CN115720620A - 轮胎感测系统和方法 - Google Patents

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CN115720620A CN202180042627.1A CN202180042627A CN115720620A CN 115720620 A CN115720620 A CN 115720620A CN 202180042627 A CN202180042627 A CN 202180042627A CN 115720620 A CN115720620 A CN 115720620A
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V·辛格
S·库马尔
A·罗
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H·R·多尔菲
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Abstract

可操作以确定轮胎(156)的一个或多个物理特性的轮胎感测系统(126)包括毫米波发射和接收装置(128T；128R)。处理器(218)与存储器(220)通信地联接，该存储器包括用于向该轮胎(156)发射和从该轮胎接收毫米波(TXs；TXg,RXs；RXg)的指令。该存储器(220)还包括用于基于接收到的毫米波(RXs；RXg)对该轮胎(156)的第一径向范围和第二径向范围(rs；rg)成像的指令以及用于确定该轮胎(156)的该第一径向范围与该第二径向范围(rs；rg)之间的尺寸差的指令。还包括包括此类轮胎感测系统(126)的车辆(100)以及非暂态机器可读存储介质(220)和方法(300)。

Description

轮胎感测系统和方法
政府许可权利
本发明是在美国国家科学基金会(NSF)授予的合同号1823235和1942902下在政府支持下完成的。美国政府可以对本发明拥有某些权利。
背景技术
本公开的主题广泛地涉及用于车辆的轮胎感测系统的技术，并且更具体地涉及可操作以确定瞬时轮胎胎面深度和/或在延长的持续时间内监测轮胎磨损的系统。另外，或在另选方案中，还包括可操作以识别滞留在轮胎上或轮胎内的异物的系统。此外，和/或作为另一另选方案，还包括确定瞬时轮胎胎面深度、监测轮胎磨损和/或识别异物的方法。
本公开的主题可特定地结合轮式车辆应用和使用，并且将以此为参考在本文中示出和描述。然而，应当理解，本公开的主题也可用于其它应用和环境，并且本文示出和描述的特定用途仅仅是示例性的。
监测轮胎状况的最常见方法涉及视觉检查轮胎和物理测量胎面深度的有些乏味的方法。尽管这种方法基本上没有成本，但是通常认为这种手动程序执行的频率和车主和操作员的注意力不够。因此，轮胎胎面深度和轮胎磨损图案被认为在商用车辆和乘用车辆上是监测不足的。轮胎胎面磨损影响性能并且是用于决定轮胎更换的重要度量，轮胎更换被认为是全球卡车运输行业的最大维护费用之一。当执行手动检查过程时评估胎面深度和/或轮胎磨损的小误差可导致在轮胎的使用寿命结束之前更换轮胎或无意地允许轮胎在超过其使用寿命时保持使用。由于轮胎的过早更换或增加的故障和道路服务电话，这两种情况中的任一种都会导致商业卡车运输运营的成本增加。类似的问题也适用于乘用车辆上的轮胎，这是因为这种手动评估由车主执行。
在一些情况下，已经开发了利用各种无线感测技术来监测轮胎的物理特性的电子系统。在一些情况下，系统的部件被支撑在轮胎的外部，诸如例如支撑在车辆的车身、车架或底盘上或沿着车身、车架或底盘支撑。不幸的是，利用脱轮安装布置的已知系统具有某些缺点，这些缺点可能限制了这些类型的布置的更广泛的采用和/或使用。例如，已知利用基于激光的距离传感器来估计轮胎上剩余的胎面量的某些系统可能由于碎屑和其他外来材料累积在轮胎上和/或轮胎胎面内而经历误差。
在其它情况下，已经开发了利用轮胎压力和/或安装在轮胎室内的传感器来估计轮胎胎面深度的系统。然而，至少部分地由于这种测量的间接性质和/或测量条件与轮胎胎面之间的轮胎材料的量，这种胎面深度估计可能与实际胎面条件相差很大，并且有时被认为是有些不可靠的。在其它情况下，已经开发了利用嵌入在轮胎的胎面和/或主体内的传感器和/或装置的系统。这种传感器和/或装置暴露于与轮胎在长途车辆上的使用相关联的极端条件下，极端条件可包括从约-35℃至约85℃范围内的温度以及轮胎的动态使用期间的高压和不断变化的负载条件。因为这种传感器和/或装置应当在轮胎的寿命内保持功能，所以嵌入的传感器和/或装置可能增加制造轮胎的成本，这至少部分地是由于稳健的传感器部件的成本以及与在组装期间将传感器和/或装置嵌入在轮胎中相关联的附加步骤。作为另一个缺点，一旦轮胎达到其使用寿命的终点，这种嵌入的传感器和/或装置就被丢弃。
鉴于前述内容，据信需要不时地和/或持续地评估车辆轮胎的胎面深度和/或其他特性，以诸如监测此类轮胎的某些磨损状况和/或性能特性的可能变化。尽管已知的测量和/或监测技术取得了总体的成功，但是据信期望开发出可以对已知选项进行改进和/或以其他方式推进轮胎感测系统的技术的系统和方法。
发明内容
根据本公开的主题的轮胎感测系统的一个示例可操作以确定相关轮胎的一个或多个物理特性。轮胎感测系统可以包括毫米波发射装置和毫米波接收装置。轮胎感测系统还可以包括与存储器通信地联接的处理器。存储器可以包括用于使用毫米波发射装置向相关轮胎发射毫米波的指令。存储器还可以包括用于在毫米波接收装置处接收从相关轮胎反射的毫米波的指令。该存储器可以还包括基于接收到的毫米波对相关轮胎的第一径向范围和第二径向范围成像的指令。并且，该存储器可以包括用于确定相关轮胎的第一径向范围和第二径向范围之间的尺寸差的指令。
根据本公开的主题的车辆的一个示例可以包括具有胎面沟槽的轮胎和根据前述段落的与轮胎操作地相关联的轮胎感测系统。在一些情况下，轮胎可任选地包括设置在轮胎上或沿着轮胎设置的多个差分反射结构。在一些情况下，多个差分反射结构可以以周向顺序设置在轮胎上或沿着轮胎设置。在一些情况下，多个差分反射结构可设置在轮胎的胎面沟槽内。
根据本公开的主题的非暂态机器可读存储介质的一个示例可以具有存储在其上的机器可读指令，这些机器可读指令使处理器使用毫米波发射装置向相关轮胎发射毫米波。存储介质还可以包括用于使处理器在毫米波接收装置处接收从相关轮胎反射的毫米波的指令。该存储介质可以还包括用于使处理器基于接收到的毫米波对相关轮胎的第一径向范围和第二径向范围成像的指令。并且，存储介质可以包括用于使处理器确定相关轮胎的第一径向范围和第二径向范围之间的尺寸差的指令。
根据本公开的主题的感测相关轮胎的物理特性的方法的一个示例可以包括向相关轮胎发射毫米波。该方法还可以包括接收从相关轮胎反射的毫米波。该方法可以还包括使用反射的毫米波对相关轮胎的第一径向范围和第二径向范围成像以及确定相关轮胎的第一径向范围和第二径向范围之间的尺寸差。
附图说明
图1是包括根据本公开的主题的轮胎感测系统的车辆的一个示例的侧面正视图。
图2是图1中安装在相关车辆上的轮胎感测系统的示意图。
图3是适合与根据本公开的主题的轮胎感测系统结合使用的坐标系的一个示例的侧面正视图。
图4是图3中的示例性坐标系的俯视平面图。
图5是邻近相关联的车轮组件定位的感测装置的一个示例的侧面正视图，该车轮组件包括具有相关联的轮胎胎面的相关联的轮胎。
图6是沿着图5中的线6-6截取的图1至图5中的车轮组件的横截面视图。
图6A至图6C是图6中标识为细节6A的相关联轮胎的放大部分的横截面视图，该放大部分示意性地示出了沿着轮胎胎面沟槽可操作地设置的差分反射结构。
图7是图1至图6中的相关联轮胎的俯视平面图，该俯视平面图示出了沿着相关联轮胎的相关联轮胎胎面定位的差分反射结构的示例。
图8是根据本公开的主题的示例性轮胎胎面花纹及其示例性编码沟槽与来自轮胎感测系统的对应图像数据的图解比较。
图9是根据本公开主题的用于轮胎感测系统的控制器的一个示例的示意图。
图10是根据本公开的主题的方法的一个示例的图形表示。
具体实施方式
如本文中所使用，诸如“数据”、“值”、“信息”、“信号”等术语在本文中可互换地使用以广泛地指代诸如可以以任何合适方式由部件和/或系统和/或在部件和/或系统之间发射、转移、存储、检索、处理和/或交换的模拟和/或数字内容和/或通信。
应当认识和理解的是，诸如“可以”、“可”、“可能”等术语应当被解释为是允许的而不是必需的。因此，对使用诸如“可以”、“可”、“可能”等术语的项目的任何引用应当被解释为是任选的而不是本公开的主题所要求的，除非在本文中另外具体阐述。
现在转到附图，应当理解，图示是为了阐明本公开的主题的示例，并且此类示例不旨在进行限制。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/或便于理解的目的可被夸大。
应当理解，根据本公开的主题的轮胎感测系统可以与任何类型、种类和/或配置的轮式车辆一起使用。作为非限制性示例，此类轮式车辆可包括乘用车辆、房车、公共汽车、轻型卡车和其它车辆(例如，美国FHWA 1-3类车辆)、中型卡车和其它车辆(例如，美国FHWA 4-6类车辆)、重型卡车和其它车辆(例如，美国FHWA 7和8类车辆)、拖车、农业装备和越野车辆。结合图1和图2示出并描述了其上可以安装根据本公开的主题的轮胎感测系统的车辆的一个非限制性表示。如本文所示，车辆100被示出为采取牵引车-拖车组合的形式，该牵引车-拖车组合包括牵引车102和拖车104，该拖车操作地连接到牵引车用于长途运输。牵引车102被示为包括车架106，该车架由悬架系统支撑在多个车轮组件108上。牵引车102通常还将包括马达或旋转动力源(未示出)和动力传动系统(未示出)，它们支撑在车架上并且向一个或多个车轮组件108提供原动力。牵引机102可以包括功率存储装置110(例如，燃料箱和/或电池)并且可以任选地包括与马达可操作地相关联的排气管112。牵引车102还可以包括操作员室或驾驶室114，该操作员室或驾驶室可以以任何合适的方式支撑在车架106上或沿着车架支撑，诸如例如通过一个或多个驾驶室安装件和/或一个或多个驾驶室悬架。
拖车104被示为包括车架116，该车架由悬架系统支撑在多个车轮组件118上。拖车104还可以包括拖车车身120，该拖车车身至少部分地支撑在车架116上，并且通常其尺寸被设计成接纳和保持一定数量的货物。如上所述，车辆100可包括一个或多个悬架系统，该一个或多个悬架系统可操作地连接在车辆的例如诸如车架106、操作员室114、车架116和/或拖车车身120等簧载质量与例如诸如车轮组件108、车轮组件118和/或车轮接合部件122(例如，轮轴、悬架臂)等非簧载质量之间。在图1和图2所示的示例性布置中，这种悬架系统由附图标记124示意性地表示，并且可以包括弹簧装置(例如，螺旋弹簧、板簧、空气弹簧)和/或一个或多个阻尼器，这些阻尼器与弹簧装置一起允许簧载质量和非簧载质量相对于彼此以稍微受控的方式的运动。
车辆100还包括根据本公开的主题的轮胎感测系统126，该轮胎感测系统与车辆的一个或多个车轮组件(例如，车轮组件108和/或118中的一个或多个)操作地相关联。轮胎感测系统126可包括靠近车辆的车轮组件中的相应一个车轮组件设置的一个或多个感测装置128。在图1和图2所示的示例性布置中，轮胎感测系统126可以包括多个感测装置128，其中一个感测装置支撑在车辆上，邻近于车轮组件108和/或118中的对应一个车轮组件。然而，应当理解，这种布置仅是示例性的并且在不脱离本公开的主题的情况下，可以使用其他配置。
轮胎感测系统126还可以包括控制系统130，感测装置128可以通信地联接到该控制系统。控制系统130还可以任选地与车辆100的其他系统和/或部件通信地联接，以便诸如交换数据、信息和/或信号和/或例如用于这种其他系统的选择性操作和/或控制。控制系统130可包括例如诸如通过电导体或引线134与感测装置128通信地联接的控制器或电子控制单元(ECU)132。应理解，控制器132可以是任何合适的类型、种类和/或配置，诸如例如下文所描述的。
如上所述，控制系统130可以任选地与车辆100的一个或多个其他系统和/或装置通信地联接。作为非限制性示例，图2中示出了在车辆100，其中控制器132与一个或多个相关联的系统、模块和/或装置通信地联接，这些系统、模块和/或装置由框136共同表示并且通过电导体或引线138与控制器132通信地联接。另外或在另选方案中，控制系统130可任选地包括一个或多个通信接口系统和/或装置140，这些通信接口系统和/或装置诸如可适合于将数据、信息和/或信号发送到远程系统和/或装置(例如诸如远程数据存储装置和/或远程计算机系统(例如，车队管理系统))和/或从该远程系统和/或装置接收数据、信息和/或信号。如果包括的话，任何这样的一个或多个通信接口系统和/或装置140可以以任何合适的方式(例如诸如通过电导体或引线142)与控制器132通信地联接。
此外，或作为另一另选方案，控制系统130可任选地包括视觉通信装置144和/或以其它方式与该视觉通信装置接口连接，该视觉通信装置以合适的方式(例如诸如通过电导体或引线146)与控制器132通信地联接。在一些情况下，视觉通信装置144可采取图形输入/输出装置的形式，例如诸如电容式或电阻式触摸屏。在这种情况下，任选地，可以省略附加的用户输入装置。在其它情况下，视觉通信装置144可采取图形输出装置的形式，例如诸如常规的显示屏。在这种情况下，控制系统130可以任选地包括一个或多个附加用户通信装置和/或以其他方式与该一个或多个附加用户通信装置接口连接。例如，诸如例如键盘或小键盘等触觉输入装置148可以任选地以合适的方式(例如诸如通过电导体或引线150)与控制器132通信地联接。作为另一示例，例如诸如扬声器等听觉输出装置152可以任选地以合适的方式(例如诸如通过电导体或引线154)与控制器132通信地联接。作为非限制性示例，视觉通信装置144(例如，电容式或电阻式触摸屏)和/或触觉输入装置148可用于识别、选择和/或以其他方式输入与车辆100的车轮组件108和/或118相关联的一个或多个细节和/或规格(例如，给定的轮胎相对于感测装置128中的特定一个感测装置的品牌、型号、尺寸、充气压力和/或位置)。作为另一非限制性示例，视觉通信装置144和/或听觉输出装置152可用于向操作员通知与车轮组件108和/或118中的一个或多个的使用和/或操作相关联的信息、细节和/或事件(例如，对滞留在车辆的特定轮胎上或内的异物的识别)。
如上所讨论的，用于监测轮胎胎面磨损的已知电子系统的一个缺点是这种系统对可能在轮胎上和/或轮胎胎面内的异物和碎屑的敏感性。即，已知的电子系统被认为是有缺陷的，并且当异物和/或碎屑在被监测的轮胎的胎面特征的表面上或内时以降低的精度操作和/或提供错误的结果。然而，即使在存在异物和碎屑的情况下，根据本公开的主题的轮胎感测系统和方法也可以通过观察雷达信号从轮胎表面和沟槽的反射来准确地测量轮胎磨损。即，根据本公开的主题，已经发现使用在射频(“RF”)频谱的毫米波(“mmWave”)频带内操作的感测装置可以克服或以其他方式避免已知电子系统的这些和/或其他缺陷。因此，感测装置128优选地是发送和/或接收具有在从大约30GHz到大约300GHz的范围内的频率和/或在从大约十(10)毫米至大约一(1)毫米的范围内的波长的电磁波的类型、种类和/或构造。作为一个非限制性示例，感测装置128可以包括任何适当数量的一个或多个毫米波发射装置(诸如在图5中由框128T共同示意性地表示的)以及任何适当数量的一个或多个毫米波接收装置(诸如在图5中由框128R共同示意性地表示的)。在一些情况下，感测装置128可以是作为频率调制连续波雷达传感器操作的类型和/或种类。作为非限制性示例，可使用可具有在从大约76GHz至大约81GHz的频率范围内操作的大约4GHz带宽的感测装置128。这种感测装置的一个示例可从德克萨斯州达拉斯的德州仪器公司(Texas InstrumentsIncorporated of Dallas,Texas)以名称AWR1642获得。然而，应当理解，这种感测装置仅是示例性的，在不脱离本公开的主题的情况下，可以使用其他感测装置。
图3和图4示出了根据本公开的主题的可以结合轮胎感测系统(例如，轮胎感测系统126)使用的坐标系的一个示例。如图所示，车轮108/118具有旋转轴线AXR，并且常规笛卡尔坐标系在车轮108/118的中线处具有其原点，其中“x”轴大致水平定向，“y”轴大致竖直取向，并且“z”轴与旋转轴线AXR同轴。然而，应理解，可另选地使用x轴和y轴相对于水平和竖直惯例的其它取向。传感器128在“x-y”平面中与原点间隔距离开“D”。在一些情况下，距离D可至少与x轴或y轴中的一者大致对准。但是，应当理解，任何其他合适取向可另选地使用。
众所周知，毫米波雷达传感器的范围分辨率由关系式c/2B给出，其中c是光速，B是雷达传感器的带宽。在大约4GHz带宽的情况下，示例性毫米波雷达传感器(诸如感测装置128)的范围分辨率例如为大约3.75厘米，这显著大于常规越野轮胎的大约两(2)毫米至大约二十(20)毫米的胎面深度变化。结果，从轮胎的外表面和轮胎的沟槽两者的反射可能小于这样的示例性毫米波雷达传感器的最佳分辨率，并且因此取决于所使用的传感器的操作特性而无法区分。因此，根据本公开的主题，轮胎感测系统126可以任选地与传感器128一起利用逆合成孔径雷达(“ISAR”)过程来利用车轮围绕旋转轴线AXR的自然旋转并且将测量分辨率提高到亚毫米范围，使得可以以高精度测量轮胎的外表面与轮胎胎面沟槽的深度之间的径向差。然而，应当理解，这种ISAR过程是任选的，并且取决于所期望的测量的径向分辨率和所使用的感测装置的操作特性，根据本公开的主题的轮胎感测系统可以在没有这种ISAR过程的情况下操作。
为了便于实施ISAR过程，圆柱坐标系相对于车轮108/118和传感器128定向，使得当车轮旋转时，轮胎表面上的给定的假想点GPT(图5)的行程可被建模和测量或以其他方式从不同角度进行测距。在这方面，圆柱坐标系的原点沿着车轮的旋转轴线AXR定位，如图3所示，字母“r”表示径向方向，希腊字母phi“φ”表示方位或角位置，如图4所示。
现在参照图3至图6，车轮组件108和/或118可包括安装在车轮或轮辋158上的轮胎156，这允许在轮式车辆上操作和使用轮胎。应当理解，车轮组件108和118连同其轮胎156和轮辋158仅仅是示例性的，并且可以另选地使用任何其他类型、种类、构造和/或配置的轮胎和/或轮辋。例如，轮胎156在本文中被示出和描述为通常被称为充气轮胎的类型、种类和构造，该充气轮胎利用包含在其中的一定量的加压气体(例如，压缩空气)作为工作介质。然而，应当理解，本公开的主题可广泛地应用于任何类型、种类、构造和/或配置的轮胎，这些轮胎包括在轮胎的外表面和/或滚动表面上或沿着轮胎的外表面和/或滚动表面的胎面限定特征(例如，纵向沟槽、侧向沟槽、肋、块、刀槽花纹)的任何组合，并且本文示出和描述的轮胎和轮辋仅是示例性的而不应被解释为限制性的。
因此，为了讨论的目的，轮辋158被示出为包括安装轮毂160，该安装轮毂具有成合适的孔图案的多个安装孔162。如图6所示，轮辋158还包括相对的轮辋壁164和166，它们终止于相应的凸缘168和170。胎圈座172和174分别邻近凸缘168和170沿着轮辋壁164和166形成。轮胎156围绕旋转轴线AXR周向地延伸并且包括弹性体外胎176，该弹性体外胎具有胎冠部分178以及从沿着胎冠部分178径向向内延伸的轴向间隔开的侧壁180和182。胎冠部分包括外表面184并且可任选地包括内表面186，如果包括该内表面，则该内表面可至少部分地限定轮胎空腔188。一个或多个侧向和/或纵向沟槽190的任何组合可沿着胎冠部分178的外表面184以任何期望的图案或配置设置，以形成轮胎胎面192，如本领域所公知的。
轮胎156还可以包括形成侧壁180和182的径向向内范围的胎圈区域194(在一些情况下，胎圈区域可以另选地被称为“安装胎圈”或“安装胎圈区域”)。在轮胎156安装在轮辋158上的状态下，胎圈区域被确定尺寸或以其它方式适于沿着胎圈座172和174形成气密关系。因此，当作为充气轮胎安装在轮辋上时，轮胎156可以通过与轮胎空腔188可操作地连接的常规阀(未示出)来充气，例如诸如通过车轮158的轮辋壁164和166中的一个轮辋壁来充气。此外，应当理解，具有形状、大小、部件、特征和元件的各种组合的胎圈区域已被开发并且可包括在轮胎156上。此类部件、特征和元件的非限制性示例包括胎趾特征、胎踵特征、胎圈包布、胎圈錾、和干扰条。
不管可被包括在轮胎156的胎圈区域上或沿胎圈区域包括的一个或多个其他部件、特征和/或元件如何，轮胎的胎圈区域还可包括至少一个胎圈增强元件，诸如胎圈芯196和/或胎圈填料198。胎圈芯196采取嵌入胎圈区域194内的基本上不可延伸的无端环的形式。胎圈加强元件(例如，胎圈芯196)的一种功能是确定并维持胎圈区域194的横截面尺寸以及由此形成的开口，以使轮胎能够沿着相关车轮的相应胎圈座(例如，轮辋158的胎圈座172和174)进行安装，这种功能可以由行业标准和惯例确定。
另外，轮胎156例如还包括含有多个紧密隔开的径向加强帘线或线的一个或多个帘布层，该帘布层跨过轮胎外胎的胎冠部分并沿着轮胎外胎的侧壁向内径向延伸。例如，轮胎外胎176示出为由径向帘布层200增强，该径向帘布层延伸跨过胎冠部分178并沿着侧壁180和182朝向胎圈区域194延伸。轮胎可以例如利用沿着胎冠部分178周向延伸的一个或多个环状带束层(诸如，带束层202)来进一步加强。径向帘布层200和带束层202可以由现有技术中众所周知的任何合适的材料或材料组合制造，诸如钢丝或合适的纺织纤维。
胎圈加强元件(例如，胎圈芯196)的另一个功能是例如锚固径向帘布层(诸如径向帘布层200)，同时延伸跨过相对胎圈区域之间的轮胎胎体。应当理解，此类径向帘布层可通过胎圈芯196以任何合适的方式锚固。例如，径向帘布层200在图6中示出为沿着侧壁180和182朝向胎圈区域194延伸。径向帘布层200沿着胎圈芯196的轴向向内侧并通过胎圈芯形成的开口在径向向内方向上延伸。径向帘布层200的外端204沿着胎圈芯196的轴向向外侧向上翻起并且沿着侧壁180和182在径向向外的方向上返回。胎圈填料198示出为邻近胎圈芯196设置在径向帘布层200与外端204之间的区域中，并且可操作以至少部分地填充径向帘布层200与外端204之间的任何间隙和/或可操作以向胎圈区域提供增加的刚度和/或刚性。然而，应当理解，其他布置和/或配置可另选地使用，而且示出的布置仅为示例性的。
如本文所讨论的，轮胎感测系统126可操作以测量和/或监测轮胎磨损。另外，或在另选方案中，轮胎感测系统126可任选地可操作以识别设置在轮胎胎面内的碎屑的存在和位置。在一些情况下，轮胎感测系统126也可任选地可操作以将轮胎胎面上或沿着轮胎胎面的任何此类碎屑分类。通常，轮胎磨损对应于轮胎的外表面的侵蚀，这减小了最初形成在轮胎中的肋、胎面块和其它特征相对于至少部分地限定肋、胎面块和/或其它特征的胎面沟槽的根部表面部分的高度。应当理解，这种胎面沟槽的根部表面部分通常由于轮胎磨损而保持不变，并且随着轮胎的外表面在使用期间被侵蚀，轮胎的外表面朝向胎面沟槽的根部表面部分径向向内移动。因此，应当认识和理解的是，轮胎感测系统126可以能够操作成简单地将胎面深度测量为在任何给定时间点轮胎的外表面与轮胎沟槽的根部表面部分之间的距离差。为了方便起见，轮胎的外表面的距离在本文中由图5中的半径“rs”表示，轮胎沟槽的根部表面部分的距离由半径“rg”表示。
进一步参照图5，将理解的是，车轮组件108和/或118在使用期间将围绕旋转轴线AXR旋转。在优选布置中，轮胎感测系统126可操作为在操作使用期间测量和/或监测轮胎胎面深度，即使是在例如诸如可以与车辆启动和/或停止相关联的相对低的速度(例如，小于每小时10英里)下。注意到轮胎磨蚀发生在相对慢的时间尺度上。因此，根据本公开的主题，诸如可以在车辆以低速移动时执行的周期性测量可以足以在许多情况和/或应用中充分地监测轮胎磨损。
因此，轮胎156在图5中被示为经历围绕旋转轴线AXR的角位移，例如诸如由旋转箭头ROT指示。在这种情况下，轮胎感测系统126可以利用轮胎156的旋转运动来提高相对于单独从感测装置可获得的距离分辨率的空间分辨率，如上所讨论的。感测装置128邻近车轮组件108和/或118中的一个车轮组件定位，使得感测装置的天线206面向轮胎156。因此，感测装置128具有轮胎胎面的沿着轮胎156的外表面184的视场，诸如在图5中由参考尺寸FVW表示的。当轮胎156旋转并且给定的假想点GPT行进进入并穿过视场FVW时，感测装置128通过发射和接收毫米波雷达信号来对轮胎表面进行成像，诸如在图5中分别由针对轮胎表面的箭头TXs和RXs和/或针对胎面沟槽表面部分的箭头TXg和RXg表示的。当给定的假想点GPT行进进入，通过并然后走出视场FVW时由感测装置128发射和/或接收的信号在图5中由函数h1至hN表示，这些函数可以被求和或以其他方式组合以形成轮胎表面的图像，如下文所讨论的。
即，轮胎感测系统126使用感测装置128测量沿着轮胎156的表面的不同点的深度。当轮胎旋转时，轮胎感测系统126整合或以其他方式组合来自相同点(例如，给定的假想点GPT)的信号反射。即，在感测装置128处接收到的信号是沿着轮胎156的表面撞击在多个点上的反射信号的总和。当轮胎旋转时，这些点也以对应于轮胎速度的速率旋转。当一些点移动超出感测装置128的视场FVW时，它们逐渐从视场中消失，而其它点沿着视场的另一侧出现在视场中。轮胎感测系统126利用这种轮胎表面轨迹来将从跨过轮胎表面上的点接收的信号隔离。在这方面，轮胎感测系统126对轮胎表面上的假想点的行程进行建模以确定其尺寸。然后，根据定义，半径rs与胎面深度直接相关，因为胎面的任何磨损自动地导致半径rs的相等减小，诸如上面已经讨论的。
给定的假想点GPT随时间经过(r,φ(t),z)的行程表示随车轮组件108/118旋转而变化的方位。其中d(t)表示点(r,φ(t),z)和(D,0,0)之间的距离，由于来自感测装置的信号在该点的反射，在点X的轨迹上的任何时间的无线信道贡献hX(t)由以下关系式给出：
Figure BDA0003999036870000121
其中λ表示波长。轮胎感测系统126可操作以隔离在t＝0时沿着位于(r,φ(t),z)的任何点的信号，因此沿着hX(t)主动地投射所接收的信道。用于逆合成孔径雷达的修改的Bartlett算法(类似于逆空间傅立叶变换)可以用于说明轮胎156的旋转。在这种情况下，从轮胎上给定的假想点GPT(即(r,φ(t),z))反射的接收的信号的功率为：
Figure BDA0003999036870000122
其中hX(t)是在时间t读取的无线信道。
感测装置128可以包括多个天线，例如诸如从两个至二十个天线。在这种情况下，上述过程可以跨天线共同优化，诸如通过沿着z轴布设多个天线。类似于上述讨论，可以从每个天线的点创建无线反射信道，然后除了跨时间求和之外，还在跨所有天线的投射上求和。修改的Bartlett算法可以至少部分地由于轮胎旋转的非均匀性而被使用，其中轮胎经常以不均匀的速度旋转或者在不相等的时间获得来自感测装置的数据包样本。然而，应当理解，可另选地使用其它天线算法，诸如MUSIC或ESPRIT。
上述公式假设完全了解轮胎随时间的旋转动力学。然而，轮胎的几种动力学可能使运动不规则，并且常常嘈杂或不可预测。因此，轮胎感测系统126对轮胎和/或车辆动力学的波动具有弹性是有益的。例如，车辆通常在车辆的不同部分振动不同的情况下由于马达的操作而经历振动，诸如车辆的车身或轮舱以与轮胎不同的幅度振动。在解决这种不期望的输入的努力中，可以跨几个数据包进行平均测量，并且丢弃异常值测量以减少由于振动引起的虚假读数。另外，或在另选方案中，当轮胎围绕旋转轴线AXR旋转时，轮胎156的表面上的任何点的z坐标可建模为固定的。因此，当轮胎旋转时，轮胎的未对准会导致z值的变化，这又会产生空间失真和/或轮胎表面边界的偏斜。轮胎感测系统126可以通过测量或以其他方式确定已知特征(例如，胎面边界)沿着z轴的偏斜来解决轮胎未对准。在一些情况下，轮胎感测系统126可以利用偏斜的三次样条插值来估计作为时间的函数的z值中的对应偏移。轮胎感测系统然后可以随着时间以z值的适当偏移来评估感测数据。
另外，可能期望将与轮胎156的表面相关联的反射信号与反射信号的其他源隔离，诸如来自车辆的轮舱、车辆的金属部分和/或甚至沿着道路表面的物体的反射信号。这种无关的反射器可能导致在测量的ISAR图像内出现伪峰。在一些情况下，轮胎感测系统126可以利用对应于轮胎156的品牌、型号和尺寸的胎面花纹数据(例如诸如可由制造商规范提供)。如图8所示，例如，这种胎面花纹存在于相应的ISAR图像中，其中轮胎胎面192的沟槽、块和/或其它特征产生沿径向轴和方位轴(r和φ)的变化。图8描绘了样本轮胎胎面花纹和对应的ISAR图像，其中表面绘图描绘了P(r,φ,z)，其中φ和r分别表示x轴和y轴，并且像素强度表示值P(r,φ,z)。注意，轮胎胎面花纹与对应的ISAR图像紧密地对准。结果，轮胎感测系统126可以通过将ISAR图像与已知胎面花纹数据相关联来有效地识别轮胎表面上的点。
在一些情况下，轮胎感测系统126除了在φ(t)的演变中明确考虑轮胎速度之外，还可以考虑轮胎速度的变化，诸如可以基于轮胎速度是高估还是低估来帮助避免胎面图像的轻微拉伸或挤压。另外，或者在另选方案中，沿着胎面的尖锐边缘可能由于振动和轮胎动力学而显得过于平滑。在一些情况下，轮胎感测系统126可以任选地通过在已知胎面花纹上应用空间平滑高斯函数(其宽度由图像的分辨率确定)来考虑这些和/或其他影响。此外，不是应用标准匹配滤波器，轮胎感测系统126可以任选地应用2D版本的动态时间规整(诸如可以在语音和图像处理中使用)，以校正从轮胎接收的信号的微小空间拉伸和挤压。如果包括的话，这种技术可以允许轮胎感测系统126在空间上映射轮胎表面在沟槽之间的精确位置。轮胎感测系统126然后可以对在这些位置处跨轮胎的旋转获得的深度信息(由r限定)进行平均以报告半径rs(该半径对应于轮胎156的外表面的位置)。
附加地或在另选方案中，轮胎感测系统126还可以任选地包括作为信号处理技术的背景减除，以对抗来自轮胎周围的虚假物体的信号多路径。如果使用的话，轮胎感测系统126可以沿着两个不同的时间窗口减去接收到的信号，以保持动态伪像(例如轮胎)，同时抵消静态物体(例如车辆的轮室)。这样的技术(如果被包括的话)则可以有效地去除靠近轮胎的静态物体(相对于车辆)，诸如车辆的车身或轮舱。当跨越时间应用于两个相邻ISAR图像时，背景减除也可以揭示另一效应--出现在轮胎表面上的虚假物体、诸如碎屑(例如，由轮胎拾取的泥)由于磨蚀很快消散。在一些情况下，轮胎感测系统126可以通过识别和拒绝这些离群值而有效地对表面深度测量结果的这种变形有弹性。然而，将认识到和理解的是，碎屑对轮胎表面的影响与对沟槽的影响是不同的。虽然胎面表面上的碎屑由于与路面的磨蚀而不可避免地磨损掉，从而(在最坏情况下)导致局部和短期的不确定性，但是轮胎的沟槽上的碎屑可能沉淀并且造成长期的测量误差。
结合轮胎感测系统126使用的感测轮胎的沟槽的深度的方法的一个方面涉及在沟槽内存在碎屑(例如，泥、石头、土等)的情况下执行这种感测，这些碎屑可导致信号到感测装置128和/或从感测装置的虚假反射，该虚假反射可部分地和/或完全地掩盖来自轮胎的真实反射信号。在一些情况下，轮胎感测系统126可以通过开发设置在轮胎上或沿着轮胎设置(例如诸如设置在一个或多个轮胎沟槽内)的差分反射结构来解决这样的挑战。
因此，轮胎感测系统126可以任选地被配置为识别、定位和/或以其他方式感测设置在相关联的轮胎(例如诸如轮胎156)上或沿着相关联的轮胎设置的差分反射结构。如果包括的话，这种一个或多个差分反射结构可以表现为空间代码，当轮胎经历角位移时，该空间代码可以提供独特的和/或可识别的角位置和/或独特的和/或可识别的侧向位置。应当理解，任何这样的一个或多个差分反射结构(如果被包括的话)可以以任何合适的配置和/或布置被定位或以其他方式设置在轮胎156上或沿着其设置。合适的配置和/或布置的各种非限制性示例在图7中示出。在优选的布置中，在轮胎上或沿着该轮胎包括差分反射结构的至少一个周向序列。在一些情况下，差分反射结构的周向序列可至少部分地设置在沟槽190中的一个沟槽内。在其它情况下，差分反射结构的周向序列可任选地至少部分地设置在轮胎的周向排的块和/或环形肋上或沿着其设置。
根据本公开的主题，设置在轮胎上或沿着该轮胎设置的给定的周向序列中所包括的两个或更多个差分反射结构的数量、配置和位置可以根据期望的分辨率而变化，其中期望的分辨率是角取向所期望的。即，可以使用更多数量的差分反射结构来提供增加的角分辨率。另外，应当理解，围绕轮胎设置的差分反射结构的一个或多个周向序列的数量可以根据期望的在z轴上或沿着z轴的轮胎感测的期望定位而变化。即，在一些情况下，可以使用差分反射结构的单个周向序列。另选地，差分反射结构的两个或更多个独特的或以其他方式可区分的周向序列可以沿着z轴以彼此轴向间隔开的关系设置，诸如可允许沿z轴彼此间隔开的轮胎胎面的不同部分可被独立地识别、测量和/或以其他方式监测。
在图7中的示例性布置中，轮胎156被示出为包括设置在沟槽190A的根部表面部分214(图6A至图6C)上或沿着其设置的差分反射结构210A和212A的周向序列208A。另外，或在另选方案中，轮胎156可任选地包括设置在沟槽190B的根部表面部分214上或沿其设置的差分反射结构210B和212B的周向序列208B。此外，或作为另一另选方案，轮胎156可任选地包括设置在沟槽190C的根部表面部分214上或沿其设置的差分反射结构210C和212C的周向序列208C。另外，或作为又一个另选方案，轮胎156可任选地包括设置在沟槽190D的根部表面部分214上或沿其设置的差分反射结构210D和212D的周向序列208D。除了或替代在轮胎156的一个或多个沟槽的一个或多个部分内包括一个或多个差分反射结构，该差分反射结构可以任选地被包括在轮胎的一个或多个环形肋和/或胎面块上或沿着轮胎的一个或多个环形肋和/或胎面块被包括。作为非限制性示例，轮胎156可包括设置在轮胎156的周向肋部分216E上或沿其设置的差分反射结构210E的周向序列208E。作为另一个非限制性示例，轮胎156可以包括设置在轮胎156的周向肋部分216F上或沿其设置的差分反射结构210F的周向序列208F。作为又一个非限制性示例，轮胎156可包括设置在轮胎156的周向肋部分216G上或沿其设置的差分反射结构212G的周向序列208G。
应当理解，可以使用任何组合细节和/或特征来将差分反射结构彼此区分开。例如，在一些情况下，可以使用不同形状和/或尺寸的差分反射结构。另外，或在另选方案中，可使用具有不同周向间距的差分反射结构。此外，或者作为另一另选方案，可以使用与轮胎156的主要基础材料可区分并且也彼此可区分的两个或更多个差分反射结构。将认识和理解的是，至少部分地限定差分反射结构的材料的类型、种类、条件和配置可以根据与使用的主要基础材料的期望的可区分性水平和/或系统中存在的噪声水平而变化。作为一个非限制性示例，可以使用相对于通常制造轮胎的橡胶组合物具有相对高的反射率的金属材料(例如铝)的薄带。然而，应当理解，前述内容仅仅是示例性的，并且在不脱离本公开的主题的情况下可以使用任何其他合适的材料或材料组合。
另外，将理解的是，该一个或多个差分反射结构(如果被包括的话)可以以任何合适的方式可操作地附接或以其他方式设置在轮胎156上或沿着该轮胎设置。作为一个非限制性示例，差分反射结构210和/或212可被固定在根部表面部分214上或沿着该根部表面部分的沟槽190内，例如诸如如图6A所示。作为另一个非限制性示例，差分反射结构210和/或212可固定在弹性体外胎176的材料内，使得差分反射结构210和/或212的至少一部分从沟槽190内和/或沿着该沟槽有效反射，例如诸如如图6B所示。作为又一非限制性示例，差分反射结构210和/或212可设置在织物材料的周向层上或沿该周向层设置，该周向层至少部分地嵌入在弹性体外胎176的材料内，并且从沟槽190内和/或沿该沟槽有效反射，例如诸如如图6C所示。然而，应当理解，在不脱离本公开的主题的情况下，可以另选地使用其他配置和/或布置。
很好理解的是，沟槽190的根部表面部分214保持与路面间隔而不接触。因此，相对薄的片段材料可用于形成差分反射结构210和/或212，而不会显著减小或以其它方式影响沟槽的总深度。如上所述，反射性金属材料在一些情况下可以是优选的，因为这种材料可以提供能够穿透碎屑的强反射。然而，应当理解，在不脱离本公开的主题的情况下，可以另选地使用其他材料和/或材料组合。关于差分反射结构的一个或多个周向序列，其可以类似于具有类似于空间代码的预先设计的布局的条形码。这种周向序列或代码可以允许轮胎感测系统126在来自轮胎的反射信号内明确地寻找来自特定沟槽中的特定代码的反射。在某些条件下，由于金属材料的高反射率(如果使用金属材料)和空间代码的编码增益，这种可操作性可以帮助将来自轮胎的沟槽的信号与所有其它反射(例如，沟槽内的碎屑)隔离。附加地或在另选方案中，轮胎感测系统126可以使用这样的周向序列作为编码器来测量或以其他方式识别轮胎相对于感测装置128的角位置。
应当理解，在轮胎沟槽上或沿着轮胎沟槽的差分反射结构和周向序列可以帮助以相对高的精度确定沟槽的深度，而不管沟槽本身的有限面积和/或可能设置在沟槽内的碎屑的潜在存在。因此，可能期望差分反射结构和周向序列通过确保结构强烈地反射毫米波辐射而对碎屑有弹性。另外，或在另选方案中，可能期望差分反射结构和周向序列对可源于滞留在沟槽中的异物或碎屑的错误具有弹性，诸如在图5、图6和图6A至图6C中由参考字符FBJ示意性地表示。此外，或者作为另一另选方案，可能期望轮胎感测系统126可操作以解码和/或消歧来自差分反射结构和/或沿着相邻沟槽的周向序列的信号。如先前所讨论的，图8描绘了样本轮胎胎面花纹和对应的ISAR图像，其中表面绘图描绘了P(r,φ,z)其中φ和r分别表示x轴和y轴，并且像素强度表示值P(r,φ,z)。再次注意到，差分反射结构的周向序列与对应的ISAR图像紧密对准。结果，轮胎感测系统126可以通过将ISAR图像与施加到轮胎的差分反射结构和/或周向序列的已知图案和/或数据相关联来有效地识别轮胎的表面上的点。
如上所讨论的，可以使用差分反射结构和周向序列的任何合适的配置和/或布置。在优选布置中，这种差分反射结构和周向序列可以利用映射零(0)和一(1)的调制。在一些情况下，可能期望在沟槽的可用表面区域内包括尽可能多的位。轮胎感测系统126优选地对于位误差以及差分反射结构和/或来自相邻沟槽的周向序列之间的冲突是弹性的。在一些情况下，差分反射结构和/或周向序列可以通过用于脉冲宽度调制的材料的不同宽度的薄片段来编码。换句话说，差分反射结构和/或周向序列可以被编码在从差分反射结构反射的信号的相对幅度中，而不是相位或符号中。
在一些情况下，差分反射结构和/或周向序列可以利用被设计成具有高的自相关和差的互相关的不同长度的编码位。这种方法与脉冲宽度调制兼容，考虑的是其有效地导致从零位和一位反射的总幅度的显著差异。虽然是任选的，但是这样的配置可以有益地提供差的互相关，并且因此当跨相邻沟槽的代码需要被消歧时可以具有对冲突的增加的弹性。另外，此类配置固有地对位翻转有弹性，从而展示对错误位的高稳健性。
前述布置可以使差分反射结构和/或周向序列与不同的可能已知序列相关，以便检测特定沟槽的存在，例如诸如可与给定品牌、型号和尺寸的轮胎相关联。另外，这种布置也可以直接用作编码器。考虑到存在的已知的差分反射结构和/或周向序列，轮胎感测系统126在测量轮胎的沟槽的精确深度方面是有效的，但是这样的结构和/或序列在一些情况下可能由于毫米波雷达的有限分辨率和轮胎旋转的动力学而经历失真(例如，平滑)。
当沿着轨迹(r,φ(t),z)移动时，轮胎感测系统126可以通过利用模型M(r,φ(t),z)(C)来校准或以其他方式调整这样的失真，该模型从这样的序列或代码C捕获预期的无线信道而考虑预期的失真。然后，可以通过将该模型与接收到的信道相关联来确定与由r给出的沟槽的真实深度的关系。具体地，沟槽的坐标可以被估计为：
rg＝argmax corr(M(r,φ(t),z)(C),h(t))
rg的值可以从轮胎外表面的rs的先前测量值中减去以计算胎面深度。
轮胎感测系统126也可以任选地是稳健的，以检测和定位可能滞留在轮胎上或轮胎中的异物。轮胎感测系统126可以是可操作的以确定异物的位置，并且任选地例如诸如向操作员和/或远程数据存储装置或计算机系统提供这种异物的存在的通知。轮胎感测系统126可以处理ISAR算法的输出，该输出可能看起来类似于示出了滞留在轮胎内的部件的X射线图像。当轮胎随时间旋转时，可以捕获多个这样的图像。然后可以将这些图像拼接在一起以生成轮胎的连续图像，并且使用差分反射结构的已知图案和周向序列来确定异物的近似位置。在一些情况下，机器学习算法可以任选地用于在滞留在轮胎中的不同类型和/或种类的物体之间进行区分。
在一些情况下，异物在轮胎表面上和/或在其沟槽内的累积可能导致范围估计和/或胎面深度确定中的不期望的偏差。因此，在一些情况下，异物检测例程或模块可作为胎面深度确定的前兆来操作。在这种情况下，胎面深度确定例程或模块在一些情况下可以仅在轮胎基本上没有异物的情况下执行。异物检测模块可基于从反射签名提取特征并从经训练的机器学习模型推断以分类到多个预定义类别中的一个类别(例如)。即，可以检测并定位由于异物的存在而出现的ISAR图像中的异常。对应于这些异常的形状、强度和相位可用于诸如通过异物FBJ的尺寸、异物FBJ在轮胎156上或沿着轮胎的位置和/或通过至少部分地形成异物FBJ的材料来对异物的类型进行分类。
轮胎感测系统126可以任选地利用背景减除来通过监测ISAR图像中出现的任何新反射器来定位轮胎上的异物。轮胎感测系统126然后可以定位出现在ISAR图像中并且当跨多个帧进行平均时保持持久的物体的(r,φ(t),z)位置。考虑到其高空间分辨率，ISAR图像可以捕获在轮胎的表面上或沿着轮胎的表面和/或在轮胎的任何沟槽内的小至大约3mm的异物FBJ。已经认识到，位于轮胎沟槽内深处的异物可能不像沿着轮胎外表面定位的异物那样强烈地反射。因此，轮胎感测系统126可以利用轮胎上存在已知的差分反射结构和周向序列来识别与这种已知的差分反射结构和周向序列的偏差表现为表示潜在异物的位错误的区域。轮胎感测系统126然后可以利用这样的偏差来定位和分类异物。
轮胎感测系统126可以通过依赖于在特定(r,φ(t),z)位置接收到的信号的幅度和相位来对物体类型进行分类。在一些情况下，可以使用与异物对感测信号的影响相对应的三个特定特性中的任何一个或多个特性。这种特性可以包括(1)反射幅度(对于金属物体更强)；(2)捕获物体反射率的相位；和/或(3)出现在ISAR图像上的物体的形状和尺寸。作为一个非限制性示例，可使用利用高斯混合模型的简单线性二元类分类器。轮胎感测系统126可以向操作员和/或远程数据存储装置和/或计算机系统生成已经检测到异物以及附近有异物的轮胎的位置和/或胎面深度的指示。
现在参照图2和图9，控制器132被示为与轮胎感测系统126的各种装置和部件通信地联接，诸如可以适于向控制器与系统的装置和/或部件中的一个或多个装置和/或部件、从控制器与系统的装置和/或部件中的一个或多个装置和/或部件和/或以其他方式在控制器与系统的装置和/或部件中的一个或多个装置和/或部件之间发送、接收和/或以其他方式传送信号、数据、值和/或信息。应当理解，控制器132可以包括用于根据本公开的主题的轮胎感测系统的配置和操作的任何合适的硬件、软件和/或它们的组合。例如，控制器132可以包括处理装置，该处理装置可以是任何合适的类型、种类和/或配置，诸如微处理器，以例如用于处理数据、执行软件例程/程序以及与轮胎感测系统126的性能和/或操作相关的其他功能。另外，控制器可以包括任何适当类型、种类和/或配置的存储器，该存储器可以用于存储软件、参数、设置、输入、数据、值和/或与轮胎感测系统126的性能和/操作相关联使用的其他信息。在图9所示的布置中，控制器132包括微处理器218和存储器220，该存储器由框220A和框220B表示。
如图9所示，控制器132可以任选地包括轮胎识别模块222，该轮胎识别模块能够请求、接收、处理、存储数据、值、信息、信号和/或通信和/或以其他方式将数据、值、信息、信号和/或通信转移到轮胎感测系统126中和/或之外，这诸如可以与车辆100的一个或多个轮胎(例如轮胎156)的类型、种类、配置和/或构造有关或以其他方式相关联。在一些情况下，轮胎识别模块222可以请求、接收、处理和/或存储由用户诸如通过视觉通信装置144和/或触觉输入装置148输入的数据、值、信息、信号和/或通信。在其他情况下，轮胎识别模块222可以例如诸如通过接口140从例如远程数据存储装置和/或远程计算机接收或以其他方式转移数据、值、信息、信号和/或通信。数据、值、信息、信号和/或通信可涉及的输入和选择的非限制性示例可包括轮胎制造商、轮胎型号、轮胎尺寸、在车辆上的安装位置、安装日期。被请求、接收、处理或以其他方式转移到轮胎感测系统126中的数据、值、信息、信号和/或通信可以被存储在存储器220中，这例如诸如由图9中的框222D表示。
控制器132还可以任选地包括校准模块224，该校准模块能够请求、接收、处理、存储数据、值、信息、信号和/或通信和/或以其他方式将数据、值、信息、信号和/或通信转移到轮胎感测系统126中和/或之外，这例如诸如可以诸如通过对多个差分反射结构和/或周向序列进行成像与车辆100的一个或多个轮胎(例如，轮胎156)的识别有关或以其他方式相关联。作为另一个非限制性示例，校准模块224能够请求、接收、处理、存储数据、值、信息、信号和/或通信和/或以其他方式将数据、值、信息、信号和/或通信转移到轮胎感测系统126中和/或之外，这例如诸如可以诸如通过调整空间失真、偏斜和/或与轮胎的动态旋转相关联的其他变量与车辆100的一个或多个轮胎(例如，轮胎156)的旋转动力学有关或以其他方式相关联。被请求、接收、处理或以其他方式转移到轮胎感测系统126中的数据、值、信息、信号和/或通信可以被存储在存储器220中，这例如诸如由图9中的框224D表示。
此外，控制器132可任选地包括胎面成像模块226，该胎面成像模块能够请求、接收、处理、存储数据、值、信息、信号和/或通信和/或以其他方式将数据、值、信息、信号和/或通信转移到轮胎感测系统126中和/或之外，这例如诸如可以与对车辆100的一个或多个轮胎(例如轮胎156)的外表面进行成像有关或以其他方式关联，诸如通过操作感测装置128生成轮胎的外表面的至少一部分的3D深度图像，应用来自校准模块224的调整数据，执行背景减除和/或其他这样的功能，如上所讨论的。被请求、接收、处理或以其他方式转移到轮胎感测系统126中的数据、值、信息、信号和/或通信可以被存储在存储器220中，这例如诸如由图9中的框226D表示。
此外，控制器132可以任选地包括距离确定模块228，该距离确定模块能够请求、接收、处理、存储数据、值、信息、信号和/或通信和/或以其他方式将数据、值、信息、信号和/或通信转移到轮胎感测系统126中和/或之外，这例如诸如可以与评估来自与车辆100的一个或多个轮胎(例如，轮胎156)的外表面有关的胎面成像模块226的图像数据有关或以其他方式关联，诸如例如通过确定从对应原点或其他参考点到轮胎的表面部分的一个或多个距离。被请求、接收、处理或以其他方式转移到轮胎感测系统126中的数据、值、信息、信号和/或通信可以被存储在存储器220中，这例如诸如由图9中的框228D表示。
另外，控制器132可以任选地包括胎面深度确定模块230，该胎面深度确定模块能够请求、接收、处理、存储数据、值、信息、信号和/或通信和/或以其他方式将数据、值、信息、信号和/或通信转移到轮胎感测系统126中和/或之外，这例如诸如可以与车辆100的一个或多个轮胎(例如，轮胎156)的剩余胎面的距离、深度或其他度量有关或以其他方式关联，诸如通过减去或以其他方式确定轮胎的外表面部分与对应胎面沟槽的根部表面部分之间的差异。被请求、接收、处理或以其他方式转移到轮胎感测系统126中的数据、值、信息、信号和/或通信可以被存储在存储器220中，这例如诸如由图9中的框230D表示。
此外，控制器132可以任选地包括异物识别模块232，该异物识别模块能够请求、接收、处理、存储数据、值、信息、信号和/或通信和/或以其他方式将数据、值、信息、信号和/或通信转移到轮胎感测系统126中和/或之外，这例如诸如与设置在车辆100的一个或多个轮胎(例如，轮胎156)上、沿该轮胎布置和/或嵌入该轮胎内的外来材料、碎屑和/或物体的识别、定位和/或分类有关或以其他方式关联，诸如通过采用简单的线性二元类分类器和/或机器学习模型。被请求、接收、处理或以其他方式转移到轮胎感测系统126中的数据、值、信息、信号和/或通信可以被存储在存储器220中，这例如诸如由图9中的框232D表示。
如图9中所示，控制器132还可以任选地包括通信模块234，该通信模块能够请求、接收、处理、存储数据、值、信息、信号和/或通信和/或以其他方式将数据、值、信息、信号和/或通信转移到轮胎感测系统126中和/或之外，这例如可以与和操作员、远程数据存储装置和/或远程计算机系统传送与车辆100的一个或多个轮胎(例如轮胎156)有关的特性有关或以其他方式关联。通信模块234可以请求、接收、发射、处理和/或存储例如诸如通过视觉通信装置144、触觉输入装置148和/或听觉输出装置152从用户输入和/或发射给用户的数据、值、信息、信号和/或通信。在其他情况下，例如，通信模块234可以是可操作的以例如诸如通过接口140向、从远程数据存储装置和/或远程计算机系统发送、接收数据、值、信息、信号和/或通信或以其他方式在远程数据存储装置和/或远程计算机系统之间转移数据、值、信息、信号和/或通信。被请求、接收、处理或以其他方式转移到轮胎感测系统126中的数据、值、信息、信号和/或通信可以被存储在存储器220中，这例如诸如由图9中的框234D表示。
应当理解，控制器132的一个或多个模块(在本文中被示出和描述为模块222-234)可以以任何合适的方式提供，例如诸如软件、硬件和/或硬件和软件的组合。在一些情况下，模块222-234可以采取算法、例程和/或程序的形式。如果整体或部分作为软件提供，则控制器132的配置和操作模块可以以任何合适的方式或布置来提供和存储。例如，所有的算法、例程和/或程序可以被集成到单个软件程序中，在单个软件程序中，软件代码的单独的区段或部分将执行系统的各种动作和/或活动。在另一实施方案中，可使用两个或更多个独立模块(例如，算法、例程和/或程序)来执行系统的各种动作和/或活动。
此外，存储器220可以以任何合适的方式或形式存储或以其他方式保留任何合适的数据、值、设置、软件、算法、例程、程序和/或任何其他信息。并且，在优选的布置中，微处理器218可以与存储器220通信，并且可以是可操作的以选择性地访问和/或处理数据、值、信息、算法、例程和/或程序中的一者或多者，诸如例如单独地或组合地保存在存储器存储装置222-234和/或222D-234D中的那些数据、值、信息、算法、例程和/或程序，。例如，微处理器218可以运行或以其他方式处理算法、例程或程序，诸如来自可操作以访问、分析或以其他方式利用数据和/或信息的存储器位置222-234中的一者或多者，诸如可以存储在存储器位置222D-234D中的一者或多者中。
图10是感测相关轮胎的物理特性的方法300的一个示例的图形表示，物理特性例如诸如是轮胎胎面的深度和/或异物或物质的存在。方法300可以包括向相关联的轮胎发射毫米波，诸如在图10中由框302表示的。该方法还可以包括接收从相关联的轮胎反射的毫米波，诸如由图10中的框304表示的。方法300可还包括使用反射的毫米波对相关轮胎的第一径向范围和第二径向范围进行成像，诸如图10中的框306表示的。在一些情况下，相关轮胎的第一径向范围和第二径向范围可分别对应于相关轮胎的外表面和沟槽底表面。另外，在一些情况下，对第一径向范围和第二径向范围进行成像可以包括使用逆合成孔径雷达(ISAR)算法。该方法还可以包括确定相关轮胎的第一径向范围和第二径向范围之间的尺寸差，诸如在图10中由框308表示的。
如本文参考某些特征部、元件、部件和/或结构所用，数值序数(例如，第一、第二、第三、第四等)可用于表示多个中的不同单个或以其它方式识别某些特征部、元件、部件和/或结构，并且不暗示任何次序或顺序，除非由权利要求语言明确规定。另外，将术语“横向”等进行广义地解释。正因为此，术语“横向”等可包括很大范围的角取向，所述角取向包括但不限于近似垂直的角取向。另外，可将术语“周向的”、“周向地”等等进行广义地解释，并且它们可包括但不限于圆形形状和/或配置。就这一点而言，术语“周向的”、“周向地”等等可以与诸如“周边的”、“外围地”等术语是同义的。
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。为了帮助专利局和本申请及用于解释本申请所附权利要求书的任何所得专利的任何读者，申请人并不意欲使所附权利要求中的任一项或任何权利要求要素援引35U.S.C.112(f)，除非在特定权利要求中明确使用词语“用于......的装置”或“用于......的步骤”。
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 (36)

1.一种轮胎感测系统(126)，所述轮胎感测系统能够操作以确定相关轮胎(156)的一个或多个物理特性，所述轮胎感测系统(126)包括：
毫米波发射装置(128T)；
毫米波接收装置(128R)；和，
处理器(218)，所述处理器与存储器(220)通信地联接，所述存储器(220)包括指令以：
使用所述毫米波发射装置(128T)朝向所述相关轮胎(156)发射毫米波(TXs；TXg)；
在所述毫米波接收装置(128R)处接收从所述相关轮胎(156)反射的毫米波(RXs；RXg)；
基于所述接收到的毫米波(RXs；RXg)对所述相关轮胎(156)的第一径向范围和第二径向范围(rs；rg)成像；并且，
确定所述相关轮胎(156)的所述第一径向范围与所述第二径向范围(rs；rg)之间的尺寸差。
2.根据权利要求1所述的轮胎感测系统(126)，其中所述第一径向范围(rs)对应于所述相关轮胎(156)的外表面(184)，所述第二径向范围(rg)对应于所述相关轮胎(156)的至少部分地限定相关轮胎胎面(192)的沟槽(190)，并且用于确定所述尺寸差的所述指令包括用于确定对应于所述相关轮胎胎面(192)的深度的径向差的指令。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的轮胎感测系统(126)，其中所述毫米波具有预定带宽和对应的带宽范围分辨率，并且所述存储器(220)包括用于处理所述接收到的毫米波(RXs；RXg)以解决小于所述带宽范围分辨率的百分之五(5)的范围分辨率差的指令。
4.根据权利要求3所述的轮胎感测系统(126)，其中所述带宽范围分辨率为大约37-1/2毫米，并且用于处理所述反射毫米波的所述指令解决小于一(1)毫米的范围分辨率差。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的轮胎感测系统(126)，其中用于对所述第一径向范围和所述第二径向范围(rs；rg)成像的所述指令包括逆合成孔径雷达算法。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的轮胎感测系统(126)，其中所述毫米波发射装置(128T)包括频率调制连续波发生器。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的轮胎感测系统(126)，其中所述存储器(220)包括用于确定沿着所述相关轮胎(156)的所述第一径向范围(rs；rg)和/或所述第二径向范围(rs；rg)存在至少具有预定的最小尺寸的相关异物(FBJ)的指令。
8.根据权利要求7所述的轮胎感测系统(126)，其中所述存储器(220)包括用于将所述相关异物(FBJ)分类为属于一个或多个预定类别的异物的指令。
9.根据权利要求7和8中任一项所述的轮胎感测系统(126)，其中用于确定所述相关异物(FBJ)的所述存在的所述指令包括用于确定所述相关轮胎(156)上的所述相关异物(FBJ)相对于圆柱坐标系(r,phi,z)的近似径向尺寸(r)和近似角位置(phi)的指令，其中原点在所述相关轮胎(156)的中心。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的轮胎感测系统(126)，其中用于对所述相关轮胎(156)的所述第一径向范围和所述第二径向范围(rs；rg)成像的所述指令包括用于测量沿所述相关轮胎(156)的z轴相对于圆柱坐标系(r,phi,z)的偏斜的指令，以及用于估计作为时间函数的对应的z偏移的指令，其中原点在所述相关轮胎(156)的所述中心。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的轮胎感测系统(126)，其中所述存储器(220)包括用于将所述相关轮胎(156)的所述成像的第一径向范围和第二径向范围(rs；rg)与轮胎胎面花纹(192)的存储的图像数据进行比较的指令。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的轮胎感测系统(126)，其中所述存储器(220)包括用于识别施加到和/或嵌入所述相关轮胎(156)内的多个反射差分结构(210；212)的周向序列(208)的指令。
13.一种其上存储有机器可读指令的非暂态机器可读存储介质(220)，所述机器可读指令使得处理器(218)：
使用毫米波发射装置(128T)向相关轮胎(156)发射毫米波(TXs；TXg)；
在毫米波接收装置(128R)处接收从所述相关轮胎(156)反射的毫米波(RXs；RXg)；
基于所述接收到的毫米波(RXs；RXg)对所述相关轮胎(156)的第一径向范围和第二径向范围(rs；rg)成像；并且，
确定所述相关轮胎(156)的所述第一径向范围和所述第二径向范围(rs；rg)之间的尺寸差。
14.根据权利要求13所述的非暂态机器可读存储介质(220)，其中所述第一径向范围(rs)对应于所述相关轮胎(156)的外表面(184)，所述第二径向范围(rg)对应于所述相关轮胎(156)的至少部分地限定相关轮胎胎面(192)的沟槽(190)，并且用于确定所述尺寸差的所述指令包括用于确定对应于所述相关轮胎胎面(192)的深度的径向差的指令。
15.根据权利要求13和14中任一项所述的非暂态机器可读存储介质(220)，其中所述毫米波具有预定带宽和对应的带宽范围分辨率，并且所述非暂态机器可读存储介质(220)包括用于处理所述接收到的毫米波(RXs；RXg)以解决小于所述带宽范围分辨率的百分之五(5)的范围分辨率差的指令。
16.根据权利要求15所述的非暂态机器可读存储介质(220)，其中所述带宽范围分辨率为大约37-1/2毫米，并且用于处理所述反射的毫米波(RXs；RXg)的所述指令解决小于一(1)毫米的范围分辨率差。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的非暂态机器可读存储介质(220)，其中用于对所述第一径向范围和所述第二径向范围(rs；
rg)成像的所述指令包括逆合成孔径雷达算法。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的非暂态机器可读存储介质(220)，其中用于发射毫米波(TXs；TXg)的所述指令包括用于发射频率调制连续波的指令。
19.根据权利要求13至18中任一项所述的非暂态机器可读存储介质(220)，其中所述非暂态机器可读存储介质(220)包括用于确定沿着所述相关轮胎(156)的所述第一径向范围(rs)和/或所述第二径向范围(rg)存在至少具有预定的最小尺寸的相关异物(FBJ)的指令。
20.根据权利要求19所述的非暂态机器可读存储介质(220)，其中所述非暂态机器可读存储介质(220)包括用于将所述相关异物(FBJ)分类为属于一个或多个预定类别的异物的指令。
21.根据权利要求19和20中任一项所述的非暂态机器可读存储介质(220)，其中用于确定所述相关异物(FBJ)的所述存在的所述指令包括用于确定所述相关轮胎(156)上的所述相关异物(FBJ)相对于圆柱坐标系(r,phi,z)的近似径向尺寸(r)和近似角位置(phi)的指令，其中原点在所述相关轮胎(156)的所述中心。
22.根据权利要求13至21中任一项所述的非暂态机器可读存储介质(220)，其中用于对所述相关轮胎(156)的所述第一径向范围和所述第二径向范围(rs；rg)成像的所述指令包括用于测量沿所述相关轮胎(156)的z轴相对于圆柱坐标系(r,phi,z)的偏斜的指令，以及用于估计作为时间函数的相应的z偏移的指令，其中原点在所述相关轮胎(156)的所述中心。
23.根据权利要求13至22中任一项所述的非暂态机器可读存储介质(220)，其中所述非暂态机器可读存储介质(220)包括用于将所述相关轮胎(156)的所述成像的第一径向范围和第二径向范围(rs；
rg)与轮胎胎面花纹(192)的存储的图像数据进行比较的指令。
24.根据权利要求13至23中任一项所述的非暂态机器可读存储介质(220)，其中所述非暂态机器可读存储介质(220)包括用于识别施加到和/或嵌入所述相关轮胎(156)内的多个反射差分结构(210；
212)的周向序列(208)的指令。
25.一种感测相关轮胎(156)的物理特性的方法(300)，所述方法(300)包括：
向所述相关轮胎(156)发射毫米波(TXs；TXg)；
接收从所述相关轮胎(156)反射的毫米波(RXs；RXg)；
使用所述接收到的毫米波(RXs；RXg)对所述相关轮胎(156)的第一径向范围和第二径向范围(rs；rg)成像；以及，
确定所述相关轮胎(156)的所述第一径向范围和所述第二径向范围(rs；rg)之间的尺寸差。
26.根据权利要求25所述的方法(300)，其中所述第一径向范围(rs)对应于所述相关轮胎(156)的外表面(184)，所述第二径向范围(rg)对应于所述相关轮胎(156)的至少部分地限定相关轮胎胎面(192)的沟槽(190)，并且确定所述尺寸差的所述动作包括确定对应于所述相关轮胎胎面(156)的深度的径向差。
27.根据权利要求25和26中任一项所述的方法(300)，其中所述毫米波具有预定带宽和对应的带宽范围分辨率，并且所述方法(300)还包括处理所述发射的和反射的毫米波(TXs；TXg,RXs；RXg)以解决小于所述带宽范围分辨率的百分之五(5)的范围分辨率差。
28.根据权利要求27所述的方法(300)，其中所述带宽范围分辨率为大约37-1/2毫米，并且处理所述发射的和反射的毫米波(TXs；TXg,RXs；RXg)的所述动作解决小于一(1)毫米的范围分辨率差。
29.根据权利要求25至28中任一项所述的方法(300)，其中对所述第一径向范围和所述第二径向范围(rs；rg)成像的所述动作是基于逆合成孔径雷达算法的。
30.根据权利要求25至29中任一项所述的方法(300)，其中发射所述毫米波(TXs；TXg)的所述动作包括发射频率调制连续波脉冲。
31.根据权利要求25至30中任一项所述的方法(300)，所述方法还包括确定沿着所述相关轮胎(156)的所述第一径向范围(rs)和/或所述第二径向范围(rg)存在至少具有预定的最小尺寸的相关异物(FBJ)。
32.根据权利要求31所述的方法(300)，所述方法还包括将所述相关异物(FBJ)分类为属于一个或多个预定类别的异物。
33.根据权利要求31和32中任一项所述的方法(300)，其中确定所述相关异物(FBJ)的所述存在的所述动作包括确定所述相关轮胎(156)上的所述相关异物(FBJ)相对于圆柱坐标系(r,phi,z)的近似径向尺寸(r)和近似角位置(phi)，其中原点在所述相关轮胎(156)的所述中心。
34.根据权利要求25至33中任一项所述的方法(300)，其中对所述相关轮胎(156)的所述第一径向范围和所述第二径向范围(rs；rg)成像的所述动作包括测量沿所述相关轮胎(156)的z轴基于圆柱坐标系(r,phi,z)的偏斜以及估计作为时间函数的对应的z偏移，其中原点在所述相关轮胎(156)的所述中心。
35.根据权利要求25至34中任一项所述的方法(300)，所述方法还包括将所述相关轮胎(156)的所述成像的第一径向范围和第二径向范围(rs；rg)与存储的轮胎胎面花纹(192)进行比较。
36.根据权利要求25至35中任一项所述的方法(300)，所述方法还包括识别施加到和/或嵌入所述相关轮胎(156)内的多个反射差分结构(210；212)的周向序列(208)。
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