用于确定在滚动时承受外力的轮胎的变形的方法与流程

本发明涉及由安装于行驶时的陆地车辆的安装组件的测量装置提供的测量信号的领域。

背景技术：

1、通过安装组件中的嵌入式传感器测量安装组件的物理变量的连接安装组件的最新开发导致对安装组件的状态的确定，从而为开发与监测安装组件的状态相关的服务打开了大门。尽管由于测量的一般变量(例如，安装组件的充气压力或该安装组件的温度)在安装组件的旋转过程中仅略有变化，这些一般变量对安装组件在任意粗糙的表面上旋转所产生的测量噪声不是很敏感，但是更精细的变量对与安装组件的旋转相关的物理现象高度敏感。此外，安装组件承受外力。有些外力与安装组件的运动有关，例如，滚动阻力。其他力在任何时刻施加，尤其是在静止时，例如，载荷。这些施加的力可能会影响待测量的精细变量。最后，新服务需要在从测量信号(例如，轮胎外胎的变形)获取有用的信息之前，对直接测量的物理变量进行清理。

2、本发明的目的之一是解决由传感器产生的测量信号干扰的问题，从而仅获得对某些物理现象的干扰进行清理的测量值，目的是获得轮胎外胎的变形的标量值。

3、为了更好地理解本发明，周向方向s、轴向方向a和径向方向r是相对于轮胎外胎围绕其自然旋转轴线的旋转参考系定义的方向。径向方向r是垂直于自然旋转轴线延伸的方向。轴向方向a是平行于自然旋转轴线的方向。最后，周向方向s形成具有预定的径向和轴向方向的直接三面体。

技术实现思路

1、本发明涉及确定轮胎外胎的变形的方法。轮胎外胎处于安装于车轮的状态，以构成处于转速为w的滚动状态并且承受外力(例如，静载荷)的充气安装组件。轮胎外胎具有与地面接触的胎冠并且围绕自然旋转轴线旋转。所述方法包括以下步骤：

2、-将至少一个传感器在轮胎外胎的胎冠处固定至轮胎外胎，以产生对轮胎外胎中的所述传感器的运动敏感的至少一个输出信号；

3、-获取至少包括滚动时的运动的幅度的至少一个第一时间信号sig；

4、-将第一信号sig界定在车轮转动的数量ntdr内，以构造车轮转动信号sigtdr，ntdr大于或等于1；

5、-确定与车轮转动信号sigtdr的至少一部分相关的至少一个参考速度wreference；

6、-通过作为至少一个参考速度wreference的函数f的变量对车轮转动信号的至少一部分进行归一化；

7、-对车轮转动信号sigtdr的至少一部分进行角度重采样；

8、-获取归一化的角度重采样的车轮转动信号的至少一部分的频谱信号谱(sig)；

9、-对频谱信号谱(sig)定义至少一个频谱变量；

10、-将轮胎外胎的变形def％识别为至少一个频谱变量的函数g。

11、这里的术语“传感器的运动”表示相对于伽利略坐标系绝对施加于传感器的位移或速度或加速度，也表示施加于所述传感器的变形或变形速率或变形加速度(即，在传感器的各个基本单元之间相对)。因此，传感器输出信号对传感器的运动的这六个分量中的至少一个敏感。

12、从传感器恢复的信号是安装组件在指定条件下滚动期间的传感器的运动的时间幅度。因此，采集的信号显示轮胎外胎的车轮转动的一部分内的运动的幅度变化，可能包括与安装传感器的轮胎外胎的一部分穿过接地面相关的幅度变化，还包括与车轮转动的其他特定区域相关的幅度变化，例如，对应于与接地面相对的易受反偏转影响的角度区间的幅度变化，或者对应于相对于旋转轴线与接地面成90度的角度区间的幅度变化。在所有这些区域中，根据传感器的灵敏度，可能在输出信号上观察到传感器的运动变化。

13、该第一采集信号与参考速度相关，所述参考速度可以在该第一信号上识别，或者可以由另一源(例如，另一信号)或安装组件外部的系统的变量的输出产生。该参考速度必须与第一信号的一部分的相同的时间帧相关。该参考速度用于利用函数f对第一信号的幅度进行归一化，该函数的变量是参考速度。函数f可以是线性函数、幂函数、指数函数或常数函数。如果传感器信号的幅度对参考速度的依赖性被感知为轮胎外胎的变形的寄生信号，则根据该依赖性对传感器信号进行归一化。因此，第一归一化信号与该参考速度无关。例如，该参考速度可以是安装组件的转速，或者安装组件在安装组件的运动方向上的平移速度。因此，第一信号可以独立于参考速度使用，参考速度与安装组件的旋转相关。

14、所述方法还包括将第一信号sig界定在车轮转动的数量内的步骤，目的是利用传感器信号对于轮胎外胎在滚动条件下的自然旋转的周期性。因此，可以对来自车轮转动信号的数据执行高质量的频谱分析。然而，对于该步骤，车轮转动的数量是整数不是必要的，只要该车轮转动的数量至少大于1，信号就可以在实际的车轮转动的数量内界定。优选地，利用几圈车轮转动。

15、所述方法还包括对第一信号或车轮转动信号进行角度重采样，这可以发生在归一化步骤之前或之后。该步骤使得能够通过相对于安装组件的一个或更多个角度基准对时间信号进行相位调整，将时间信号转换为空间信号。该角度基准可以首先通过传感器对车轮转动的单个方位角的特定响应从第一信号获取。然而，该角度基准也可以取自与第一信号共享公共定时器的传感器的另一信号。如果两个传感器取自同一装置，或者如果信号发送至公共装置，则该共享的定时器或信号的同步是自然的。该角度重采样自然地使得能够生成对于车轮转动是周期性的空间信号。为此，为了生成完美的角度周期性信号，在设定的角度分区内插入信号是足够的。但是，如果安装组件以可变速度运动，则该重采样仍然使得能够生成角度周期性信号。

16、所述方法包括从角度重采样的归一化的车轮转动信号的一部分进行频谱分析的步骤。这里，确保初始信号的一部分由恒定的角间距定义是有用的，这确保了传感器信号的规则的空间离散化。根据需要，角度重采样的步骤确保了角间距是固定的，从而实现高质量的频谱分析，这可能需要测量点的插值方法，以重新定义具有固定角间距的信号。

17、所述方法包括定义与前一步骤产生的频谱信号相关的一个或几个频谱变量的步骤。

18、最后，所述方法包括通过在前一步骤中识别的频谱变量的函数g确定轮胎外胎的变形。该变形以作为承受诸如静载荷的外力的处于滚动状态的轮胎外胎的不变量的标量或矢量的形式表示。

19、有利地，确定参考速度wreference的步骤包括：从车轮转动信号sigtdr或与第一信号sigtdr同相的信号，根据以下公式，确定围绕自然旋转轴线的轮胎外胎中的传感器的角度变化与分隔两个方位角位置的持续时间的比值：

20、[数学式1]

21、wreference＝δ(α)/δ(t)

22、其中，α为角位置，t为与角位置相关的时间坐标。

23、在参考速度对应于轮胎外胎的旋转角速度的情况下，该参考速度是根据两个已知位置之间信号的角度变化计算的。优选地，该参考速度是在小于一圈车轮转动的信号持续时间内评估的，这使得能够在与传感器相关的电子装置快速定义参考速度并执行第一信号的一部分的归一化步骤。此外，如果轮胎外胎以可变的角速度运动，则使得能够以更高的精度对第一信号的一部分进行角度重采样。事实上，在车轮转动的水平，对于轮胎来说，角速度的变化必然很小，对于小客车轮胎，其发展可以延伸至2米，或者对于卡车轮胎，其发展可以延伸至3米。对于当前车辆的驱动和制动系统，在该长度内施加至轮胎外胎的加速度或减速度自然较低。自然地，很有可能将车轮转动期间的角速度变化与更精细的方位角设置合并，以例如考虑车轮转动过程中发生的角速度的微变化，例如，在穿过接地面之前和之后或者当遇到地面上运动的不连续(例如，地面上的横杆)时。然后，车轮转动期间参考速度的这种精度使得能够对信号进行更精确的归一化，还提高了在角度重采样步骤中的第一信号的测量点的角位置的角度精度，这提高了感测车轮转动期间的最小变化所需的精度。

24、根据具体实施方案，轮胎外胎的方位角位置包括在包含对应于进入接地面、离开接地面或者接地面的中心位置的能够从车轮转动信号sigtdr中检测的角位置、或者来自与车轮转动信号sigtdr同相的信号的任意定义的角位置的组中。

25、这些是影响来自运动传感器的信号，并且与特定的角位置相对应的方位角位置。因此，容易在来自传感器的信号上识别这些位置。此外，容易分配它们的方位角基准。事实上，接地面的中心位置对应于相对于地面的法线0度或180度的方位角位置。如果通过接地面的进入点和离开点确定接地面长度，则由接地面形成的角度可以确定为接地面长度与轮胎外胎在一圈车轮转动或360度内的发展的比值。由接地面形成的分区在地面的法线的两侧均匀划分。自然地，访问第一信号以外的信号还可以如角度编码器一样获得比一圈车轮转动更精细的角度扇区。

26、根据非常具体的实施方案，在第一信号上确定接地面的进入和离开包括以下步骤：

27、-定义作为第一信号的至少第二部分的至少一个最大值的函数的阈值b；

28、-识别第一系列增量i，所述第一系列增量i与至少一个第一信号的横坐标值t相对应，其中第一信号在给定交叉方向上与阈值b交叉；

29、-增量i或相同奇偶性的增量i的总和表示接地面的进入或离开。

30、有利地，阈值b是第一信号的至少一部分的至少一个最大值的介于0.1至0.5之间的值。

31、这是有关与接地面的进入和离开相关的位置的检测的实施方案。例如，在车轮转动的这两个位置发生的强烈运动变化使得能够应用通过直接处理传感器的电子装置的第一信号确定这两个点的基本方法。根据对与阈值交叉的方向的检测的选择，可以直接在各种信号上确定接地面的进入或离开。信号的多样性首先涉及变量的观察方向、轮胎外胎的径向或周向方向上的运动变化，其次涉及信号的性质、加速度计信号、径向方向上的变形的信号等。

32、在绝对意义上，我们的目标不是识别接地面的精确位置，这取决于车轮转动中的可变现象。在数据聚合步骤中使用的方法不一定需要提高接地面的进入和离开的绝对位置的精度。所述方法的鲁棒性实现了确定接地面的中心位置的较高的可重复性，而不管作为接地面的进入和离开位置的结果的第一信号的性质如何。

33、有利地，角间距小于18度。

34、因此，可以确保测量点的其中一个位于接地面中。因此，将至少在该采样点与最近的相邻点之间观察到由此产生的运动变化，从而使得能够确定第一信号中的接地面的进入点和离开点。

35、非常有利地，角间距小于6度，优选地，小于3度。

36、利用更精细的角间距使得能够感测接地面中的几个测量点，从而在接触面的范围内观察变形现象的第一信号，而不再是在车轮转动的水平上。这种精细的观察可以获得与某些特定应用相关的不同的可观察变量。例如，在潮湿的路面条件的情况下，在接地面，我们看到接地面前方的水坑，这改变了接地面的几何形状。对接地面水平的几个点的观察使得能够测量该水坑的宽度及其对轮胎外胎的机械学的影响。

37、根据非常特定的实施方案，所述方法包括在角度重采样的归一化的车轮转动信号sigtdr的至少一部分的至少一个子部分内将来自角度重采样的归一化的车轮转动信号sigtdr的至少一部分的数据进行聚合的步骤，角度重采样的归一化的车轮转动信号sigtdr的至少一部分的子部分变成角度重采样的归一化的车轮转动信号sigtdr的至少一部分。

38、有利地，车轮转动信号sigtdr的至少一部分的子部分是车轮转动的整数倍。

39、所述方法优选包括数据聚合步骤，所述数据聚合步骤使得能够在车轮转动的一部分内聚合车轮转动的几个角度周期的数据，无论这是整数车轮转动还是车轮转动的整数倍。因此，该部分角度扇区内的信号数据是成倍的，这考虑了车轮转动周期的范围内的所有变化，例如，地面的粒度测定或道路上的孤立障碍物。聚合包括将来自不同的车轮转动的数据平均为选择的角度扇区的方位角处的单个值。这相当于对几圈车轮转动内的车轮转动的随机现象进行滤波或平均，从而提高了传感器信号的质量。自然地，由聚合步骤产生的角度扇区的特定角间距必须是固定的角间距，这确保了高质量的频谱分析。

40、此外，如果角间距精细，则其能够考虑角度最小的变化，这些变化对于车轮转动是周期性的，以均匀的方式利用几圈车轮转动。这些最小的变化是在没有较高的时间离散化的情况下获得的，尽管离散化越高，确定这些最小变化所需的信号就越短。正是这一步骤保证了添加至传感器的初始信号的值。

41、为了确定承受外力的轮胎外胎的全局变形，在数据聚合步骤定义的最优子部分是车轮转动或车轮转动的整数倍，以受益于对于车轮转动的角度周期性。数据聚合步骤可以发生在一圈车轮转动(其为轮胎外胎的自然角度周期)内。因此，该方法对于观察车轮转动内的轮胎外胎的变形是理想的。这给出了待分析的信号的合理大小，同时专注于观察的一个角度区间，并且仍然受益于轮胎外胎对于车轮转动的自然周期性。

42、根据优选实施方案，数据聚合步骤包括包含以下方法的组中的一种方法：十分位数区间的平均值、中位数、十分位数的选择或区间、插值方法、加权或非加权平均值、轮胎变形的参数化模型的优化。

43、聚合的目的是设置在第一信号的新的角度分布内执行的测量，以使原始测量数据的集合具有意义，而不会因为测量点过多而将一个区域优先于另一区域。聚合步骤旨在于在测量点方面提供平衡的信号，其中，角间距由操作员根据要观察的轮胎外胎的变形进行选择。为此，优化轮胎变形的参数化模型的方法是理想的，因为该参数化模型可以是理论的，不考虑与应用的整个测量链相关的测量噪声。来自聚合步骤的输出信号是参数化模型的理论输出，对于记录的测量点的集合具有最小的扩散。

44、根据具体实施方案，在频谱信号谱(sig)的第一正频率区块识别至少一个频谱变量。

45、优选地，至少一个识别的频谱变量包括在包含最大值、中值、平均值、第一区块的通带、第一区块的曲线下方的面积、中值的频率、平均值的频率、最大值的频率的组中。

46、优选地，函数g是至少一个频谱变量的线性函数。

47、申请人惊讶地发现，对频谱信号谱(sig)的第一正频率区块的研究足以识别与第一区块相关的一个或更多个变量，这些变量与在方法结束时确定轮胎外胎的变形具有足够的质量有关。对轮胎外胎的变形最敏感的变量在提供的列表中指定。这些是频谱信号的标准变量，需要很少的计算资源，这对所述方法有利。此外，这些变量主要对轮胎外胎的变形敏感，对次要变量不太敏感。因此，这些变量非常适合于例如整个轮胎外胎的一般变形，例如，整个轮胎外胎上由全局力产生的变形，例如，静载荷。

48、在这种情况下，函数g不需要很复杂；申请人发现，一个或更多个频谱变量的线性函数g使得能够根据承受外力的轮胎外胎的各种使用条件(特别是静载荷的变化)适当地确定轮胎外胎的变形。

49、根据优选实施方案，传感器包括在包含加速度计、压电传感器、磁性传感器、电感式传感器、电容式传感器的组中。

50、所有这些传感器类型都可以观察运动的变化，特别是在穿过接地面(其是车轮转动中的特定区域)时。这些传感器中的一些(例如，加速度计)在缩小的空间范围内给出离散值。其他的传感器(例如，压电传感器)在较大的空间范围内给出离散值，这使得能够限制局部现象的影响。一些传感器受到外部物理现象(例如，作为加速度的地球重力)的影响，从而能够根据需要恢复方位角信息。

51、根据优选实施方案，数据聚合步骤包括包含以下方法的组中的一种方法：十分位数区间内的平均值、中位数、十分位数的选择或区间、插值方法、加权或非加权平均值、轮胎变形的参数化模型的优化。

52、聚合的目的是设置在第一信号的新的角度分布内执行的测量，以使原始测量数据的集合具有意义，而不会因为测量点过多而将一个区域优先于另一区域。聚合步骤旨在于在测量点方面提供平衡的信号，其中，角间距由操作员根据要观察的轮胎外胎的变形进行选择。为此，优化轮胎变形的参数化模型的方法是理想的，因为该参数化模型可以是理论的，不考虑与应用的整个测量链相关的测量噪声。来自聚合步骤的输出信号是参数化模型的理论输出，对于记录的测量点的集合具有最小的扩散。

53、根据具体实施方案，传感器运动由加速度描述。

54、这种类型的传感器提供关于轮胎的运动的局部信息，因为其最小化地安装于轮胎外胎。因此，传感器对轮胎外胎的运动变化几乎没有干扰。因此，传感器的小型化使得能够通过利用双轴或三轴加速度计来倍增观察方向，这些加速度计在传感器的同一物理安装点提供正交方向上的多个信号。最后，加速度是灵敏的运动信号，其确保了传感器对轮胎外胎的运动的高度敏感，从而能够对例如接地面可能发生的局部现象进行精细分析。

55、有利地，相对于轮胎外胎的角位置对第一信号sig进行相位调整，对第一信号sig进行校正corr，以在归一化阶段之前考虑地球重力的影响。

56、加速度测量信号的缺点在于，如果方向大致平行于地球重力，则对地球重力敏感。在轮胎外胎的情况下，传感器旋转地连接至轮胎外胎。因此，当传感器径向或者周向定向时，传感器信号的幅度在车轮转动过程中会受到地球重力的影响。这在信号中以与地球重力相关的幅度的正弦函数的形式反映，当传感器的方向与重力矢量对齐(即，基本上垂直于地面)时，轮胎外胎的方位角的节点间隔180度。相反，当传感器的方向平行于地面时，其对应于彼此间隔180度的两个方位角位置，并且通常与重力矢量成大约+/-90度角，传感器信号不受地球重力的影响。为了消除加速度信号的这种寄生分量，应利用与重力矢量的方向相对应的地面的垂线来对第一传感器信号进行相位调整，从而使信号的幅度与相应的正弦函数相结合。

57、根据非常具体的实施方案，第一信号sig包括轮胎外胎的胎冠的法线方向上的加速度的幅度。

58、这是加速度的对地球重力敏感的两个方向之一。轮胎外胎内的传感器的取向在这个方向上更容易，并且能够将地球重力的影响集中在相对于垂直于地面的直线的0度和180度的方位角位置。因此，位于与这些位置成+/-90度的方位角位置不受地球重力的干扰，这使得能够在这些特定的角度区间中直接使用来自加速度计的信号，而无需对地球重力进行校正的步骤。

59、非常有利地是，函数f与参考速度wreference的平方成比例。

60、在例如轮胎外胎的径向或周向方向上的来自加速度计型传感器的信号的情况下，传感器信号受到参考速度的平方函数的影响。因此，归一化步骤优选使用参考速度的平方函数，然后优选地，参考速度为轮胎外胎的角速度。