CN1860358B - 车辆行驶时测定轮胎拐弯角的方法与系统 - Google Patents
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Abstract
公开了当车辆在滚动路面上运行时测定装配于此车辆上的轮胎(11)的拐弯角(2)的方法与系统。上述轮胎包括一赤道面。此方法包括下述步骤：估算在所述轮胎与所述滚动表面接触区的长度(PLi/e)，此长度是在隔开该赤道面一定距离处测量的；估算加于所述轮胎正的载荷(Fz)；估算所述轮胎所发生的外倾角(r)；根据上述外倾角(r)、轮胎载荷(Fz)与接触区长度(PLi/e)推导出该拐弯曲(α)的值。
Description
技术领域
本发明涉及车辆运行时测定安装于车辆上的轮胎的拐弯角的方法与系统。
背景技术
有关轮胎状态的信息应提供给车辆控制系统以控制车辆。例如这类信息可以包括施加到轮胎上的载荷或是轮胎与地面间接触区的长度。例如美国专利No.5793285公开了一种监控车辆上轮胎的方法与设备，其中要在车辆运行时来连续测量有关的车辆轴(或与之刚性连接的车身部件)与路面间的距离。据此测量结果，测定了轮胎偏转角。本发明人认为，测出的轮胎偏转角代表了相关轮胎载荷的比较精确的测量结果。当所测定的轮胎偏转角偏离了预定的所望范围时，便发出警告信号。
PCT专利申请No.WO03/016115公开了一种用来测定作用到汽车轮胎上的加载或载荷和/或监控轮胎的压力，其中在车辆运行时探测了各个轮胎的压力同时观察各车轮的行为。此外，通过比较在给定的驱动状态各个车轮的转动行为和/或在所述转动行为中的变化，同时将预设和/或预定的学得的变量考虑在内。应用轮胎压力与轮胎分布参数测定施加到轮胎上的加载或载荷以及/或者压力损失。
再者，美国专利申请No.2003/0058118公开了一种车辆与车辆轮胎两者的监控系统，设备与方法用以测定载荷诱发的车辆轮胎的偏转或变形。据此提供了偏转相关的信息如轮胎载荷、摩尔空气含量、总的车辆质量以及车辆质量分布。
US-6538566描述了使用中监控支撑于地面上的车轮轮胎状态的方法，此轮胎具有胎面而此方法包括下述步骤：于轮胎中胎面处理显微型传感器以传感径向加速度；监控传感器测量结果的变化；探测此径向加速度的下降，此下降对应于胎面与地面的接触区；同时测量低径向加速度阶段的时间段以及径向加速度低的这一时间段的比例，而各个时间段的上述比例则与上述胎面同地面的接触区长度有关，因而与轮胎状态相关。
EP-0887211涉及车辆用充分轮胎，特别涉及到通过监控轮胎偏转来监控轮胎的系统，此系统包括：相对于轮胎有效设置地传感器装置，以在对应于轮胎变形的轮迹道时产生一电脉冲；用于计算此电脉冲的时长对轮胎一个回转时长比例的装置；用于将此比例传送到位于轮胎中评估装置的装置；其中上述传感器装置位此轮胎的胎面内，以使所述电脉冲在进行此轮迹道时给出第一最大值而在离开此轮迹道时给出第二最大值。
发明内容
根据本申请人的观点，最好是在车辆于滚动表面上行驶时测量装配于此车辆上轮胎的拐弯角。这种拐弯角是用于控制车辆的基本参数和避免其任何的不稳定性例如偏转角的不稳定性。必须指出，车辆中设定的某个转向角能导致轮胎不同的拐弯角。这方面的若干原因包括轮胎是由变形橡胶所制的事实。这样，轮胎在转向操作中所产生的拐弯角是不易根据对车辆进行的测量来推断的。
本申请人已然面对实时地即在车辆运行时，以可靠的方式来测定装配在此车辆上的轮胎所经受的拐弯角。
根据本发明的第一个方面，提供了当车辆于滚动表面(rollingsurface)上运行时测定装配于此车辆上的轮胎的拐弯角的方法，上述轮胎包括一赤道面(equatorial plane)，此方法包括下述步骤：估算在所述轮胎与所述滚动表面间接触区的长度，此长度是在隔开该赤道面一定距离处测量的，估算加于所述轮胎上的载荷(load)；估算此轮胎所发生的外倾角；根据上述外倾角、轮胎载荷与接触区长度推导出该拐弯角。
最好是，上述测量接触区长度的步骤包括获得第一加速度信号的步骤。
最好是，上述方法包括对所述第一信息进行低通滤波的步骤。
最好是，上述获得第一信号的步骤包括获得切向加速度信号。
或者，上述获得第一信号的步骤包括测量在所述第一信号的最大值与最小值之间的距离。
最好，上述获得第一信号的步骤包括获得径向加速度信号。
最好，上述获得第一信号的步骤包括测量所述信号两个最大值之间的距离。
最好，上述根据外倾角、轮胎载荷与接触区长度导出拐弯角的步骤包括相对于至少一个轮胎载荷提供接触区长度相对于拐弯角的特征曲线的拟合方程的步骤。
最好，上述方法还包括这样的步骤：提供逼近此接触区长度相对于拐弯角的特征曲线的拟合方程。
最好，上述提供逼近接触区相对于拐弯角的特征曲线的拟合方程的步骤是包括提供平面内直线方程的步骤，其特征在于：对于轮胎载荷与轮胎外倾角的预定状态，上述另外的步骤与斜率和截距值相关。
根据本发明的第二个方面，提供了当车辆于滚动表面上运行时测定装配于车辆上的轮胎的拐弯角的系统，此轮胎包括赤道面，此系统包括：用以测定在所述轮胎与所述滚动表面间接触区长度的装置，此长度是在与该赤道面分隔一定距离处测量的；用以测定加于所述轮胎上的轮胎载荷的装置；用以估算所述轮胎经受的外倾角的装置；适合用来根据上述外倾角，轮胎载荷与接触区长度以导出拐弯角的至少一个处理装置。
最好，上述测量装置包括至少一个产生至少一个径向加速度信号的径向加速度计。
最好，上述测量装置包括至少一个产生至少一个切向加速度信号的切向加速度计。
最好，上述估算加到所述轮胎上的轮胎载荷的装置包括产生至少一个径向加速度信号的至少一径向加速度计。
或者，上述估算加到所述轮胎上的轮胎载荷的装置包括产生至少一个切向加速度信号的至少一个切向加速度计。
最好，上述估算加到所述轮胎上轮胎载荷的测量装置包括适用于在至少5KHz频率下的所述信号采样的采样装置。
最好，上述采样装置可用来在至少7KHz频率下对所述信号采样。
最好，上述系统还包括与所述处理装置相关的至少一个存储器。
最好，上述至少一个存储器包括预存储特征函数，后者对应于轮胎载荷与外倾角的预定状态描述相对于拐弯角的期望接触区长度。
最好，上述测量装置包括在位于所述轮胎胎面区部分中的传感器装置内。
最好，上述传感器装置与轮胎赤道面分隔的距离为胎面宽度的15％～30％，更好是其18％～28％，而最好是其20％～25％。
最好，上述传感器装置固定到所述轮胎的内衬上。
最好，上述系统包括在所述传感器与所述内衬之间的缓冲件。
最好，上述传感器装置还包括发信装置。
最好，上述发信装置有效地连接一第一天线。
最好，上述系统还包括适用来对所述加速度信号进行低通滤波的滤波装置；
最好，上述传感器还包括电源。
最好，上述电源包括蓄电池。
最好，上述电源包括一自供电装置，后者可由于所述车辆运行中该传感器装置所经受的机械应力而产生电功率。
最好，上述自供电装置包括压电元件。
最好，上述自供电装置包括电存储电路。
最好，上述电存储电路包括电阻器与电容器。
最好，上述处理装置包括在所述传感器装置内。
最好，上述系统还包括位于车辆上的定位装置，后者包括从所述传感器装置接收数据的接收装置。
最好，上述接收装置包括一第二天线。
最好，上述第一天线与第二天线适用于在400～450MHz频率下传输数据。
根据本发明的第三个方面，提供了对其上装备有至少一个轮胎的车辆进行控制的方法，此方法包括：测定所述轮胎的拐弯角；将测定的拐弯角传送给车辆的车辆控制系统；根据上述测定的拐弯角调整此车辆控制系统中的至少一个参数。
最好，上述车辆控制系统包括制动器控制系统，而所述调节至少一个参数的步骤包括调节所述轮胎上的制动力。
或者，上述车辆控制系统包括转向控制系统，而所述调节至少一个参数的步骤包括根据转向命令选择允许的最大变动量。
又或者，上述车辆控制系统包括悬架控制系统，而所述调节至少一个参数的步骤包括调节与所述轮胎相关的悬簧的刚度。
附图说明
本发明的其他特点与优点将通过下面参考附图给出其例子的详细说明作更好的阐述，附图中：
图1示明依据本发明一最佳实施例的包括三个一组的传感器装置的轮胎的横剖面；
图2示明依据本发明的包括在一系统中的定位装置一实施例的示意图；
图3示明依据本发明的包括在一轮胎中的传感器装置一实施例的示意图；
图4例示径向加速度信号滤波后所得的径向加速度曲线；
图5例示切向加速度信号滤波后所得的切向加速度曲线；
图6示明通过内部加速度计测出的轮胎与道路接触印痕长度相对于拐弯角的曲线标绘图；
图7示明通过外部加速度计测出的轮胎与道路接触印痕长度相对于拐弯角的曲线标绘图；
图8示明通过中央加速度计测出的轮胎与道路接触印痕长度相对于拐弯角的曲线标绘图；
图9a与9b例示相对于轮胎载荷的拟合图6与7中曲线的直线的斜率的曲线；
图10a与10b例示相对于外倾角的拟合图6与7中曲线的直线的截矩的曲线；
图11a与11b例示相对于轮胎载荷的拟合图10a与10b中曲线的直线的斜率的曲线；
图12a与12b例示相对于轮胎载荷的拟合图10a与10b中曲线的直线的截矩的曲线；
图13示明通过中央传感器装置测出的轮胎与道路接触印痕长度相对于轮胎载荷的曲线标绘图。
具体实施方式
图1示明包括轮胎11与交圈12的车轮的横剖面。图11所示的轮胎11是传统上称之为“无内胎的”，即不包括内胎的轮胎。这种轮胎可以于设于例如所述支圈12导槽上的气门嘴充气，此轮胎是装配于车辆(未图示)上的。
轮胎11包括胎体16，终端是两个胎缘14与14′，各自沿着胎体的内周边形成，用以将轮胎11固定到相应的支圈12上。胎缘14、14′包括各自的增强环形芯15与15′，称作胎缘填充芯，胎体16是由至少一层增强帘布层形成，包括织成的纤维绳索或金属绳索，按复曲面轮廓沿轴向从一个胎缘14延伸到另一个胎缘14′，且以其端部结合各胎缘填充芯15与15′。在称之为径向轮胎的这类轮胎中，上述绳索基本上处于包含轮胎转动轴线的平面中。称之为皮带结构的环形结构17置于相对于胎体16的沿径向的外部位置。通常这种皮带结构17包括一或多条包括金属绳索和/或纤维绳索的弹性材料的相互重叠的带。弹性材料的胎面带18卷绕到此带结构17上，同时外加有浮凸图案用于使轮胎与地面作滚动接触，弹性材料的两个侧壁19与19′各自从相应的胎缘14与14′的外缘沿径向外延，依轴向相对的横向位置同样设于胎体16上。在无内胎的轮胎中，胎体16时内表面通常以衬里111即一或多层不透气的弹性材料覆盖。取决于轮胎11的具体设计，可以设置其他的已知部件如轮胎沿口填胶。
在此说明节中余剩部分内将详述的至少一种传感器装置3i、3e是同轮胎11相关联的。此至少一个传感装置3i、3e是用于计算轮胎接触印痕1即在与轮胎的赤道面隔一定距离处的轮胎与滚动表面间的接触区的长度。此至少一个传感器装置3i、3e可最好设在轮胎11胎面区的一部分中，而此胎面区是沿轴向在轮胎11的两侧壁之间延伸的。更具体地说，此传感器是设于胎面的至轮胎赤道面区一定距离的一个肩部区中。最好是将此传感器设置相对于车辆更远的肩部区中(外部传感器装置)，这是因为在拐弯时由外部传感器装置获得的测量结果要比内部传感器装置所提供的测量结果有更显著的变动。但在最佳实施例中，这两个传感器装置3i、3e可以相对于轮胎11的赤道面设置成基本对称。这种实施形式特别有利于相互核对测量结果。这两个传感器装置最好基本上沿轮胎的同一子午面设置。在又一实施例中，在轮胎上设有第三传感器装置3c，且最好设置成基本上沿所述同一子午面和同一赤道面。在本发明中，将较靠近车辆的传感器装置3i定义为“内部传感器装置”而将在轮胎最外部的传感器装置3e定义为“外部传感器装置”。在本发明中“基本上沿同一子午面”意味着此传感器相对于所述子午面有一定偏移，这可由此两个传感器位置所规定的子午面间包含的角度表示。最好，所允许的偏移所对应的角度可不大于5°，更好是不大于3°，而最好是不大于1°。此外部和/或内部传感器装置应设置在与轮胎赤道面分隔的距离相当于轮胎宽度的15～30％，更好是18～28％，而最好是20～25％。例如在胎面宽度为195mm的轮胎中，这两个传感器装置3i、3e可设置有相对于赤道面的两侧各距其45mm处。
传感器装置3e、3i、3e最好固定到轮胎11的内衬111上。固定件332粘附到各传感器装置与内衬11之上。用于固定件的合适材料一般可包括挠性橡胶例如天然橡胶，或合成橡胶如由具有4至10碳原子的共轭二烯制的橡胶例如聚异戊二烯、聚丁二烯、苯乙烯-丁二烯橡胶与类似橡胶。在最佳实施例中，此定位件332中所含材料应具有缓冲效应，以便在将传感器装置固定到轮胎内表面上时，能在使用轮胎11时将加到定位面上的机械应力最小。此外，缓冲材料通过阻止上述应力传给传感器装置就能减少时其损伤。适用的缓冲材料具有肖氏A硬度(按ASTM标准D2240于23℃下测量)1～40和回弹率(按ASTM标准D1054于23℃下测量)低于60。交联二烯弹性材料或聚氨酯凝胶材料可以采用以适应这种缓冲要求。为了改进传感器装置与衬里111之间的粘合性，最好在固定件332与衬里111内表面之间和/或在定位件332与传感器装置3e、3i、3c之间另设一粘合件如双面粘合膜，适用的双面粘合膜可以是3M销售的Scotch 300SL HI Strength。在另一些实施例中，传感器装置3c、3i、3e可以包括在轮胎于胎面区的结构中，例如在胎面带或在外带条与胎面带之间。
在本发明一实施例(未示明)中，可以于轮胎11中设置若干组传感器，相互分隔且最好以相同角度位于周边上。例如可于轮胎中设置三组传感器，沿周边相互分隔大致120°。各种传感器设置可以包括一或多个传感器装置。各种的传感器装置的位置及其固定到轮胎上的方式参考上面所述。更特别地是，属于不同组的相应传感器装置可以基本上沿着平行于轮胎赤道面的同一平面定位。
于轮胎中沿周边以分隔开的位置设定的几种传感器装置，使用时能获得更精确与更可靠的测量结果，且能在车轮的整个转动过程更好地监控轮胎。
传感器装置3c、3i、3e适用与轮胎外的装置通信，这种外部装置于后面称之为“定位装置”，可设置轮胎11所装配在的车辆上。
例如图2示明一定位装置2的框图，包括用于从轮胎11内的传感器装置3c、3i、3e收信的装置，此定位装置最好还包括给传感器装置3c、3i、3e发信的装置。收信装置可包括连接到第一天线(下面称定位天线)25上的射频收信机26。此收信装置最好还可包括解调装置27。存储器28例如EPROM可以存储传感器装置3c、3i、3e接收的数据并由解调器27解调。在最佳实施例中，存储器28与中央处理器(CPU，图2中未示明)相联，后者用来根据传感器装置3c、3i、3e所接收的和/或存储器28中存储的数据进行计算。存储器28还可存储历史运行记录，例如车辆不稳定性的测量结果，或显示给司机的警告，或控制系统已采取过的控制车辆的步骤，或是超载情形。上述发信装置最好包括振荡电路23而为定位天线25提供驱动电路，若此定位装置位于车辆上，就可由车辆的蓄电池直接给此定位装置提供驱动其所需的电能。
各传感器装置3c、3e或3i的示例性框图给出于图3中，一般包括用于将数据传输给上述定位装置的装置31以及适用于测量轮胎11与公路(更一般地是滚动表面)之间接触区长度的测量装置32。测量装置32最好包括径向和/或切向加速度计。这种加速度计应能担负和正确地测量很高的加速度值，这是由于轮胎胎面区所保持的径向与切向加速度(特别是径向加速度)可以达到很高的速度值500～1000g，其中g为重力加速度。在另一实施例中，测量装置32可包括一伸长计，后者的输出信号可测量所监控的胎面区的拐度。为了测量轮胎与道路接触印痕长度，此测量装置32取得一表示对应于传感器装置3c、3e、3i位置的胎面区所经受的变形的信号，此信号应以高的精度且最好在轮胎的任一转动中取得。为此，同时还考虑到滚动轮胎(特别是在高速下的频繁滚动，上述测量装置32最好包括一采样装置(未图示)，能以至少5KHz最好是7KHz的频率读取频率信号而提供采样信号。在最佳实施例中，测量装置32还可包括压力传感器和/或温度传感器。不过测量压力或温度时不需以高频采样。在另一些实施例中，压力和/或温度传感器可以在轮胎之内设于传感器装置3e、3i或3c之外。各传感器装置3c、3i、3e通常还包括以后称作“移动天线”的天线37，后者与前述发信装置有效连接用以将数据发送给定位装置的定位天线。从移动天线发信给定位天线和/或相反可以在通常的测射频下例如频带为400～450MHz(例如在418MHz或433MHz下)进行。
各传感器装置3c、3i、3e还可包括与存储器装置35相关的处理器(CPU)34。存储器装置35可包括可改写位置，其中能存储有关测量装置32获得值量结果的信息。此外，它也可包含用于处理器34的预存储的指令，适用于在发信前用以预处理来自测量装置32的信号。以减少发送给轮胎11的信息量。特别是可以预处理变形信号以探测特征点例如极大值与极小值。它们的坐标可以传送给发信装置31以传送给定位装置。这样可节约传输带宽和传输所需功率。此外可于测量装置32与处理器34之间设置滤波装置(未图示)，以对变形信号作低通滤波处理，同时将有用信号从由于胎面带与路面相互作用产生的高频噪声信号区别开来。但上述滤波可由测量装置32内包括的电子器件或由存储于存储器35中作进一步预处理的指令提供。
电源33能给传感器装置3c、3i、3e供电，可包括蓄电池。但为了实时测量轮胎拐弯角，测量装置32(特别是高频采样装置)，处理器34以及发信装置31可能要耗用很大的电功率，使得蓄电池与轮胎的整个寿命相比可能只有很短的寿命。这样，在最佳实施例中，电源33包括自发电装置，它由于自身经受的机械应力(例如离心力，或衬里变形或因在不平路面上行驶的运动状态)。举例来说，压电材料可用于这种目的自发电装置。这种自发电装置还包括电能存储电路(未图示)，后者通常包括电阻器与电容器。作为另一种实施形式，传感器装置3c、3i、3e可以通过与移动无线31连接的适当的收信装置由定位装置供电。
用来分配电功率的装置36最好能按照各自需要将电源33供给的电功率恰如其分地分配给前述的处理器34、存储器装置35、发信装置31以及测量装置32。
必须指出，不需将此测量装置、定位装置的发信部分以及控制用电子器件都包括在单一包装的传感器装置内。例如控制用电子器件与定位装置的发信部分可以封装到固定到轮胎或车轮的其他部件(例如轮圈或胎壁)上，经有线或无线(例如光学的或射频的)方式连接位于轮胎胎面区部分的测量装置。
图4以举例方式示明通过安装于轮胎内衬上的包括径向加速度计的传感器装置，在对相应的加速度信号采样和滤波后所取得的典型径向加速度曲线的一部分的典型径向加速度曲线。应该注意到，在接触区通过时，由加速度计探测到的径向离心加速度值初始时顿增，继而下降到直至基本上是零，然后再次剧增。在其他位置，为此加速度计探测到的径向加速度相对于滚动轮胎的转动速度具有平均等级，转速愈高则所探测到的加速度也愈高。
图4的曲线表明，当对应于传感器装置位置的胎面区部开始和结束其通过接触区时，此胎面区部分经受到很强的径向变形(对应于曲线中所示的峰值)，而在其他位置，这种胎面区部分则实际上不经受变形(对应于接触区外的基本恒定的加速度值)。径向加速度信号两个最大值之间的距离指明轮胎与路面接触印痕的长度PL。通过对内与外传感器装置求得的信号进行测量，分别可以给出接触长度PLi与PLe的不同的值。
不同于径向测量或与此相结合，还可以进行测量。图5以举例方式表明通过安装于轮胎内衬上的包括切向加速度计的传感器装置，在对相应的加速度信号采样和滤波后所取得的典型径向加速度曲线的一部分的典型切向加速度曲线。应该注意到，在接触区通过时，由加速度计探测到的切向加速度值初始时顿增，继而下降到负值，然后再次剧增。在其他位置，为此加速度计探测到的切向加速度当轮胎以等速滚动时具有基本上为零的平均值。图5的曲线表明，当对应于此加速度位置的胎面区部分开始和结束其通过轮胎与道路接触印痕时，此胎面区部分经受很强的切向变形(对应于此曲线中的极大与极小值)，而在其他位置，此胎面区部分实际上不发生变形(在此接触印痕之外对应于基本上是零切向加速度)。
这样，径向加速度信号的两个最大之间的或切向加速度信号的最大值与最小值之间的距离便指出轮胎与道路接触印痕长度PL。
具体地说，PL可以通过径向或切向加速度信号很方便地由下式算出：
PL＝ωi·rr·npi·1/fs
式中：
fs：加速度信号采样频率；
rr：轮胎的自由滚动半径；
npi：在径向信号两个最大值之间的或切向加速度信号的最大值与最小值之间的测量点数；
ωi：轮胎的瞬时转动速率。
轮胎的瞬时角速度可以根据径向加速度信号通过
计算。其中ai是在以滚动表面进入此接触区前或估算出的径向加速度平均值(即用图4所示峰值外的径向加速度信号部分)。
在最佳实施例中，用到了在轮胎内设于不同周边位置处的多个传感器装置，位于该接收触痕区外的第一传感器装置可用来在第二传感器装置通过此接触印痕的同样时间间隔内，实时地测量平均径向加速度级。可在传感器装置内设置简单的控制用电子器件以触发所需的测量。由加速度计所产生的信号作上述分析所需的算法可存储于传感器装置的存储器内，以备相关的处理器使用。
需要指出，也可采用其他的方法与算式来估算轮胎与道路接触印痕长度。通过对内、外传感器装置获得的信号进行测量可以分别给出不同的接触长度值PLi与PLe。
为了阐明本发明的原理，下面叙述本申请人用轮胎“Pirelli P6/95/65R15”所作的许多试验结果。在第一列试验中，申请人亦已标绘出PLi的不同曲线，即通过内部切向加速度计3i测出的接触印痕长度相对于拐弯角的情形，它们对应于不同的轮痕载荷，在同一坐标图内而处于名义充气压力下。对于各种轮胎载荷，设定了许多外倾角(-2°、-1°、0°、+1°、+2°)。图6示明了这种坐标图，其中绘出了由内部加速度计测得的压痕长度PLi(纵轴)相对于拐弯角(横轴)于不同的轮胎载荷和40km/h等速度下的曲线，曲线61对应于轮胎载荷2000N；曲线62对应于轮胎载荷3500N；曲线63对应于轮胎载荷5000N；曲线64对应于轮胎载荷6500N。对于各种轮胎载荷，用不同的线条表明了对应于不同外倾角的(+2°、+1°、0°、-1°与-2°)的曲线。从图中可以看到，这样曲线是由外倾角与轮胎载荷决定的。特别是，所有这些曲线可以基本上视作直线。
尤其是通过分析曲线，申请人已观察到：
(a)这些直线的斜率取决于轮胎载荷而基本上与外倾角无关；
(b)这些直线的截距与外倾角和轮胎载荷两者都相关。
在第二组试验中，申请人标绘出PLe的不同曲线，即由外部切向加速度计3e测得的接触印痕长度相对于拐弯角，对应于不同的轮胎载荷在同一坐标图上于含义充气压力下的情形。对于各种轮胎载荷设定了许多外倾角(-2°、-1°、0°、+1°、+2°)。图7示明了这种坐标图，其中给出了由外部加速度计测得的印痕长度PLe(纵轴)相对于拐弯角(横轴)于不同的轮胎载荷和40Km/h等速度下的曲线，这里的轮胎载荷值与上述相同。曲线71相应于轮胎载荷2000N；曲线72对应于轮胎载荷3500N；曲线73对应于轮胎载荷5000N而曲线24对应于轮胎载荷6500N。在各种载荷下对应于不同外倾角(+2°、+1°、0°、-1°与-2°)的曲线已由不同的线道表明。从图7中可以看到，取得了与图6所示的类似结果，从而以上获得的相同结论(见前面的(a)与(b)两点)适用于本情形。
在第三例试验中，申请人标绘出PLc的不同曲线，即由中央加速度计测定的接触印痕长度相对于拐弯角的变化，这里是对应于不同的轮胎载荷，在同一坐标图上且于恒定的充气压力下。对于各个轮胎载荷设定了许多外倾角(-2°、-1°、0°、+1°、+2°)。图8示明了这种坐标图，其中给出了中央加速度计测定的中央接触印痕长度PLc(纵轴)相对于拐弯角(横轴)，对于不同轮胎载荷在40Km/h的等速下且轮胎载荷值同于以前所述时的各曲线。曲线81对应于轮胎载荷2000N；曲线82对应于轮胎载荷3500N；曲线83对应于轮胎载荷5000N而曲线84对应于轮胎载荷6500N。对于各个轮胎载荷，由不同线道指明了对应于不同外倾角(+2°、+1°、0°、-1°、-2°)的曲线。据图可见，值得注意的是，在相同轮胎载荷下对应于不同外倾角值的曲线基本上相互重叠。此外还惊奇地发现这些曲线表明在给定的轮胎载荷值下，PLc基本与拐弯角无关。换言之，于轮胎中心测出的接触印痕长度只是轮胎载荷的函数。特别是所有这些曲线基本上可看作是水平直线。
这样，根据轮胎载荷值与在轮胎中央测出的接触印痕长度值来推导拐弯曲实际上是不可能的。
鉴于以上所述，申请人将注意力集中到偏心接触印痕长度的测量结果，例如只通过偏心的即内部/外部的传感器装置求得的结果。为了掌握这种偏心的接触印痕长度，轮胎载荷与拐弯角是相互有关的，申请人进行了轮胎特性试验。根据本发明一最佳实施例，图6与7的曲线(即通过外部或内部位置测出的印痕长度长相对于拐弯角关系的曲线)可以由适当的拟合函数最好是线性方程(1)表示，即由平面中的直线方程
PLi/e＝Kα(Fz)·α+Q(Fz，r)(1)
表示。式中
PLi/e：于内、外位置测出的印痕长度；
Fz：施加到轮胎上的轮胎载荷；
α：拐弯角；
r：外倾角；
Kα(Fz)：斜率(只与轮胎载荷相关)；
Q(Fz，r)：(与轮胎载荷和外倾角两者相关)。
上述轮胎特性测试步骤可以包括将Kα(Fz)与Q(Fz，r)的值相组合，用作所试验轮胎的轮胎载荷Fz和倾侧角的预定值。
已知Kα(Fz)与Q(Fz，r)，若掌握(i)在外部(和/或内部)位置测出的印痕长度、(ii)轮胎载荷以及(iii)外倾角，则可以据图6与7的曲线和/或通过方程(1)按下式求得拐弯角：
α＝[PLi/e-Q(Fz，r)]/Kα(Fz)(2)
在第一求特征化步骤中，申请人从图6与7导出许多斜率Kα(Fz)与Fz关系的曲线。在图9a与9b中给出了Kα与Fz关系的典型曲线，分别相对于内和外传感器装置。对于各种载荷与各种外倾角，拟合图6与7中试验数据的直线已计算出。由于这些拟合直线的斜率实质上是决定于垂直的轮胎载荷，为了求出Kα对各载荷值已算出平均斜率值(对不同外倾角下求得的值进行平均)。最好标绘出表示Kα与Fz值关系的点，找出能最佳拟合这些点的函数。
在图9a与9b的曲线图中，轮胎载荷[N]以横轴表示，Kα(Fz)[mm/°]以纵轴表示。
根据申请人求得的结果，能最佳拟合表示Kα平均值的点的函数是下述对数函数(3)：
Kα(Fz)＝AKα·In(Fz)+BKα(3)
式中的AKα与BKα是恰当的拟合系数，基本上只与轮胎结构有关。
在第二特征化步骤中，申请人还据图6与7的曲线导出了许多截距Q(Fz，r)的曲线，用以推导出截距Q与轮胎载荷以及外倾角二者的相关性。对各种载荷与各种外倾角已算出拟合图6与7中所示试验数据的直线。对各种载荷值已从拟合直线求出截距Q。已标绘出将Q表明为外倾角函数的点，同时申请人已认识到Q(r)可以由平面中的直线拟合，对于不同的轮胎载荷进行了相同的处理，求得了图10a、10b(图10a对于内部传感器装置，图10b对于外部传感器装置)的对应直线。
在图10a与10b的曲线图中，外倾角[°]以横轴表明，Q[mm]以纵轴表明。图10a的三条曲线分别涉及到轮胎载荷2000N、3500N与5000N。类似地图10b的三条曲线分别涉及到轮胎载荷2000N、3500N与5000N。
可以看到，图10a与10b中所示曲线实际上只与轮胎载荷相关。特别是所有这些曲线基本上可以视之为直线，其中的截距对轮胎载荷有很强的相关系，相反，斜率只对其有很弱的相关性。
于是，根据本发明一最佳实施例，Q(Fz，r)可以由下述的平面中的直线函数(4)描述：
Q(Fz，r)＝Kr(Fz)r+qr(Fz)(4)
式中：
r：外倾角；
Kr(Fz)：斜率(对轮胎各荷弱相关)
Qr(Fz)：截矩(对轮胎载荷强相关)
在第三特征化步骤中，申请人已从图10a与10b的曲线推导出斜率Kr(Fz)依赖于轮胎载荷Fz的关系。对于Fz的相关值计算并标绘出图10a与10b中曲线的斜率。求得的Kr(Fz)与Fz关系的曲线示明于图11a、11b中(图11a对于内传感器装置，图11b对于外传感器装置)。在图11a与11b中，轮胎载荷[N]以横轴表示，系数Kr[mm/°]以纵轴表示。
根据本发明一最佳实施例，Kr(Fz)可以由一恰当的拟合函数最好由下面的抛物线函数(5)：
Kr(Fz)＝Akr·Fz2+Bkr·Fz+Ckr (5)
描述。
式中的Akr、Bkr与Ckr是恰当的系数，基本上只与轮胎结构有关。
在第四特征化步骤中，申请人从图10a和10b的曲线推导出截距qr(Fz)对轮胎载荷Fz的相关性。对于Fz的相关值，计算并标绘出图10a-10b曲线的截距。获得的Fr(Fz)相对于Fz的关系曲线示明于图12a、12b(图12a对于内部传感器装置，图12b对于外部传感器装置)。在图12a和12b的曲线图中，轮胎载荷[N]由横轴表示，系数qr[mm]以纵轴表示。
根据本发明一最佳实施例，qr(Fz)可由一恰当的拟合函数最好由下述平面中的直线函数(6)表示
qr(Fz)＝Aqr·Fz+Bqr (6)
其中Aqr·＝Bqr是恰当的系数，实质上只与轮胎结构相关。
考虑了以上所述各个特征化步骤，申请人业已发现了下面的最佳公式(7)能将偏心接触印痕长度与轮胎载荷，外倾角r以及拐弯角α相联系的最佳公式(7)：
PLi/e＝(Akα·In(Fz)+BKα)·α+[(Akr·Fz2+Bkr·Fz+CRr)·r+(Aqr·Fz+Bqr)](7)
这样，通过实时测量PLi/e和已知外倾角和轮胎载荷，就能由以下式(8)计算拐弯角：
α＝{PLi/e-[(Akr·Fz2+Bkr·Fz+Ckr)·r+(Aqr·Fz+Bqr)]}/(Akα·In(Fz)+Bkα)(8)
式(8)的各拟合系数可存储于包括在定位装置内或位于轮胎胎面区的传感器装置3内的存储器中。上述求轮胎特性的方法可以对每个轮胎模型进行一次，例如在试验室进行。
上述用于计算实际拐弯角的公式也可存储于定位装置的或传感器装置的存储器内，以便为有关的处理装置使用。
应知以上用来推导轮胎拐弯角的方法不仅可以用上述方法和设置传感器装置3c、3i、3e来执行。还可以以任何其他可用来计算印痕长度PLi/e的方法或装置来进行。
就有关测定轮胎载荷而论，业已指出过(参看图8)在轮胎中心测量的印痕长度是只轮胎载荷的函数，而不受车辆操纵条件(即拐弯条件)或外倾角条件的影响。特别是，图8中所有曲线可以基本上视作为水平直线。换言之，可以基本上对应于轮胎赤道面对接触印痕长度作简单测量导出。
鉴于以上所述，申请人将注意集中到由中央传感器装置取得的测量结果只是为了计算垂直载荷。为了弄清切痕长度与轮胎载荷的关系，申请人执行过另一特征地步骤。具体地说，概括图8中的曲线对所考虑的各轮胎载荷值Fz求出PLc的平均值。结果求绘图13内，其中示明了拟合各试验点的曲线。
申请人发现，恰当的拟合函数可以如下：
Fz＝BPLCtan(PLC/APLC)(9)
式中：
PLC：于轮胎赤道面测得的轮胎与滚动表面间的接触区长度；
APLC、BPLC：拟合系数。
此拟合系数APLC与BPLC实质上是与轮胎结构有关。
上述拟合系数可以存储于定位装置内或位于轮胎面区中传感器装置3C内的存储器内。必须注意到。这里描述的本发明并不局限于这种用于计算轮胎载荷的方法。
关于所涉及的外倾角的测定，可以通过对悬架进行测量，例如用三角部分法进行测量来计算。
申请人确信式(1)～(9)中的拟合系数不会依轮胎压力而显著变化，至少在由车辆与轮胎制造厂家给定的名义值范围内。在任何情形下，为了更完整与无遗漏地说明轮胎的特征，可以在不同的压力值下，对于压力等于或非常接近于名义值的情形进行了与这里描述的相同的试验。
实时测定的安装于车辆上轮胎的拐弯角是一个能传递给车辆控制系统的重要参数，可用于控制车辆的行为，特别是在临界状态下，车辆控制系统可包括制动器控制器(例如制动防扼死控制装置)和/或悬架控制器和/或车辆稳定性控制系统。
例如，车辆制动器控制系统可以依据实时测定的拐弯角调整各个轮胎上的制动力。
作为另一例子，为了根据转向命令选择允许的最大的扰动时，则可由车辆控制系统探测车辆稳定性包括。为了了解是否达到了危险的横向摆动率，可将上述信息与实时测定的拐弯角比较。可能的话，也可将校正命令传送给转向控制系统(电力辅助的转向系统)。
车辆的上述状态可以说明车辆的性能减弱了，同时指示司机应限制其阻动作业。车辆控制系统本身可以采取行动，例如为了限制最大车速来保持稳定性而不超过轮胎的技术要求，或者限制转向摆动率以防车辆发生倾翻。司机可于显示装置上受到提醒去注意现时的车辆控制系统状态同时出于自身的利益去进行操作使车辆控制系统根据需要对车辆采取安全措施(降低可达到的最大车速、转向速率与发动机功率)。从同一显示装置上还可知道他是否应采取另外的操作(改变质量分布，限制驱动操作与速度)。这种显示装置可以包括视频和/或声频装置，例如设于车辆的仪表板上的。
至此已示明和描述了能实现所追求的所有目的与利益的新颖系统与新颖方法。因行人在研究了本发明的公开其最佳实施例的说明书和附图后是可以理解到它的许多变更形式、改进形式与种种变化及它的其他效用与用途的。
例如将拟合函数(1)～(9)和/或拟合系数实际存储到与传感器装置和/或定位装置相关的存储器内可以代之以存储收集了相对于预定轮胎载荷和外倾角可能的话，包括压力的数据库。
不脱离本发明范围的所有这类变改，改进和种种变化形式以及其他效用与用途都应认为只受后附权利要求书所限制的本发明所涵盖。
Claims (42)
1.一种用于测定在车辆于滚动表面上运行时装配于此车辆上的轮胎的拐弯角(α)的方法，此轮胎包括赤道面，所述方法包括下述步骤：
估算所述轮胎与所述滚动表面之间的接触区的长度(PLi/e)，此长度是在离开该赤道面一定距离处测量的；
估算加于所述轮胎上的载荷(Fz)；
估算所述轮胎所经受的外倾角(r)；
根据上述外倾角、轮胎载荷和接触区长度推导出该拐弯角。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述估算接触区长度(PLi/e)的步骤包括获得第一加速度信号的步骤。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于：此方法还包括对此第一加速度信号进行低通滤波的步骤。
4.根据权利要求2或3的方法，其特征在于：上述获得第一加速度信号的步骤包括获得切向加速度信号的步骤。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：上述获得第一加速度信号的步骤包括测量在所述第一加速度信号的最大值与最小值之间的距离。
6.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于：所述获得第一加速度信号的步骤包括获得径向加速度信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：上述获得第一加速度信号的步骤包括测量所述第一加速度信号的两个最大值之间的距离。
8.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于：上述根据外倾角、轮胎载荷和接触区长度(PLi/e)导出拐弯角(α)的步骤包括对于至少一个轮胎载荷(Fz)提供接触区长度(PLi/e)相对于拐弯角(α)的特征曲线的步骤。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：此方法还包括提供逼近接触区长度(PLi/e)相对于拐弯角(α)的特征曲线的拟合方程的步骤。
10.根据权利要求9所述的方法，其中上述提供逼近接触区长度(PLi/e)相对于拐弯角(α)的特征曲线的拟合方程的步骤包括提供平面内直线方程的步骤，其特征在于：对于所述轮胎的轮胎载荷(Fz)和轮胎外倾角(r)的预定状态，将斜率值(Kα(Fz))和截距(Q(Fz，r))相关联。
11.一种用于测定当车辆于滚动表面上运行时装配于此车辆上的轮胎的拐弯角(α)的系统，此轮胎包括赤道面，此系统包括：
用以测量所述轮胎与所述滚动表面之间的接触区的长度(PLi/e)的装置，此长度是在离开该赤道面一定距离处测量的；
用以估算加于所述轮胎上的轮胎载荷(Fz)的装置；
用以估算所述轮胎经受的外倾角(r)的装置；以及
适合用来根据上述外倾角、轮胎载荷和接触区长度导出拐弯角的至少一个处理装置。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于：上述测量装置包括至少一个产生至少一个径向加速度信号的径向加速度计。
13.根据权利要求11所述的系统，其特征在于：上述测量装置包括至少一个产生至少一个切向加速度信号的切向加速度计。
14.根据权利要求11、12或13所述的系统，其特征在于：上述估算加到所述轮胎上的轮胎载荷(Fz)的装置包括产生至少一个径向加速度信号的至少一个径向加速度计。
15.根据权利要求11、12或13所述的系统，其特征在于：所述用以估算施加到所述轮胎上的轮胎载荷(Fz)的装置包括产生至少一个切向加速度信号的至少一个切向加速度计。
16.根据权利要求12或13所述的系统，其特征在于：所述测量装置和所述用以估算施加到所述轮胎上的轮胎载荷(Fz)的装置包括适用于在至少5KHz频率下对上述信号采样的采样装置。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于所述采样装置适用于在至少7KHz频率下对所述信号采样。
18.根据权利要求11、12或13所述的系统，其特征在于：上述系统还包括与所述处理装置相关的至少一个存储器。
19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于：上述至少一个存储器包括预存储特征函数，后者对应于轮胎载荷和外倾角的预定状态描述相对于拐弯角(α)的期望接触区长度(PLi/e)。
20.根据权利要求11、12或13所述的系统，其特征在于：上述测量装置包括在位于所述轮胎胎面区部分中的传感器装置内。
21.根据权利要求20所述的系统，其特征在于：上述传感器装置与轮胎赤道面分隔的距离为胎面宽度的15％～30％。
22.根据权利要求21所述的系统，其特征在于：上述传感器装置与轮胎赤道面分隔的距离为胎面宽度的18％～28％。
23.根据权利要求22所述的系统，其特征在于：上述传感器装置与轮胎赤道面分隔的距离为胎面宽度的20％～25％。
24.根据权利要求20所述的系统，其特征在于：上述传感器装置固定到所述轮胎的内衬上。
25.根据权利要求24所述的系统，其特征在于：上述系统包括在所述传感器装置与所述内衬之间的缓冲件。
26.根据权利要求20所述的系统，其特征在于：上述传感器装置还包括发信装置。
27.根据权利要求26中所述的系统，其特征在于：上述发信装置有效地连接第一天线。
28.根据权利要求12或13所述的系统，其特征在于：上述系统还包括适用来对所述加速度信号进行低通滤波的滤波装置。
29.根据权利要求20所述的系统，其特征在于：上述传感器装置还包括电源。
30.根据权利要求29所述的系统，其特征在于：上述电源包括蓄电池。
31.根据权利要求29所述的系统，其特征在于：上述电源包括自供电装置，后者可由于所述车辆运行中该传感器装置所经受的机械应力而产生电功率。
32.根据权利要求31所述的系统，其特征在于：上述自供电装置包括压电元件。
33.根据权利要求31或32所述的系统，其特征在于：上述自供电装置包括电存储电路。
34.根据权利要求33所述的系统，其特征在于：上述电存储电路包括电阻器与电容器。
35.根据权利要求20所述的系统，其特征在于：上述处理装置包括在所述传感器装置内。
36.根据权利要求27所述的系统，其特征在于：上述系统还包括位于车辆上的定位装置，后者包括从所述传感器装置接收数据的接收装置。
37.根据权利要求36所述的系统，其特征在于：上述接收装置包括第二天线。
38.根据权利要求37所述的系统，其特征在于：上述第一天线与第二天线适用于在400～450MHz频率下传输数据。
39.对其上装备有至少一个轮胎的车辆进行控制的方法，此方法包括：
通过根据权利要求1-10的任何一个所述的方法来测定所述轮胎的拐弯角；
将测定的拐弯角传送给车辆的车辆控制系统；以及
根据上述测定的拐弯角来调整此车辆控制系统中的至少一个参数。
40.根据权利要求39所述的方法，其特征在于：上述车辆控制系统包括制动器控制系统，而所述调整至少一个参数的步骤包括调整所述轮胎上的制动力。
41.根据权利要求39或40所述的方法，其特征在于：上述车辆控制系统包括转向控制系统，而所述调整至少一个参数的步骤包括根据转向命令选择允许的最大变动量。
42.根据权利要求39或40所述的方法，其特征在于：上述车辆控制系统包括悬架控制系统，而所述调整至少一个参数的步骤包括调整与所述轮胎相关的悬簧的刚度。
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