CN114786967A - 用于获得滚动轮胎行驶的距离的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于获得轮胎行驶的距离的方法，包括以下步骤：‑将传感器固定至胎冠的右侧，径向位置为Rc，所述传感器能够产生与所经历的加速度成比例的信号；‑以转速W滚动承受负载Z的轮胎；‑在时间T之后获取第一信号Sigⁱ，该第一信号Sigⁱ包括在正交于胎冠的方向上的加速度的幅度，其中低于阈值N的值表示小于第一信号的长度的40％；‑识别参考值V^reference _i，其为第一信号Sigⁱ的平均值的平方根；‑根据以下公式来确定在时间T期间行驶的距离D：[数学公式1]D＝A*T*V_i ^reference，其中，A与轮胎的滚动半径的平方根成比例。

Description

用于获得滚动轮胎行驶的距离的方法

技术领域

本发明涉及用于获得已安装组件的轮胎外胎在其使用条件下行驶的距离的方法。

背景技术

了解轮胎外胎行驶的总距离对于评估轮胎外胎的状态(例如，其磨损和老化)是重要的。这是容易获得的、反映轮胎外胎的状态的量。因此，了解此量使得可以计划对轮胎外胎的维护操作，以便检查轮胎外胎，甚至更换轮胎外胎，从而保持配备有轮胎外胎的车辆的机动性。当然，了解此量对于设计和制造轮胎外胎的轮胎制造商来说更有价值，因为它最有资格评估轮胎外胎状态。最后，该行驶的总距离是在轮胎外胎的使用寿命期间定期行驶的距离的和。获取该定期行驶的距离也提供了轮胎外胎状态的良好指标，尤其是在预测后者的寿命方面。

在现有技术中，有两个主要的用于评估行驶的距离的装置的系列，这是已安装组件配置的要点。因此，文献US9566834B2公开了一种安装在已安装组件的车轮上的TPMS装置，该装置使得可以通过正确评估加速计测量的离心力来确定已安装组件行驶的里程。在这种情况下，有必要将加速计安装在作为非变形固体的已安装组件的车轮上。此外，必须针对已安装组件的温度对加速计的信号进行校正，该温度在TPMS装置中测量。

该装置的缺点是，有必要提供TPMS(胎压监测系统的首字母缩写)，其另外测量加速度并且安装在车轮上，例如，安装在气门轮辋上。在极端使用条件下，由于制动盘产生的热量，由于制动盘和车轮之间的热交换而需要针对温度进行校正。最后，该装置需要加速计单独用于此目的，即使加速计可用于检测已安装组件旋转还是静止以便在静止时节省装置电源，这也是昂贵的。

在第二系列的装置中，可以提及文献US9050865B2，其建议在轮胎外胎的胎面上放置包括在TMS(轮胎监测系统的首字母缩写)中的加速度计，以评估轮胎外胎行驶的距离。然后，操作包括评估在一时间段间内的车轮转数，从而能够评估行驶的距离和平均转速。在一定的时间段后必须重复测量。在两个测量阶段之间，例如通过两个测量阶段之间的插值估计轮胎外胎的转速。为了检测车轮转数，建议使用至少一个冲击感应加速计来记录进入和退出接触面(这对应于轮胎外胎的胎面与地面的接触区域)时出现的较大加速度变化。因此，径向加速度的绝对值决不是必需的。然而，检测接触面长度的角度精度使得可以获得已安装组件承受的负载的估计值。

这种装置的缺点在于检测进入和退出接触面时所需的角度精度。此外，系统功耗高。有必要评估各种时间段、测量阶段的时间段和测量之间的时间段，并计算已安装组件的转数，该转数是基于每个测量阶段的转速和未进行测量的时间段的持续时间而计算出的。虽然结果准确，并且不需要加速计传感器来测量真实加速度，但该系统不适合长的测量装置电源寿命。此外，由于电源(通常为电池)相对于轮胎外胎旋转轴位于径向外部，因此其通常较小并且容量较低，以减少离心力，这意味着该装置不适合在实际生活中使用，尤其是在长寿命的轮胎外胎中。

本发明涉及一种用于获得轮胎外胎行驶的距离的方法，该轮胎外胎包括安装在轮胎外胎上、与胎冠垂直的电子装置，该方法节能且实时执行，可在电子装置中直接获得行驶的距离。

发明内容

本发明涉及一种用于获得安装在车轮上以形成已安装组件的状态下的轮胎外胎行驶的距离的方法，所述轮胎外胎具有胎冠、两个侧壁和两个围绕自然旋转轴和中间平面旋转的胎圈，所述胎冠配备有能够与地面接触的胎面，中间平面与自然旋转轴的交点定义为车轮中心，所述方法包括以下步骤：

-将至少一个传感器与胎冠垂直地紧固至轮胎外胎，该至少一个传感器在其轮上安装状态下相对于自然旋转轴具有径向位置R_C，并且能够产生与轮胎外胎中的所述传感器所经历的加速度成比例的至少一个输出信号；

-使已安装组件处于可以以转速W旋转并以负载Z加载的状况下；

-在时间间隔T之后，获得第一信号Sigⁱ，该第一信号Sigⁱ至少包括在垂直于胎冠的方向上的加速度的幅度，第一信号Sigⁱ的值小于阈值N，该阈值N表示小于第一信号Sigⁱ的长度的40％；

-识别定义为第一信号Sigⁱ的平均值的平方根的第一参考量V^reference _i；

-利用以下公式来确定时间间隔T内行驶的距离D：

[数学公式1]

其中，A取决于轮胎外胎，并且至少与滚动半径的平方根成比例，滚动半径对应于充气负载条件下车轮中心与地面之间的最小距离。

-可选地，使用以下公式确定从时间t0到时间t+T行驶的总距离D_f：

[数学公式2]

D_f＝D₀+D

其中，D₀是从时间t0到时间t轮胎外胎行驶的总距离。

这种方法首先使得传感器可以与胎冠块垂直地安装，这样使得传感器可以用于其他目的，例如估计已安装组件所承受的负载。此外，传感器远离车辆的加热元件(例如，制动盘)确保正交加速度的测量不受已安装组件的温度的影响。因此，无需针对温度对正交加速度值进行校正。此外，由于要进行的数学运算限于比较、求和、平均值和乘以时间段的计算，因此该系统是节能的。因此，完全有可能在集成在轮胎外胎中的电子装置内执行其运算，尽管也可以使用通信装置(例如，射频通信装置)，将这些运算中的一些转移到车辆或服务器。在这种情况下，如果通信消耗大量功率，则这些射频通信的周期首先优选大于两个测量阶段之间的周期。最后，通过保证第一信号Sigⁱ的值至少成比例地位于阈值N以上，可以确保对在时间段内行驶的距离D的估计是现实的，甚至具有良好的质量。此外，还保证对在所述时间段期间行驶的距离的估计是有意义的。具体地说，阈值N能够考虑到测量系统相关或地面相关的信号干扰。此外，如果第一信号的值大多为负值或接近零值，则表明信号不一致，或离心加速度低，或在与接触面相对应的轮胎外胎的方位角处进行测量。在所有这些情况下，不建议评估行驶的距离，因为它不代表现实。阈值N使得可以检测第一信号Sigⁱ的这些特定值。

与将传感器放置在车轮上的现有技术文献US9566834B2相反，将传感器邻近胎冠而放置在轮胎外胎上，这会给加速计信号增加很多噪声，特别是由于当传感器在进入和离开接触面时记录到的冲击，或者是由于已安装组件经过的地面的粗糙度。例如，传感器通过接触面会导致接近零的测量的正交加速度值，该值根本不表示离心加速度。

当传感器安装在车轮(在滚动条件下，其是相对于轮胎外胎的不可变形的物体)上时，这些影响会大大减弱。因此，无论传感器在记录信号时的角度位置如何，通过提高信号/噪声比，都可以获得离心加速度的良好近似值。这证明了在现有技术文献中对正交加速度进行单次测量是合理的。

为了克服这一困难，有必要当低于阈值N的值在第一信号中不占多数时，计算传感器的正交加速度的平均值，以获得离心加速度的真实值。例如，此阈值N为零值。

最后，估计行驶的距离D和Df需要两个已知变量。第一个是两个连续测量之间的时间段T。第二个是与滚动半径Rp的平方根成比例的函数A。这里，滚动半径Rp，是指在滚动条件下，车轮中心与已安装的负载的轮胎外胎的外侧点之间的最小距离。由于施加负载Z导致的轮胎外胎对地面的压缩，此距离通常是车轮中心在地面上的正交投影。关于轮胎外胎自一时间以来行驶的总距离Df通常对应于其在车辆上首次使用，增加在时间段T之前的每个时间段T'期间行驶的距离就足够了，以获得时间段T期间行驶的距离D必须加到的距离D0。当然，这些时间段T'不一定与时间段T相同或相等。同样，由于已安装组件的外部或内部因素，轮胎外胎的函数A可以从一个时间段到下一个时间段而发生改变。

优选地，每次测量之间的时间间隔T保持相同，并且优选地，如果不能在时间t处获得第一信号Sigⁱ，则参考量V^reference _i采用设定值V^forfaitaire，并且使用以下公式确定轮胎外胎行驶的总距离D_f：

[数学公式3]

因此，可以从总和中计算出时间段T。因此，这减少了要进行的计算的数量，从而在功率和时间方面更经济，并使该方法在集成到轮胎中的电子装置的计算时间方面更有效。

此外，如果由于已安装组件上的特定的机械、热或电磁应力而使加速计信号的记录噪声很大，则可以为单独测量替换参考量的设定值，以避免扭曲行驶的总距离。例如，该设定值可以取参考量的上一个值V^reference _i-1，或其一部分，甚至取零。

非常优选地，函数A是常数，利用以下公式确定行驶的总距离：

[数学公式4]

因此，可以从总和中输出函数A。因此，这减少了要执行的计算数量，这在计算时间和功率方面更加经济，并且使得该方法在集成到轮胎中的电子装置中有效。为此，有必要进行滚动半径R_P在轮胎外胎的寿命内不会发生变化的近似。然后，基于轮胎外胎的标记中包含的信息，通过应用ETRTO(欧洲轮胎和轮辋技术组织的首字母缩写)的计算规则，计算一次且仅计算一次。例如，施加在轮胎外胎上的负载Z是由标记在轮胎外胎侧壁上的负载指标和ETRTO的计算规则规定的负载。此外，充气压力P(如果有)是侧壁上指示的推荐充气压力，也可能是ETRTO计算规则的压力。

根据特定实施方案，第一信号Sigⁱ被界定在车轮转数N^TdR上，N^TdR大于或等于1，并且N^TdR优选为整数，以便构造车轮旋转信号Sig^TdR _i，参考量V^reference _i是在一圈旋转期间的车轮旋转信号Sig^TdR _i的平均值的平方根。

这里，由于第一信号Sigⁱ对应于已安装组件的至少一个完整的旋转，因此可以确保低电平值自然表示小于第一信号Sigⁱ的长度的40％。此外，在一圈车轮旋转期间，正交于胎冠的加速度的平均值是已安装组件的旋转固有的量，这使得对行驶的距离进行估计的质量得到大幅提高，尤其是例如对于日常评估的小距离上。如果第一信号Sigⁱ被界定在多圈车轮旋转上，则车轮的重复旋转使得可以通过减小记录第一信号Sigⁱ的空间离散化的权重来对所寻求的固有量进行平滑。因此，为了提高预测的质量，优选地，第一信号Sigⁱ表示多圈车轮旋转。此外，即使信号不表示整数圈车轮旋转，余数也不会显著影响所寻求的固有量。因此，获得了已安装组件行驶的距离的非常高质量的近似值。当然，在不存在任何余数的情况下，除了离散化误差外，这相当于将第一个信号Sigⁱ界定在整数圈车轮旋转上，以更高的精度获得所寻求的固有量，从而获得行驶的距离的最佳估计。

根据一个特定实施方案，已识别出与至少第一信号Sigⁱ的横坐标u相对应的第一系列增量I，其中第一信号Sigⁱ越过阈值B，第一信号Sigⁱ被界定在整数N_TdR圈车轮旋转内、第一增量Imin与第二增量Imax之间，max等于min+2k，k为严格的正自然整数，车轮旋转的整数N_TdR由以下公式定义：

[数学公式5]

这是一种在整数圈车轮旋转上界定第一个信号Sigⁱ的简单方法，可最大限度地减少对值的复杂运算。它在计算时间和存储空间方面是高效的，这使得可以在集成到轮胎外胎中的电子装置中实现，同时避免高功耗，从而使得可以限制电子装置的电源大小。这里，不寻求确定阈值B是从上还是从下越过，而是只注意它是越过的。因此，要在整数圈车轮旋转上界定第一信号Sigⁱ，必须使用所有的偶数或奇数增量。如果评估越过阈值B的方向，则仅会直接识别与偶数或奇数增量I相对应的横坐标u。这是可能的，但计算成本会更高。

根据一个非常特定的实施方案，使用以下步骤的组合来识别第一系列增量I：

-定义阈值B，该阈值B是包含在第一信号Sigⁱ的至少一部分的至少一个最大值的0.1到0.5之间的值；

-确定取决于第一信号Sigⁱ的至少一部分和阈值B的横坐标u的第二信号；

-识别与第一信号Sigⁱ的至少一部分的横坐标u相对应的第一系列增量I，其中第二信号越过阈值E，第二信号优选为第一信号Sigⁱ与阈值B之间的差值，阈值E为值零，或者第二信号是第一信号Sigⁱ与阈值B之间的比值，阈值E是值1。

由于要执行的数学运算是基本的，因此该方法可以容易地在集成到轮胎外胎中的电子装置上实现。阈值的确定只需要保留第一信号Sigⁱ的一部分的最大值。具体而言，通过这种方式，正交于加载的、旋转轮胎外胎的胎冠的具体形式的加速度确保将生成阈值B，从而使得可以移除与通过轮胎外胎的接触面相对应的第一信号Sigⁱ的部分。然而，仅将该区域相对于另一区域进行界定就足以定位增量I。此后，将第二函数选择为第一信号与阈值之间的差值或比值，这使得可以限制电子装置中的数据操作时间，并可以使用基本的阈值交叉函数。

根据一个有利的实施方案，增量的识别包括以下步骤：

-创建与中间横坐标u相对应的第二系列增量J，优选地位于由连续、相同奇偶性的增量I的横坐标u定义的长度的八分之一到八分之七之间，并且非常优选地位于由连续和相同奇偶性的增量I的横坐标u定义的长度的中间长度处，以及

-在第一增量J_min与第二增量J_max之间构造车轮旋转信号Sig_TdR ⁱ，min和max具有相同的奇偶性。

此实施方案使得可以在整数圈车轮旋转上界定第一信号。然而，这一次信号不是通过进入或离开接触面来明确界定的，而是通过中间位置来明确界定的，非常优选地与接触面相对。事实上，有必要从对应于进入和离开接触面的区域移开，这会在轮胎外胎的胎冠的任何点的正交加速度中产生很大的变化。因此，通常优选的是，中间点位于由相同奇偶性的增量I定义的旋转的八分之一和八分之七之间。因此，第一信号Sigⁱ的增量的平均值对车轮旋转的空间离散化产生的误差不太敏感。具体而言，由于进入和离开接触面的正交加速度的灵敏度较高，较小的定位误差会导致正交加速度的较大变化，因此，为了提高对行驶的距离进行估计的精度，必须平均更多的测量点。在信号的界定位于接触面的影响区域之外的情况下，由于记录的值通常接近所寻求的固有值，因此空间离散化引起的误差较小。因此，更容易将第一信号Sigⁱ的长度限制为单个车轮旋转，这也限制了测量点的数量。

有利的是，如果轮胎外胎的转速W大于由以下公式定义的阈值Wseuil，则获取第一信号Sigⁱ：

[数学公式2]

式中，Dev是轮胎外胎在一圈旋转内行驶的距离。

因此，如果转速在阈值以上，则容易相对于阈值N分离第一信号Sigⁱ，然而这是不可预见的；第一信号Sigⁱ因以下原因而变化：例如，高宏观粗糙度的道路、影响测量系统的电磁干扰和/或轮胎外胎中的振动。当未达到该阈值W_seuil时，可以使用可以为零的设定值V_forfaitaire作为参考量V_reference ⁱ。

参考加速度γ^reference对应于轮胎外胎的中性状态，即负载为零的状态。在实践中，这在包括已安装组件的已安置组件上表现为在地面上滚动而不变形，例如形成接触面。最终，它与传感器安装在轮胎外胎上时所经历的加速度相对应，而轮胎外胎绕其自然旋转轴自由旋转。

因此，参考加速度γ^reference只是安装在自由旋转的轮胎外胎上时传感器所经历的离心加速度。因此，需要以下两个参数来识别参考加速度：传感器相对于自然旋转轴的径向位置R_C，以及固定有传感器的轮胎外胎的转速W。

根据第二实施方案，参考加速度γ^reference基于车轮旋转信号Sig^TdR的平均值确定。

具体而言，该方法假设，在以转速W自由旋转的状态下，轮胎外胎或与其附接的任何传感器经历离心加速度，该离心加速度与其相对于自然旋转轴的径向位置成比例。当将轮胎外胎压在坚硬的地面上，使其承受负载时，轮胎外胎变形，从而在两种情况之间分配该负载产生的变形能量。第一种情况对应于关于有降低离心能量的趋势的接触面所需的移动的状况。另一种情况对应于关于传递到接触面外部的轮胎外胎的能量的状况。传递的能量是对与第一种情况相对应的离心能量减少的补充。因此，无论轮胎外胎是否承受负载Z，车轮旋转信号在整数圈车轮旋转内的平均值都与传感器所经历的离心加速度相对应。

优选地，在将车轮旋转信号Sig^TdR相对于轮胎外胎的角度位置的相位进行锁定后，对车轮旋转信号Sig^TdR进行校正Corr，以考虑地球重力的影响。

针对地球重力进行的校正使得轮胎外胎的变形误差最小化，尤其是在低转速W下。具体而言，当轮胎外胎旋转时，传感器围绕自然旋转轴旋转。由于传感器输出的信号与径向加速度成比例，它将受到地球重力的影响。在一圈车轮旋转过程中，地球重力将产生幅度为g的正弦信号，该信号取决于传感器在地球参考系中的高度。因此，有必要从第一信号Sigⁱ中删除该寄生信号Corr，这需要第一信号Sigⁱ相对于轮胎外胎的角度位置同步。

当然，轮胎外胎的转速W越高，传感器所经历的离心加速度相对于该寄生信号变得越占优势。

非常有利地，参考量V^reference的两次评估之间的时间间隔T小于或等于10分钟，优选地小于或等于5分钟，并且非常优选地小于2分钟。

该方法的简单性部分地基于该时间间隔T：它越大，需要在集成的电子装置中进行的计算就越少，这就可以节省能量。然而，不必为了节约能量而牺牲估计的质量。由于一般的想法是获得在一天、一周、一个月或轮胎外胎的寿命期间行驶的距离，因此无需在任何给定时间进行精确测量。具体而言，如果在统计上，结果在所需的时间尺度上是正确的，那么目标就实现了。为此，每10分钟进行一次测量，可以获得正确的日常估计值。然而，有必要将此时间间隔T减少到5分钟，以使轮胎外胎的使用轮廓不相关。最后，为了精确地进行几个小时的估计，有必要将时间间隔减少到2分钟。然而，时间间隔不必小于30秒，以提高轮胎外胎在使用至少一小时的时间尺度上行驶的总距离的估计质量。对于轮胎外胎的标准使用，使用小于30秒的时间间隔不会实现精度的进一步显著提高。

现在，轮胎外胎定义滚动半径R_P，函数A与以下比值B成比例：

[数学公式3]

具体而言，函数A可以由滚动半径R_P和传感器位置的半径R_C之间的比值B来定义。这两个半径是相对于已安装组件的自然旋转轴确定的。然而，半径R_P是在轮胎外胎的加载状态下评估的，而定位半径R_C是在已安装组件的卸载状态下确定的。当然，函数A和比值B之间的比例可以是单位值或其他参数。

非常具体地说，滚动半径R_P取决于轮胎外胎承受的负载Z。

尽管当轮胎外胎安装在轮辋上时，具有预定义的直径和预定义的宽度，并且可能处于其负载指标指示的最大标称负载的百分比下，并且可能充气至推荐的压力，但可将轮胎外胎相对于平面地面压缩的半径值设为标称R_P值；滚动半径R_P的值实际上随所承受的负载Z而变化。然而，对于第一近似值，滚动半径相对于滚动半径R_P的实际值的变化可以忽略；因此，采用代表量或通过依赖于每次测量时施加的负载来考虑其变化就足够了。

非常具体地说，轮胎外胎充气至充气压力P，滚动半径R_P和径向位置R_C取决于轮胎外胎的充气压力P。

类似地，在充气的轮胎外胎的情况下，滚动半径R_P和定位半径R_C可能会受到轮胎外胎的充气压力的影响。在这种情况下，可选地，可能需要考虑这两个半径随充气压力的变化，以提高在轮胎外胎行驶的距离上获得的精度。对于第一近似值，可以采用通过应用ETRTO规则确定的充气压力，以获得总行驶距离的非常满意的第一次估计。

非常具体地，滚动半径R_P取决于轮胎外胎行驶的总距离D_f。

滚动半径R_P因胎面的自然磨损而变化。胎面的磨损与轮胎外胎行驶的总距离D_f成一阶比例(l'ordre un proportionnelle)。因此，考虑到这种依赖性可以提高评估行驶的距离的准确性。例如，有必要通过与长时间段(远大于两次测量之间的时间间隔T)内行驶的总距离的设定的依赖性而考虑其变化。然而，对于第一近似值，滚动半径R_P的变化相对于滚动半径R_P的实际值可以忽略；因此，如上所述，采用代表上述滚动半径R_P的量就足够了。

根据一个具体实施方案，以恒定的采样频率来获取第一信号Sigⁱ。

如果采样是规则的，由于已安装组件的转速W在较低的车轮转数上变化很小，因此可以获得在空间上几乎恒定的第一信号Sigⁱ的空间离散化。因此，如果参考量V^reference是样本空间分布的车轮旋转段的平均值，则该方法具有鲁棒性。此外，这种恒定采样很容易在集成到轮胎外胎中的电子装置中实现。

根据有利的实施方案，第一信号Sigⁱ的采样的空间离散化小于10度，优选地小于6度，并且非常优选地小于3度。

尽管不是必要的，但优选地，将旋转车轮的加速度的空间离散化降至最低，以便在已安装组件的正常滚动条件下，能够识别接触面，即轮胎外胎与地面接触的区域。特别是，如果信号Sigⁱ的长度较长，则该信息使得可以间接识别界定通过接触面的增量。当然，第一信号Sigⁱ的空间离散化越精细，检测越精确，第一信号的所需长度越短。然后，可以在单圈车轮旋转或低圈数的车轮旋转上获得参考量V^reference的非常好的评估。因此，第一信号Sigⁱ的长度对于两种测量方法总是大致相同的：在具有高离散化的低圈数的车轮旋转上，或在具有低或中等空间离散化的高圈数的车轮旋转上。只要完成至少一圈车轮旋转，这两种解决方案都可以正确评估行驶的距离。

例如，如果希望在车轮-轮胎组件中评估轮胎外胎行驶的距离，则传感器需要与包含微控制器、存储空间、电池和时钟的电子单元相关联。以恒定采样频率设想的空间离散化使得可以在微控制器中执行基本运算，从而最大限度地减少电池消耗。此外，每个车轮旋转36个点的级别的最小离散化可以限制运算的次数并将其传输到存储空间。即便如此，在节省电子单元的电池的同时，轮胎外胎的变形方面获得的精度仍保持良好。这意味着只需要存储或传输方法的中间标量值。

附图说明

阅读以下涉及应用于充气轮胎的情况的描述将更好地理解本发明。仅通过示例并参考附图给出本申请，其中：

-图1示出根据该方法的两个实施方案的第一信号Sigⁱ的示例。

-图2示出该方法的根据采样频率和信号的长度的多个第一信号Sigⁱ。

-图3示出第一实施方案的车轮旋转信号Sig^TdR及其标识。

-图4示出另一实施方案的车轮旋转信号Sig^TdR及其标识。

-图5示出以可变转速W旋转时的车轮旋转信号Sig^TdR。

-图6示出日常使用的道路车辆的速度曲线。

-图7示出一方面通过该方法评估的日常行驶距离与另一方面在车辆中测量的日常行驶距离(作为该方法的时间间隔T的函数)之间的差异。

具体实施方式

为了实施本发明，轮胎外胎必须配备有电子单元和射频通信装置，该电子单元包括传感器、微控制器、时钟、存储空间和能量存储装置，该射频通信装置能够发射并且有可能接收。轮胎外胎包括胎冠、两个侧壁和围绕自然旋转轴旋转的两个胎圈。外胎还包括与两个胎圈等距的中间平面，中间平面与自然旋转轴之间的交点限定为车轮中心。

传感器垂直胎冠紧固至轮胎外胎，面对材料的突出元件或纵向凹槽，这些是具有均匀刚度的区域，径向位置R_C在其轮上安装状态下相对于自然旋转轴保持不变。传感器能够生成至少一个与加速度成比例的输出信号，该加速度正交于轮胎外胎内传感器所经历的胎冠。事实上，该传感器可以是单轴传感器，在这种情况下，它需要径向定位。它也可以由多个单轴传感器组成。在这种情况下，需要清楚地识别每个单轴传感器相对于轮胎外胎的参考系的方向，以便重建正交于轮胎外胎的胎冠的加速度。传感器考虑了加速度的连续分量。传感器可以是采用压阻或电容技术的加速计。

由能量存储装置供电的电子单元由微控制器在时钟的帮助下控制，所述微控制器中还安装了计算算法，计算算法例如使得可以使用传感器元件生成的信号来确定轮胎外胎的参考量V^reference。射频通信传输装置用于发送计算的信息，射频通信接收装置用于接收操作指令或计算算法的使用信息。理想情况下，该电子单元包括其他测量元件(例如，用于评估充气压力、已安装组件的内腔中的温度、胎面的磨损状态等的装置)，或与该其他测量元件相关，使得可以共享组件并优化操作成本。

这里，当轮胎外胎处于滚动状况时，微控制器打开传感器。当然，可以为转速W选择阈值，从该阈值获取由传感器输出的信号。电子单元具有适合其所需执行的分析类型的存储空间。事实上，该存储空间的容量是根据如何使用电子单元而预定义的。微控制器控制来自传感器的值在存储器空间中的存储。此外，微控制器能够对少量数据执行基本的数学和逻辑运算。如果数学和逻辑运算更加复杂，或者如果要操控的数据量变得很大，则微控制器将被微处理器代替。最后，通过存储装置向电子单元供电。最简单的存储装置是电池。然而，可以设想使用压电元件的大尺寸可充电电容器。

电子单元的采样频率使得可以以小于10度的空间离散化覆盖范围广的转速W。根据一个特定实施方案，采样频率可以根据需要或响应于信号(例如，轮胎外胎的转速W)而进行适应。

可选地，电子单元包含轮胎外胎的标识或能够获得轮胎外胎的标识。该信息对于选择一组对电子单元中采用的计算算法有用数据是有益的。如果电子单元需要获得轮胎外胎的标识或接收命令以进行测量，则电子单元配备有射频接收装置。这意味着在低频范围内工作，理想情况下频率为125KHz，以避免轮胎外胎的金属区域及其车辆中附近环境产生的干扰。

根据一个具体实施方案，电子单元包括射频传输装置，具体在UHF频带(UHF代表超高频)中传输，尤其是在433MHZ或900MHz或已知的BLE频带(BLE代表蓝牙低发射)附近传输，这些频带是自由频带。此外，UHF频段使得可以具有小的天线尺寸，从而使电子单元更容易集成到轮胎外胎中。

该传输通信对于将该方法的数据发送到车辆或车辆外部是有用的。可以发送与第一信号Sigⁱ或车轮旋转信号Sig^TdR的获取相对应的数据串，或者发送将在电子单元中计算出的中间结果。最后两种传输模式必然会因为数据流较少而降低电子构件的能源成本。具体来说，射频传输比数学和逻辑运算消耗更多的功率。

图1示出灰色的第一原始信号1bis，对应于与以恒定转速W旋转的大货车轮胎外胎的胎冠正交的加速度。曲线1bis定期、周期性地通过接近零值的低值。这种周期性现象对应于传感器通过轮胎外胎的接触面。传感器通过轮胎外胎的接触面与轮胎外胎的其他部分之间的过渡在下降或上升前沿突然发生，其取决于传感器是进入还是离开接触面。此外，应注意的是，第一信号1bis在一圈车轮旋转的量级上跟随载波，第一信号1bis围绕该载波以高于车轮旋转频率的频率振荡。这些振荡对应于来自传感器的第一信号1bis上的噪声，该噪声是由各种不可预测的影响(包括道路的宏观粗糙度)引起的。

黑色索引的曲线1表示仅针对地球重力校正的相同加速计信号，该信号将被称为校正后的第一信号1。这里的校正是正弦的，校正已应用于位于接触面中心的点，即与界定值几乎为零的信号的部分的两条边等距的点。可以看出，第一信号1在表征接触面的区域之间更平坦。尽管不是必需的，但优选地对该校正后的第一信号1执行该方法的各个步骤。

图2示出空间离散化和第一信号Sigⁱ的长度对参考加速度γ^reference的值的影响以及用于评估轮胎外胎行驶的距离D和D_f的方法，参考加速度γ^reference的值是参考量V^reference的基础。因此，深灰色的连续曲线示出第一参考信号1，该信号对应于针对重力校正后的正交加速度，角度步长为一度，延伸到多圈车轮旋转上，故意将其表示限制为大约一圈旋转。该信号的平均值(根据定义趋向于参考加速度γ^reference)由连续直线4表示。无论是否针对重力对信号进行校正，在整数圈车轮旋转内都会获得相同的平均值。此值用作标准，默认情况下等于100。

由标记为10的黑色三角形表示的第二个第一信号Sigⁱ对应于相同的信号1；然而，在这种情况下，信号的空间离散化为10度。通过组合位于接近零值的样本，可以将该信号的长度限制为单圈车轮旋转，以形成车轮旋转信号Sig^TdR。该信号10告诉我们，这种空间离散化水平至少使得可以将加速计信号隔离到一圈车轮旋转，因为每个接触面的一个样本值几乎为零，从而允许在使用传统轮胎外胎的标准条件下检测到该事件。当然，超出该最大角度离散化，传感器通过接触面可能无法使用加速计信号进行识别。如果考虑限于一个完整的车轮旋转Sig^TdR，则获得该信号的平均值(其等于参考加速度γ^reference的值的99％)，这是非常令人满意的。

最后，由浅灰色圆圈表示并标记为11的第三个第一信号Sigⁱ对应于相同的信号1；然而，在这种情况下，信号的空间离散化为10度，采样仅限于前五个增量，即一圈车轮旋转的一小部分。在图2中，标记为3的直虚线表示阈值N。这里，阈值N对应于在没有针对重力进行校正的情况下多于一圈旋转内的加速计信号最大值的50％。应注意的是，信号10和11的几个点低于该阈值N。此外，选择信号10和11的长度，使得信号长度的至少60％位于该阈值N之上。在信号11的情况下，信号11的长度正好有60％位于该阈值之上，因为信号11的长度等于5，并且两个值低于该阈值N(代表信号的40％)。在这种情况下，信号11的平均值等于参考加速度γ^reference的90％，这是令人满意的，因为可以获得行驶的距离的有效估计值。如果该信号11被限制在前四个值内，在这种情况下，关于超过N的信号的长度的条件将无法满足，则平均值将下降到参考加速度的79％。此外，如果使用了信号11的最后四个值，在这种情况下，将满足关于阈值N的条件，平均值将是参考加速度的110％，这仍然是非常令人满意的。同样，将注意到，修改阈值N不会对结果有太大的改变。然而，如果使用未针对重力校正的原始加速计信号，则必须仔细选择该阈值N，因为此时，由于重力的值，信号可能不会通过零。

图3示出用于在整数圈车轮旋转上确定车轮旋转信号Sig^TdR(图中标记为2)的方法。根据第一信号Sigⁱ(这里进行了校正以使得可以更好地解释该示例)，确定由虚线3所示的阈值E。这里，将阈值E设置为第一信号Sigⁱ的最大幅度的一半而不进行任何校正。对一系列增量I进行识别，其中第一信号Sigⁱ越过虚线3，例如从下面越过虚线3，其在物理上对应于与轮胎外胎作为整体旋转的传感器离开接触面。因此，这里，忽略了第一信号Sigⁱ越过阈值E上方，其对应于进入接触面并且将产生中间增量I。因此，第一信号Sigⁱ被限制为第一增量(这里为I₁)和第二增量(这里为I₃)之间的车轮旋转信号Sig^TdR(标记为2)。这里的车轮旋转信号Sig^TdR表示在两个完整的车轮旋转内传感器的加速计信号。

在这种情况下，已在具有可变采样频率的第一信号Sigⁱ的一部分中对由虚线3表示的阈值E进行评估。从第一信号1的这一部分提取获得的最大离散化值并将其命名为MAX。因此，阈值E是包括在值MAX的10％到50％之间的值，在这种情况下，该值约为50％。

计算在单圈旋转内的车轮旋转信号Sig^TdR(标记为2)的平均值，该平均值对应于参考加速度γ^reference，由连续的黑线4表示。通过将第一车轮旋转信号Sig^TdR的增量u的值求和，该和在车轮旋转信号Sig^TdR结束时除以第一车轮旋转信号Sig^TdR的增量数，进行实时评估。要做到这一点，只需通过第一信号从阈值E下方找到第一次越过即可，其确定车轮旋转信号Sig^TdR的起点。当然，也可以在车轮旋转信号Sig^TdR(标记为2)的整个记录被记录并存储在存储器中后进行计算。

图4是将车轮旋转信号Sig^TdR(标记为7，显示为灰色)与加速计信号区分开来的图示。这里，是用于该界定的第二实施方案。

根据传感器传递的信号(这里进行了校正以使得可以更好地解释示例)，确定由虚线5所示的阈值B。对一系列增量I进行识别，其中第一信号越过虚线5，其在物理上对应于与轮胎外胎作为整体旋转的传感器进入或离开接触面。接下来，在本图示中仅考虑奇数增量I，构建位于与奇数增量I等距的一系列增量J。这些增量由图3中的垂直点线标识。当然，只要所选增量在两个增量I_i和I_i+1之间包含的信号长度的八分之一到八分之七之间，就可以应用该方法。

然后，在第一增量(这里为J1)和第二增量(这里为J3)之间界定车轮转速信号Sig^TdR(标记为7)。这里的车轮旋转信号Sig^TdR(标记为7)表示传感器在两个完整的车轮旋转期间传递的加速计信号。

在这种情况下，已利用可变采样频率在加速计信号的一部分中对由虚线5表示的阈值B进行了评估。从加速计信号的这一部分中，提取获得的离散化最大值，称为MAX。因此，阈值B是包括在值MAX的10％到50％之间的值，在这种情况下，该值约为50％。

通过计算第一车轮旋转信号Sig^TdR(标记为7)的平均值来确定参考加速度γ^reference，该参考加速度γ^reference由黑色的连续线6表示。通过将增量J1和J3之间的车轮旋转信号的增量u的值求和，然后该和在车轮旋转信号结束时除以车轮旋转信号Sig^TdR(标记为7)的增量u的数量，进行实时评估。

该第二实施方案是更好的方法，因为车轮旋转信号Sig^TdR的极值处的离散化误差仅导致参考加速度计算中的微小变化。具体而言，在这些极值处，信号的灵敏度相对于具有增量I的信号级别的灵敏度较低。

图5示出加速计信号，该信号先前已针对地球重力进行了校正，并与以可变转速W旋转的大货车轮胎外胎的胎冠正交的加速度相对应。

这里，针对车轮旋转信号Sig^TdR(以浅灰色显示并标记为2)确定由虚线3表示的阈值E。

阈值E使得能够识别增量I，其例如对应于传感器从接触面离开。在此分析中，车轮旋转信号Sig^TdR被限制为一圈车轮旋转，因为这是优选的，以便限制与轮胎外胎转速W变化相关的误差。将阈值E选择为对应于在车轮旋转信号2之前在整数圈车轮旋转内界定的第一信号的参考加速度的一半。也通过计算车轮旋转信号2的平均值而根据车轮旋转信号2确定参考加速度γ^reference，其由标记为4的连续曲线示出。

还应注意的是，由于转速W是可变的，因此在加速阶段，与车轮旋转相关的周期会减少，从而导致上升沿或下降沿越来越接近。

图6是欧洲地区使用的大货车的速度曲线的图示。车辆配备有包括根据本发明的传感器的已安装组件，该组件安装在车辆的前部。以一分钟左右的规则时间间隔T记录传感器的响应。在测量阶段期间，选择传感器的采样频率，使得在整个使用相关的速度范围内满足信号长度和最小角度步长大小的条件。日常行驶距离在集成装置中进行估计，测量频率为1分钟。为此，选择函数A作为比值B。在加载和卸载条件下，通过应用ETRTO规则，在试验台上预先校准传感器的滚动半径R_P和定位半径R_C。此外，信号存储在外部存储器空间中，这使得可以修改测量阶段之间的时间间隔T，从而执行其他评估。此外，车辆速度表和商用GPS设备直接记录车辆在白天期间行驶的里程。

图7是仅在测量阶段之间的时间间隔T上存在不同的情况下车辆记录的里程与方法的各种估计之间的差异总结，时间间隔T以1分钟为步长从1分钟变化到40分钟。在1分钟的第一次评估是集成到已安装组件中的装置的估计。其他估计是通过消除原始数据来增加测量之间的时间间隔T来进行的。这里，在日常行驶距离的给定估计中，时间间隔T保持不变。

应注意，如果时间间隔T小于10分钟，则车辆记录的距离与通过该方法估计的距离之间的距离差不超过5％。如果对于该特定行程，时间间隔设置为20分钟；估计误差仍不超过10％。此外，时间间隔T越短，车辆记录的参考值与根据该方法进行的估计之间的差值越小。在测量阶段之间的时间间隔T小于值5分钟时，误差甚至不显著。

Claims (15)

1.一种用于获得安装在车轮上以形成已安装组件的状态下的轮胎外胎行驶的距离的方法，所述轮胎外胎具有胎冠、两个侧壁和围绕自然旋转轴和中间平面旋转的两个胎圈，所述胎冠配备有能够与地面接触的胎面，中间平面与自然旋转轴的交点定义为车轮中心，该方法包括以下步骤：

-将至少一个传感器与胎冠垂直地紧固至轮胎外胎，至少一个传感器在其轮上安装状态下相对于自然旋转轴具有径向位置R_C，并且能够产生与轮胎外胎中的所述传感器所经历的加速度成比例的至少一个输出信号；

-使已安装组件处于能够以转速W旋转并加载有负载Z的状况下；

-在时间间隔T之后获取第一信号Sigⁱ，第一信号Sigⁱ至少包括在正交于胎冠的方向上的加速度的幅度，第一信号Sigⁱ的值小于阈值N，阈值N表示小于第一信号Sigⁱ的长度的40％；

-识别定义为第一信号Sigⁱ的平均值的平方根的第一参考量V^reference _i；

-利用以下公式来确定在时间间隔T期间行驶的距离D：

[数学公式1]

D＝A*T*V_i ^reference

其中，A取决于轮胎外胎，并且至少与对应于负载条件下车轮中心与地面之间的最小距离的滚动半径的平方根成比例。

2.根据权利要求1所述的用于获得轮胎外胎行驶的距离的方法，其中，每次测量之间的时间间隔T保持相同，并且优选地，如果不能在时间t处获得第一信号Sigⁱ，则参考量V^reterence _i采用设定值V^forfaitaire，并且使用以下公式来确定轮胎外胎行驶的总距离D_f：

[数学公式3]

3.根据权利要求2所述的用于获得轮胎外胎行驶的距离的方法，其中，函数A是常数，利用以下公式来确定行驶的总距离D_f：

[数学公式4]

4.根据权利要求1至3中的一项所述的用于获得轮胎外胎行驶的距离的方法，其中，第一信号Sigⁱ被界定在N_TdR圈车轮旋转内，N_TdR大于或等于1，并且N_TdR优选为整数，以便构造车轮旋转信号Sig^TdR _i，参考量V^reference _i是在一圈旋转内的车轮旋转信号Sig^TdR _i的平均值的平方根。

5.根据权利要求4所述的用于获得轮胎外胎行驶的距离的方法，其中，已识别出与至少第一信号Sigⁱ的横坐标u相对应的第一系列增量I，其中第一信号Sigⁱ越过阈值B，第一信号Sigⁱ被界定在整数N_TdR圈车轮旋转内、第一增量I_min与第二增量I_max之间，max等于min+2*k，k为严格正的自然整数，车轮旋转的整数N_TdR由以下公式定义：

[数学公式5]

6.根据权利要求5所述的用于获得轮胎外胎行驶的距离的方法，其中，使用以下步骤的组合来识别第一系列增量I：

-定义阈值B，阈值B是包括在第一信号Sigⁱ的至少一部分的至少一个最大值的0.1到0.5之间的值；

-确定取决于第一信号Sigⁱ的至少一部分和阈值B的横坐标u的第二信号；

-识别与第一信号Sigⁱ的至少一部分的横坐标u相对应的第一系列增量I，其中第二信号越过阈值E，第二信号优选为第一信号Sigⁱ和阈值B之间的差值，阈值E为值零，或者第二信号为第一信号Sigⁱ和阈值B之间的比值，阈值E为单位值。

7.根据权利要求5和6中任一项所述的用于获得轮胎外胎行驶的距离的方法，其中，增量的识别包括以下步骤：

-创建对应于连续的、相同奇偶性的增量I的横坐标u之间的中间横坐标u的第二系列增量J，

-在第一增量J_min和第二增量J_max之间构造车轮旋转信号Sig^TdR _i，min和max具有相同的奇偶性。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的用于获得轮胎外胎行驶的距离的方法，其中，如果轮胎外胎的转速W大于由以下公式定义的阈值W_seuil，则获取第一信号Sigⁱ：

[数学公式6]

式中，Dev是轮胎外胎在一圈旋转内行驶的距离。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的用于获得轮胎外胎行驶的距离的方法，其中，参考量V^reference的两次评估之间的时间间隔T小于或等于10分钟，优选地小于或等于5分钟，并且非常优选地小于2分钟。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的用于获得轮胎外胎行驶的距离的方法，其中，轮胎外胎定义滚动半径R_P，函数A与以下比值B成比例：

[数学公式7]

11.根据权利要求1至10中任一项所述的用于获得轮胎外胎行驶的距离的方法，其中，滚动半径R_P取决于轮胎外胎承受的负载Z。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的用于获得轮胎外胎行驶的距离的方法，其中，轮胎外胎充气至充气压力P，滚动半径R_P和径向位置R_C取决于轮胎外胎的充气压力P。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的用于获得轮胎外胎行驶的距离的方法，其中，滚动半径R_P取决于轮胎外胎行驶的总距离。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的用于获得轮胎外胎行驶的距离的方法，其中，以恒定的采样频率来获取第一信号Sigⁱ。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的用于获得轮胎外胎行驶的距离的方法，其中，第一信号Sigⁱ的采样的空间离散化小于10度，优选地小于6度，并且非常优选地小于3度。

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