DE102019107559A1

DE102019107559A1 - Quantifizierung der positionen der profilrillenkanten

Info

Publication number: DE102019107559A1
Application number: DE102019107559.9A
Authority: DE
Inventors: Kenneth L. Oblizajek
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-04-03
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2019-10-10
Anticipated expiration: 2039-03-26
Also published as: DE102019107559B4; US20190304084A1; CN110346151A; US10997708B2; CN110346151B

Abstract

Ein computerimplementiertes Verfahren, eine Vorrichtung und ein Computerprogrammprodukt zum Bestimmen einer Reifenqualität. Die Vorrichtung beinhaltet eine Sensoranordnung, die konfiguriert ist, um einen Fußabdruck des Reifens zu erhalten, und einen Prozessor. Der Prozessor ist konfiguriert, um ein Intensitätsprofil des Fußabdrucks zu bestimmen, eine Kante einer Profilrille des Reifens aus der Änderung der Intensität zu lokalisieren und aus der Position der Profilrillenkante eine relative Qualität des Reifens zu bestimmen.

Description

EINLEITUNG
Die Offenbarung des Gegenstands bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Qualität eines Reifens, insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen der Positionen der Profilrillenkanten an einem Reifen.
Bestimmte Merkmale der Reifenkrafterzeugung sind abhängig von der Position der Profilrillenkanten in Abhängigkeit von ihrer Querposition entlang des Reifens. Die Rillenempfindlichkeit ist beispielsweise das relativ niederfrequente Schwingungserlebnis, das sich aus Schwankungen der Seitenkraft eines Reifens ergibt, da die Profilrillen des Reifens gegen Regenrillen und/oder konturierte Verformungen in der Fahrbahnoberfläche wirken. Das unterschiedliche interaktive Eingreifen von mehreren Profilrillenkanten und Regenrillenkanten in Abhängigkeit von der relativen räumlichen Position und Ausrichtung von mehreren Profilrillenkanten und mehreren Regenrillenkanten führt zu einer lateralen dynamischen Kraftänderung, die unerwünschte Vibrationsbewegungen des Fahrzeugs erzeugt. Dieses unterschiedliche Eingreifen tritt auf, wenn das Fahrzeug während der normalen Querbewegung des Fahrzeugs entweder innerhalb der Fahrspur oder bei absichtlichen Spurwechseln auf verschiedene Ansammlungen von Regenrillen mit den Reifen trifft. Die störenden Fahrzeugbewegungen entstehen dann durch das Zusammenspiel der Profilrillenkanten und der Spurrillenkanten und können durch das Management der relativen Positionierung der Spurrillenkanten und der Profilrillenkanten unterdrückt werden. Da die Position der Spurrillenkanten nicht ohne weiteres geändert werden kann, da die vorhandenen Fahrbahnen mit diesen Spurrillen und die bei Neubauten akzeptierten Verfahren eine große Anzahl von Fahrbahnen aufweisen, wird die Position der Profilrillenkanten von Reifen häufig manipuliert, um Vibrationen zu vermindern. Die Kenntnis der Profilrillenbreiten und der Lage der Profilrillenkanten eines Reifens kann dazu beitragen, diese Vibrationsbewegungen zu reduzieren oder die Reifeneigenschaften zu identifizieren, die zur Unterdrückung der unerwünschten Bewegungen manipuliert werden können. Dementsprechend ist es wünschenswert, ein System und Verfahren zum Bestimmen der Position einer Profilrillenkante eines Reifens vorzusehen.
KURZDARSTELLUNG
In einer exemplarischen Ausführungsform wird ein computerimplementiertes Verfahren zum Bestimmen einer Reifenqualität offenbart. Das Verfahren beinhaltet das Erhalten einer Reifenaufstandsfläche an einer Sensoranordnung, das Bestimmen eines Intensitätsprofils des Fußabdrucks, das Lokalisieren einer Profilrillenkante des Reifens aus der Änderung der Intensität und das Bestimmen einer relativen Qualität des Reifens aus der Position der Profilrillenkante.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Verfahren das Erhalten des Fußabdrucks an der Sensoranordnung durch das Aufbringen des Reifens auf eine Fläche der Sensoranordnung mit statischer Last und das Rollen des Reifens über die Fläche der Sensoranordnung. Ebenso, wenn der Fußabdruck in einem Fehlausrichtungswinkel zu einer Koordinatenachse der Sensoranordnung erhalten wird und eine geometrische Transformation durchgeführt wird, um den Fußabdruck mit der Koordinatenachse auszurichten. Beim Fehlausrichtungswinkel wird eine Profilrillenposition innerhalb einer Auflösung über die Auflösung der Sensoranordnung hinaus bestimmt, indem der Fußabdruck unter dem Fehlausrichtungswinkel erhalten wird.
Das Verfahren beinhaltet ferner das Zuschneiden des Fußabdrucks um einen Schwerpunkt des Fußabdrucks. Das Intensitätsprofil ist eine Intensität entlang einer Richtung quer zu den Profilrillen des Reifens und die Intensität an einer ausgewählten Stelle ist ein Durchschnitt der Intensitäten, die entlang einer Profilrillenrichtung an der ausgewählten Stelle aufgezeichnet werden. Die Profilrillenkante befindet sich an einer Stelle eines Extremums einer Ableitung des Intensitätsprofils.
In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform wird eine Vorrichtung zum Bestimmen der Qualität eines Reifens offenbart. Die Vorrichtung beinhaltet eine Sensoranordnung, die konfiguriert ist, um einen Fußabdruck des Reifens zu erhalten, und einen Prozessor. Der Prozessor ist konfiguriert, um ein Intensitätsprofil der Aufstandsfläche zu bestimmen, eine Kante einer Profilrille des Reifens aus der Änderung der Intensität zu lokalisieren und aus der Position der Profilrillenkante eine relative Qualität des Reifens zu bestimmen.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist die Sensoranordnung konfiguriert, um einen Eindruck vom Fußabdruck zu erhalten, wenn einer der Reifen auf eine Fläche der Sensoranordnung mit statischer Last aufgebracht wird und der Reifen über die Fläche der Sensoranordnung gerollt wird. Wenn die Sensoranordnung den Fußabdruck in einem Fehlausrichtungswinkel zu einer Koordinatenachse der Sensoranordnung empfängt, ist der Prozessor ferner konfiguriert, um eine geometrische Transformation anzuwenden, um den Fußabdruck mit der Koordinatenachse auszurichten. Der Prozessor bestimmt eine Profilrillenposition innerhalb einer Auflösung jenseits der Auflösung der Sensoranordnung unter Verwendung der Fehlausrichtung des Reifens mit der Koordinatenachse der Sensoranordnung. Der Prozessor ist ferner konfiguriert, um den Fußabdruck um einen Schwerpunkt des Fußabdrucks zu schneiden. Der Prozessor erzeugt das Intensitätsprofil entlang einer Richtung quer zu den Profilrillen des Reifens, worin die Intensität an einer ausgewählten Stelle ein Durchschnitt der Intensitäten ist, die entlang einer Profilrillenrichtung an der ausgewählten Stelle aufgezeichnet sind. Der Prozessor lokalisiert die Kante an einer Stelle eines Extremums einer Ableitung des Intensitätsprofils.
In noch einer weiteren exemplarischen Ausführungsform wird ein Computerprogrammprodukt zum Bestimmen der Qualität eines Reifens offenbart. Das Computerprogrammprodukt beinhaltet ein computerlesbares Speichermedium, in dem computerausführbare Anweisungen gespeichert sind. Das computerlesbare Speichermedium beinhaltet Anweisungen, um einen Fußabdruck des Reifens an einer Sensoranordnung zu erhalten, ein Intensitätsprofil des Fußabdrucks zu bestimmen, eine Kante einer Profilrille des Reifens aus der Intensitätsänderung zu lokalisieren und von der Position der Profilrillenkante eine relative Qualität des Reifens zu bestimmen.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das computerlesbare Speichermedium ferner Anweisungen, um den Fußabdruck in einem Versatzwinkel zu einer Koordinatenachse der Sensoranordnung zu erhalten und eine geometrische Transformation durchzuführen, um den Fußabdruck mit der Koordinatenachse auszurichten. Weitere Anweisungen bestimmen eine Profilrillenposition innerhalb einer Auflösung, die über die Auflösung der Sensoranordnung hinausgeht, durch Erhalten des Fußabdrucks unter dem Fehlausrichtungswinkel. Der Fußabdruck ist etwa um einen Schwerpunkt des Fußabdrucks zugeschnitten. Das Intensitätsprofil wird entlang einer Richtung quer zu den Profilrillen des Reifens erzeugt, während die Intensität an einer ausgewählten Stelle ein Durchschnitt der Intensitäten ist, die entlang einer Profilrillenrichtung an der ausgewählten Stelle aufgezeichnet werden. Die Profilrillenkante befindet sich an einer Stelle eines Extremums einer Ableitung des Intensitätsprofils.
Die oben genannten Eigenschaften und Vorteile sowie anderen Eigenschaften und Funktionen der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen ohne Weiteres hervor.
Figurenliste
Andere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten erscheinen, nur exemplarisch, in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen, wobei sich die ausführliche Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, wobei gilt:

1 zeigt eine Reifenbildgebungsvorrichtung zum Erhalten eines digitalen Fußabdrucks eines Reifens;
1A veranschaulicht ein zweites Verfahren zum Erhalten eines digitalen Fußabdrucks des Reifens;
2 zeigt einen Fußabdruck eines Reifens, der an der Sensoranordnung erhalten wurde;
3 zeigt eine Nahaufnahme der Sensoranordnung mit Pixeln der Sensoranordnung;
4 zeigt eine diagonale Linie, die nicht mit den Koordinatenachsen der Sensoranordnung ausgerichtet ist
4A zeigt ferner eine diagonale Linie, die parallel zur diagonalen Linie von 4 verläuft und durch einen ausgewählten Abstand getrennt ist;
5 veranschaulicht ein Verfahren zum Bestimmen eines Fehlausrichtungswinkels des Fußabdrucks unter Verwendung eines Prozessors;
6 veranschaulicht ein Verfahren zum Zuschneiden des Fußabdrucks unter Verwendung eines Prozessors;
7 zeigt einen falsch ausgerichteten Fußabdruck mit manuell ausgewählten Punkten, um den Fußabdruck entlang der Koordinatenachsen auszurichten;
8 zeigt eine Transformation des Fußabdrucks von 7 zu einem Fußabdruck, der entlang der Koordinatenachsen eines ausgewählten Bezugsrahmens ausgerichtet ist;
9 zeigt einen zugeschnittenen Bereich eines ausgerichteten Fußabdrucks;
10 zeigt eine Grafik einer Ableitung eines gefilterten mittleren Intensitätsprofils von 9;
11 zeigt den zugeschnittenen Bereich von 9 mit übereinanderliegenden Profilrillenkanten; und
12 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Bestimmen der Position von Rillenkanten für einen Reifen unter Verwendung eines an einem Sensor erhaltenen Fußabdrucks veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung in ihren An- oder Verwendungen zu beschränken. Es sollte verstanden werden, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform zeigt 1 eine Reifenbildgebungsvorrichtung 100 zum Erhalten eines digitalen Fußabdrucks eines Reifens 120. Die Bildgebungsvorrichtung 100 beinhaltet eine Sensoranordnung 102 und eine Steuereinheit 104. Die Sensoranordnung 102 ist eine NxM Anordnung von Pixeln, die in einer zweidimensionalen Ebene gebildet wird. Nur zur Veranschaulichung, N =M= 256. In verschiedenen Ausführungsformen beträgt die Auflösung der Anordnung 0,040"x0,040". Jedes Pixel beinhaltet eine Messvorrichtung oder einen Wandler, wie beispielsweise einen piezoelektrischen Wandler, einen Widerstandswandler, einen kapazitiven Wandler oder eine andere elektrische Vorrichtung, die eine Spannung oder einen Strom proportional zu einer auf die Vorrichtung ausgeübten Kraft oder einem Druck bereitstellt. Die Steuereinheit 104 beinhaltet einen Prozessor 106 in Verbindung mit der Sensoranordnung 102. Der Prozessor 106 empfängt Signale von jedem der Wandler der Sensoranordnung 102 und stellt ein Bild eines Fußabdrucks des Reifens 120 an eine Anzeige 116 oder grafische Benutzeroberfläche bereit. In verschiedenen Ausführungsformen ist die Anzeige 116 ein Touchscreen-Display, das die Eingabe in den Prozessor 106 durch einen Bediener ermöglicht, der die Anzeige 116 berührt, wodurch der Bediener das Bild auf der Anzeige 116 bearbeiten kann. Der Prozessor 106 kann das Bild auch in einer Datenbank oder einem Speicherplatz 108 speichern. Der Speicherplatz 108 speichert auch verschiedene Programme 110, die, wenn sie durch den Prozessor 106 ausgelesen werden, den Prozessor 106 veranlassen, die hierin offenbarten Verfahren zum Bestimmen einer Position von Profilrillen und deren Kanten auszuführen; hierin auch als Profilkanten bezeichnet. Der Prozessor 106 kann auch mit verschiedenen Eingabevorrichtungen, wie beispielsweise einer Tastatur 112 und/oder einer Maus 114, verbunden sein. Der Prozessor 106 kann auch eine Ausgabe bereitstellen, die eine Qualität des Reifens basierend auf der Position der Profilkanten anzeigt.
1 veranschaulicht ein erstes Verfahren zum Erhalten eines digitalen Fußabdrucks des Reifens 120 an der Bildgebungsvorrichtung 100. Eine x-Achse und y-Achse der Sensoranordnung 102 sind dargestellt. Die Sensoranordnung 102 ist so angeordnet, dass die Ebene der Sensoranordnung 102 horizontal ist, um den Reifen 120 zu tragen. Beim ersten Verfahren wird der Reifen 120 auf die Sensoranordnung 102 aufgebracht und eine statische Last 122 in vertikaler Richtung aufgebracht, um den Reifen 120 gegen die Sensoranordnung 102 zu drücken. Jedes Pixel der Sensoranordnung 102 stellt ein Signal bereit, das eine Kraft und/oder einen Druck auf dem Pixel durch den Reifen 120 anzeigt. Das Signal stellt eine Lage oder Position (x,y) des Pixels und eine Intensität z(x,y) für das Pixel bereit.
1A veranschaulicht ein zweites Verfahren zum Erhalten eines digitalen Fußabdrucks des Reifens 120. Beim zweiten Verfahren wird der Reifen 120 mit einer konstanten vertikalen Last 122 über die Oberfläche der Sensoranordnung 102 gerollt 123. Eine x-Achse und y-Achse der Sensoranordnung 102 sind dargestellt. In einer Ausführungsform wird der Reifen 120 entlang einer ausgewählten Achse der Sensoranordnung 102, wie der y-Achse, gerollt.
In noch einer weiteren Ausführungsform kann Tinte auf den Reifen 120 aufgebracht werden und der Reifen kann gegen eine Oberfläche gedrückt oder über diese gerollt werden, um einen Fußabdruck zu hinterlassen. Eine Kamera mit einer lichtempfindlichen Anordnung in ihrer Bildebene kann verwendet werden, um ein digitales Bild des eingefärbten Fußabdrucks zu erhalten, das an den Prozessor 106 gesendet werden kann. Nachdem der Fußabdruck an der Sensoranordnung 102 erfasst wurde, kann der Prozessor 106 die nachfolgend offenbarten Verfahren zum Bestimmen der Rillen- oder Profilrillenkante sowie der Reifenqualität durchführen.
2 zeigt einen Fußabdruck 200 eines Reifens, der an der Sensoranordnung 102 erhalten wurde. Anstatt entlang der x-y-Koordinatenachsen ausgerichtet zu sein, steht der Fußabdruck 200 in einem Winkel zu den Koordinatenachsen; im Folgenden als Fehlausrichtungswinkel bezeichnet. Diese Fehlausrichtung des Fußabdrucks mit den Koordinatenachsen der Sensoranordnung kann auf mehrere Gründe zurückzuführen sein, wie beispielsweise die Positionierungsfehlausrichtung der Bildgebungsvorrichtung 100 während der Messung. Alternativ kann der Fußabdruck absichtlich falsch ausgerichtet werden, um eine Auflösung des Fußabdrucks zu verbessern, wie im Folgenden in Bezug auf die 3, 4 und 4A erläutert wird.
Die 3, 4 und 4A veranschaulichen die Verwendung einer Reifenfehlausrichtung in Bezug auf die Koordinatenachsen der Sensoranordnung 102, um eine Auflösungsbeschränkung der Sensoranordnung 102 zu überwinden. 3 zeigt eine Nahaufnahme der Sensoranordnung 102 mit Pixeln der Sensoranordnung 102. Es wird eine Spalte ‚A‘ von Pixeln und eine Spalte ‚B‘ von Pixeln dargestellt. Die vertikalen Linien 301, 302 und 303 zeigen mögliche Positionen von Merkmalen wie beispielsweise eine Profilkante an, wenn die Profilrillen des Reifens entlang der y-Achse ausgerichtet sind. Die vertikalen Linien 302 und 303 weisen einen Abstand zwischen diesen auf, der kleiner ist als die Breite des Pixels und werden daher trotz ihrer räumlichen Trennung nur von den Pixeln in Spalte ‚A‘ aufgezeichnet. Die Linie 301 wird nur von den Pixeln in Spalte B aufgezeichnet.
4 zeigt eine diagonale Linie 402, die nicht mit den Koordinatenachsen der Sensoranordnung 102 ausgerichtet ist. Die diagonale Linie stellt die Position eines Merkmals wie beispielsweise einer Profilkante des Reifens dar, wenn die Profilrillen des Reifens nicht mit den Koordinatenachsen ausgerichtet sind. Die diagonale Linie 402 kreuzt viele Pixelspalten. Durch Beobachtung, welche Pixel registriert sind, kann eine Steigung der Linie bestimmt werden. 4A zeigt ferner eine diagonale Linie 404, die parallel zur diagonalen Linie 402 verläuft und von der diagonalen Linie 402 durch einen gleichen Betrag getrennt ist, der die Linien 302 und 303 von 3 trennt. Während jedoch die diagonale Linie 402 und die diagonale Linie 404 von einigen der gleichen Pixel aufgezeichnet werden, zeichnen die Pixel 403 und 405 nur die diagonale Linie 402 auf, während Pixel 407 nur die diagonale Linie 404 aufzeichnet. Diese Differenz in den Pixeln, die nur eine der diagonalen Linien aufzeichnen, ermöglicht es, die diagonale Linie 402 von der diagonalen Linie 404 mit einer Auflösungsskala aufzulösen, die feiner ist als die Auflösungsskala, die durch die Größe der Pixel der Anordnung in einem ausgerichteten Footprint bereitgestellt wird. Da die entsprechenden Linien 302 und 303 von 3 nicht aufgelöst werden können, bietet dieses Verfahren der Fehlausrichtung eindeutig eine Erhöhung der Auflösung.
Um Rillenkanten zu bestimmen, wird der falsch ausgerichtete Fußabdruck zentriert und in Ausrichtung mit den Koordinatenachsen der Sensoranordnung 102 gedreht. Der Fußabdruck wird dann zugeschnitten, um die Intensitätsprofilierung vorzubereiten. Dieses Zentrieren, Drehen und Zuschneiden kann durch den Prozessor (106, 1) unter Verwendung der hierin in Bezug auf die 5-6 erläuterten Verfahren automatisch durchgeführt werden. Alternativ können diese Schritte auch von einem Bediener mit den hierin in Bezug auf 7-8 beschriebenen Verfahren durchgeführt werden.
5 veranschaulicht ein Verfahren zum Bestimmen eines Fehlausrichtungswinkels des Fußabdrucks unter Verwendung eines Prozessors. Der Prozessor (106, 1) wählt eine erste und eine zweite Position entlang der y-Achse aus, um ein Intensitätsprofil des Fußabdrucks 200 zu erhalten. Im Allgemeinen werden die erste und zweite Position so gewählt, dass horizontale Linien, die an der ersten und zweiten Position gezogen werden, durch die Seiten des Reifens verlaufen, um Intensitätsprofile zu erhalten, die sich über den Reifen erstrecken. Ein Intensitätsprofil des Fußabdrucks wird an jeder der ersten und zweiten Positionen durch Aufzeichnen der Intensität entlang der x-Achse erfasst. 5 zeigt das Intensitätsprofil z₁(x) und das Intensitätsprofil z₂(x), die entlang der y-Achse durch einen Abstand Δy getrennt sind. Da es sich bei z₁(x) und z₂(x) um ähnliche Intensitätsprofile handelt, kann der Prozessor 106 eine Kreuzkorrelation der Intensitätsprofile durchführen, dargestellt in Gl. (1): $τ_{d m a x} = a r g max_{τ} (\int z_{1} (x) z_{2} (x - τ) d x)$
wobei τ_{d max} ein Abstand ist, der durch z₂(x) in Bezug auf z₁(x) verschoben wird, um ein Maximum der Kreuzkorrelationsfunktion zu erhalten. Obwohl 5 nur zwei Intensitätsprofile zeigt, die durch zwei Intensitätsprofilabtastungen entlang der x-Achse erhalten werden, kann eine beliebige Anzahl von Abtastungen verwendet werden, um eine optimale Anpassung der Werte von τ_{d max} zu erhalten. Der Abstand τ_d _max bezieht sich auf den Abstand Δy über einen Versatzwinkel θ und kann daher zum Bestimmen des Versatzwinkels θ verwendet werden, mittels der Gl. (2): $θ = {tan}^{- 1} (\frac{τ_{d m a x}}{Δ y})$
Nachdem der Versatzwinkel θ bestimmt wurde, kann der Fußabdruck um die Achsen der Sensoranordnung 102 gedreht werden. Nach dem Drehen des Fußabdrucks kann ein Schwerpunkt (602, 6) oder ein geometrisches Zentrum des Fußabdrucks mittels eines Mittelwertverfahrens bestimmt werden, dargestellt in Gl. (3) and (4): $x_{00} = \frac{\int x \cdot z (x, y) d x d y}{\int z (x, y) d x d y}$
und $y_{00} = \frac{\int x \cdot z (x, y) d x d y}{\int z (x, y) d x d y}$
wobei (xoo, yoo) die Koordinaten des Schwerpunktes (602, 6) sind. Der Schwerpunkt (602, 6) kann verwendet werden, um das Bild des Fußabdrucks zu zentrieren oder beim Zuschneiden des Fußabdrucks. Obwohl die vorstehenden Gleichungen für kontinuierliche Funktionen mit integralen Operationen geschrieben sind und mathematische Transformationen darstellen, sind die entsprechenden Operationen für diskrete Funktionen mit Summierungen anstelle von Integralen gleichermaßen gültig und können anstelle der integralen Formen für die diskreten Wandlermessungen verwendet werden.
6 veranschaulicht ein Verfahren zum Zuschneiden des Fußabdrucks 200 unter Verwendung eines Prozessors. Das Zuschneiden des Fußabdrucks 200 eliminiert Kontaktvariationen, die an der unteren Extremität (y_min ) und der oberen Extremität (y_max ) des Fußabdrucks 200 auftreten, wie beispielsweise die Variation 604. Das Zuschneiden des Fußabdrucks 200 eliminiert oder reduziert auch die Rundung, die entlang der linken Kante (x_min ) und der rechten Kante (x_max ) auftritt, wie beispielsweise die Rundung 606.
Mit dem entlang der Koordinatenachsen der Sensoranordnung 102 ausgerichteten Fußabdruck 200 bestimmt der Prozessor 106 die äußerste linke Extremität (x_min ) und die äußerste rechte Extremität (x_max ) des Fußabdrucks 200 entlang der x-Achse sowie die untere Extremität (y_min ) und die obere Extremität (y_max ) des Fußabdrucks 200 entlang der y-Achse. Diese Extremitäten können durch Messen eines mittleren Intensitätsprofils entlang der x-Achse bzw. y-Achse bestimmt werden. Die oberen und unteren Extremitäten werden verwendet, um einen rechteckigen Bereich zu definieren, der den Fußabdruck 200 enthält. Ein Zuschneidefeld 608 wird auf der rechteckigen Fläche durch Multiplizieren der Länge und Breite der rechteckigen Fläche mit geeigneten Zuschneideskalen α und β bestimmt. Somit, $X_{c} = α (x_{m a x} - x_{m i n})$
und $Y_{c} = β (y_{m a x} - y_{m i n})$
Wobei X_c und Y_c eine Länge und Höhe des Zuschneidefeldes 608 sind. Zur Veranschaulichung: α = 1,2 und β=0,3. Bei α > 1 erstreckt sich die Länge des Zuschneidefeldes 608 außerhalb der linken und rechten Extremitäten des Fußabdrucks 200. Das Zuschneidefeld 608 ist im Allgemeinen auf den Schwerpunkt 602 ausgerichtet.
7 zeigt einen falsch ausgerichteten Fußabdruck 200 mit manuell ausgewählten Punkten, um den Fußabdruck entlang der Koordinatenachsen auszurichten. Der Bediener wählt zwei Punkte 702 und 704 aus, die eine Linie bilden, die eine Ebene darstellt, die parallel oder im Wesentlichen parallel zur Mittelebene des Reifens verläuft. So werden beispielsweise die beiden Punkte 702 und 704 entlang einer gleichen Rillenkante des Fußabdrucks 200 ausgewählt. Die beiden Punkte 702 und 704 werden verwendet, um den Versatzwinkel θ zu bestimmen, mit dem eine Rotationsmatrix erstellt werden kann. Der Benutzer wählt dann manuell einen Punkt aus, der einen manuell ausgewählten Schwerpunkt 710 des Reifenfußabdrucks darstellt, dargestellt durch (x_00alt, y_00alt). Der Index „alter“ bezieht sich auf den ursprünglichen oder falsch ausgerichteten Fußabdruck. Die beiden Punkte 702 und 704 und der manuell ausgewählte Schwerpunkt 710 können per Mausklick oder durch Berühren der Anzeige an einer ausgewählten Stelle ausgewählt werden.
8 zeigt eine Transformation des Fußabdrucks 200 von 7 zu einem Fußabdruck, der entlang der Koordinatenachsen des gewünschten Bezugsrahmens geometrisch deckungsgleich mit dem der Anzeige 116 ausgerichtet ist. Die Transformationsoperation für den Fußabdruck kann wie folgt geschrieben werden: $(\begin{matrix} x_{n e u} \\ y_{n e u} \end{matrix}) = (\begin{matrix} a_{00} & a_{01} \\ a_{10} & a_{11} \end{matrix}) (\begin{matrix} x_{o l d} \\ y_{o l d} \end{matrix} \begin{matrix} - \\ - \end{matrix} \begin{matrix} x_{o l d 00} \\ y_{o l d 00} \end{matrix}) + (\begin{matrix} x_{n e u 00} \\ y_{n e u 00} \end{matrix})$
wobei (x_neu , y_neu ) die Koordinaten des transformierten Bildes darstellt, wobei sich der Index „neu“ auf die transformierten Daten bezieht. Der Schwerpunkt (x_00neu, y_00neu) des transformierten Bildes kann vom Bediener ausgewählt werden. Die Lichtintensität ‚z‘ eines Pixels im transformierten Bild bezieht sich auf die Lichtintensität eines Pixels des ursprünglichen Fußabdrucks durch die Gl. (8): $z (x_{n e w,} y_{n e u}) = z (x_{o l d,} y_{o l d})$
8 zeigt ferner ein Zuschneidefeld 608, das vom Bediener nach dem Transformationsvorgang auf dem Fußabdruck 200 ausgewählt wird. Es ist zu beachten, dass während der Transformationsvorgang der Gl. (7) und (8) in Bezug auf den manuellen Vorgang der 7 und 8 erläutert wird, der Transformationsvorgang auch durch den Prozessor verwendet werden kann, da er den automatischen Transformationsvorgang der 5 und 6 durchführt. Nach Beendigung des Transformationsvorgangs kann ein Kontrastwert des Fußabdrucks 200 eingestellt werden. Insbesondere kann das Kontrastniveau angepasst werden, um eine Sättigung bei niedrigen Intensitätsniveaus und bei hohen Intensitätsniveaus zu erreichen.
9 zeigt einen zugeschnittenen Bereich 900 eines ausgerichteten Fußabdrucks 200. Das Zuschneidefeld 608 definiert den zugeschnittenen Bereich des Fußabdrucks 200. Der Fußabdruck 200 zeigt die Bereiche 901 und 917, die außerhalb des Reifens liegen. Der Fußabdruck 200 zeigt ferner von links nach rechts die erste Rille 903, die zweite Rille 907, die dritte Rille 911 und die vierte Rille 915. Die erste Rille 903 und die zweite Rille 907 sind durch den Spalt 905 getrennt. Die zweite Rille 907 und die dritte Rille 911 sind durch den Spalt 909 getrennt. Die dritte Rille 911 und die vierte Rille 915 sind durch den Spalt 913 getrennt. Die Rillen weisen Kanten auf, die an den Stellen, an denen sich die Intensität des Fußabdrucks ändert, sichtbar sind. Die erste Rille 903 weist Kanten 902 und 904 auf. Die zweite Rille 907 weist Kanten 906 und 908 auf. Die dritte Rille 911 weist Kanten 910 und 912 auf. Die vierte Rille 915 weist Kanten 914 und 916 auf. 9 zeigt ferner ein mittleres Intensitätsprofil 925 für den Fußabdruck. Das mittlere Intensitätsprofil 925 kann verwendet werden, um die Kanten der Rillen zu lokalisieren.
Um ein Intensitätsprofil entlang der x-Achse zu erhalten, wird eine mittlere Intensitätsfunktion I(x) erzeugt, die eine Funktion ist, welche die Intensitäten des zugeschnittenen Bereichs 900 in der durch die x-Koordinate dargestellten Spalte durchschnittlich berechnet. Für jede x-Koordinate ist die Funktion der mittleren Intensität I(x) ein Mittelwert über alle oder im Wesentlichen alle Intensitäten in der Spalte, die durch den ausgewählten x-Wert repräsentiert wird, dargestellt in Gl. (9): $I (x) = \frac{\sum_{y} z (x, y)}{N_{y}}$
Die Summennotation zeigt eine Summe der Intensitäten für die Werte von ‚y‘ für den ausgewählten x-Wert an.
wobei N_y die Anzahl der Pixel in der durch die x-Koordinate dargestellten Spalte ist. Die Division durch N_y stellt einen normierten Wert für die Intensitätsfunktion bereit.
Nachdem die Intensitätsfunktion I(x) für die x-Koordinaten des zugeschnittenen Bildes bestimmt wurde, wird die Intensitätsfunktion bandpassgefiltert, um die Kantenerkennbarkeit und das Signal-Rausch-Verhältnis der Intensitätsfunktion zu erhöhen. Der Filter kann ein nicht-kausaler oder verzögerungsfreier Filter sein. In einer Ausführungsform kann ein nicht-kausaler Filter mit einer herkömmlichen verzögernden Filterung in Vorwärts- (+x) und Rückwärtsrichtung (-x) in zwei aufeinanderfolgenden Schritten erreicht werden.
Aus dem gefilterten mittleren Intensitätsprofil wird dann eine Ableitung entnommen. Die Ableitung liefert lokale Spitzen oder Extrema, welche die Positionen anzeigen, an denen die Funktion der mittleren Intensität von einem Bereich hoher Intensität zu einem Bereich niedriger Intensität oder von einem Bereich niedriger Intensität zu einem Bereich hoher Intensität übergeht. In einer Ausführungsform zeigt ein lokales Minimum einen Übergang von einem Bereich mit hoher Intensität zu einem Bereich mit niedriger Intensität und ein lokales Maximum einen Übergang von einem Bereich mit niedriger Intensität zu einem Bereich mit hoher Intensität an. Die Ableitung der gefilterten mittleren Intensität kann auch gefiltert werden, um die Erkennbarkeit und ein Signal-Rausch-Verhältnis in verschiedenen Ausführungsformen zu verbessern.
10 zeigt eine Grafik der Ableitung 1000 des gefilterten mittleren Intensitätsprofils. Die Werte des Extrema der Ableitung stellen die Rand- oder Profilkanten dar, welche die Kante der Profilrillen definieren. So erscheint beispielsweise die maximale Spitze 1002 an der Position der linken Kante 902 der ersten Rille 903 von 9 und die minimale Spitze 1004 an der Position der rechten Kante 904 der ersten Rille 903. Ebenso erscheint die maximale Spitze 1006 an der Position der linken Kante 906 der zweiten Rille 907 und die minimale Spitze 1008 an der Position der rechten Kante 908 der zweiten Rille 907. Die maximale Spitze 1010 erscheint an der Position der linken Kante 910 der dritten Rille 911 und die minimale Spitze 1012 an der Position der rechten Kante 912 der dritten Rille 911. Schließlich erscheint die maximale Spitze 1014 an der Position der linken Kante 914 der vierten Rille 915 und die minimale Spitze 1016 an der Position der rechten Kante 916 der vierten Rille 915.
Mit Blick nun auf 11 zeigt der zugeschnittene Bereich 608 die vier Rillen des zugeschnittenen Fußabdrucks von 9, die nun mit überlagerten Profilrillenkanten versehen sind. Es wurden Linien gezogen, um die Position der Rillenkanten darzustellen. Die Linien 1102 und 1104 stellen die jeweils linken und rechten Kanten der ersten Rille 903 dar. Die Linien 1106 und 1108 stellen die jeweils linken und rechten Kanten der zweiten Rille 907 dar. Die Linien 1110 und 1112 stellen die jeweils linken und rechten Kanten der dritten Rille 911 dar. Die Linien 1114 und 1116 stellen die jeweils linken und rechten Kanten der vierten Rille 915 dar.
12 zeigt ein Flussdiagramm 1200, das ein Verfahren zum Bestimmen der Position von Rillenkanten für einen Reifen unter Verwendung eines an einem Sensor erhaltenen Fußabdrucks veranschaulicht. In Feld 1202 wird ein Fußabdruck des Reifens erhalten, der beispielsweise die Sensoranordnung 102 verwendet. In Feld 1204 wird eine Position eines Schwerpunktes des Fußabdrucks in Bezug auf die Koordinatenachsen der Sensoranordnung und ein Falschausrichtungswinkel des Fußabdrucks in Bezug auf die Koordinatenachse der Sensoranordnung bestimmt. Der Schwerpunkt und der Fehlausrichtungswinkel können entweder automatisch durch den Prozessor oder manuell durch einen Bediener bestimmt werden. In Feld 1206 wird eine lineare Transformation auf dem Fußabdruck durchgeführt, um den Fußabdruck entlang der Achse der Sensoranordnung auszurichten. Die Durchführung der linearen Transformation beinhaltet eine oder mehrere einer linearen Verschiebung des Fußabdrucks und eine Drehung des Fußabdrucks unter Verwendung des bestimmten Schwerpunktes des Reifens und des Fehlausrichtungswinkels. In Feld 1208 wird eine Kontrasteinstellung des Fußabdrucks angepasst, um eine Sättigung bei niedrigen und hohen Intensitätsniveaus zu erreichen. In Feld 1210 wird das Bild um den Schwerpunkt des Fußabdrucks zugeschnitten. In Feld 1212 wird ein Profil der mittleren Intensität entlang der x-Richtung oder Richtung erstellt, die senkrecht über die Profilrillen des Reifens verläuft. In Feld 1214 wird das mittlere Intensitätsprofil mit einem ersten Filter gefiltert. In Feld 1216 wird eine Ableitung des gefilterten Intensitätsprofils vorgenommen. In Feld 1218 wird ein zweiter Filter auf die Ableitung angewendet. In Feld 1220 werden die Spitzen der Ableitung erfasst, um die Positionen der Profilrillenkanten zu bestimmen.
Nachdem die Position der Profilrillenkanten bestimmt wurde, können diese Daten zum Bestimmen der Qualität des Reifens verwendet werden. In einer Ausführungsform bestimmt die Position der Profilrillenkanten die Wechselwirkung des Reifens mit der Straße bei der Entstehung von Problemen wie Rillenempfindlichkeiten. In einer Ausführungsform kann ein Benutzer die Profilrillenkanten eines geeigneten Reifendesigns identifizieren, die für eine übermäßige Interaktion mit der Spurrille verantwortlich sind, und die Profilrillenkanten sinnvoll neu positionieren, um zu vermeiden, dass mehrere übereinanderliegende Profilrillenkanten mit den Spurrillen der Straße zusammenfallen.
Während die obige Offenbarung mit Bezug auf exemplarische Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, dass unterschiedliche Änderungen vorgenommen und die einzelnen Teile durch entsprechende andere Teile ausgetauscht werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Materialsituation an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher ist vorgesehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten speziellen Ausführungsformen eingeschränkt sein soll, sondern dass sie auch alle Ausführungsformen beinhaltet, die innerhalb des Umfangs der Anmeldung fallen.

Claims

Computerimplementiertes Verfahren zum Bestimmen einer Reifenqualität, umfassend: Erhalten eines Fußabdrucks des Reifens an einer Sensoranordnung; Bestimmen eines Intensitätsprofils des Fußabdrucks; Lokalisieren einer Kante einer Profilrille des Reifens aus einer Intensitätsänderung; und Bestimmen einer relativen Qualität des Reifens aus der Position der Profilrillenkante.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Erhalten des Fußabdrucks in einem Fehlausrichtungswinkel zu einer Koordinatenachse der Sensoranordnung und das Anwenden einer geometrischen Transformation zum Ausrichten des Fußabdrucks mit der Koordinatenachse.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend das Bestimmen einer Profilrillenposition innerhalb einer Auflösung jenseits der Auflösung der Sensoranordnung durch Erhalten des Fußabdrucks unter dem Fehlausrichtungswinkel.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Intensitätsprofil eine Intensität entlang einer Richtung quer zu den Profilrillen des Reifens ist und die Intensität an einer ausgewählten Stelle ein Durchschnitt der Intensitäten ist, die entlang einer Profilrillenrichtung an der ausgewählten Stelle aufgezeichnet werden.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend das Anordnen der Profilrillenkante von einer Stelle eines Extremums einer Ableitung des Intensitätsprofils.
Vorrichtung zum Bestimmen einer Qualität eines Reifens, umfassend: eine Sensoranordnung, die konfiguriert ist, um einen Fußabdruck des Reifens zu erhalten; und einen Prozessor, der konfiguriert ist, um: ein Intensitätsprofil des Fußabdrucks zu bestimmen, eine Kante einer Profilrille des Reifens von einer Intensitätsänderung zu lokalisieren, und Bestimmen einer relativen Qualität des Reifens aus der Position der Profilrillenkante.
Vorrichtung nach Anspruch 6, worin die Sensoranordnung ferner konfiguriert ist, um den Fußabdruck in einem Fehlausrichtungswinkel zu einer Koordinatenachse der Sensoranordnung zu empfangen, und wobei der Prozessor konfiguriert ist, um eine geometrische Transformation anzuwenden, um den Fußabdruck mit der Koordinatenachse auszurichten.
Vorrichtung nach Anspruch 7, worin der Prozessor ferner konfiguriert ist, um eine Profilrillenposition innerhalb einer Auflösung jenseits der Auflösung der Sensoranordnung unter Verwendung des Fehlausrichtungswinkels des Reifens mit der Koordinatenachse der Sensoranordnung zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, worin der Prozessor ferner konfiguriert ist, um das Intensitätsprofil entlang einer Richtung quer zu den Profilrillen des Reifens zu erzeugen, worin die Intensität an einer ausgewählten Stelle ein Durchschnitt der Intensitätsaufzeichnungen entlang einer Profilrillenrichtung an der ausgewählten Stelle ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, worin der Prozessor ferner konfiguriert ist, um die Kante von einer Position eines Extremums einer Ableitung des Intensitätsprofils zu lokalisieren.