CN117751280A

CN117751280A - 用于确定施加至滚动时的充气轮胎的载荷的方法

Info

Publication number: CN117751280A
Application number: CN202280053288.1A
Authority: CN
Inventors: S·努坦; D·阿尔夫; D·马丁
Original assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Current assignee: Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Priority date: 2021-08-06
Filing date: 2022-08-01
Publication date: 2024-03-22
Also published as: WO2023012430A1; FR3126042B1; KR20240039134A; FR3126042A1; EP4381267A1

Abstract

公开了一种用于确定施加至充气轮胎的载荷的方法，所述方法包括以下步骤：‑将传感器固定至轮胎，以相对于胎冠的法线产生加速度；‑获取(201)包括滚动时的加速度的幅度的时间信号Sig^TDR(101)；‑确定与信号Sig^TDR的一部分相关的速度W^reference(202)；‑通过作为与W^reference的平方成比例的函数F的变量对信号Sig^TDR的一部分进行归一化(203)；‑对信号Sig^TDR的一部分进行角度重采样(204)；‑通过阈值A或频谱变量β，通过基于重采样的归一化的信号Sig^TDR的频谱分析，定义(205)能量密度S；‑将变形Def％识别(206)为S或β的函数G；‑通过Def％的函数H识别(207)载荷Z。

Description

用于确定施加至滚动时的充气轮胎的载荷的方法

技术领域

本发明涉及由安装于行驶时的陆地车辆的安装组件的测量装置提供的测量信号，以确定施加至安装组件的静态载荷的领域。

背景技术

通过安装组件中的嵌入式传感器测量安装组件的物理变量的连接安装组件的最新开发导致对安装组件的状态的确定，从而为开发与监测安装组件的状态相关的服务打开了大门。尽管由于测量的一般变量(例如，安装组件的充气压力或该安装组件的温度)在安装组件的旋转过程中仅略有变化，这些一般变量对安装组件在任意粗糙的表面上旋转所产生的测量噪声不是很敏感，但是更精细的变量对与安装组件的旋转相关的物理现象高度敏感。此外，安装组件承受诸如静态载荷或充气压力的外力。其他力在任何时刻施加，尤其是在静止时，例如，载荷。这些施加的力可能会影响待测量的精细变量。最后，新服务需要在从测量信号(例如，轮胎外胎上的静态载荷)获取有用的信息之前，对直接测量的物理变量进行清理。

本发明的目的之一是解决由传感器产生的测量信号干扰的问题，从而仅获得对某些物理现象干扰进行清理的测量值，目的是获得轮胎外胎上的静态载荷的标量值。

为了更好地理解本发明，周向方向S、轴向方向A和径向方向R是相对于轮胎外胎围绕其自然旋转轴线的旋转参考系定义的方向。径向方向R是垂直于自然旋转轴线延伸的方向。轴向方向A是平行于自然旋转轴线的方向。最后，周向方向S形成具有预定的径向和轴向方向的直接三面体。

发明内容

本发明涉及确定施加至轮胎外胎的载荷的方法。轮胎外胎安装于车轮，以构成处于转速为W的滚动状态的安装组件。轮胎外胎具有与地面接触的胎冠并且围绕自然旋转轴线旋转。所述方法包括以下步骤：

-将至少一个传感器在轮胎外胎的胎冠处固定至轮胎外胎，以沿胎冠的法线方向产生对施加至轮胎外胎的所述传感器的加速度敏感的至少一个输出信号；

-获取至少包括滚动时的至少一个输出信号的幅度的至少一个第一时间信号Sig；

-将第一信号Sig界定在车轮转动的数量N^TdR内，以构造车轮转动信号Sig^TdR，N^TdR大于或等于1；

-确定与车轮转动信号Sig^TdR的至少一部分相关的至少一个参考速度W^reference；

-通过作为与参考速度W^reference的平方成比例的函数F的变量，在车轮转动的数量N^TdR内对车轮转动信号的至少一部分进行归一化，其中，N^TdR大于或等于1；

-对车轮转动信号Sig^TdR的至少一部分进行角度重采样；

-通过阈值A从至少一个角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TDR定义至少一个第一能量密度S，或者，如果角间距是固定的，则从角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TDR的至少一部分的频谱信号谱(Sig)中定义至少一个频谱变量；

-将轮胎外胎的变形Def％识别为至少一个第一能量密度S或至少一个频谱变量的函数G；

-通过双射函数H定义施加至安装组件的载荷Z，所述双射函数H作为变量至少包括轮胎外胎的变形Def％。

从传感器恢复的信号是安装组件在指定条件下滚动期间的沿胎冠的法线方向的传感器的加速度的时间幅度。因此，采集的信号显示轮胎外胎的车轮转动的一部分内的幅度变化，包括可能与安装传感器的轮胎外胎的一部分穿过接地面相关的幅度变化，还包括与车轮转动的其他特定区域相关的幅度变化，例如，对应于与接地面相对的易受反偏转影响的角度区间的幅度变化，或者对应于相对于旋转轴线与接地面成90度的角度区间的幅度变化。在所有这些区域中，根据传感器的灵敏度，可能在输出信号上观察到加速度计类型的传感器的运动变化。

该第一采集信号与参考速度相关，所述参考速度可以在该第一信号上识别，或者可以由另一源(例如，另一信号)或安装组件外部的系统的变量的输出产生。该参考速度必须与第一信号的一部分的相同的时间帧相关。该参考速度用于利用函数F对第一信号的幅度进行归一化，该函数的变量是参考速度。函数F是幂函数的平方。如果传感器信号的幅度对参考速度的依赖性被感知为轮胎外胎的变形的寄生信号，则根据该依赖性对传感器信号进行归一化。因此，第一归一化信号与该参考速度无关。例如，该参考速度可以是安装组件的转速，或者安装组件在安装组件的运动方向上的平移速度。因此，第一信号可以独立于参考速度使用，参考速度与安装组件的旋转相关。

所述方法还包括将第一信号Sig界定在车轮转动的数量内的步骤，目的是利用传感器信号对于轮胎外胎在滚动条件下的自然旋转的周期性。然而，对于该步骤，车轮转动的数量是整数不是必要的，只要该车轮转动的数量至少大于1，信号就可以在实际的车轮转动的数量内界定。优选地，利用数圈车轮转动。

所述方法还包括对第一信号或车轮转动信号进行角度重采样，这可以发生在归一化步骤之前或之后。该步骤使得能够通过相对于安装组件的一个或更多个角度基准对时间信号进行相位调整，将时间信号转换为空间信号。该角度基准可以首先通过传感器对车轮转动的单个方位角的特定响应从第一信号获取。然而，该角度基准也可以取自与第一信号共享一个公共定时器的传感器的另一信号。如果两个传感器取自同一装置，或者如果信号发送至公共装置，则该共享的定时器或信号的同步是自然的。该角度重采样自然地使得能够生成对于车轮转动是周期性的空间信号。为此，为了生成完美的角度周期信号，在设定的角度分区内插入信号是足够的。但是，如果安装组件以可变速度运动，则该重采样仍然使得能够生成角度周期性信号。对于所述方法来说，角度重采样生成具有固定角间距的输出信号不是必要的。

在第一替代实施方案中，将车轮转动信号的幅度水平与阈值A进行简单比较使得能够定义能量密度S。车轮转动信号相对于阈值A(例如，其可以仅是单位值)的幅度可能会从车轮转动信号产生双变形能量密度的分量，一个正能量密度和一个负能量密度(S⁺，S^-)。因此，所述方法仅定义了轮胎外胎的变形能量密度，并且根据其相对于阈值A的位置将其分配在两个子集之间。这些操作易于执行，并且消耗较少的资源。

在第二替代实施方案中，所述方法包括从角度重采样的归一化的车轮转动信号的一部分进行频谱分析的步骤。这里，确保初始信号的一部分由恒定的角间距定义是有用的，这确保了传感器信号的规则空间离散化。根据需要，角度重采样的步骤确保了角间距是固定的，从而能够实现高质量的频谱分析，这可能需要测量点的插值方法，以重新定义具有固定角间距的信号。然后，方法包括定义与前一步骤产生的频谱信号相关的一个或几个频谱变量的步骤。

无论使用哪种替代实施方案，所述方法将轮胎外胎的变形确定为计算出的能量密度或至少一个频谱变量的函数，因此，在第一替代实施方案中，变形表示在轮胎外胎的一圈物理车轮转动内归一化的变形能量。因此，识别与承受载荷的处于滚动状态的轮胎外胎的变形相关的能量不变量。在第二替代实施方案中，变形以作为承受静态载荷的处于滚动状态的轮胎外胎的不变量的标量或矢量的形式表示。

自然地，需要单圈车轮转动来确定轮胎外胎的变形Def％。然而，优选地，车轮转动的数量将至少为5，甚至为10，使得可以对结果进行平均，这将能够克服信号中的任何不可预测的现象，例如，轮胎外胎滚动的道路上的障碍物。因此，在工业模式下，方法的精度由此得到提高。

最后，无论选择何种替代实施方案，所述方法都包括利用取决于轮胎外胎的变形Def％(其本身根据选择的替代实施方案不同地表示)的函数H确定施加至安装组件的静态载荷Z的步骤。因此，由于轮胎外胎的变形Def％的表示空间不同，函数H与轮胎外胎的变形Def％(其与选择的替代实施方案相关)表示空间的选择相关。

有利地，确定参考速度W^reference的步骤包括：从车轮转动信号Sig^TDR或与第一信号Sig^TDR同相的信号，根据以下公式，确定围绕自然旋转轴线的轮胎外胎中的传感器的角度变化与分隔两个方位角位置的持续时间的比值：

[数学式1]

W^reference＝Δ(α)/Δ(t)

其中，α为角位置，t为与角位置相关的时间坐标。

在参考速度对应于轮胎外胎的旋转角速度的情况下，该参考速度是根据两个已知位置之间信号的角度变化计算的。优选地，该参考速度是在小于一圈车轮转动的信号持续时间内评估的，这使得能够在与传感器相关的电子装置快速定义参考速度并执行第一信号的部分的归一化步骤。此外，如果轮胎外胎以可变的角速度运动，则使得能够以更高的精度对第一信号的部分进行角度重采样。事实上，在车轮转动的水平，对于轮胎来说，角速度的变化必然很小，对于小客车轮胎，其发展可以延伸至2米，或者对于卡车轮胎，其发展可以延伸至3米。对于当前车辆的驱动和制动系统，在该长度内施加至轮胎外胎的加速度或减速度自然较低。自然地，很有可能将车轮转动期间的角速度变化与更精细的方位角设置合并，以例如考虑车轮转动过程中发生的角速度的微变化，例如，在穿过接地面之前和之后或者当遇到地面运动不连续(例如，地面上的横杆)时。然后，车轮转动期间参考速度的这种精度使得能够对信号进行更精确的归一化，还提高了在角度重采样步骤中的第一信号的测量点的角位置的角度精度，这提高了感测车轮转动期间的最小变化所需的精度。

根据具体实施方案，轮胎外胎的方位角位置包括在包含对应于进入接地面、离开接地面或者接地面的中心位置的能够从车轮转动信号Sig^TDR中检测的角位置、或者来自与车轮转动信号Sig^TDR同相的信号的任意定义的角位置的组中。

这些是影响来自加速度传感器的信号、并且与特定的角位置相对应的方位角位置。因此，容易在来自传感器的信号识别这些位置。此外，容易分配它们的方位角基准。事实上，接地面的中心位置对应于相对于地面的法线0度或180度的方位角位置。如果通过接地面的进入点和离开点确定接地面长度，则由接地面形成的角度可以确定为接地面长度与轮胎外胎在一圈车轮转动或360度内的发展的比值。由接地面形成的分区在地面的法线的两侧均匀划分。自然地，访问第一信号以外的信号还可以如角度编码器一样获得比一圈车轮转动更精细的角度扇区。

有利地，角间距小于18度。

因此，可以确保测量点的其中一个位于接地面中。因此，将至少在该采样点与最近的相邻点之间观察到由此产生的加速度变化，从而使得能够确定第一信号中的接地面的进入点和离开点。

非常有利地，角间距小于6度，优选地，小于3度。

利用更精细的角间距使得能够感测接地面中的几个测量点。该观察的精细度通过避免点的空间离散化(其在这里不一定是规则的)实现了方法的更好的精度。多个点也确保了不会受到传感器的不相干的测量的干扰。

根据优选实施方案，所述方法包括在角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TDR的至少一部分的至少一个子部分内将来自角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TDR的至少一部分的数据进行聚合的步骤，归一化的车轮转动信号Sig^TDR的至少一部分的子部分变成角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TDR的至少一部分。

优选地，角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TDR的至少一部分的子部分是车轮转动的整数倍，非常优选地，为单圈车轮转动。

该步骤使得能够识别考虑车轮转动的变化的车轮转动信号，这使得待在方法的最后两个步骤(即，用于识别第一能量密度S或信号的频谱分析之后的频谱变量的步骤)中处理的矢量的大小减小。为此，角度重采样的归一化的车轮转动信号的子部分是单圈车轮转动的整数倍，以受益于信号对车轮转动的自然周期性。该周期性更适合于高质量的频谱分析。

根据优选实施方案，数据聚合步骤包括包含以下方法的组中的一种方法：十分位数区间内的平均值、中位数、十分位数的选择或区间、插值方法、加权或非加权平均值、轮胎变形的参数化模型的优化。

聚合的目的是设置在第一信号的新的角度分布内执行的测量，以使原始测量数据的集合具有意义，而不会因为测量点过多而将一个区域优先于另一区域。聚合步骤旨在于在测量点方面提供平衡的信号，其中，角间距由操作员根据要观察的轮胎外胎的变形进行选择。为此，优化轮胎变形的参数化模型的方法是理想的，因为该参数化模型可以是理论的，不考虑与应用的整个测量链相关的测量噪声。来自聚合步骤的输出信号是参数化模型的理论输出，对于记录的测量点的集合具有最小的扩散。

有利地，相对于轮胎外胎的角位置对第一信号Sig进行相位调整，对第一信号Sig进行校正Corr，以在归一化阶段之前考虑地球重力的影响。

加速度测量信号的缺点在于，如果方向大致平行于地球重力，则对地球重力敏感。在轮胎外胎的情况下，传感器旋转地连接至轮胎外胎。因此，当传感器径向定向时，传感器信号的幅度在车轮转动过程中会受到地球重力的影响。这在信号中以与地球重力相关的幅度的正弦函数的形式反映，当传感器的方向与重力矢量对齐(即，基本上垂直于地面)时，轮胎外胎的方位角的节点间隔180度。相反，当传感器的方向平行于地面时，其对应于彼此间隔180度的两个方位角位置，并且通常与重力矢量成大约+/-90度角，传感器信号不受地球重力的影响。为了消除加速度信号的这种寄生分量，应利用与重力矢量的方向相对应的地面的垂线来对第一传感器信号进行相位调整，从而使信号的幅度与相应的正弦函数相结合。

根据具体实施方案，所述方法包括对角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TDR的至少一部分进行滤波的步骤。

高频干扰可以保留在角度重采样的归一化信号上，这将在下一步骤进行处理。例如，在替代实施方案的情况下，利用阈值A定义能量密度S，对信号滤波的步骤将通过使可能的误差最小来简化该步骤。

根据第二优选实施方案，从角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TDR的至少一部分的频谱信号谱(Sig)中获取至少一个频谱变量的步骤包括：在频谱信号谱(Sig)的至少一个频谱区块内，优选在频谱信号谱(Sig)的第一正频谱区块内识别至少一个频谱变量。

优选地，识别的至少一个频谱变量包括在包含最大值、中值、平均值、第一区块的通带、第一区块的曲线下方的面积、中值的频率、平均值的频率、最大值的频率的组中。

根据第一优选实施方案，通过阈值A从角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TDR的至少一部分获得至少一个能量密度S的步骤包括：当角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TDR的至少一部分大于阈值A时，定义第一能量密度S⁺，或者当角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TDR的至少一部分小于或等于所述阈值A时，定义第二能量密度S^-。

优选地，该比值介于0.5至0.9之间。

阈值A的目的是将角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TDR的离散化的点分布在能量密度S⁺和S^-之间。如果信号携带大量噪声(如在没有数据聚合步骤或滤波步骤时)，则点的这种分布可能会受到这种干扰的影响。阈值A的目的是校正与测量信号相关的这种缺陷。阈值A的值是角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TDR的质量的函数。如果方法采用可选步骤，并且道路的粗糙度较低，则优选范围顶部的值。

非常优选地，正能量密度S⁺和负能量密度S^-的定义通过以下公式获得：

[数学式2a]

以及

[数学式2b]

其中，u为角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TDR的横坐标值。

这是利用基本数学和逻辑运算从角度重采样的归一化的车轮转动信号的离散化信号中获取每个能量密度的标量值的简单方法。这些操作可以在与传感器相关的电子装置中进行。

有利地，函数G为线性函数。

在第一替代实施方案的情况下，函数G是根据以下公式的频谱密度S的线性函数：

[数学式3a]

G(X)＝X/N’^TdR

因此，这是适用于S⁺或S^-的轮胎外胎的变形的基本公式。必然地，S^-对应于根据轮胎发展的材料点(其在精确的时间点T包括接地面或接地面附近的材料点)计算出的能量密度。具体地，这些点在穿过接地面时具有接近于零的绝对加速度，因此其必然低于阈值A。默认情况下，能量密度S⁺对应于轮胎发展中其他点的能量密度，尤其是接地面之外的点。这表明，存在与承受载荷Z的轮胎外胎的变形有关的不变量。在仅使用S⁺的情况下，无需进行高度空间离散化，因为接地面之外的变化不太显著。这样的优点是降低了接合至传感器的电子装置的必要采样频率，或者能够获得有关在高转速下的轮胎外胎的变形的精确信息。

然而，函数G是根据以下公式的频谱密度S⁺和S-的线性函数：

[数学式3b]

G(X,Y)＝(X+Y)/(2*N’^TdR)

在这种情况下，轮胎变形的能量需要围绕轮胎的整个发展相加。为了确保使测量不确定度最小化，然后使用测量胎冠的法向加速度的测量点的集合，以确定轮胎外胎的变形，这与采用高频的分析相比，可以降低能耗。

在第一替代实施方案的情况下，申请人惊讶地发现，对频谱信号谱(Sig)的第一正频率区块的研究足以识别与第一区块相关的一个或更多个变量，这些变量与确定轮胎外胎的变形具有足够的质量有关。对轮胎外胎的变形最敏感的变量在提供的列表中指定。这些是频谱信号的标准变量，需要很少的计算资源，这对方法有利。此外，这些变量主要对轮胎外胎的变形敏感，对次要变量不太敏感。因此，这些变量非常适合于例如整个轮胎外胎的一般变形，例如，整个轮胎外胎上由全局力产生的变形，例如，静态载荷。

在这种情况下，函数G不需要很复杂；申请人发现，一个或更多个频谱变量的线性函数G使得能够根据承受静态载荷的变化的轮胎外胎的各种使用条件适当地确定轮胎外胎的变形。

根据优选实施方案，函数H是利用以下公式的仿射函数或幂函数：

[数学式10a]

H＝A*Def_％+B；或者

[数学式10b]

H＝X*(Def_％)Y；

其中，(A，B)或(X，Y)是与安装组件相关的参数。

根据目的是评估在正常使用条件还是特定使用条件下施加至安装组件的载荷Z，对于函数H，应使用一个或另一个公式。实际上，在应用ETRTO(欧洲轮胎轮辋技术组织)规则的轮胎外胎的传统使用领域中，简单的仿射函数正确地描述了根据轮胎外胎的变形Def％的载荷Z的演变。结果，知晓安装组件(特别是轮胎外胎)使得能够确定地识别施加至安装组件的载荷Z。然而，如果希望针对特定的用途(例如非常低或非常高的载荷Z)延伸根据轮胎外胎的变形对载荷进行建模的范围，则幂型的表示更合适。然而，在常见的使用领域中，两个函数产生的结果非常相似，并且对于期望的精度是足够的，小于10％，优选地小于5％。

根据优选实施方案，当安装组件充气至充气压力P时，参数A或X至少取决于充气压力P，优选地，参数A或X是根据以下公式的轮胎压力P的仿射函数：

[数学式11a]

A＝a₁*P+a₂；

[数学式11b]

X＝x₁*P+x₂；

其中，(a₁，a₂)或(x₁，x₂)是与安装组件相关的系数。

根据非常优选的实施方案，当安装组件充气至充气压力P时，参数B或Y至少取决于充气压力P，优选地，参数B或Y是根据以下公式的轮胎压力P的仿射函数：

[数学式12a]

B＝b₁*P+b₂

；或者

[数学式12b]

Y＝y₁*P+y₂；

其中，(b₁，b₂)或(y₁，y₂)是与安装组件相关的系数。

大多数轮胎外胎安装于车轮，然后充气至充气压力P，所述充气压力P根据轮胎外胎的类型而变化。该充气压力P影响安装组件的机械性能，尤其是轮胎外胎的机械性能。因此，轮胎外胎的变形受该变量的影响。于是，对于系数A或X，必须考虑这种影响。这是参数A对充气压力P的依赖性的最简单表示，这是现实的，特别是在根据ETRTO规则的轮胎外胎的传统使用领域中。

函数H的这些第二参数B或Y对充气压力P的依赖性类似于函数H的斜率根据轮胎外胎的变形Def％的演变。这种斜率的演变不如第一参数A或X所描述的充气压力P下轮胎外胎的刚度的演变那么明显。然而，这些第二参数B或Y随充气压力P的演变提高了施加至安装组件并且因此施加至轮胎外胎的载荷Z的估计的精度。

因此，在函数H的仿射函数完全取决于充气压力P的情况下，最多需要识别4个参数a₁、a₂、b₁和b₂，以估计施加至安装组件的载荷Z。当然，如果对车轮进行更改，则需要重新调整参数的集合，以给出精确的估计。该参数的集合也可以通过数字模拟表征或通过实验测试或两者的组合进行识别。

附图说明

在阅读以下描述后，可以更好地理解本发明，所述描述仅通过非限制性示例并且参考所附附图提供，其中，在所有情况下，相同的附图标记表示相同的部件，其中：

图1示出了根据本发明的方法的概述。

图2示出了来自传感器的第一信号的示意图。

图3示出了车轮转动信号的角度重采样。

图4示出了重采样的归一化的车轮转动信号的示意图。

图5示出了在车轮转动信号的子部分内进行数据聚合之后的最终信号的示意图。

图6a是从角度重采样的归一化的车轮转动信号评估能量密度S的示意图。

图6b是车轮转动的频谱信号谱(Sig)的示意图。

图7是施加至滚动状态下的安装组件的载荷Z的估计值的表示。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的方法的概述。根据在传感器安装的轮胎外胎滚动期间通过对加速度传感器的幅度输出进行时间性采集201而获得的第一信号Sig，遵循用于获得施加至最终安装组件的载荷的标量表示的各种可能的路径执行几个步骤。

第一路径包括，根据步骤201的输出的时间信号，确定轮胎外胎在其安装组件配置(即，安装于轮辋的轮胎外胎)中的参考速度W^reference202。这里，第一信号Sig 101已经界定在一定的车轮转动的数量(准确地说是12)内。因此，第一信号Sig 101与车轮转动信号Sig^TDR一致。该参考速度可以是与轮胎外胎绕其旋转轴线的自然旋转相关的角速度，但也可以是轮胎外胎在其行进方向上的每单位长度的平移速度。该值可以根据车轮转动信号Sig^TDR进行确定，也可以根据与第一信号(因此，车轮转动信号Sig^TDR)在时间上同相的另一信号进行确定。

然后，根据从步骤201产生的第一信号、通过在步骤202中获得的变量W^reference的函数F对车轮转动信号Sig^TDR归一化203。该函数是幂函数的平方。在该步骤203之后，在时间描述中获得轮胎外胎的运动的归一化信号。

然后必须对归一化信号进行角度重采样，以通过步骤204找到对车轮转动具有角度周期性的信号。然后，在步骤204之后，结果为归一化并且在数圈车轮转动内角度重采样的信号。

第二路径包括，根据第一信号Sig(其也是从步骤201产生的车轮转动信号Sig^TDR)，通过借助第一信号的形式对第一信号进行相位调整、或者通过利用第一信号在时间上对另一信号进行相位调整，对第一信号Sig进行角度重采样。另一信号来自另一传感器或者同一传感器的另一通道，例如，三维加速度计的周向加速度。在步骤204结束时，第一信号的这种角度重采样产生对车轮转动是周期性的信号。

在利用另一时间信号对该角度信号进行相位调整之后，根据与第一信号同相的另一时间信号确定参考速度。优选地，这与在步骤204中用于对第一信号进行角度重采样的其它信号相同。因此，在步骤202结束时识别参考速度W^reference。

然后，参考速度使得能够利用参考速度变量的函数对来自步骤204的角度重采样信号进行归一化。在步骤203结束时，这给出了角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TDR。

可选地，无论采用哪种路径，都对从第一路径的步骤204或第二路径的步骤203产生的角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TDR的数据进行聚合。在步骤208中，这种数据聚合在输入信号的子部分(其为车轮转动的倍数)内进行，因为角度重采样的归一化信号本质上对于车轮转动是周期性的。

或者，如果第一信号101由已知的物理现象污染(例如，受地球重力影响的加速度计信号)，则有时针对该物理现象对第一信号执行校正是有用的(尽管不是必需的)，以限制由物理现象产生的寄生噪声。这种校正可以发生在步骤201和步骤204之间的任何步骤，但必须在数据聚合步骤205之前进行，这使得能够改善轮胎外胎的变形的信号质量。如果在归一化步骤之后进行校正，则还必须对校正进行归一化，以免引入校正误差。

然后，在第一替代实施方案中，该方法包括根据角度重采样的归一化的车轮转动信号识别轮胎外胎的变形的能量密度的步骤205。虽然这可以通过正能量密度S⁺或负能量密度S^-仅在车轮转动的一部分上执行，但优选至少进行一圈完整的车轮转动，这使得可以访问上述两个变量。也不能忘记记录角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TDR内的车轮转动的数量N^TDR。如果该信号界定在一圈车轮转动内，则能量密度的识别与信号的质量相关，这证明了利用数据聚合的可选步骤是合理的。然而，如果该信号界定在大量的车轮转动内，则信号可以包含车轮转动的附加部分，这将仅略微地修改能量密度的值。在这种情况下，优选从距接地面的中心180度的方位角位置对车轮转动计数。车轮转动的附加部分将为正能量密度S⁺提供补充点，点之间的变化小于接地面进入和退出阶段，其对负能量密度S^-的影响更大。

根据第二替代实施方案，根据路径，对步骤204或步骤203中的归一化的重采样的车轮转动信号进行频谱分析205，这对于车轮转动是周期性的。如果角间距不规则，则应在信号内规则间隔开的理论点上插入测量点。在一些情况下，频谱分析步骤205在数据聚合步骤207(其提供具有固定角间距的信号)之后执行。分析从步骤205产生的频谱信号以提取一个或更多个频谱变量，优选从第一正频谱区块提取。

然后，所述方法包括识别在静态载荷下处于滚动状态的轮胎外胎的变形Def％的步骤206。这是利用在步骤205中通过函数G评估的一个或多个能量密度S⁺、S^-或者利用通过角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TDR的频谱信号谱(Sig)评估的一个或更多个频谱变量实现的。所述频谱变量将提供函数G(其进而将提供矢量，优选标量)，作为承受外力的处于滚动状态的轮胎外胎的变形的不变量。

最后，在步骤207中，该方法利用将载荷Z与轮胎外胎的变形Def％相关联的函数H确定施加至安装组件的载荷Z。轮胎外胎的变形是基于测量信号的响应(其可能比简单地穿过接地面大得多，如利用能量密度S⁺评估变形Def％时一样)来评估的事实使得能够以低得多的车轮转动信号Sig^TdR的空间离散化来提高关于这种变形的精度。这在能量和存储器容量方面成本较低，这使得负载Z的确定能够在安装于轮胎外胎的测量装置(例如，轮胎监测传感器(TMS))上进行。该方法的空间离散化不需要像现有技术那样精细，因为目的不是识别接地面的尺寸。

图2至图4示出了利用在图1的概述中描述的第二路径的方法。示意图针对固定在安装于轮胎外胎的气密层的轮胎外胎的胎冠的加速度计而给出。这里，轮胎外胎是安装于机动车时静态载荷为800daN的尺寸为265/65R17的米其林CrossClimate。安装组件充气至3巴。在根据轮胎标记施加的速度和负载的标准条件下，在车辆行驶于具有不同粗糙度的沥青路期间进行测量。安装组件位于车辆的前轴。这里的测量主要是在直线行驶中执行。

图2示出了以3200Hz的信号采集频率获取的时间信号101，使得能够对信号进行非常精细的离散化。因此，这记录了滚动过程中轮胎外胎的胎冠的加速度的所有变化。其界定在12圈车轮转动内，以构成车轮转动信号Sig^TDR。

图2中的记录在车辆的加速阶段中执行，这通过加速度信号的幅度的增大反映。这里的传感器为单轴加速度计，其在通过现有技术中已知的常规固定技术创建安装组件之前，相对于轮胎外胎的胎冠径向安装。数据通过电连接至加速度计的电子装置和布置在车辆中的第二射频装置之间的无线通信进行传输。在该特殊情况下，在车辆中执行测量的后处理。然而，很有可能在连接至传感器的第一电子装置中执行这些，所述第一电子装置配备有微控制器或微处理器，并且接合至足够的存储器空间以执行方法所需的基本数学运算。

这里，第一步骤包括确定参考速度，将旋转角速度作为参考速度。为此，第一时间信号101必须与车轮转动的参考方位角位置同相。对此，第一信号101有规律地示出了幅度的相当强烈的下降111、112，其反映了承载加速度计的角度区间穿过接地面。自然地，下降111、112的这些向下和向上的斜坡分别代表接地面的进入和离开。接地面的中心是分隔接地面的进入和离开的间隔的中部。对该中心分配0度的方位角位置，这将是我们的方位角基准。例如，通过在下一信号下降112上取第二角度基准，对于360度的车轮转动以及与该车轮转动相关的时间间隔确定信号101。参考速度W^reference定义为接地面的两个中心之间的角度变化与分隔这两个方位角位置的时间间隔的比值。将该参考速度W^reference分配至位于接地面的这两个中心之间的信号的部分。自然地，可以考虑时间信号101的两个不连续的下降111、115以确定第二参考速度W^reference并且将第二速度分配至位于两个下降111、115之间的信号101的部分。

图3示出了时间信号101的角度重采样的步骤的结果。因此，利用在前一步骤中执行的针对每个时间信号的下降的接地面的中心的确定，可以容易地将时间信号与360度内的车轮转动同相。然后，离散化的测量点线性地分布在车轮转动内。即使在该步骤出现角度定位误差，例如，在数据聚合步骤中执行的线性插值也将使结果变得平滑，并且使角度定位误差最小化。以更复杂的方式，在每圈车轮转动内评估参考速度。通过考虑连续转动的参考速度，可以将演变的角速度分配至车轮转动。例如，确定在三圈连续的转动内的参考速度，可以为中心车轮转动分配针对四分之一车轮转动的第一参考速度，即，前一加权转动2的参考速度和当前加权转动1的参考转速的重心速度。下一个四分之一将具有作为当前加权转动2的参考速度和前一加权转动1的参考速度的重心速度的参考速度。四分之三车轮转动将具有作为当前加权转动2的参考速度和下一加权转动1的参考速度的重心速度的参考速度。最后，最后的四分之一车轮转动将具有作为当前加权转动1的参考速度和下一加权转动2的参考速度的重心速度的参考速度。所有离散化的测量点与每个四分之一转动的参考速度与当前转动的参考速度的比值成比例地分布在每个四分之一车轮转动内。也可以应用其他使点平滑的方法。这里，由于可变的滚动速度，点的空间离散化是不规则的。通过在针对车轮转动的给定角度分布内应用插入测量点的方法，很有可能使信号102的点的这种离散化规则。然后，这提供具有规则角间距的角度重采样信号102。图3示出了对于车轮转动是周期性的并且具有测量点的任意离散化的角度重采样信号102。

图4示出了在没有插值点的情况下对第一角度重采样信号102进行归一化的步骤的结果。因此，利用角度重采样的车轮转动信号的对于车轮转动的周期性，可以容易地在车轮转动内或车轮转动的倍数内分割角度信号，如图4所示，这里是12圈车轮转动。归一化步骤包括将信号的幅度除以与车轮转动的每个部分相关的参考速度的幂函数的平方。例如，参考速度在第一信号101的处理步骤中确定。参考速度在这里为角速度。在曲线103和103bis上观察的结果为，对于每圈车轮转动，归一化信号的幅度相似。我们不再看到以不同速度、在不同道路上执行的各种车轮转动之间的强烈的幅度变化。此外，信号以单位值为中心。然后，车轮转动区段在长度为360度的整数倍的相同角度间隔内叠加，如灰色曲线所示，形成此处的曲线束103。这考虑了车轮转动之间的测量值的分布，其由于这里的信号尚未针对地球重力进行校正而更加突出。然而，如果应用低通滤波器，我们获得黑色曲线103bis，其由于清理了某些寄生噪声而更平滑。这使得我们能够看到信号103bis对于车轮转动是周期性的，其中，在车轮转动之间略有变化。在信号102的归一化结束时，我们获得归一化的角度重采样的信号103。图4示出了归一化的角度重采样的信号103，其以单位值为中心，通过应用于曲线103bis的滤波器确认。

图5是来自前一步骤中的信号103的数据聚合的步骤的结果，这是可选步骤。这里，每圈车轮转动的区段叠加在长度为360度的相同角度间隔内，如灰色曲线所示，形成此处的曲线束104。这考虑了每圈车轮转动之间的测量值的分布，其由于信号尚未针对地球重力进行校正而更加突出。然而，如果我们在归一化步骤之前对每圈车轮转动应用地球重力校正，由于加速度计在这里对地球重力敏感，因此通过十分位数区间的平均值的方法的数据聚合确定曲线104bis，其对于车轮转动更加稳定。这给出了轮胎外胎承受外力的变形的信号，特别是在这种情况下的静态载荷。该信号104bis代表了轮胎外胎在滚动条件下以可变速度在任何粗糙度的地面上的测量值。该曲线是处于滚动状态的轮胎外胎在安装于轮辋的状态下在静态载荷下的不变量。

图6a是用于解释对与单圈车轮转动相对应的角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TDR的正能量密度S⁺和负能量密度S^-的计算的示意图。自然地，如果角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TDR界定在多圈车轮转动内，则方法相同。

这里，将阈值A确定为单位值。该阈值由实线11表示。事实上，优选在实际信号上采用等于0.7的值。如果在信号上存在大量干扰，则可以选择等于0.5或0.6的值。然而，对于在一般光滑的路面上获得的信号，可以使用量级为0.8或0.9的值。必须为方法的所有步骤设置该阈值A。

将正能量密度S⁺或负能量密度S^-计算为车轮转动信号10与连续曲线11所表示的单位值之间的差值的绝对值的总和。必然地，由区域S⁺界定的面积等于由区域S^-界定的面积。

通过对这些能量密度S的估计，容易确定在滚动条件下承受静态载荷的轮胎外胎的变形Def％。

图6b示出了角度重采样的归一化的车轮转动信号的频谱，其中，固定的角间距为0.1度，其界定在12圈车轮转动内。为了限制高频现象，首先利用车轮转动的三十分之一的低通滤波器对第一路径中的步骤203或第二路径中的步骤204产生的信号进行滤波。

然后，利用傅里叶变换对滤波后的信号(或者这里是来自步骤208中的聚合步骤的信号)进行频谱分析，然后获得表示有限频带上的傅里叶变换的幅度的曲线105。该曲线示出了各种频谱区块，其中，第一频谱区块具有很大的幅度。然而，以下区块本身也不容忽视。

可以从该频谱响应105获得多个频谱变量。在这种情况下，我们将重点关注第一区块，但也可以对以下区块进行分析。

为了考虑该方法的灵敏度，图6b示出了第二虚线曲线106，其对应于固定至针对不同静态载荷和不同充气压力的相同安装组件的相同传感器的频谱响应，其中，安装组件在车辆的前轴和后轴之间交换。因此，轮胎外胎对其两个变量(充气压力和静态载荷)的机械响应必然是不同的。然而，频谱响应通过宽度和高度是施加至轮胎外胎的外力的函数的连续区块形式的响应，在形式方面显示出相似性。

由此，我们发现对第一区块的分析足以判别这些外力变化后的轮胎外胎的变形，尽管对于施加至轮胎外胎的外力的较弱变化可能还不够。

频谱变量(例如，最大值、中值、平均值、通带、与第一区块相关的曲线下方的面积)都是用于区分轮胎外胎的变形的潜在标准。此外，中值的频率、平均值的频率和最大值的频率是轮胎外胎的变形的次要标准，其呈现出不太强但仍具有鉴别性的动态。

然后，我们可以通过矢量或标量形式的一个或更多个频谱变量的函数来分配轮胎外胎的变形值Def％，该标量在某些情况下可以用作对矢量的各个分量进行加权。优选地，发现第一区块的最大值105bis和106bis是轮胎外胎的变形的很好的指标，这使得能够通过第一区块的最大值的仿射函数来确定轮胎外胎的变形。然而，如果考虑到也与次级频谱区块相关的其他频谱变量，轮胎外胎的变形的确定可能会变得更加复杂。

图7是施加至转速为W的滚动条件下的安装组件的载荷Z的估计值的示意图。这里，使用了两种不同的外胎。第一轮胎外胎E1是安装于22.5英寸的钣金轮毂的磨损等级为D1的X Multiway T系列的385/55R22.5米其林重型货车轮胎外胎。第二轮胎外胎E2是磨损等级为D2的X Multiwa 3D XDE系列的米其林315/80R22.5。每个外胎配备有车载电子装置，其包括单轴加速度计，所述单轴加速度计位于气密层的胎冠，与突出的雕塑元件(élémentdesculpture)的水平，即，不同于纵向凹槽。加速度计的采集频率为1200Hz。

每个轮胎外胎经历一系列滚动场景，其中，运动速度在20km/h、40km/h和60km/h左右变化，充气压力P从7巴至9巴以1巴的增量变化。在滚动过程中，通过压力传感器测量压力，所述压力传感器在此集成在安装于车轮气嘴的TPMS中。最后，施加至安装组件的载荷Z在2000kg至5000kg之间以1吨的增量变化。

利用数字仿真，预先确定每个轮胎外胎的函数H的仿射函数的四个系数(a₁，a₂，b₁，b₂)。事实上，由于这正是ETRTO规则所推荐的使用领域，因此必须优选函数H的仿射表示。

一半的滚动场景以恒定的转速进行，而另一半以围绕目标速度+/-15％的可变转速进行。

图7示出了与函数H的系数所提供的响应相对应的连续直线，其在此取决于充气压力P和包括轮胎外胎的安装组件。根据目标滚动速度，还标明了不同形状的符号，菱形表示20km/h的速度，圆圈表示40km/h的速度，十字表示60km/h的速度。

曲线1001对应于充气压力为7巴的包括轮胎外胎E1的安装组件。曲线1002对应于充气压力为8巴的包括轮胎外胎E2的安装组件。最后，曲线1003对应于充气压力为9巴的轮胎外胎为E1的安装组件。

无论运动速度和充气压力如何，都可以在荷载Z的估计值与实际施加的荷载之间看到相对较好的相关性。此外，根据轮胎外胎的性质，载荷的仿射表示相对于安装组件的该使用条件的范围内的测试是现实的。

无论轮胎外胎的性质、施加的载荷、使用的充气压力和轮胎的磨损如何，都能获得同样良好的结果。

Claims

1.一种用于确定施加至轮胎外胎的载荷的方法，所述轮胎外胎安装于车轮，以构成处于转速为W的滚动状态的充气安装组件，所述轮胎外胎具有与地面接触的胎冠并且围绕自然旋转轴线旋转，所述方法包括以下步骤：

-将第一信号Sig界定在车轮转动的数量N^TdR内，以构造车轮转动信号Sig^TdR，其中，N^TdR大于1；

-通过作为与参考速度W^reference的平方成比例的函数F的变量，在车轮转动的数量N^TdR内对车轮转动信号Sig^TdR的至少一部分进行归一化，其中，N^TdR大于或等于1；

-对车轮转动信号Sig^TdR的至少一部分进行角度重采样；

-通过阈值A从至少一个角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TdR定义至少一个能量密度S，或者，如果角间距是固定的，则从角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TdR的至少一部分的频谱信号谱(Sig)中定义至少一个频谱变量；

2.根据权利要求1所述的用于确定施加至轮胎外胎的载荷的方法，其中，确定参考速度W^reference的步骤包括：从第一信号Sig或与第一信号Sig同相的信号，根据以下公式，确定围绕自然旋转轴线的轮胎外胎中的传感器的角度变化与分隔两个方位角位置的持续时间的比值：

[数学式1]

其中，α为角位置，t为与角位置相关的时间坐标。

3.根据前述权利要求中任一项所述的用于确定施加至轮胎外胎的载荷的方法，其中，角间距小于18度，优选地小于6度，非常优选地小于3度。

4.根据前述权利要求中任一项所述的用于确定施加至轮胎外胎的载荷的方法，其中，所述方法包括在角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TDR的至少一部分的至少一个子部分内将来自角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TDR的至少一部分的数据进行聚合的步骤，角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TDR的至少一部分的子部分变成角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TDR的至少一部分。

5.根据前一权利要求所述的用于确定施加至轮胎外胎的载荷的方法，其中，车轮转动信号Sig^TDR的至少一部分的子部分是车轮转动的整数倍。

6.根据前述权利要求中任一项所述的用于确定施加至轮胎外胎的载荷的方法，其中，对第一信号Sig相对于轮胎外胎的角位置进行相位调整，对第一信号Sig进行校正Corr，以在归一化步骤之前考虑地球重力的影响。

7.根据前述权利要求中任一项所述的用于确定施加至轮胎外胎的载荷的方法，其中，所述方法包括对角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TDR的至少一部分进行滤波的步骤。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的用于确定施加至轮胎外胎的载荷的方法，其中，从角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TDR的至少一部分的频谱信号谱(Sig)中获取至少一个频谱变量的步骤包括：在频谱信号谱(Sig)的至少一个频谱区块内，优选在频谱信号谱(Sig)的第一正频谱区块内识别至少一个频谱变量。

9.根据权利要求8所述的用于确定施加至轮胎外胎的载荷的方法，其中，识别的至少一个频谱变量包括在包含最大值、中值、平均值、第一区块的通带、第一区块的曲线下方的面积、中值的频率、平均值的频率、最大值的频率的组中。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的用于确定施加至轮胎外胎的载荷的方法，其中，通过阈值A从角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TDR的至少一部分获得至少一个能量密度S的步骤包括：当角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TDR的至少一部分大于阈值A时，定义第一能量密度S⁺，或者当角度重采样的归一化的车轮转动信号Sig^TDR的至少一部分小于或等于所述阈值A时，定义第二能量密度S^-。

11.根据权利要求10所述的用于确定施加至轮胎外胎的载荷的方法，其中，阈值A在0.5至0.9之间。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的用于确定施加至承受载荷的轮胎外胎的载荷的方法，其中，函数G为线性函数。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的用于确定施加至轮胎外胎的载荷的方法，其中，函数H为根据以下公式的仿射函数或幂函数：