轮胎组件T的区域中。即，在所示示例性布置中，每个接收器模块130都位于车辆V的相应拐角处，在该拐角处定位有包括传感器模块100的轮胎组件T。在此类示例性布置中，每个接收器模块130都经由射频或另一无线通信链路与传感器模块100中的相应一个传感器模块进行无线操作通信。接收器模块130与ECU 112进行有线(如图所示)和/或无线操作通信，以用于在它们之间进行电力和数据通信。在图1的实施方案中，传感器模块100因此包括传感器收发器102和连接到传感器收发器102的天线104，使得该传感器收发器经由使用天线104发送和接收的RF信号向传感器模块100发送无线数据和从传感器模块接收该无线数据(并且任选地接收如下所述的电力)。传感器模块100还包括电子控制器或电子处理器106诸如微处理器等，该电子控制器或电子处理器用于控制传感器100以及用于如本文所述处理雷达数据。例如，如下文进一步详细描述的，处理器106可导出与和其相关联的轮胎组件T的充气高度和接地印迹有关的信息并将此信息传达给ECU 112以供进一步处理和/或用作对车辆V的另一系统(诸如但不限于警示灯或其他警示系统)、轮胎充气/放气系统和/或任何其他系统和/或过程的控制输入。
接收器模块130包括接收器模块收发器132和连接到收发器132的天线134，用于使用无线RF信号与分别相关联的传感器模块100进行双向无线数据通信(和任选的电力传输)。在图1所示的实施方案中，接收器模块130还包括本地电子接收器处理器136诸如微处理器等，该本地电子接收器处理器用于对从与给定接收器处理器136进行通信的传感器模块100所接收的传感器数据执行本地数据处理操作。如此，每个接收器模块130的接收器处理器136可使用从其相应的相关联传感器模块100所接收的数据来导出关于轮胎组件T的充气高度和接地印迹的信息并将此信息传达给ECU 112以供进一步处理和/或用作对车辆V的另一系统(诸如但不限于警示灯或其他警示系统)、轮胎充气/放气系统和/或任何其他系统和/或过程的控制输入。另选地，接收器处理器136可由单个接收器处理器替代，该单个接收器处理器由ECU 112或电子控制系统110的其他部分提供或作为其一部分提供。ECU 112、传感器处理器106和接收器处理器136可各自由任何合适的类型、种类和/或配置提供，诸如基于微处理器的控制器或其他电子控制器，其可单独或集成到单个处理器或模块中。
图2类似于图1，但示出了包括替代轮胎监测系统S'的车辆V，该替代轮胎监测系统与图1的轮胎监测系统S相同，除非本文另有说明和/或描述。相对于系统S的类似部件用包括带撇(')名称的类似参考符号来标识，并且在此不再重复对这些部件中的一些部件的描述。在图2所示的替代布置中，每个传感器模块100'与单个接收器模块130'进行无线通信，该单个接收器模块作为ECU 112'的一部分提供或以其他方式可操作地连接到ECU。接收器模块130'经由射频或其他无线通信链路与每个传感器模块100'进行无线操作通信。接收器模块130'包括无线收发器132'和连接到收发器132'的至少一个天线134'，用于每个传感器模块100'和接收器模块130'之间的双向无线RF数据通信。如本示例所示，接收器模块130'包括多个天线134'，其中每个天线专用于并且优选地位于轮胎传感器模块100'中的一个轮胎传感器模块的区域中，尽管接收器模块130'另选地仅使用单个天线134'与所有轮胎组件传感器模块100'通信。接收器模块130'包括电子接收器处理器136'诸如微处理器等，该电子接收器处理器用于对从传感器模块100'所接收的传感器数据执行数据处理操作，该电子接收器处理器与该传感器模块进行通信。如此，接收器处理器136'可使用从传感器模块100'所接收的数据来导出关于每个轮胎组件T'的充气高度和接地印迹的信息并将此信息传达给ECU 112'以供进一步处理和/或用作对车辆V'的另一系统、装置或过程(诸如但不限于警示灯或其他警示系统)、轮胎充气/放气系统和/或任何其他系统和/或过程的控制输入。另选地，接收器处理器136'可由ECU112'或电子控制系统110'的另一部分提供或作为其一部分提供。
根据本公开的主题，每个内部轮胎高度和接地印迹传感器100生成并输出与和其操作性地相关联的相应轮胎组件的充气高度有关的数据、信号、信息和/或其他通信，并且还任选地生成和输出与轮胎组件T的胎面和支撑轮胎组件在其上滚动的道路或其他表面之间限定的接地印迹的尺寸(诸如大小和形状)有关的数据、信号、信息和/或其他通信。每个轮胎充气高度和接地印迹传感器100还可生成和输出与轮胎组件T的轮胎部分的胎侧偏转有关，与轮胎的目标部分与传感器100之间的角度或角度变化有关和/或与轮胎TR的部分相对于传感器S移动时的速度和/或加速度有关的数据、信号、信息和/或其他通信。
图3是根据本公开的主题的包括充气高度和接地印迹传感器的轮胎组件T的一个示例的横截面侧视图。轮胎组件T包括一件式或多件式车轮W，该一件式或多件式车轮围绕滚动轴或旋转轴X旋转。车轮W包括圆柱形轮辋R，该圆柱形轮辋围绕滚动轴X同心地限定并且在其上可操作地安装有弹性体充气轮胎TR。轮辋R包括沿滚动轴轴向间隔开的第一周向延伸圆形安装凸缘F1和第二周向延伸圆形安装凸缘F2。轮胎TR可包括具有圆柱形胎面区域TD的增强弹性体轮胎胎体或轮胎主体B，该圆柱形胎面区域包括适于沿道路或其他相关联支撑表面RD滚动的外部胎面TDX。轮胎主体B包括由第一圆形胎圈D1和第二圆形胎圈D2限定的中心安装开口O，该第一圆形胎圈和该第二圆形胎圈分别通过第一径向和周向延伸胎侧S1和第二径向和周向延伸胎侧S2连接到胎面区域TD的相对内侧和外侧。第一胎圈D1和第二胎圈D2安置在轮辋上，分别位于第一安装凸缘F1和第二安装凸缘F2上或贴靠该第一安装凸缘和该第二安装凸缘，并以流体密封方式密封地接合凸缘，使得在轮辋R和轮胎TR的主体B之间限定中空轮胎室C。轮胎主体B包括内表面ISF，该内表面至少部分地限定轮胎室C。轮胎主体内表面ISF包括第一胎侧S1和第二胎侧S2的第一胎侧内表面S1i和第二胎侧内表面S2i以及在该第一胎侧内表面和该第二胎侧内表面之间延伸并将该第一胎侧内表面和该第二胎侧内表面互连的胎面区域内表面TDi，并由它们限定。
在优选布置中，根据本公开的主题，轮胎高度和接地印迹传感器100位于轮胎组件T的轮胎室C内部，并且可具有某种类型、种类和/或构造，该类型、种类和/或构造利用无线电波(雷达)发射器，该无线电波(雷达)发射器可操作为将频率大于120千兆赫(GHz)且波长小于或等于2.5毫米(mm)的毫米波长雷达波朝向轮胎室C内部的目标表面引导。在一个实施方案中，传感器装置100传输频率在120千兆赫(GHz)至240GHz范围内(端值包括在内)的雷达波，该频率对应于在2.5毫米(mm)至1.25mm范围内(端值包括在内)的波长。
感测装置100进一步包括雷达接受器，该雷达接受器接收反射离开目标表面的雷达波并生成根据所接收的反射雷达波而变化的信号、数据、信息和/或通信。传感器装置100包括传感器处理器106，该传感器处理器利用雷达接受器生成的信号、数据、信息和/或通信来导出雷达源与目标表面之间的距离(有时称为“高度”或“位移”)，该距离对应于轮胎组件T的高度或充气高度H(或所有这些都可由每个接收器处理器136导出)。
传感器处理器106或接收器处理器136任选地还导出雷达源与目标表面之间的相对速度和/或加速度。传感器处理器106或接收器处理器136任选地还导出雷达源与目标表面之间的角度或角度变化。处理器106和/或136(或ECU 112)基于以下至少一项导出这些和其他操作数据和信息：(i)雷达波从雷达源传播到目标，然后传播到雷达接受器的飞行时间；(ii)使用脉冲多普勒方法或连续波调频(CWFM)方法，在雷达源传输的雷达波与从目标表面反射并由雷达接受器接收的雷达波之间的频移(或“相移”)；(iii)从目标表面反射并由雷达接受器接收的雷达波的到达角或到达角变化。传感器处理器106和/或接收器处理器136导出的距离与轮胎组件T的“充气高度”H(图3)有关，该距离可基于腔室C中的气压和轮胎TR承载的负载，定义为轮辋R与道路RD或在任何给定时间可操作地支撑轮胎组件T的其他表面之间的最小径向距离。
根据本公开的主题，轮胎组件T在图3中被示为包括轮胎充气高度和接地印迹传感器100。应当理解，传感器100可以任何合适的方式可操作地支撑在轮胎室C内，并且可包括在轮辋R或车轮W的其他部分上或沿轮辋或车轮的其他部分支撑或者沿轮胎TR支撑的一个或多个部件。例如，在图3所示的布置中，传感器100被示为设置在轮胎室C内并沿轮辋R的外径表面支撑，该外径表面朝向轮胎主体B的内表面ISF取向。传感器100包括以适当方式固定到轮辋R的传感器壳体150。在所示实施方案中，传感器壳体150不可移动地固定到轮辋R并随其旋转。另选地，传感器壳体150可使用滑环或其他连接件可移动地连接到轮辋，该滑环或其他连接件允许传感器壳体150和轮辋R之间围绕旋转轴X的相对角运动，使得传感器壳体150不随轮辋R旋转。以此方式，传感器100可连续操作地指向道路RD。传感器100包括毫米波长雷达源160和毫米波长雷达接受器170。在优选布置中，诸如图3所示，雷达源160和雷达接受器170可操作地设置在诸如轮辋R的共同部件上，并且可如本文所示作为单个壳体(例如，壳体150)中的相同部件的一部分，或作为单独相邻部件的一部分彼此近距离定位。在一个实施方案中，传感器壳体150通过气密螺纹连接件连接到轮辋R，该气密螺纹连接件可从轮胎室C外部的位置(例如，沿轮胎室C外部的轮辋R的暴露外表面)接近，该位置允许传感器100穿过轮辋R进入轮胎室C，并且也允许拆卸、更换或维修传感器100，而无需从轮辋R上拆卸轮胎TR。然而，应当理解，在不背离本公开的主题的情况下，可另选地使用其他配置和/或布置。
充气高度和接地印迹传感器100可包括独立的可再充电电源178(例如，一个或多个电池)，并且还可包括适于无线接收和/或发射用于通信和/或其他目的的信号、数据和/或信息的射频(RF)天线104。天线104(或者，可包括第二天线)可连接到任选的射频能量收集电路182(图6)，该任选的射频能量收集电路用于从所接收的RF能量中收集电能并向传感器提供无线电能以供直接使用和/或连接到充电电路184，诸如用于对独立的可再充电电源178进行再充电。在另一实施方案中，传感器100包括或连接到任选的振动能量收集装置186(图6)，该任选的振动能量收集装置连接到轮辋R(如图所示)、轮胎主体B或轮胎室C、轮胎组件T或车辆V中的其他位置。振动能量收集装置186可包括任何已知系统，该系统用于将轮胎组件T的振动和其他运动形式的动能转换为电能，以直接为传感器100供电和/或为电源178充电。根据本公开使用的振动能量收集装置186的合适示例包括：压电式或类似机电换能器，该压电式或类似机电换能器将运动产生的机械能转换为电能；和/或电磁能发生器，该电磁能发生器基于线圈和磁场之间的相对运动经由电磁感应生成电能。
在使用期间，根据本公开的主题，充气高度和接地印迹传感器100在图3中示出为可操作的，以从雷达源160沿朝向位于轮胎主体内表面ISF上和/或作为轮胎主体内表面的一部分提供的目标TG的方向发射频率大于或等于120千兆赫(GHz)且波长小于或等于2.5毫米(mm)的毫米波雷达波，诸如箭头EMT所示。在一个实施方案中，传感器装置100传输频率在120千兆赫(GHz)至240GHz范围内(端值包括在内)的雷达波，该频率对应于在2.5毫米(mm)至1.25mm范围内(端值包括在内)的波长。目标TG可由轮胎室C内部的轮胎组件T的任何部分提供，该部分通常与雷达源160间隔开并且可相对于该雷达源移动，诸如轮胎主体B的任何部分及其内表面ISF。发射雷达波EMT入射到目标TG上，并且至少一些发射雷达波随后在朝向雷达接受器170的方向上反射离开目标TG，如箭头RFL所示。雷达接受器170(其可包括多个接收器天线的阵列)与所接收的反射雷达波RFL之间限定的角度称为到达角。根据本公开的主题的充气高度和接地印迹传感器100将在雷达波反射离开内部弹性体表面ISF的任何部分或轮胎主体B的其他部分时正常运行，而不需要使用任何专门的反射器或涂层。然而，在一些情况下，可能期望提供连接到轮胎主体B的内表面ISF或嵌入轮胎主体B中的单独的专门反射目标TG'(部分以虚线显示)，诸如具有预定反射特性(诸如可用于提供特定水平的性能或操作的鲁棒性)的涂层、薄膜或其他层或结构。在一个实施方案中，添加的目标TG'沿轮胎主体B的内表面ISF围绕旋转轴X延伸360度，使得添加的目标TG'的一部分将始终与传感器100对齐，而不管轮胎TR在轮辋R上的角度安装位置如何。
传感器100或与该传感器操作性地相关联的系统或部件可用于确定以光速(即，空气中299,792,458米/秒(m/s))从雷达源160传播到目标TG，然后传播到雷达接受器170的雷达波的飞行时间。应当理解，雷达波传播的往返距离将与飞行时间有关。因此，通过确定雷达波的飞行时间，雷达源160与目标TG之间的距离H'可由处理器106和/或136或由ECU112或另一处理器确定。当目标TG作为胎面区域内表面TDi提供时，雷达源160与雷达接受器170之间的距离H'与轮胎组件T的充气高度H直接相关并随该轮胎组件的充气高度而直接变化，使得距离H'(和充气高度H)随着轮胎室C中气压的降低而减小(直到轮辋R接触路面RD)，并且当轮胎TR完全充气时，距离H'(和充气高度H)增加到最大值(直到胎侧S1和S2延伸到最大高度)。如上所述，轮胎组件T的“充气高度”H定义为轮辋R与道路RD或可操作地支撑轮胎组件T的其他表面之间的最小距离。如此，传感器处理器106和/或接收器处理器136和/或ECU 112和/或其他处理器可基于传感器100测量的距离H'和/或传感器100测量的距离H'的变化来确定和/或评估充气高度H的变化。
另外地，或另选地，充气高度和接地印迹传感器100或与其操作性地相关联的系统或部件可操作为使用脉冲多普勒雷达脉冲或连续发射雷达波的连续波调频(CWFM)确定由雷达源160传输的雷达波EMT与从目标TG反射并由雷达接受器170接收的雷达波RFL之间的频移或相移。在任一情况下，应当理解，基于多普勒效应，反射雷达波RFL相对于传输雷达波EMT表现出的频移将与源160和目标TG之间的相对运动有关。因此，通过确定雷达波的飞行时间和/或通过确定雷达波、传感器100或与传感器100操作性地相关联的系统或部件(诸如处理器106、处理器136和/或ECU 112)的相移，然后可确定源160和目标TG之间的距离H’，并且还可确定目标TG相对于雷达源160的速度和加速度。传感器100可操作以快速更新此类测量值以评估随时间的变化。此外，传感器100可操作以监测和评估接受器170所接收的反射雷达波RFL的到达角或到达角变化。到达角或到达角变化允许传感器处理器106或接收器处理器136确定轮胎内表面ISF(例如，可能至少部分地由TDi、S1i和/或S2i定义)或另一目标TG与雷达接受器170之间的角度或角度变化。因此，充气高度和接地印迹传感器100或与其操作性地相关联的系统或部件可操作以确定雷达波源160与目标TG之间的距离、角度、速度差和/或加速度。
另外地，或另选地，充气高度和接地印迹传感器100或与其操作性地相关联的系统或部件可操作为确定雷达源160和位于轮胎室C中的替代目标(诸如一个或两个胎侧S1和S2的任何部分(诸如胎侧内表面S1i和/或S2i))之间的距离、角度、速度差和/或加速度和/或可操作为确定穿过轮胎室C的第一胎侧S1和第二胎侧S2之间限定的最大距离，以评估充气高度H或轮胎室C中包含的气压。
还参考图4，充气高度和接地印迹传感器100或与其操作性地相关联的系统或部件任选地可进一步操作为感测存在于轮胎TR的外部胎面TDX和道路RD或支撑轮胎TR进行滚动运动的其他支撑表面之间的轮胎接地印迹CP的大小。图4提供了示出响应于轮胎气压和轮胎负载的变化的轮胎接地印迹CP大小(长度(L)×宽度(W))的变化的图。具体地，随着轮胎充气压力的增加，接地印迹CP的长度L和宽度W(以及因此其总大小/面积A由其长度L乘以其宽度W估计或以其他方式确定)减小。相反，随着轮胎负载的增加，接地印迹CP的长度L和宽度W(以及因此其总大小/面积A)增加。根据本公开的一个方面，对于车辆的轮胎组件T中的至少一个轮胎组件并且优选地对于每个轮胎组件，传感器100感测以下至少一项：(i)接地印迹CP的长度L；(ii)接地印迹CP的宽度W；(iii)接地印迹CP的大小/面积A。在一个示例中，传感器处理器106、接收器处理器136和/或ECU 112使用所接收的反射雷达波RFL，以基于接地印迹CP以及与其对齐且相邻的胎面内表面TDi的对应部分与胎面TDX和胎面内表面TDi的不与道路RD或其他支撑表面接触的部分相比是平的或非圆柱形的这一事实，构造表示接地印迹CP的二维图像CP'(图4A)。此外，道路RD邻近接地印迹的存在会影响雷达波的反射RFL。因此，传感器100可将从胎面内表面TDi的与接地印迹CP对齐且相邻的部分反射的雷达波RFL与从胎面内表面TDi反射但不与接地印迹CP对齐或相邻的雷达波区分开来。接地印迹CP的长度L、宽度W和/或总面积A可直接导出和/或基于图像接地印迹CP'导出。另选地或另外地，传感器处理器106、接收器处理器136和/或ECU 112使用模式匹配和其他图像处理方法来将构造的二维接地印迹图像CP'与存储的接地印迹图像和/或其他数据进行比较，这些接地印迹图像和/或其他数据分别涉及并指示过度充气、欠充气或过载故障状况，并且处理器106、136和/或112通过图像匹配确定接地印迹图像CP'(对应于并表示传感器100感测到的实际接地印迹CP)是否指示存在任何此类故障状况。
图5示意性地示出了根据本公开的主题的充气高度和接地印迹传感器100的一个示例。如上文所讨论，传感器100优选地具有某种类型、种类和/或构造，该类型、种类和/或构造：利用频率(f)在120GHz至240GHz范围内(端值包括在内)(120GHz≤f≤240GHz)的毫米波雷达波，该频率对应于在2.5mm至1.25mm范围内(端值包括在内)(2.5mm≥λ≥1.25mm)的波长(λ)；并且利用脉冲多普勒雷达方法或连续波调频方法来生成与接收器170和目标TG之间的距离、相对速度、加速度和/或角度或角度变化有关的数据、信号、信息和/或其他通信。
传感器100包括毫米波雷达源160，该毫米波雷达源可操作为通过发射(TX)天线196朝向目标表面(诸如目标TG或任何其他表面)发射雷达波。在所示示例中，雷达源160包括：调频连续波发射器190，该调频连续波发射器可操作地连接到带通滤波器192，该带通滤波器使发射器190生成的频率的信号通过；和功率放大器194，该功率放大器继而通过发射天线196朝向目标TG输出发射雷达波EMT。传感器100还包括雷达波接受器170，该雷达波接受器可操作为感测，接收或以其他方式检测通过接收(RX)天线200从目标反射的返回雷达波RFL以及接收(RX)天线200处反射雷达波RFL的到达角，该接收天线可包括多个天线阵列。接收天线200可操作地连接到低噪声放大器202，该低噪声放大器将放大的信号输出到带通滤波器204。
RF混频器206可操作地连接到带通滤波器204并接收来自该带通滤波器的输入信号，并且还接收来自调频连续波发射器190的原始生成的FMCW信号。混频器206输出表示原始传输的雷达FMCW信号EMT与所接收的反射信号RFL之间的相移或相位差的信号。RF混频器206可操作地连接到模数转换器(ADC)208并将相位差信号输出到该ADC，该ADC将数字信号输出到低通滤波器210，用于调节信号以去除不期望的高频噪声。低通滤波器210可操作地连接到对信号执行快速傅里叶变换的快速傅里叶变换(FFT)模块212，以获得输入到微处理器106或另一电子控制器的期望的频率相移数据，该电子控制器可另选地为接收器模块130的接收器处理器136、ECU 112和/或作为系统S和/或车辆V的一部分提供的另一微处理器或其他控制器。处理器106(或另一电子控制器)导出发射天线196和目标TG之间的高度H'和相对速度和/或加速度。处理器106和136以及ECU 112可具有任何合适的类型、种类和/或配置诸如例如微处理器，该任何合适的类型、种类和/或配置用于处理数据，执行软件例程/程序以及与至少以下各项的确定有关的其他功能：飞行时间、频率相移以及由RX天线200接收的反射雷达波RFL的到达角或到达角的变化。另外，传感器100可以任何合适的有线或无线方式与其他系统和/或部件(例如，图1中的控制器112)通信地耦接。
另外，处理器106或传感器100的其他部分可包括非暂态存储装置或存储器220，该非暂态存储装置或存储器可具有任何合适的类型、种类和/或配置，其可用于存储数据、值、设置、参数、输入、软件、算法、例程、程序和/或任何相关联用途或功能的其他信息或内容，诸如与确定传输雷达波和经由RX天线200所接收的反射雷达波之间发生的飞行时间和频率相移和/或用于确定RX天线200处反射雷达波RFL的到达角相关联使用。非暂态存储器220与处理器106可操作地通信耦接，使得处理器可访问存储器以检索和执行任一个或多个软件程序和/或例程。此外，数据、值、设置、参数、输入、软件、算法、例程、程序、存储的用于模式匹配的接地印迹图像和/或其他信息或内容也可保留在存储器220中以供处理器106检索。应当理解，此类软件例程可为能单独执行的例程或软件程序的部分，诸如操作系统。另外，应当理解，控制器、处理装置和/或存储器可采取任何合适形式、配置和/或布置，并且本文示出和描述的实施方案仅是示例性的。此外，然而应当理解，以上所详细描述的模块可以任何合适方式实施，包括但不限于软件具体实施、硬件具体实施或它们的任何组合。
使用此类布置，轮胎充气高度和接地印迹传感器100可作为极其精确的传感器，其能够提供关于轮胎充气高度H、轮胎主体B的目标TG部分相对于传感器100的速度和加速度、轮胎接地印迹CP大小和形状以及目标TG和传感器100之间的角度或角度变化的信号、数据和/或其他信息。此信息可由其他车辆系统诸如警示系统、行驶控制或操纵系统、振动控制和主动阻尼系统以及利用路面信息的系统诸如主动悬架系统或主动发动机架使用。本文公开的传感器100能够实现距离/高度测量值的+/-1毫米增量的精度，其中两个测量值都以小于1毫秒的更新速率用新的测量值更新。在一个实施方案中，位移和速度测量值每700微秒用新的测量值更新。
应当认识到，本文示出和描述的实施方案中示出了许多不同的特征部和/或部件，并且没有一个实施方案被明确示出和描述为包括所有此类特征部和部件。因此，应当理解，本公开的主题旨在涵盖本文示出和描述的不同特征部和部件的任何和所有组合，并且可不受限制地以任何组合使用特征部和部件的任何合适布置方式。因此，应当清楚地理解，无论本文是否具体体现，涉及特征结构和/或部件的任何此类组合的权利要求书旨在在本公开中找到支持。
因此，虽然参照上述实施方案描述了本公开的主题并且在本文中对所公开的实施方案的部件部分之间的结构和结构化相互关系给予了相当的重视，但应当理解，可以构造其他实施方案并且可以在不脱离本发明原则的情况下对所示和所述的实施方案进行许多改变。显然，在阅读和理解前面的具体实施方式之后将对其他方面进行修改和更改。因此，应当清楚地理解，上述描述性问题仅被解释为是对本公开主题的举例说明而非限制。正因为此，意图是将本公开的主题理解为是包括所有此类变型和更改。

Claims (15)

1.一种轮胎组件(T；T’)，所述轮胎组件包括：
轮胎(TR)，所述轮胎包括轮胎主体(B)，所述轮胎主体具有圆柱形胎面区域(TD)和轴向间隔开的第一胎侧和第二胎侧(S1,S2)，所述第一胎侧和所述第二胎侧径向向内延伸到相应的第一安装胎圈和第二安装胎圈(D1,D2)，所述第一安装胎圈和所述第二安装胎圈至少部分地限定所述轮胎主体(B)的中心开口(O)，所述轮胎主体(B)包括内表面(ISF)，所述圆柱形胎面区域(TD)包括适于沿相关联路面(RD)滚动的外部胎面(TDX)，并且所述圆柱形胎面区域(TD)与所述第一胎侧和所述第二胎侧(S1,S2)一起至少部分地限定环形轮胎室(C)，所述环形轮胎室具有开口端，所述开口端与所述轮胎主体(B)的所述中心开口(O)连通；
轮胎高度和接地印迹传感器(100；100’)，所述轮胎高度和接地印迹传感器至少部分地设置在所述环形轮胎室(C)内，所述传感器(100；100’)包括：
电源(178)；
雷达源(160)，所述雷达源与所述电源(178)通信地耦接并且可操作为将毫米波长雷达波(EMT)沿所述轮胎主体(B)的所述内表面(ISF)朝向目标区域(TG)发射到所述环形轮胎室(C)中；
雷达接受器(170)，所述雷达接受器与所述电源(178)通信地耦接并且可操作为接收沿所述轮胎主体(B)的所述内表面(ISF)反射离开所述目标区域(TG)的毫米波长雷达波(RFL)并且生成与所述反射雷达波(RFL)和/或所述反射雷达波(RFL)的接收有关的信号；和，
天线(104；104’)，所述天线与至少所述雷达接受器(170)通信地耦接并且可操作为将与所述反射雷达波(RFL)和/或所述反射雷达波(RFL)的接收所述有关的数据、信号和/或通信传输到所述环形轮胎室(C)外部的相关联系统；和，
处理器(106；106’；136；136’；112；112’)，所述处理器与所述雷达源(160)、所述雷达接受器(170)和所述天线(104；104’)中的至少一者通信地耦接，所述处理器(106；106’；136；136’；112；112’)可操作为基于以下至少一项确定所述雷达源(160)与所述目标区域(TG)之间的距离：(i)所述雷达波从所述雷达源(160)传播到所述目标区域(TG)，然后传播到所述雷达接受器(170)所需的飞行时间；(ii)由所述雷达源(160)传输的所述雷达波(EMT)与从所述目标区域(TG)反射并由所述雷达接受器(170)接收的所述雷达波(RFL)之间的频率相移。
2.根据权利要求1所述的轮胎组件(T；T’)，其中所述处理器(106；106’；136；136’；112；112’)进一步可操作为基于由所述雷达源(160)传输的所述雷达波(EMT)与从所述目标区域(TG)反射并由所述雷达接受器(170)接收的所述雷达波(RFL)之间的频率相移来确定所述雷达源(160)与所述目标区域(TG)之间的相对运动的速度和加速度中的至少一者。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的轮胎组件(T；T’)，其中所述雷达源(160)操作以发射以下至少一项：(i)雷达波的单独脉冲；(ii)经频率调制的连续雷达波。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的轮胎组件(T；T’)，其中所述雷达源(160)朝向所述目标区域发射频率大于或等于120千兆赫(GHz)且波长小于或等于2.5毫米(mm)的所述毫米波雷达波(EMT)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的轮胎组件(T；T’)，其中所述处理器(106；106’；136；136’；112；112’)以小于或等于一(1)毫米增量的分辨率确定所述距离。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的轮胎组件(T；T’)，其中所述处理器(106；106’；136；136’；112；112’)以小于或等于一(1)毫秒的间隔重复确定所述距离。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的轮胎组件(T；T’)，所述轮胎组件还包括振动能量收集装置(186)，所述振动能量收集装置可操作为将来自所述轮胎组件(T；T’)的运动的动能转换为电能，所述振动能量收集装置(186)与所述雷达源(160)通信地耦接并且可操作为向其提供电力。
8.根据权利要求7所述的轮胎组件(T；T’)，其中所述电源(178)是可再充电的并且所述振动能量收集装置(186)可操作地连接到所述电源(178)以向其供应再充电电力。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的轮胎组件(T；T’)，其中所述传感器(100；100’)的所述电源(178)包括射频能量收集电路(182)，所述射频能量收集电路用于从由所述天线(104；104’)所接收的射频波中收集电能。
10.根据权利要求9所述的轮胎组件(T；T’)，其中所述电源(178)是可再充电的并且所述射频能量收集电路(182)可操作地连接到所述电源(178)以向其供应再充电电能。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的轮胎组件(T；T’)，其中所述处理器(106；106’；136；136’；112；112’)可操作为基于在所述雷达接受器(170)处接收从所述目标区域(TG)反射的所述雷达波(RFL)的到达角来确定所述目标区域(TG)与所述雷达接受器(170)之间的角度。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的轮胎组件(T；T’)，其中所述处理器(106；106’)至少部分地设置在所述环形轮胎室(C)内，并且所述传感器(100；100’)包括所述处理器(106；106’)。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的轮胎组件(T；T’)，其中所述处理器(136；136’；112；112’)在所述环形轮胎室(C)外部。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的轮胎组件(T；T’)，所述轮胎组件还包括轮辋(R)，所述轮辋适于围绕旋转轴(X)移位，所述轮辋(R)包括轮辋壁，其中所述轮胎主体(B)安装在所述轮辋(R)上，使得所述轮胎主体(B)的所述内表面(ISF)的至少一部分径向向内朝向所述轮辋壁的一部分，其中所述传感器(100；100’)沿所述轮辋壁的所述部分支撑。
15.一种车辆系统(S,S’)，所述车辆系统包括：
电子控制系统(110；110’)；
根据权利要求1至14中任一项所述的至少一个轮胎组件(T；T’)，所述至少一个轮胎组件与所述电子控制系统(110；110’)进行操作通信。
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