CN1444529A - 评定跑气轮胎运行系统寿命的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种评定机动车辆跑气轮胎运行系统的寿命的方法，该系统的至少每个轮都包括一个轮胎胎体，一个排气报警器和在胎体排气时支撑轮胎胎面运行的装置，从该时刻起排气报警器已经检测出一个预定排气阈值，该方法包括：周期性地测量行驶的路程和运行状态特征参数C(t)；根据C(t)和测量的时间Δt内行驶的路程确定在过去的时间Δt内系统潜在基本损坏的特征量；通过结合所计算的从跑气轮胎运行开始的基本损坏水平来计算整个损坏估值；及把有关跑气轮胎运行系统总损坏量传递给汽车驾驶员。

Description

评定跑气轮胎运行系统寿命的方法

本发明涉及一种评定跑气轮胎运行系统(running flat system)寿命的方法；这里，跑气轮胎运行系统表示一种单元，至少每个车轮都包括一个轮胎，一个排气警报器和在轮胎排气的情况下支撑轮胎胎面的装置。

本发明的方法还可对跑气轮胎运行系统的再使用的状态进行评定，在跑气轮胎或在非常低的压力下的轮胎上运行之后，这些状态可以在对轮胎进行修理和再充气之后，或者在轮胎或安全支撑替换之后，或者将二者都替换之后，简单地再使用该系统。

已经知道轮胎内的压力损失可能很快，例如在轮胎爆裂之后；也可能非常慢，例如在被刺了一个小孔之后。但是在任何情况下都会有不能够控制汽车驾驶的意外危险。因此已经提出了几种所谓的“跑气轮胎运行”装置，这些装置通常包括一个安装在轮胎内部的环形安全支撑，用于限定轮胎偏移和防止脱圈现象，也就是说限制胎圈向轮缘内部偏移，该偏移将导致轮胎从轮缘脱离。

专利WO94/13498和EP0796747(Michelin et Cie)中描述了这样一种装置。

在已经推荐的几种轮胎中，轮胎的结构特别是侧壁的结构得到很好地加强，以便使它们能够以低压或无压行驶。这样的一例轮胎叫做“自支撑”轮胎，在申请人为Goodyear的美国专利US6026878中给出。

矛盾的是，这些现代跑气轮胎运行的装置是如此有效，以致于驾驶者不容易察觉汽车一个轮胎内的压力已经下降了。因此这些系统必须包括测量轮胎压力的装置，其主要作用是在轮胎内压力下降到低于预定阈值时马上通知驾驶员。

在轮胎排气的情况下，这些跑气轮胎运行系统依靠布置在轮胎内部或外侧(取决于轮胎制造商)用于支撑轮胎胎面的装置，通常允许在限速(大约80km/h)和限距(大约200km)的跑气轮胎运行状态下行驶。

实际上，这些限定值都是在对汽车和跑气轮胎运行系统非常严格的状态下确定的，它们经常大大低估了实际状态下这些系统的潜力和它们能够给用户提供的寿命。

本发明的目的在于通报压力损失之后，根据实际行驶状况连续地向驾驶员通报可用的实际寿命估值。

因此本发明能够向驾驶员连续通报实际寿命；在适当情况下，警告驾驶员它们已经超出了最大距离，应该停下来；最后，确定驾驶员再使用跑气轮胎运行的系统的条件。

为了获得这个结果，本发明利用来自不同传感器和代表与跑气轮胎运行系统和汽车有关的特征参数的处理数据。

本发明用于评定安装在汽车上的跑气轮胎运行系统寿命的方法，其中至少该系统的每个车轮都包括一个轮胎，一个排气报警器和用于在轮胎跑气时支撑轮胎胎面的装置，其特征在于，从排气报警器已经检测到预定排气阈值的时起：

-周期性地测量已经行驶的距离和行驶状态特征参数C(t)；

-确定所述过去的时段Δt内随C(t)和在时段Δt内行驶的距离而变化的系统潜在基本损坏特征量；

-通过结合自跑气轮胎运行系统行驶起所计算的基本损坏，计算总损坏估值；及

-将跑气轮胎运行系统的总损坏估值传递给汽车驾驶员。

有利的是，从一系列在对应于特征参数C的状态下行驶的试验中确定一个函数F(C)，该函数F(C)对于在行驶状态C下新的运行跑气轮胎系统的寿命的任何参数C给出估值e：

                      e(t)＝F[C(t)]

通过下面的关系可以计算出行驶过的在时段Δt内的潜在基本损坏(potential elementary damage)ΔJ：

                      ΔJ＝Δd/e(t)

其中Δd＝[d(t)-d(t-Δt)]等于汽车在时段Δt内行驶的距离。

在一个最佳实施例中，以J作为使用跑气轮胎运行系统的潜能，在任何测量时段Δt内，J(t)的估值更新为：

                   J(t)＝J(t-Δt)-ΔJ

优选地，在跑气轮胎运行系统为新的时，J设定为1。

有利的是，更新值J(t)传递给汽车驾驶员。也可以用E作为当前行驶状态下跑气轮胎运行系统的剩余寿命，根据下式计算E：

                      E＝J(t)×e(t)

该计值更新值规则地传递给汽车驾驶员。

显然，在不背离本发明的范围的情况下也可以确定计算E的另一个算式。特别地，为了在行程的开始几公里不过度地受e(t)大量减少的影响，应该预先使用参数e(t)的预期减少。

当使用潜能下降到给定阈值J₀时，优选给汽车驾驶员发出警报，提醒他不久将停车。

有利的是，当测量的充气压力低于给定阈值时，可以认为相关的轮胎处于跑气轮胎运行的状态。

为了防止高估剩余的寿命，及不鼓励驾驶员以跑气轮胎行驶太长的时间，将所述实际寿命值和最大经验值进行比较，取其中较小值评定剩余的寿命。

在本发明的一种最佳变型中，使用相关轮胎内的空气温度作为特征参数，即：

                      C(t)＝T(t)

在本发明的一种简化变型中，e(t)＝F[C(t)]由下面的算式给出： $e\left(t\right)=e_0\exp \left[\left(\ln 2\right)\left(\frac{T_0-T\left(t\right)}{\mathrm{\ΔT}}\right)\right]$

其中：

●e是以公里(km)表示的所述标准寿命，它对应于在恒定温度T下行驶的跑气轮胎运行系统停止之前的可用寿命；

●T是内部空气的温度(摄氏度)；

●T₀是任意的参考温度(摄氏度)，例如可能达到的最大温度；

●e₀是在温度T₀下计算的寿命；e₀在200km左右；

●ΔT(摄氏度)是对应于寿命减少到二分之一的温度差；ΔT大约为10C。

寿命时间和内部空气温度之间关系可用另一个简化表达式表示：

                   e(t)＝e₀′(T₀-T)+e₁′

其中：

●e是以公里(km)表示的所述标准寿命，它对应于在恒定温度T下行驶的跑气轮胎运行系统停止之前的可用寿命；

●T是所测的内部空气的温度(摄氏度)；

●T₀是任意参考温度(摄氏度)，例如可能达到的最大温度；

●e’₀是寿命时间和(T₀-T)之间的线性关系梯度，(T₀-T)是内部空气的最大温度和所测得的温度之间的差值；

●e’₁是在温度T₀下计算的寿命。

显然，在不背离本发明的保护范围的情况下，可以单独或结合使用一个或另一个跑气轮胎运行状态的特征参数。

有利的是，这些特征参数可以选自：充气压力，相关轮胎的位置，施加的负荷，外部温度，汽车速度，汽车类型，风挡刮水器的运动速度，以及施加于相关车轮上的纵向和横向力。

也可以利用充气轮胎的部位，内部空气的温度和其它充气轮胎的压力。

本发明的方法还可以用于评定跑气轮胎运行系统的损坏和寿命，评定在跑气状态下轮胎的再使用，以及在有安全插入物时评定安全插入物的再利用。

为了更好地说明本发明，现在将描述图1所示的方法原理流程图。

J为相关跑气轮胎运行系统的潜力，在系统是新的时候，J设定为1。

在整个行驶过程中，控制测量的时间为Δt。如果t′是前一次测量的时间，那么Δt＝t-t′。Δt可以是常数，也可以取决于周围环境。

在该时间t，确定汽车一个轮胎内的充气压力是否低于阈值大约为0.7bar的p₀。如果不低于阈值大约为0.7bar的p₀，则在下一个时段重新开始该过程。

如果一个轮胎的压力低于该值，那么就测量从超过警报阈值开始行驶的距离，作为一个跑气轮胎的行驶特征量，例如轮胎内空气的温度C(t)。

然后按照下面的公式计算从最后的测量开始行驶的距离：

                   Δd＝[d(t)-d(t-Δt)]

                        e(t)＝F[C(t)]

e(t)是在C(t)状态下新的跑气轮胎运行系统的寿命估值。函数F(C)通过经验由一系列实验来确定的，该实验是通过改变运行状态而进行的。该函数通常限定于一个给定的最大值，例如1500km。

然后，计算相关测量周期内的潜在基本损坏：

                    ΔJ＝Δd/e(t)

并通过下列公式更新所用系统的当前潜能：

                    J(t)＝J(t-Δt)-ΔJ

因此该系统能够采用J×100作为一个百分数给汽车驾驶员提供系统潜能的更新估值。还能够传递当前行驶状态下剩余寿命的估值E，该估值E例如通过计算该乘积给出：

                    E＝J(t)×e(t)

接着通过与大约为10％的第一阈值相比较核对值J(t)。如果超过该阈值，那么就指示驾驶员不久就必须停车。当J(t)为0时，告诉驾驶员必须停车。

如果没有超过后一个阈值，那么在下一个时段Δt重新开始循环使用本发明的方法。

现在对主要特征参数进行解释，其状态是非常严格的，并且寿命估值可能会增加。

首先，相关轮胎内的剩余压力：一个“跑气的”轮胎的压力不必为零，就像严格状态下试验的情况一样；如果跑气轮胎上压力损失很低(对于穿孔大约80％是这样的)，在开始行驶时轮胎会发热，甚至会暂时轻微充气：可以估计附加压力0.2bar可以使最小寿命增加到10倍。

对于汽车负荷，严格的试验是在最大负荷下进行的，但实际上不总是这样的：例如，家用轿车大约60daN的减少量可使最小寿命增加到2倍。

严格试验的外部温度可以是40℃。而12℃的减少量可使最小寿命增加到2倍。

空气的状态也会有影响：在天气潮湿时，寿命增加很大，这是因为系统运行温度降低了。

地面状态也起很大的作用：因此，在起伏的地面上，能够产生动态过载，寿命大大减少。

如果把行程分为几个阶段，则可以很大地提高寿命，因为停车期间跑气轮胎运行系统冷却下来。

纵向力对跑气轮胎运行系统产生了很坏的影响，因其会造成动态过载，尤其是在刹车时。位于前轴上的跑气轮胎运行系统对此特别敏感。

横向力对跑气轮胎运行系统也可产生了很坏的影响，因为弯曲力产生局部动态过载。

轮胎在汽车、前和后轴上的位置也很重要，因为实际行驶状态是随前和后的悬挂调整而变化(例如弯曲角度等)。

现在将给出一个在特定状态下实际使用的实例。

该实验在装备有一种米其林的PAX跑气轮胎运行系统的RenaultScenic上进行的，其中包括有一个橡胶安全支撑。轮胎的尺寸是185-620R420。压力是零(拧开了阀门)。制造商采用的寿命大约为200km。

在该试验中，最大寿命为1500km，唯一使用的一个参数是轮胎内空气温度(T)。由于技术原因，可被测量的内部最高温度为110℃。

当温度小于110℃时，使用下面的经验公式： $e\left(t\right)=e_0\exp \left[\left(\ln 2\right)\left(\frac{T_0-T\left(t\right)}{\mathrm{\ΔT}}\right)\right]$

其中T₀固定在110℃和后面的值，通过下面的经验公式确定：

                e₀＝250km；ΔT＝12℃

当温度等于110℃时，我们使用下面的经验公式：

                e(T)＝e_lim，e_lim＝200km

该实验给出作为寿命值，它们表示在下表的倒数第2栏内，它们给出了三种行驶状态：

-表中的第一行是使用轮胎试验机模拟城市循环；

-第二行是在公路和汽车道上的混合行驶；及

-第三行是公路和汽车道的另一个混合行驶；

-第一列给出了平均负荷(最大负荷425daN)；

-第二列是以停车的时间多于15分钟的次数的形式对行程进行划分；

-第三列给出了平均行驶速度；

-第四列给出了湿路面的百分比；

-第五列给出了外部空气的平均温度；

-第六列给出了行驶期间内部空气的平均温度；

-第七列给出了实际测量的寿命；

-第八列给出了利用本发明的方法评定的寿命；

-第九列给出了通过比较设计者引用的最小寿命(200km)后驾驶员获得的“收益”。

负荷daN	停止数	平均速度km/h	湿路面％	外部空气温度	内部空气温度	测得的寿命km	计算的寿命km	效益km
									310	187	48	0％	20℃	54℃	1499	1206	1006
383	2	100	23％	8℃	98℃	780	393	193
									337	8	84	26％	9℃	93℃	1751	439	239

在所考虑的试验的情况下，跑气轮胎运行系统的寿命与设置在系统轮辋周围的固定支撑的寿命相关。

可见，即使有长时间行驶在公路/汽车道和较高负荷(表中第二行)的不利因素，利用本发明的方法获得的寿命收益也是很大。

最后，还有一个优点是在剩余寿命低于预定值时，本发明给驾驶员提供报警。

现在将描述第二个试验。该试验在装备有PAX跑气轮胎运行系统的Peugeot806汽车上进行，它具有一个橡胶安全支撑。轮胎的尺寸是205-650R440。轮胎的压力是零(阀门打开)。

如上所述，最大寿命固定于1500km，唯一使用的参数是轮胎内部空气的温度(T)。由于技术原因，能够测量的最大内部温度是110℃。

当温度低于110℃时，我们使用下面的经验公式：

               e(t)＝e₀′(T₀-T)+e₁′

其中T₀固定于110℃，后面的值通过下面的经验方法确定：

               e₀′＝10km/℃，e₁′＝138km

当温度等于或大于110℃时，我们使用下面的经验公式：

                 e(T)＝e_lim，e_lim＝138km

该试验给出的作为寿命的值表示在下表的倒数第二列中，它给出了九种行驶试验的状态：

-第一列给出了平均静态负荷；

-第二列给出了平均行驶速度；

-第三列给出了平均外部空气温度；

-第四列给出了测得的平均轮胎内空气温度；

-第五列给出了测得的最高轮胎内空气温度；

-第六列给出了实际测得的寿命；

-第七列给出了利用本发明的方法测得的寿命；

-第八列给出了评定寿命和实际寿命之差。

平均负荷	行程的平均速度	行程的平均Text	行程的平均T	行程的Max{T}	实际寿命	计算寿命	差值
								542daN	64km/h	11℃	102℃	110℃	295km	175km	-120km
542daN	69km/h	11℃	95℃	104℃	346km	264km	-82km
								542daN	60km/h	11℃	91℃	100℃	430km	328km	-102km
542daN	100km/h	30℃	110℃	110℃	168km	138km	-30km
								542daN	65km/h	10℃	99℃	110℃	459km	213km	-246km
542daN	44km/h	10℃	81℃	110℃	906km	342km	-564km
								460daN	39km/h	10℃	74℃	90℃	613km	445km	-168km
542daN	40km/h	10℃	72℃	94℃	493km	486km	-7km
								542daN	61km/h	10℃	94℃	110℃	597km	262km	-335km

调节所选择的调节函数特别容易实现。如上述结果所示，通过在实际使用状态允许的情况下使在跑气的轮胎让行驶的使用时间更长，而使跑气轮胎运行系统实际使用状态得到根本改善。

在考虑到这两个试验的情况下，跑气轮胎运行系统的寿命与设置在系统轮边缘周围的安全支撑的寿命相关。

Claims (26)

1、一种评定跑气轮胎运行系统寿命的方法，该系统安装于汽车上，其中所述系统的至少每个轮都包括轮胎，一个排气报警器和用于在轮胎排气时支撑轮胎胎面的装置，其特征在于，从排气报警器检测到预定排气阈值的时刻起：

-周期性地测量已经行驶的距离和行驶状态特征参数C(t)；

-确定在所述过去的时段Δt内随C(t)和在时段Δt内行驶的距离而变化的系统潜在基本损坏的特征量；

-通过结合自跑气轮胎运行行驶起所计算的基本损坏，计算总损坏估值；及

-将与跑气轮胎运行系统的总损坏估值相关联的值传递给汽车驾驶员。

2、如权利要求1的方法，其中，从一系列以对应于特征参数C的状态进行的滚动试验中确定一个函数F(C)，该函数F(C)对于在行驶状态C下新的跑气轮胎运行系统的寿命参数C的任何值给出估值e：

                    e＝F(C)。

3、如权利要求2的方法，其中，在行驶时间Δt内的潜在基本损坏ΔJ通过采用下面的关系计算：

                     ΔJ＝Δd/e(t)

其中Δd等于汽车在时间段Δt内行驶的距离。

4、如权利要求3所述的方法，其中，将J作为在任何测量时间段内使用跑气轮胎运行系统的潜能，估值J(t)利用下面的算式更新：

                J(t)＝J(t-Δt)-ΔJ。

5、如权利要求4的方法，其中，在跑气轮胎运行系统为新的时，J设为1。

6、如权利要求4或5的方法，其中，将J(t)的更新值传递给汽车驾驶员。

7、如权利要求4-6之一的方法，其中，将E作为当前行驶状态下跑气轮胎运行系统的剩余寿命，将该更新的评定值传递给汽车驾驶员。

8、如权利要求7的方法，其中E由下式计算：

                 E＝J(t)×e(t)。

9、如权利要求4-8之一的方法，其中，当超过给定阈值J₀时，向汽车驾驶员报警。

10、如权利要求1-9之一的方法，其中，当测得的充气压力低于给定阈值时，相关的轮胎被认为处于跑气轮胎运行状态下。

11、如权利要求1-10之一的方法，其中，所述排气报警器周期性地测量轮胎充气压力，内部空气温度，并将相关轮胎所述内部空气温度作为所述跑气轮胎运行系统行驶状态的特征参数。

12、如权利要求11的方法，其中，e(t)＝F[T(t)]由下式给出： $e\left(t\right)=e_0\exp \left[\left(\ln 2\right)\left(\frac{T_0-T\left(t\right)}{\mathrm{\ΔT}}\right)\right]$

其中：

●e是以公里表示的所述标准寿命，它对应于在恒定温度T下行驶的跑气轮胎运行系统停止之前的可用寿命；

●T是内部空气温度(摄氏度)；

●T₀是任意的参考温度(摄氏度)；

●e₀是在温度T₀下计算的寿命；

●ΔT(摄氏度)是对应于寿命减少二分之一的温度差。

13、如权利要求11的方法，其中，e(t)＝F[T(t)]由下式给出：

                e(t)＝e₀′(T₀-T)+e₁′

其中：

●e是以公里(km)表示的所述标准寿命，它对应于在恒定温度T下行驶的跑气轮胎运行系统停止之前的可用寿命；

●T是内部空气温度(摄氏度)；

●T₀是任意的参考温度(摄氏度)；

●e’₀是寿命和(T₀-T)之间的线性关系梯度，(T₀-T)为内部空气的最大温度和测得的温度之间的差值；

●e’₁是在温度T₀下计算的寿命。

14、如权利要求2-13之一的方法，其中，e的最大值限定为一个任意给定的值。

15、如权利要求1-14之一的方法，其中，将相关轮胎充气压力作为所述跑气轮胎运行系统的行驶状态辅助特征参数。

16、如权利要求1-14之一的方法，其中，将相关轮胎在汽车上的位置作为所述跑气轮胎运行系统的行驶状态辅助特征参数。

17、如权利要求1-16之一的方法，其中，所述汽车包括计算施加在车轮上的负荷的装置，其中将施加到相关车轮上的负荷作为所述跑气轮胎运行系统的行驶状态辅助特征参数。

18、如权利要求1-17之一的方法，其中，所述汽车包括测量汽车外部温度的装置，其中将所述外部温度作为所述跑气轮胎运行系统行驶状态的辅助特征参数。

19、如权利要求1-18之一的方法，其中，将汽车行驶速度作为所述跑气轮胎运行系统行驶状态的辅助特征参数。

20、如权利要求1-19之一的方法，所述汽车包括测量施加于所述车轮的横向力的装置，其中将该横向力作为所述跑气轮胎运行系统行驶状态的辅助特征参数。

21、如权利要求1-20之一的方法，其中，将纵向力、汽车类型、风挡刮水器运动速度和相关轮胎位置中至少一个的值作为辅助特征参数。

22、如权利要求1-21之一的方法，其中，将其它充气轮胎的内部空气温度、压力中至少一个的值作为辅助特征参数。

23、如权利要求1-22之一的方法，其中，加强轮胎结构的装置是径向设置在所述车轮轮辋外侧的安全支撑，其用于在充气压力损失的情况下支撑所述轮胎胎面。

24、如权利要求1-22之一的方法，其中，加强轮胎结构的装置插入所述轮胎结构内。

25、一种将权利要求1-24之一的方法应用于评定在跑气轮胎行驶的状态下行驶的轮胎的再使用。

26、一种将如权利要求1-23之一的方法应用于评定在跑气轮胎运行状态下行驶的轮胎安全插入件的再使用。