1.本发明大体上涉及轮胎监测系统。更具体地，本发明涉及收集轮胎参数数据的系统。本发明涉及用于估计轮胎载荷的系统，其采用轮胎的反向挠度，以准确可靠的方式间接地估计轮胎载荷。
背景技术：
2.车辆的每个轮胎上的载荷在诸如操纵性、安全性、可靠性和性能的车辆因素中起重要作用。在车辆的操作期间的轮胎上的载荷的测量或估计常常被诸如制动、牵引、稳定和悬架系统的车辆控制系统所使用。例如，关于独立轮胎载荷的信息使得在车辆的前后轮轴之间的载荷分布的精确估计成为可能，于是这可用于优化制动控制系统。替代性地，对轮胎载荷和因此车辆质量的了解可使得电动车辆的剩余里程的更准确的估计成为可能。因而，希望以准确可靠的方式估计轮胎上的载荷，用于在这样的系统中的输入或使用。
3.现有技术的方法涉及试图利用载荷或应变传感器直接测量轮胎载荷。尤其地在轮胎的寿命期间，由于难以实现具有能够准确一致的测量轮胎载荷的在轮胎上的构造和放置的传感器，所以这样的直接测量技术存在缺点。
4.已开发涉及利用固定参数的轮胎载荷的估计的其他的现有技术的方法。由于依赖于固定参数的技术常常导致不太好的预测或估计，这继而降低轮胎载荷预测的准确度和/或可靠性，所以这样的现有技术的方法存在缺点。
5.因此，本领域存在对准确可靠地估计轮胎载荷的系统和方法的需求。
技术实现要素：
6.根据本发明的示例性实施例的方面，提供一种用于轮胎的反向挠度载荷估计系统。轮胎包括延伸至周向胎面并支撑车辆的一对侧壁，并且车辆包括控制局域网络总线。系统包括安装至轮胎并测量轮胎的参数的传感器。由测量的参数确定轮胎的反向挠度，并且通过控制局域网络总线接收线性的车辆速度信号。处理器与传感器电子通信，并且与控制局域网络总线电子通信。载荷估计模块与处理器电子通信，接收线性的车辆速度信号和轮胎的反向挠度，并确定轮胎上的载荷。
7.根据本发明的示例性实施例的另一方面，提供一种利用反向挠度用于估计轮胎载荷的方法。轮胎包括延伸至周向胎面并支撑车辆的一对侧壁。在方法中，将传感器安装至轮胎，并且用传感器测量轮胎的参数。由测量的参数确定轮胎的反向挠度，并且通过车辆的控制局域网络总线接收线性的车辆速度信号。提供与传感器电子通信并且与控制局域网络总线电子通信的处理器。在与处理器电子通信的载荷估计模块中接收线性的车辆速度信号和轮胎的反向挠度。用载荷估计模块确定轮胎上的载荷。
8.本发明提供以下技术方案：1. 一种用于轮胎的反向挠度载荷估计系统，所述轮胎包括延伸至周向胎面并支撑车辆的一对侧壁，所述车辆包括控制局域网络总线，所述系统包括：
安装至所述轮胎的传感器，所述传感器测量所述轮胎的参数；由测量的参数确定的所述轮胎的反向挠度；通过所述控制局域网络总线接收的线性车辆速度信号；处理器，其与所述传感器电子通信、并且与所述控制局域网络总线电子通信；和与所述处理器电子通信的载荷估计模块，其，所述载荷估计模块接收所述线性车辆速度信号和所述轮胎的所述反向挠度，并确定所述轮胎上的载荷。
9.2. 根据方案1所述的用于轮胎的反向挠度载荷估计系统，其中，所述测量的参数包括所述轮胎的径向加速度。
10.3. 根据方案2所述的用于轮胎的反向挠度载荷估计系统，其中，所述反向挠度由径向加速度最小值之间的中间区域确定。
11.4. 根据方案3所述的用于轮胎的反向挠度载荷估计系统，其中，所述反向挠度由所述中间区域中的所述径向加速度的平均值确定。
12.5. 根据方案2所述的用于轮胎的反向挠度载荷估计系统，其中，所述载荷估计模块接收由所述传感器测量的所述轮胎的回转时间。
13.6. 根据方案2所述的用于轮胎的反向挠度载荷估计系统，其中，所述载荷估计模块接收由所述传感器测量的所述轮胎的充气压力和所述轮胎的温度。
14.7. 根据方案2所述的用于轮胎的反向挠度载荷估计系统，其中，所述载荷估计模块接收轮胎识别信息和所述传感器的识别码中的至少一个。
15.8. 根据方案1所述的用于轮胎的反向挠度载荷估计系统，其中，所述载荷估计模块从所述控制局域网络总线接收线性车辆速度。
16.9. 根据方案1所述的用于轮胎的反向挠度载荷估计系统，其中，所述载荷估计模块采用回归模型。
17.10. 根据方案9所述的用于轮胎的反向挠度载荷估计系统，其中，所述回归模型包括线性回归模型。
18.11. 根据方案1所述的用于轮胎的反向挠度载荷估计系统，还包括车辆控制系统，其与所述处理器电子通信，所述车辆控制系统接收所述轮胎上的确定的载荷。
19.12. 根据方案1所述的用于轮胎的反向挠度载荷估计系统，其中，所述处理器包括车载处理器和基于云的计算系统中的处理器中的至少一个。
20.13. 一种用于估计轮胎的载荷的方法，所述轮胎包括延伸至周向胎面并支撑车辆的一对侧壁，所述方法包括步骤：将传感器安装至所述轮胎；用所述传感器测量所述轮胎的参数；由测量的参数确定所述轮胎的反向挠度；通过所述车辆的控制局域网络总线接收线性车辆速度信号；提供处理器，其与所述传感器电子通信，并且与所述控制局域网络总线电子通信；在与所述处理器电子通信的载荷估计模块中接收所述线性车辆速度信号和所述轮胎的所述反向挠度；和用所述载荷估计模块确定所述轮胎上的载荷。
21.14. 根据方案13所述的用于估计轮胎的载荷的方法，其中，测量所述轮胎的参数
的步骤包括测量所述轮胎的径向加速度。
22.15. 根据方案14所述的用于估计轮胎的载荷的方法，其中，确定所述轮胎的反向挠度的步骤包括由径向加速度最小值之间的中间区域确定所述反向挠度。
23.16. 根据方案15所述的用于估计轮胎的载荷的方法，其中，确定所述轮胎的反向挠度的步骤包括由所述中间区域中的所述径向加速度的平均值确定所述反向挠度。
24.17. 根据方案14所述的用于估计轮胎的载荷的方法，还包括在所述载荷估计模块中接收由所述传感器测量的所述轮胎的回转时间和由所述传感器测量的所述轮胎的充气压力和所述轮胎的温度中的至少一个的步骤。
25.18. 根据方案14所述的用于估计轮胎的载荷的方法，还包括在所述载荷估计模块中接受轮胎识别信息和所述传感器的识别码中的至少一个的步骤。
26.19. 根据方案13所述的用于估计轮胎的载荷的方法，其中，用所述载荷估计模块确定所述轮胎上的载荷的步骤包括采用线性回归模型。
27.20. 根据方案13所述的用于估计轮胎的载荷的方法，还包括将所述轮胎上的确定的载荷传输至与所述处理器电子通信的车辆控制系统的步骤。
附图说明
28.将作为例子并参考附图描述本发明，其中：图1是车辆和配备传感器的轮胎的透视图，其采用本发明的反向挠度轮胎载荷估计系统的示例性实施例；图2是示出图1所示的轮胎的反向挠度的示意图示；图3是图2所示的轮胎的径向加速度的图形图示；图4是本发明的反向挠度轮胎载荷估计系统的示例性实施例的示意图示；和图5是带有到基于云的服务器和到用户装置的数据传输的表示的图1所示的车辆的示意图。
29.相似的附图标记贯穿附图指相似的零件。
30.定义“轴向的”和“轴向地”表示平行于轮胎的旋转轴线的线或方向。
[0031]“can总线”是控制器局域网络的缩写，其是一种被设计成在无主计算机的情况下允许微控制器和装置在车辆内互相通信的车辆总线标准。can总线是一种被设计成专门用于车辆应用的基于消息的协议。
[0032]“周向的”表示垂直于轴向方向、沿着环形胎面的表面的周边延伸的线或方向。
[0033]“赤道中心面”表示垂直于轮胎旋转轴线且穿过胎面中心的平面。
[0034]“印迹”表示当轮胎旋转或滚动的时候由轮胎胎面与诸如地面的平坦表面产生的接触印痕或接触面积。
[0035]“内侧面”表示把轮胎安装在车轮上且把车轮安装在车辆上时最靠近车辆的轮胎侧面。
[0036]“侧向的”表示轴向方向。
[0037]“侧向边缘”表示在标准载荷和轮胎充气情况下测量的、与轴向最外侧的胎面接触印痕或印迹相切的线，这些线平行于赤道中心面。
[0038]“净接触面积”表示在围绕胎面的整个圆周的侧向边缘之间的接地胎面元件的总面积除以在侧向边缘之间的整个胎面的总面积。
[0039]“外侧面”表示把轮胎安装在车轮上且把车轮安装在车辆上时离车辆最远的轮胎侧面。
[0040]“径向的”和“径向地”表示径向地朝着或远离轮胎的旋转轴线的方向。
[0041]“胎面元件”或“牵引元件”表示由具有邻近沟槽的形状限定的肋或块元件。
具体实施方式
[0042]
在图1至图5中的10处标示了本发明的反向挠度轮胎载荷估计系统的示例性实施例。系统10和附随的方法试图克服由寻求通过直接的传感器测量来测量轮胎载荷的现有技术的系统和方法所造成的上述挑战。因此，本主题的系统和方法在本文被称为“间接的”载荷估计系统和方法。
[0043]
特别参考图1，系统10基于轮胎的反向挠度估计支撑车辆14的每个轮胎12上的载荷，如以下将更详细描述的。尽管车辆14被描绘成乘用车，但本发明不受如此限制。本发明的原理适用于其中车辆可由比图1所示的更多或更少的轮胎支撑的其它的车辆种类，诸如商用卡车。为了便利的目的，除了以下具体描述，将对单个轮胎12进行分析，应理解的是，相似的分析被设想用于支撑车辆14的每个轮胎。
[0044]
轮胎12具有传统的构造，并安装在相应的车轮16上。轮胎12包括一对侧壁18，其延伸至周向胎面20，该周向胎面在车辆操作期间接合地面。轮胎12优选地配备为了检测某些实时轮胎参数的目的而安装至轮胎的传感器26。例如，传感器26可以是市场上可买到的轮胎压力监测系统(tpms)模块或传感器，其可通过诸如粘合剂的合适方法贴附至轮胎12的内衬22。传感器26优选地包括：压力传感器，以感测轮胎12的空腔24内的充气压力58(图4)；和温度传感器，以感测轮胎的温度60和/或空腔中的温度。传感器26优选地还感测轮胎12的回转时间，并且还感测轮胎的反向挠度，如以下将更详细说明的。
[0045]
传感器26优选地还包括处理器和存储器，以便存储轮胎12的轮胎标识(轮胎id)信息66(图4)。例如，轮胎id可包括轮胎12的制造信息，包括：轮胎在车辆14上的位置；轮胎型号；尺寸信息，诸如轮辋尺寸、宽度和外径；制造地点；制造日期；胎面冠部编码，其包括混炼胶标识或与混炼胶标识相关；和模具编码，其包括胎面结构标识或与胎面结构标识相关。轮胎id还可包括维修历史或其他信息，以识别轮胎12的具体特征和参数。传感器26优选地还包括为了分析用于将测量的参数和轮胎id数据传输至远程处理器28的天线，所述远程处理器28可以是集成到车辆can总线30中的处理器。
[0046]
轮胎载荷估计系统10的方面优选地在通过车辆can总线30可访问的处理器28(图4)上执行。处理器28可以是车载处理器，或者可以是远程因特网或基于云的处理器(图5)。这样的处理器28和附随的方法的使用使得来自基于轮胎的传感器26的数据和来自某些基于车辆的传感器的数据、以及来自可存储在与处理器电子通信的合适的存储介质中的数据库的数据能够输入到系统10中。can总线30使轮胎载荷估计系统10能够与车辆14的其他电子部件和系统交互。
[0047]
转向图2，当轮胎12在诸如地面的表面32上旋转或滚动的时候，胎面20与表面产生的接触印痕34，其也被称作印迹。在接触印痕34中，轮胎12经受挠度（deflection）36。由于
挠度36，所以轮胎12的在接触印痕34外侧的表面38经受反向挠度(counter-deflection)40。更具体地，反向挠度40是远离接触印痕34的轮胎12的半径的增大，并与出现在接触印痕中的挠度36成比例。
[0048]
附加地参考图3，当轮胎12旋转的时候，其具有径向加速度42。可随着时间44的过去绘制轮胎12的径向加速度42，并且当车辆14以恒定速度行驶时，在径向加速度最小值48之间的中间区域46对应于轮胎的反向挠度40。可确定径向加速度中间区域46的平均值50，其对应于反向挠度40的具体值，如以下将更详细描述的。在该例子中，径向加速度中间区域46的平均值50大约为62g，其中，g是重力当量。径向加速度平均值50在50公里/小时(kph)的速度时在4000牛顿(n)的载荷作用下对应于轮胎12的大约0.317米(m)的反向挠度40或反向挠度半径。
[0049]
传感器26(图1)可包括径向加速度计，以感测轮胎12的径向加速度42，由此可确定反向挠度40。根据径向加速度42的轮胎12的反向挠度40的确定可在传感器26内执行，或者当处理器与传感器电子通信的时候可在处理器28中执行。应理解可使用测量轮胎12的变形的其他测量装置来确定反向挠度40。
[0050]
转向图4，反向挠度轮胎载荷估计系统10包括载荷估计模块52，其被存储在处理器28上或者与处理器28电子通信。载荷估计模块52通过车辆can总线30接收线性车辆速度54和来自传感器26的轮胎数据56。轮胎数据56优选地包括由此可确定反向挠度40的轮胎12的径向加速度42，或者能够实现反向挠度的确定的另一轮胎参数。轮胎数据56优选地还包括轮胎12的回转时间62，以能够实现径向加速度中间区域46和因而反向挠度40的确定。轮胎数据56优选地还包括轮胎充气压力58、轮胎温度60、轮胎id信息66和/或传感器26的标识码64。
[0051]
载荷估计模块52优选地包括回归模型，其可以是线性回归模型或非线性回归模型，以由线性车辆速度54和包括反向挠度40的轮胎数据56估计轮胎载荷68。优选地，采用线性回归模型。然而，如果需要载荷估计模型52中更高的准确度，则可采用非线性回归模型。
[0052]
作为例子，轮胎12包括垂直刚度kf，其是挠度36(也标识为f)与轮胎上的正常载荷f之间的比例常数：f=kf*f轮胎12的反向挠曲刚度kλ是反向挠度40(也标识为λ)与正常载荷f之间的比例常数：f=kλ*λ反向挠曲刚度kλ与轮胎12的垂直刚度成正比。反向挠曲刚度kλ可被描述成回归模型，其带有：标识为m的第一变量，其与充气压力58(也标识为p)成比例；和标识成b的第二变量，其表示从轮胎id信息66识别的轮胎12的结构特性，诸如轮胎的侧壁剪切刚度和尺寸：kλ=m*p+b反向挠度40(λ)可利用轮胎12的反向挠度半径r减去空载轮胎半径r0确定：λ=r-r0如由测量的径向加速度42(也标识为a)所得到的，半径r等于线性车辆速度54(也标识为v)的平方除以径向加速度：
径向挠度40(λ)因而被确定为：由此，确定轮胎载荷68(也标识成f)：其通常也可表达为f=f(p,r0,v,a)。
[0053]
这样，载荷估计模块52从线性车辆速度54和轮胎数据56估计轮胎载荷68。轮胎12上的估计的载荷68可从反向挠度轮胎载荷估计系统10通过车辆can总线系统30通信，以供诸如制动、牵引、稳定和/或悬架系统的车辆控制系统使用。
[0054]
转向图5，反向挠度轮胎载荷估计系统10优选地在通过车辆can总线30可访问的处理器28上执行，所述处理器28可安装在车辆14上，或者其可在因特网或基于云的计算系统70中，在本文被称为基于云的计算系统。反向挠度轮胎载荷估计系统10优选地在车辆14与基于云的计算系统70之间采用无线数据传输72。反向挠度轮胎载荷估计系统10还可在基于云的计算系统70与显示装置76之间采用无线数据传输74，所述显示装置102对于车辆14的用户（诸如智能手机）或对于车队管理者是可访问的。替代性地，系统10还可在车辆can总线30与显示装置76之间采用无线数据传输78。
[0055]
这样，本发明的反向挠度轮胎载荷估计系统10利用轮胎12的反向挠度40以准确可靠的方式间接地估计轮胎载荷68。反向挠度轮胎载荷估计系统10将线性车辆速度54和轮胎数据56用于轮胎载荷68的实时估计。
[0056]
本发明还包括用于估计轮胎12的载荷的方法。方法包括根据以上介绍并在图1至5中示出的说明的步骤。
[0057]
应理解在不影响本发明的整体概念或操作的情况下，上述反向挠度轮胎载荷估计系统的结构和方法可改变或重新布置，或者可省略或增加为本领域的技术人员所知的部件或步骤。
[0058]
已参考优选实施例描述了本发明。其他人在阅读和理解该说明时将想到潜在的变型和变更。应理解所有这样的变型和变更被包括在如所附权利要求阐述的本发明的范围或其等同范围内。