CN118107594A - 轮胎滚动阻力估计系统 - Google Patents

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CN118107594A CN202311634357.0A CN202311634357A CN118107594A CN 118107594 A CN118107594 A CN 118107594A CN 202311634357 A CN202311634357 A CN 202311634357A CN 118107594 A CN118107594 A CN 118107594A
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Abstract

本公开涉及轮胎滚动阻力估计系统。轮胎滚动阻力估计系统估计轮胎的实时滚动阻力系数，并且包括测量轮胎充气压力和轮胎温度的轮胎传感器单元。处理器与轮胎传感器单元电子通信。与处理器通信的稳定状态系数确定模块确定轮胎的稳定状态滚动阻力系数。与处理器通信的稳定状态轮胎温度模块接收轮胎的稳定状态滚动阻力系数并且估计轮胎的稳定状态轮胎温度。与处理器通信的实时滚动阻力系数模块接收轮胎的稳定状态轮胎温度，并且根据稳定状态滚动阻力系数以及稳定状态轮胎温度与来自轮胎传感器单元的当前轮胎温度之间的差来估计轮胎的实时滚动阻力系数。

Description

轮胎滚动阻力估计系统
技术领域
本发明大体涉及轮胎监测。更具体地，本发明涉及监测和估计轮胎的某些特性的系统。具体地，本发明涉及一种在瞬态行驶或运行条件下估计轮胎的滚动阻力系数的系统。
背景技术
多个轮胎支撑车辆，并将驱动力和制动力从车辆传输到道路表面。估计轮胎的特性通常是有益的。
一项估计有益的特性是轮胎的滚动阻力。轮胎的滚动阻力是指使轮胎能够在表面上滚动所需的能量的量。轮胎滚动阻力的估计或预测是重要的，因为其使得能够预测车辆的行驶里程。轮胎滚动阻力的估计也使得能够预测能量损失(包括内燃机的燃料消耗和电动车辆的电池消耗)。另外，轮胎滚动阻力的估计被采用于力分配确定，这在车辆的制动和其他控制系统中可能是有用的。
以可能的最高的准确度来估计轮胎的滚动阻力是期望的，但滚动阻力可能难以准确预测，尤其是考虑到动态行驶条件。更具体地，轮胎的滚动阻力是瞬态值或特性。当轮胎被驱动时，其温度通常升高，并且滚动阻力随着轮胎温度升高而改变。
在现有技术中，轮胎滚动阻力的估计已经通过滚动阻力实验室测试或其他受控环境确定。然而，难以对来自滚动阻力实验室测试的结果进行推断以在动态行驶条件期间准确预测滚动阻力。例如，实验室测试中的环境温度通常设定为固定值(诸如约25摄氏度)。现有技术的估计技术不包括考虑在行驶和轮胎预热期间的轮胎温度预测的适当的热模型。
因此，本领域中存在对在瞬态行驶或运行条件下提供轮胎的滚动阻力的准确估计的系统的需要。
发明内容
根据本发明示例性实施例的方面，提供了轮胎滚动阻力估计系统。该系统估计支撑车辆的轮胎的实时滚动阻力系数，并且包括安装到轮胎的轮胎传感器单元，在轮胎中轮胎传感器单元测量轮胎的充气压力和轮胎的温度。处理器与轮胎传感器单元电子通信。稳定状态系数确定模块与处理器电子通信，接收多个输入，并且确定轮胎的稳定状态滚动阻力系数。稳定状态轮胎温度模块与处理器电子通信，从稳定状态系数确定模块接收轮胎的稳定状态滚动阻力系数，并且估计轮胎的稳定状态轮胎温度。实时滚动阻力系数模块与处理器电子通信并且从稳定状态轮胎温度模块接收轮胎的稳定状态轮胎温度。实时滚动阻力系数模块根据稳定状态滚动阻力系数以及稳定状态轮胎温度与来自轮胎传感器单元的当前轮胎温度之间的差来估计轮胎的实时滚动阻力系数。
本发明包括以下技术方案：
1.一种轮胎滚动阻力估计系统，所述系统估计支撑车辆的轮胎的实时滚动阻力系数，所述系统包括：
轮胎传感器单元，其安装在轮胎上，所述轮胎传感器单元测量所述轮胎的充气压力和所述轮胎的温度；
处理器，其与所述轮胎传感器单元电子通信；
稳定状态系数确定模块，其与所述处理器电子通信，所述稳定状态系数确定模块接收多个输入并且确定所述轮胎的稳定状态滚动阻力系数；
稳定状态轮胎温度模块，其与所述处理器电子通信，所述稳定状态轮胎温度模块从所述稳定状态系数确定模块接收所述轮胎的稳定状态滚动阻力系数并且估计所述轮胎的稳定状态轮胎温度；以及
实时滚动阻力系数模块，其与所述处理器电子通信，所述实时滚动阻力系数模块从所述稳定状态轮胎温度模块接收所述轮胎的稳定状态轮胎温度，并且根据所述稳定状态滚动阻力系数以及所述稳定状态轮胎温度与来自轮胎传感器单元的当前轮胎温度之间的差来估计所述轮胎的实时滚动阻力系数。
2.根据方案1所述的轮胎滚动阻力估计系统，其中，所述实时滚动阻力系数为所述轮胎的瞬态运行条件下的系数。
3.根据方案1所述的轮胎滚动阻力估计系统，其中，所述稳定状态系数确定模块采用回归模型。
4.根据方案3所述的轮胎滚动阻力估计系统，其中，所述回归模型包括多元线性回归模型。
5.根据方案1所述的轮胎滚动阻力估计系统，其中，所述多个输入包括轮胎负载、所述轮胎的充气压力、所述轮胎的磨损状态以及所述轮胎的车轮速度中的至少一者。
6.根据方案5所述的轮胎滚动阻力估计系统，其中，所述稳定状态系数确定模块包括磨损分量，所述磨损分量使所述轮胎的磨损状态的值与对应滚动阻力值相关。
7.根据方案5所述的轮胎滚动阻力估计系统，其中，所述稳定状态系数确定模块包括负载分量，所述负载分量使所述轮胎负载的值与对应滚动阻力值相关。
8.根据方案7所述的轮胎滚动阻力估计系统，其中，所述负载分量考虑所述轮胎的磨损状态。
9.根据方案5所述的轮胎滚动阻力估计系统，其中，所述稳定状态系数确定模块包括压力分量，所述压力分量使所述轮胎充气压力的值与对应滚动阻力值相关。
10.根据方案9所述的轮胎滚动阻力估计系统，其中，所述压力分量考虑所述轮胎的磨损状态。
11.根据方案5所述的轮胎滚动阻力估计系统，其中，所述稳定状态系数确定模块包括车轮速度分量，所述车轮速度分量使所述车轮速度的值与对应滚动阻力值相关。
12.根据方案11所述的轮胎滚动阻力估计系统，其中，所述车轮速度分量考虑所述轮胎的磨损状态。
13.根据方案1所述的轮胎滚动阻力估计系统，其中，所述稳定状态轮胎温度模块基于所述轮胎的稳定状态滚动阻力系数、轮胎负载以及所述轮胎的车轮速度来估计所述稳定状态轮胎温度。
14.根据方案13所述的轮胎滚动阻力估计系统，其中，所述稳定状态轮胎温度模块考虑环境温度。
15.根据方案13所述的轮胎滚动阻力估计系统，其中，所述稳定状态轮胎温度模块考虑来自所述轮胎传感器单元的初始测量的轮胎温度与来自轮胎传感器单元的初始测量的轮胎充气压力的比率。
16.根据方案13所述的轮胎滚动阻力估计系统，其中，所述稳定状态轮胎温度模块考虑来自所述轮胎传感器单元的当前测量的轮胎充气压力。
17.根据方案1所述的轮胎滚动阻力估计系统，其中，所述实时滚动阻力系数模块包括线性模型。
18.根据方案1所述的轮胎滚动阻力估计系统，其中，所述实时滚动阻力系数模块采用所述轮胎磨损状态的函数。
附图说明
本发明将以示例的方式并参考附图进行描述，在附图中：
图1是包括采用本发明的轮胎滚动阻力估计系统的示例性实施例的轮胎的车辆的示意性透视图；
图2是向基于云的服务器和向装置进行的数据传输的示意图示；
图3是本发明的轮胎滚动阻力估计系统的示例性实施例的示意图解；
图4是图3中所示的轮胎滚动阻力估计系统的示例性实施例的方面的图形图示；
图5是图3中所示的轮胎滚动阻力估计系统的示例性实施例的另一方面的图形图示；
图6是图3中所示的轮胎滚动阻力估计系统的示例性实施例的另一方面的图形图示；
图7是图3中所示的轮胎滚动阻力估计系统的示例性实施例的另一方面的图形图示；
图8是图3中所示的轮胎滚动阻力估计系统的示例性实施例的另一方面的图形图示；并且
图9是图3中所示的轮胎滚动阻力估计系统的示例性实施例的另一方面的图形图示。
贯穿附图，相似的附图标记指代相似的零件。
具体实施方式
限定
“ANN”或“人工神经网络”是用于非线性统计数据建模的适应性工具，其在学习阶段期间基于流经网络的外部或内部信息来改变其结构。ANN神经网络是用于对输入与输出之间的复杂关系进行建模或查找数据中的模式的非线性统计数据建模工具。
“轴向”和“轴向地”是指平行于轮胎的旋转轴线的线或方向。
“CAN总线”或“CAN总线系统”是对于控制器局域网络系统的缩写，其是设计为允许微控制器和装置在没有主机的车辆内相互通信的车辆总线标准。
“周向”是指沿垂直于轴向方向的环形胎面的表面的周边延伸的线或方向。
“赤道中心面”是指垂直于轮胎的旋转轴线并穿过胎面的中心的平面。
“接地印迹”是指当轮胎旋转或滚动时，由轮胎胎面与平坦表面形成的接触印痕或接触的区域。
“内侧”是指当轮胎安装在车轮上并且车轮安装在车辆上时，轮胎的最靠近车辆的一侧。
“侧向”是指轴向方向。
“侧向边缘”是指在正常负载和轮胎充气下测量的与轮胎的轴向最外胎面接触印痕或接地印迹相切的线，该线平行于赤道中心面。
“净接触面积”是指绕轮胎的胎面的整个圆周的侧向边缘之间的地面接触胎面元件的总面积除以侧向边缘之间的整个胎面的总面积。
“外侧”是指当轮胎安装在车轮上并且车轮安装在车辆上时，轮胎的距离车辆最远的一侧。
“径向”和“径向地”是指径向地朝向或远离轮胎的旋转轴线的方向。
“肋”是指胎面上的周向延伸的橡胶条，橡胶条由至少一个周向凹槽和第二个这样的凹槽或侧向边缘中的任一者限定，该条在侧向上不被全深度凹槽分开。
“胎面元件”或“牵引元件”是指由具有相邻凹槽的形状限定的肋或块元件。
参考图1至图9，本发明的轮胎滚动阻力估计系统的示例性实施例以10指示。
具体参考图1，系统10估计支撑车辆14的每个轮胎12的滚动阻力。将理解的是，车辆14可以是任何车辆类型，并且通过示例的方式示出为乘用车。轮胎12具有常规构造，并且如本领域技术人员已知的，每个轮胎安装在相应车轮16上。每个轮胎12均包括延伸至周向胎面20的一对侧壁18，周向胎面20由于道路磨耗而随着老化磨损。内衬22设置在轮胎12的内表面上，并且当轮胎安装在车轮16上时，形成填充有加压流体(诸如空气)的内腔24。
轮胎传感器单元26被安装到每个轮胎12，诸如通过诸如粘合剂的手段附接到内衬22，并且测量轮胎的某些特性，诸如轮胎充气压力28(图3)和轮胎温度30。为此，轮胎传感器单元26优选地包括压力传感器和温度传感器，并且可以具有任何已知的配置，诸如轮胎压力管理系统(TPMS)传感器。轮胎传感器单元26也可以包括用于存储针对每个轮胎12的识别(ID)信息(称为轮胎ID信息)的电子存储器容量。将理解的是，轮胎传感器单元26可以安装在轮胎12的除了内衬22之外的部件或结构上。
转向图2，轮胎滚动阻力估计系统10的方面优选地在处理器40上执行。处理器40使得能够输入参数并执行具体技术，如将在下面描述的，这些技术存储在合适的存储介质中并且与处理器电子通信。处理器40可以安装在车辆14上，可以与车辆的电子控制系统42(诸如车辆CAN总线系统)通信，和/或可以是基于云的服务器44中的远程处理器。
诸如天线的无线传输器件32可以将测得的轮胎压力28和轮胎温度30从轮胎传感器单元26(图1)无线发送到处理器40。来自轮胎滚动阻力估计系统10的输出可以通过天线34从处理器40无线传输到显示器或控制器装置36和/或到车辆14的电子控制系统42。
参考图3，轮胎滚动阻力估计系统10提供轮胎12的滚动阻力的估计。滚动阻力通常表示为系数乘以法向力，并且该系数被称为滚动阻力系数(RRc)，以50指示。系统10的目标是在轮胎12的瞬态行驶或运行条件下预测或估计准确的实时滚动阻力系数50。
在轮胎滚动阻力估计系统10中，用稳定状态系数确定模块54来确定稳定状态滚动阻力系数52。稳定状态系数确定模块54优选地采用具有多个输入56的回归模型58。优选的回归模型58是多元线性回归模型，其确定作为输入56的多个自变量与作为稳定状态滚动阻力系数52的一个因变量之间的关系。通过示例的方式，输入56可以包括轮胎负载60、轮胎充气压力28、轮胎12的磨损状态62，以及轮胎的旋转或滚动速度(其被称为车轮速度64)。
另外参考图4，转向轮胎磨损状态62的输入56，轮胎磨损状态可以直接测量为胎面20的剩余防滑深度的量，或者可以根据任何已知的方法来计算。用于计算轮胎磨损状态62的示例性方法在美国公开专利申请号2019/0001757中示出和描述，该专利申请由与本申请相同的受让方The Goodyear Tire&Rubber Company所有，并且以其整体并入本文中。
可以执行滚动阻力实验室测试或受控环境测试以使轮胎磨损状态62的测量值或计算值与稳定状态系数确定模块54的磨损分量68中的对应滚动阻力值66相关。以这种方式，稳定状态系数确定模块54的多元线性回归模型58的一个分量是磨损分量68。
转向图5，对于轮胎负载60的输入56，可以根据任何已知的方法来执行轮胎负载的计算。用于计算轮胎负载60的示例性方法在美国专利号9,120,356和美国专利号10,245,906中示出和描述，这两个专利均由与本申请相同的受让方The Goodyear Tire&RubberCompany所有，并且以其整体并入本文中。
可以执行滚动阻力实验室测试或受控环境测试以使轮胎负载60的计算值与稳定状态系数确定模块54的负载分量72中的对应滚动阻力值70相关。优选地，由于轮胎负载60和轮胎磨损状态之间的相关性74，在生成负载分量72时将轮胎磨损状态62考虑在内。以这种方式，稳定状态系数确定模块54的多元线性回归模型58的另一分量是负载分量72。
参考图6，对于轮胎充气压力28的输入56，充气压力优选地由轮胎传感器单元26提供。可以执行滚动阻力实验室测试或受控环境测试以使轮胎充气压力28的预定值与稳定状态系数确定模块54的压力分量78中的对应滚动阻力值76相关。优选地，由于轮胎充气压力28与轮胎磨损状态之间的相关性80，在生成压力分量78时将轮胎磨损状态62考虑在内。以这种方式，稳定状态系数确定模块54的多元线性回归模型58的另一分量是压力分量78。
参考图7，对于车轮速度64的输入56，车轮速度优选地由轮胎安装、车轮安装或车辆安装的速度或加速度传感器单元提供。可以执行滚动阻力实验室测试或受控环境测试以使车轮速度64的预定值与稳定状态系数确定模块54的车轮速度分量84中的对应滚动阻力值82相关。优选地，由于车轮速度64和轮胎磨损状态之间的相关性86，在生成车轮速度分量84时将轮胎磨损状态62考虑在内。以这种方式，稳定状态系数确定模块54的多元线性回归模型58的另一分量是车轮速度分量84。
返回到图3，稳定状态系数确定模块54由此确定轮胎负载60、轮胎充气压力28、轮胎磨损状态62和车轮速度64的自变量与稳定状态滚动阻力系数52的因变量之间的关系。该关系由多元线性回归模型58确定，其采用磨损分量68、负载分量72、压力分量78和车轮速度分量84来确定稳定状态滚动阻力系数52。
轮胎滚动阻力估计系统10也包括稳定状态轮胎温度模块90和实时滚动阻力系数模块92。另外参考图8，与仅采用基于物理的途径的现有技术不同，稳定状态轮胎温度模块90采用数据驱动和基于物理的途径的组合来构建用于预测稳定状态轮胎温度94的半经验模型。
稳定状态轮胎温度模块90基于来自稳定状态系数确定模块54的预期的稳定状态滚动阻力系数52、轮胎负载60和车轮速度64来估计稳定状态轮胎温度94。稳定状态轮胎温度模块90也考虑环境温度96，其可以从车轮安装的传感器、车辆安装的温度传感器和/或基于天气的服务输入。稳定状态轮胎温度模块90还考虑来自轮胎传感器单元26的初始测量的轮胎温度30i与来自轮胎传感器单元的初始测量的轮胎充气压力28i的比率，以及来自轮胎传感器单元的当前测量的轮胎充气压力28。稳定状态轮胎温度模块90用这些输入确定稳定状态轮胎温度94。
参考图3和图9，实时滚动阻力系数模块92优选地采用线性模型来估计实时滚动阻力系数50。实时滚动阻力系数50的估计基于预期的稳定状态滚动阻力系数52以及来自轮胎传感器单元26的当前轮胎温度30与稳定状态轮胎温度94之间的差98。稳定状态轮胎温度94与当前轮胎温度30之间的差98指示轮胎12与稳定状态相距多远。为了考虑实时滚动阻力系数模块92中的轮胎磨损状态62，采用作为轮胎磨损状态的函数的系数α。
实时滚动阻力系数模块92由此生成实时滚动阻力系数50，其准确反映了轮胎12的当前温度30。如图2中所示，滚动阻力系数50可以通过天线34从处理器40无线传输到显示器或控制器装置36和/或到车辆14的电子控制系统42。来自轮胎滚动阻力估计系统10的滚动阻力系数50可以由此被系统采用，该系统与车辆14的电子控制系统42电子通信以预测车辆的行驶里程、预测能量损失和/或提供力分配确定。
以这种方式，轮胎滚动阻力估计系统10提供了在瞬态行驶或运行条件下轮胎12的实时滚动阻力系数50的准确估计。系统10在稳定状态滚动阻力系数52的确定中、稳定状态轮胎温度94的确定中以及实时滚动阻力系数50的确定中包括了轮胎磨损状态62。系统10也在稳定状态轮胎温度94的确定中包括轮胎充气压力28作为影响变量。系统10是数据驱动的，从而利用来自轮胎传感器单元26的测得的轮胎压力28和温度30。
本发明也包括用于估计轮胎的滚动阻力的方法。该方法包括根据以上呈现并在图1至图9中示出的描述的步骤。
将理解的是，在不影响本发明的整体构思或操作的条件下，上述轮胎滚动阻力估计系统的结构和方法可以更改或重新布置，或者，省略或添加本领域技术人员已知的部件或步骤。例如，在不影响本发明的整体构思或操作的情况下，电子通信可以通过有线连接或无线通信进行。这种无线通信包括射频(RF)和通信。
已经参考优选实施例描述了本发明。当其他人在阅读和理解本描述时，将想到潜在的修改和变更。将理解的是，所有这样的修改和变更都包括在如所附权利要求或其等同物中阐述的本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种轮胎滚动阻力估计系统，所述系统估计支撑车辆的轮胎的实时滚动阻力系数，所述系统包括：
轮胎传感器单元，其安装在轮胎上，所述轮胎传感器单元测量所述轮胎的充气压力和所述轮胎的温度；
处理器，其与所述轮胎传感器单元电子通信；
稳定状态系数确定模块，其与所述处理器电子通信，所述稳定状态系数确定模块接收多个输入并且确定所述轮胎的稳定状态滚动阻力系数；
稳定状态轮胎温度模块，其与所述处理器电子通信，所述稳定状态轮胎温度模块从所述稳定状态系数确定模块接收所述轮胎的稳定状态滚动阻力系数并且估计所述轮胎的稳定状态轮胎温度；
实时滚动阻力系数模块，其与所述处理器电子通信，所述实时滚动阻力系数模块从所述稳定状态轮胎温度模块接收所述轮胎的稳定状态轮胎温度，并且根据所述稳定状态滚动阻力系数以及所述稳定状态轮胎温度与来自轮胎传感器单元的当前轮胎温度之间的差来估计所述轮胎的实时滚动阻力系数。
2.根据权利要求1所述的轮胎滚动阻力估计系统，其中，所述实时滚动阻力系数为所述轮胎的瞬态运行条件下的系数。
3.根据权利要求1所述的轮胎滚动阻力估计系统，其中，所述稳定状态系数确定模块采用回归模型。
4.根据权利要求1所述的轮胎滚动阻力估计系统，其中，所述多个输入包括轮胎负载、所述轮胎的充气压力、所述轮胎的磨损状态以及所述轮胎的车轮速度中的至少一者。
5.根据权利要求4所述的轮胎滚动阻力估计系统，其中，所述稳定状态系数确定模块包括磨损分量，所述磨损分量使所述轮胎的磨损状态的值与对应滚动阻力值相关。
6.根据权利要求4所述的轮胎滚动阻力估计系统，其中，所述稳定状态系数确定模块包括负载分量，所述负载分量使所述轮胎负载的值与对应滚动阻力值相关。
7.根据权利要求4所述的轮胎滚动阻力估计系统，其中，所述稳定状态系数确定模块包括压力分量，所述压力分量使所述轮胎充气压力的值与对应滚动阻力值相关。
8.根据权利要求4所述的轮胎滚动阻力估计系统，其中，所述稳定状态系数确定模块包括车轮速度分量，所述车轮速度分量使所述车轮速度的值与对应滚动阻力值相关。
9.根据权利要求1所述的轮胎滚动阻力估计系统，其中，所述稳定状态轮胎温度模块基于所述轮胎的稳定状态滚动阻力系数、轮胎负载以及所述轮胎的车轮速度来估计所述稳定状态轮胎温度。
10.根据权利要求1所述的轮胎滚动阻力估计系统，其中，所述实时滚动阻力系数模块采用所述轮胎磨损状态的函数。
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