CN1256753A - 测定轮胎压力用的方法和设备 - Google Patents

Abstract

用于例如在充气过程中测定脱离车辆的位于轮胎更换器上的轮胎压力的方法和设备,该方法和设备是以撞击振动输入和由压电电缆传感器生成相应的波形为基础的。按频率或时基位移基数就压力对上述波形输出进行分析,可根据对主峰值的确认来为测定数值压力提供基础。在充气过程中靠螺线管操纵的锤式装置作重复恒定量的撞击,可监测主峰值和由此监测充气压力。

Description

测定轮胎压力用的方法和设备

本发明涉及测定轮胎压力的方法和设备。

轮胎压力测定领域中的先有申请包括我们已公布的欧洲专利申请EP0756167A(我们的参照号为P52740EP)，该申请公开了一种轮胎评价技术，这种技术包括用超声波形来测定压力并通过监测上述波形的衰减来鉴定轮胎。

1993年8月23日提交并带有另一日期1994年3月1月(可能是专利授权日期，但不清楚)的US8111321A(Nasa，美国国家宇航局)公开了一种远程轮胎压力检测技术。在所公开的实施例中，用呈锤子形式的振动引发装置撞击与呈加速度表形式的振动检测装置相连的轮胎，所述振动检测装置通过双面胶带固定在轮胎胎纹上。振动测定装置与加速度表相连并呈计算机频率分析仪的形式(从附图中判断是个人计算机)。用所述频率分析仪来测定轮胎的压力。所进行的分析以下述工作为基础：加速度表测定径向加速度，并且，加速度表在是“胎纹区”的“最佳部位”处进行上述测定。所述频率分析仪将振动频率的峰值与轮胎压力关联起来。

上述US专利申请是否在本申请优先权日期之前公布，本申请人并不知道，但在任何情况下本发明都可将上述US321说明书的内容当作是本公开的起点，因为，我们已发现，利用传感器可按简单且易于分析的方式很容易地测定轮胎的压力，所述传感器使用了一段压电电缆以便根据输入给轮胎和/或轮辋的能量来产生信号和波形。通过这种方法，我们已经发现，非常简单且便宜的传感器就能产生包括主峰值的波形，就测定轮胎的压力而言，可对所述峰值作较简单的分析。相反，US321说明书中的装置由于将加速度表用作传感器以产生作为测定轮胎压力依据的信号，因而需要较复杂的光谱分析设备才能获得轮胎压力的数据值。

因此，本发明的目的是提供这样一种用于测定轮胎压力的方法和设备，它可对US321说明书中讨论的一个或多个主题进行改进或者实际上在总体上进行改进。本发明实施例的另一个且更具体的目的，包括提供便于在轮胎充气时使用的用于直接测定轮胎压力的装置并提供这样一种方法和设备，它可具体在例如轮胎离开车辆的情况下应用于测定轮胎压力，从而，在充气过程中并且在不中断充气过程的情况下，可在轮胎位于轮胎更换器上的同时很方便地进行测定。

依照本发明，提供如后附权利要求所限定的用于测定轮胎压力的方法和设备。

在本发明的一个实施例中，使轮胎承受能量输入，从而会产生相应的能量波形输出，对这种波形进行分析以测定轮胎的压力。为此，通过振动或声学输入将能量输入给轮胎，并用压电电缆传感器来产生输出自该轮胎的相应能量波形，并根据该电缆所产生的波形来分析轮胎的压力。通过提供电学波形形式的轮胎压力数据，本发明实施例可利用成本效益和时间效益佳的数据分析系统，这种系统能生成有方便格式的数字轮胎压力输出图。

上述实施例使用了机械撞击装置，以便将能量输入给轮胎，这是利用一种凸出弯曲的撞击装置来实现的，该撞击装置与用于对输入给轮胎的能量的大小进行控制的装置相连，从而可将输入的一致性作为使得输出波型数据与轮胎压力相关并相对轮胎压力校准输出波型数据的系统化方法的基础。

在上述实施例中，用于产生来自轮胎的能量波型的传感器是压电电缆。例如用机械夹持装置将这种电缆安装成与轮胎的侧壁作物理接触。压电电缆能产生让人特别满意和有特色的电压波型输出，可根据频率位移基数(frequency shift basis)或时基位移基数(time-base shiftbasis)对该输出进行分析，以便计算出相应的轮胎压力。

以下参照附图以举例的方式说明本发明的实施例，在附图中：

图1表示用于说明由锤状或球状装置将能量输入给轮胎和/或轮辋组件的流程图，所述压电电缆用胶带粘合于轮胎或轮辋以产生电压，可就主峰值对该电压进行分析，并且，参照频率和/或时间域的位移按轮胎的压力在数值上校准所说的设备；

图2表示用于所标识的多种汽车轮胎的频率与压力的曲线图，画出的频率是从与轮胎相连的传感器中获得的主峰值的频率；

图3表示用于特定范围轮胎的频率与压力的另一种相类似的曲线图；以及

图4表示用于另一范围轮胎的频率与压力的又一种曲线图。

如图1所示，测定轮胎压力的方法10包括用撞击装置将能量输入给轮胎，所述撞击装置对轮胎或与轮胎相连的车轮和/或轮辋进行机械撞击。用可控的能量输入装置12来提供上述步骤，能量输入装置12可以是有恒定高度或角度的锤式装置14或有恒定高度的滚珠轴承装置16，这两种装置在使用过程中设置成撞击物(锤或滚珠轴承)可落到轮胎或车轮/轮辋组件18上。

依照方法10的下一个步骤，用由一段压电电缆20构成的电传感器装置来提供输出自轮胎的相应能量波形。

压电电缆20与电压分析装置22相连，电压分析装置22用于根据压电电缆所产生的波形来测定轮胎压力。

电压分析装置22执行步骤24，该步骤测定压电电缆所产生的电动势(emf)中的主峰值的频率和/或时间域的位移量。如步骤26所示，根据轮胎的压力在数值上校准所说的系统。这一点是根据按周知的轮胎压力数据进行频率校准而实现的。

所以，就图1而言概略地说，可以看出，方法10包括一可控的能量输入装置12，它用锤式装置14或滚珠轴承装置16将能量输入给轮胎或车轮/轮辋组件18，压电电缆20用胶带粘合成与组件18相接触，压电电缆20可产生分析装置22所处理的信号电压，分析装置22可测定相对轮胎压力的频率或时间域位移，并按诸如每平方英寸磅或巴之类的适当单位来校准分析装置22。

在上述实施例中，车轮和轮胎组件18安装在车轮平衡器(未示出)上，用胶带将一段压电电缆安装在轮胎的轮辋上。然后，将压电电缆电连接于存储示波器，并且，通过用小的圆头锤(14)进行撞击而对轮胎进行能量输入，圆头锤(14)通过从预定高度处滚动下落而撞击轮胎，见图1的可控能量输入装置。所说的锤可如US321的图1所示，但最好有凸出的锤头。

就锤式装置14对轮胎/车轮组件18的每一次撞击而言，均会在示波器上看到电压主峰值，并且，将该峰值记录下来以便分析。

用包括能量输入在内的在其它方面均为恒定的试测条件来对一系列不同的轮胎压力重复上述测试。图2、3和4表示这些测试的结果。

用对轮胎胎纹和轮胎侧壁以及车轮/轮辋组件进行撞击来进行若干次测试。与此相似，用首先固定在轮胎车轮/轮辋组件上然后固定在轮胎侧壁上的压电电缆传感器装置来进行测试。从各次测试中获得了令人满意的结果。就撞击时上述传感器装置所产生的电压主峰值而言，记录下时间和频率域位移。

用从恒定高度落下的钢球来代替所说的锤进行其它的测试，从而按可更精确控制的方式将能量输入给轮胎。两种能量输入系统均可产生能根据轮胎压力很容易解释的结果。

对从0psi到45psi的多种轮胎压力按5psi为一级进行测试。从对可获得的轮胎表面进行撞击而进行的测试中可以看出，轮胎壁提供了最好的结果(这与US321相反)，因为，轮胎的这一部分与诸如胎纹之类的其它部分相比完全没有增强物。示波器表示很容易辨认的单个峰值，该峰值在增加轮胎压力的情况下使频率标度上升并在放气时相应地使频率标度下降。

重复上述测试以评价可重复性和一致性可以证实示波器的频率峰值能将轮胎压力测定在2或3psi内。

如图2所示，对28种有不同尺寸和生产厂家的轮胎进行测试，测试表示在很大程度上是线性的并且落在20赫兹的狭长区域内的结果。

在图3中，对来自一种轮胎生产厂家的轮胎进行了测试。较少的线性曲线涉及到了包含有硅树脂添加剂以减少滚动阻力的特定类型的轮胎。

图4所示的结果表明了频率与压力之间的相当均匀的线性关系，这些结果涉及到另一个单一品种轮胎生产厂家的轮胎，如图所示。

通过能量输入装置12(以适用于将可控的或一般为恒定量的能量输入给轮胎或车轮/轮辋组件的诸如有恒定高度/角度的锤之类的适当实用形式)将图1的方法10体现在商业应用中。例如，可提供诸如靠螺线管启动的锤之类的靠电源启动的撞击装置，它可进行连续重复的锤打式撞击(如在响铃机构中所使用的那样)，这种撞击装置例如用磁性或粘合装置可很容易地安装在车轮或轮辋或轮胎上。为上述螺线管装置提供了电池或有线电源。本技术领域的普通技术人员很容易地设计出其它的机械等同物和相关的装置。

所述成段压电电缆20配备有机械或粘合装置，以便固定于车轮和/或轮辋和/或轮胎上，并且该段压电电缆以类似的方式与电压分析装置22相连。电压分析装置22包括基于PC的软件系统，该软件系统使用了算法分析，它用于测定压电电缆20的emf输出中主峰值的频率和/或时间域位移量。在使用过程中，按一般为恒定的能量水平和一般为恒定的间隔进行重复撞击能够很容易地监测主峰值，在轮胎充气过程中，能很容易地做到这一点，从而能监测到上升的压力。

本技术领域的普通技术人员完全能够根据对测定按数值轮胎压力与频率和/或时间域位移量的关系校准的系统中的主峰值的上述要求，设计出用于上述系统的改进形式和附加技术特征。

Claims (15)

1、一种测定轮胎压力的方法，该方法包括：

a)使轮胎承受能量输入；通过一撞击装置对轮胎或与轮胎相连的车轮和/或轮辋提供机械撞击；

b)通过电传感器装置产生输出自上述轮胎的相应能量波形；

c)对上述波形输出进行分析，以便根据上述传感器产生的波形来测定轮胎压力；

上述方法的特征在于

d)将一段压电电缆用作上述电传感器。

2、一种测定轮胎压力的方法，其特征在于，使轮胎承受振动或声学输入，并用压电电缆产生来自轮胎的相应波形，及对所述波形进行分析以测定轮胎的压力。

3、如权利要求1或权利要求2的方法，其特征在于，根据上述压电压缆所产生的波形的主峰值来进行上述分析。

4、如上述权利要求中任一权利要求的方法，其特征在于，通过诸如锤之类适于对所述轮胎和/或轮辋和车轮进行重复撞击的下落或受驱物体进行上述机械撞击。

5、如权利要求4的设备，其特征在于这样一种装置，它能进行上述机械撞击以便将可控的或一般为恒定水平的能量输入给上述轮胎或车轮和/或轮辋。

6、如权利要求1至5中任一权利要求的方法，其特征在于，在压力有变化的情况下根据来自所述轮胎的波形数据的时基位移基数来进行上述分析的步骤。

7、如权利要求1至5中任一权利要求的方法，其特征在于，在压力有变化的情况下根据来自所述轮胎的波形数据的频率位移基数来进行上述分析的步骤。

8、用于测定轮胎压力的设备，该设备包括：

a)能量输入装置，它适于使轮胎承受能量输入并包括一撞击装置，该撞击装置适于对轮胎或与轮胎相连的车轮和/或轮辋进行机械撞击；

b)波形生成装置，它包括一电传感器，该电传感器适于产生从输入给所述轮胎的能量输出的相应电波形；

c)分析装置，它适于通过对上述能量波形输出进行分析，以测定轮胎压力；

上述设备的特征在于

d)将一压电电缆用作上述电传感器。

9、用于测定轮胎压力的设备，该设备包括：轮胎能量输入装置，它适于进行振动的声学能量输入；能量波形生成装置，它用于生成来自上述输入给轮胎的能量的波形；以及分析装置，它适于分析上述波形生成装置所产生的波形；所述设备的特征在于，上述波形生成装置包括一段压电电缆。

10、如权利要求8或权利要求9的设备，其特征在于，所述分析装置适于根据主峰值对上述波形进行分析。

11、如权利要求8至10中任一权利要求的设备，其特征在于，所述能量输入装置适于通过控制输入给上述撞击装置的能量提供可控的或一般为恒定的能量输入。

12、如权利要求8至11中任一权利要求的设备，其特征在于，所述能量输入装置包括这样的装置，它适于使物体下落或受驱动，以便重复地撞击上述轮胎和/或车轮/轮辋组件。

13、如权利要求8至12中任一权利要求的设备，其特征在于，所述分析装置适于根据从所述轮胎中获得的波形数据的时基位移基数来对压力进行上述分析。

14、如权利要求8至12中任一权利要求的设备，其特征在于，所述分析装置适于根据从所述轮胎中获得的波形数据的频率位移基数来对压力进行上述分析。

15、如权利要求8至14中任一权利要求的设备，其特征在于，所述压电电缆适于安装成与上述轮胎和/或轮胎的车轮/轮辋组件相接触。

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