专利名称：通过加载模拟确定加载车轮的非一致性的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定加载车轮、特别是气动马达车轮的非一致性的方法，例如作用在车轮上的径向或侧向力的变化或者加载车轮的径向或侧向偏置。此外，本发明涉及一种用于实施该方法的系统或设备。特别地，本发明涉及一种通过模拟加载来无接触确定所述加载车轮的非一致性的改进的方法和设备。
背景技术：
即使在气动马达车轮得到平衡时，当车轮在载荷下滚动，即正常操作条件下时，轮胎结构的非一致性以及轮辋偏置可以导致显著的振动力。在非加载条件下适当平衡的车轮/轮胎组件在安装在车辆上且承受来自车辆重量的实际载荷时也会适当平衡，这种假设未必是正确的。加载车轮的非一致性可以来自轮胎和/或轮辋的径向或例向偏置以及例如由轮胎结构的非一致性引起的轮胎刚度的变化，如胎体或轮胎壁厚的变化。这种非一致性导致加载车轮沿圆周方向(即车轮旋转上)的滚动直径的变化。这导致车轮轴线的竖直移动，因此导致施加在驱动车辆的车轮悬架上的竖直振动力。理想的是确定加载车轮的所述非一致性，如力变化和/或偏置。然后确定的非一致性可以在车轮平衡机或轮胎更换机的操作期间例如用于纠正平衡重的大小或位置或者以便识别轮辋/轮胎组件的角度重装位置。因此，加载车轮的所述非一致性的不利影响可以减轻或甚至消除。用于确定如滚动的加载车轮的径向力变化或径向偏置的非一致性的车轮平衡机在美国专利6，397，675中已经公开。由于这种车轮平衡机，在车轮转动期间提供加载辊子将大致径向力施加到轮辋/轮胎组件(车轮)上。可以观察车轮转动期间加载辊子的运动来测量加载车轮的径向偏置。此外，滚动的加载车轮的振动力通过车轮平衡机上的振动传感器测量。提供加载辊子以测量实际条件下的加载滚动车轮需要大规模构建相应测量装置，因为通过加载辊子施加至车轮的力通常很强。这导致笨重和体积大的装置并增加成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于确定加载车轮的非一致性的改进的方法和系统，而无需强力应用到车轮上。根据本发明，其目标通过根据权利要求1的方法和根据权利要求11的系统解决。从属权利要求表示本发明的进一步发展。在第一个方面，本发明提供一种确定包括轮辋和安装到轮辋的轮胎的加载车轮的不一致性的方法，该方法包括以下步骤，确定空载车轮至少一部分的外部轮廓，该部分包括至少轮胎的胎面，在空载车轮的已确定的外部轮廓、由虚拟加载元件引起的已确定外部轮廓的位移和与轮胎胎面相关的预定弹簧率的基础上，针对车轮的多个转动位置，使用承靠轮胎胎面的虚拟加载元件，模拟车轮的加载，以及使用模拟结果确定加载车轮的非一致性。换句话说，在第一个步骤中，扫描车轮的外部轮廓并得到车轮的轮廓数据。轮廓数据可包括车轮的外部轮廓的多个径向截面或车轮的扫描部分的两维表示，其中每个径向截面与车轮的特定转动位置相关。在下一个步骤中，考虑轮廓数据的其中一个径向截面，并且将由平行于车轮轴线的线表示的虚拟加载元件在径向方向虚拟移动到车轮轴线，从而位移和变形外部轮廓的径向截面，尤其是胎面部分。由于轮胎充气压力和轮胎材料刚度，因此轮胎提供抵抗力给外部轮廓的这种变形和位移，由前进的虚拟加载元件引起的外部轮廓的径向截面的每个单独(极小的)部分的虚拟位移可由具有特定预定弹簧率的小的虚拟弹簧的位移(压缩)表示。将外部轮廓的各个部分位移到通过虚拟加载元件可以实现的程度所需的力可以通过预定弹簧率和HOOK法则从相对于空载位置的位移距离获得。沿着外部轮廓的径向截面对各个轮廓部分的各个(极小)力求积分得到将虚拟加载元件运动并保持在考虑的位置所需的总的力。因此，获得与具有到车轮轴线一定距离的特定加载元件位置相关的总加载力。替代地，还可以在到车轮轴线的方向上逐渐前进虚拟加载元件，直到达到特定的总加载力。因此，获得与特定的总加载力相关的加载元件位置。在车轮的每个转动位置重复该动作以获得相应的总加载力，或替代地获得相应的加载元件位置，即与针对车轮的该转动位置确定的外部轮廓的径向截面相关的位置。由于实际上车轮不完全对称且不完全是圆形的，与车轮的不同转动位置相关的外部轮廓的径向截面可以是不同的。这分别导致总的加载力或加载元件位置的不同值。因此，例如，变化的径向力(加载力)或在载荷下滚动的车轮的变化滚动半径可以分别从根据上述模拟确定的多个加载力或加载元件位置确定。通过使用虚拟加载元件模拟加载车轮，没有必要提供真实的加载辊子，所以测量设备可以不那么体积大和笨重，且这种设备的成本可以减少。这特别在车辆维护机器已经包括能够扫描待处理车轮的外部轮廓的扫描装置的情况下是有效的。在本发明的另一个开发中，模拟步骤包括通过虚拟加载元件施加的预定力模拟加载车轮，而确定非一致性的步骤包括确定加载车轮的径向偏置。这相应于实际操作条件，其中车轮加载有驱动车辆的特定重量。因此，例如，当悬挂系统的阻尼作用不完全减轻这种移动时，可以估算在低速行驶期间车轮轴线的竖直移动。根据本发明的另一个方面，模拟步骤可以包括改变和设置由虚拟加载元件引起的车轮相应转动位置的确定外部轮廓的位移，使得从位移和预定弹簧率计算的加载力对于车轮的所有转动位置来说恒定，而确定非一致性的步骤包括确定胎面位移的变化和虚拟加载元件到沿着车轮圆周方向变化的车轮转动轴线的变化距离中的至少一者。在本发明的另一个独立开发中，模拟步骤包括在虚拟加载元件和车轮转动轴线之间提供预定距离时模拟加载车轮，确定非一致性的步骤包括确定加载车轮的径向力的变化。这相应于实际操作条件，其中加载车轮在滚动，而车轮轴线和路面之间具有基本恒定的距离。因此，例如，当悬挂系统的阻尼作用基本减轻车轮轴线的竖直移动时，可以估算在高速行驶期间施加在悬挂系统上的竖直振动力。根据本发明的另一个独立方面，模拟步骤可以包括在虚拟加载元件和车轮轴线之间保持恒定的距离并从预定弹簧率和由虚拟加载元件引起的确定外部轮廓的位移计算所有车轮转动位置的相应加载力，而确定非一致性的步骤包括从沿着车轮的圆周方向变化的所述加载力确定加载车轮的径向力变化。
在本发明的另一个独立开发中，确定非一致性的方法还包括确定加载车轮的侧向力变化或侧向偏置的至少一个。因此，可以估算影响驾驶稳定性尤其是车辆方向稳定性的侧向力。在本发明的另一个独立开发中，预定弹簧率可以根据轮胎类型、轮胎尺寸、轮胎充气压力和轮辋类型中的至少一个纠正。所有这些参数对轮胎刚度和弹簧率的局部强度具有或多或少的影响，因此考虑它们进一步增加了模拟的精确度。例如，这些参数可以自动测量或确定或者可以通过操作者输入。根据本发明的另一方面，其独立于前面那些方面，确定车轮外部轮廓的步骤可以包括确定轮辋的径向偏置和/或侧向偏置，其中模拟步骤包括考虑所确定的轮辋的径向偏置或侧向偏置。轮辋的径向或侧向偏置的已知是有利的，以便将轮辋和轮胎分别对车轮的确定外部轮廓偏置和加载车轮的确定非一致性的影响分开。因此，加载模拟可以增加精确度，例如，此外可以确定轮辋/轮胎的角度重装位置以便减轻或消除轮辋/轮胎组件的径向或侧向偏置。此外，与轮胎胎面相关的预定弹簧率可以是极小的弹簧率，其假定为在所有胎面表面上是恒定的，或可以替代地根据相关胎面部分的轴向位置是变化的。弹簧率的这种变化可以通过相应的加权函数完成。因此，例如，在胎面的轴向上边缘部分对轮胎刚度和弹簧率的较强影响可以考虑来增加加载模拟的精确度。由于在胎面的边缘部分位移时变形的轮胎侧壁的影响，胎面轴向上的边缘部分通常较硬，即，具有较高的弹簧率。此外，并独立于以上方面，与轮胎胎面相关的预定弹簧率可以是极小的弹簧率，其根据相关胎面部分的径向位置变化。而且弹簧率的这种变化可以通过相应的加权函数完成。因此，例如，可以考虑轮胎轮廓由轮胎结构的非一致性造成的与完好的圆周的偏差以便增加加载模拟的精确度。轮胎结构中的这种非一致性可以假定为不仅弓丨起轮胎轮廓变化，还引起轮胎刚度变化。因此，这里存在空载胎面部分的径向位置和其相关的弹簧率之间的关系。此外，并独立于以上方面，预定弹簧率可以是根据由于加载引起的轮胎胎面的位移变化的非线性极小的弹簧率。这有利地考虑了在开始时(即，小的位移)胎面部分的位移主要受轮胎材料的局部几何变形影响，而对于胎面的较大位移，如轮胎充气压力和轮胎侧壁变形的其它因素获得不同强度的影响。以这种方式，加载模拟的精确度可以增加。根据本发明的另一个方面，模拟的步骤可以利用车轮的单个径向截面的确定外部轮廓。例如，以这种方式，在车轮相应转动位置加载车轮的计算和模拟是相对简单的且可以提供用于几个服务应用的足够的结果精度，如提供简单的好/坏估价的轮胎诊断。为此，优选地，可以对所需参数进行合适假定，特别是胎面部分的相关弹簧率的量和其根据轴向位置和/或径向位置的变化以及其根据由于载荷的胎面位移的非一致性。在本发明的进一步开发中，其独立于其他方面，模拟步骤可以使用车轮的多个邻近径向截面的确定外部轮廓模拟虚拟加载元件和轮胎胎面之间的接触面积。以这种方式，可以基于由于加载的更实际的轮胎变形获得更精确的加载模拟。此外，使用具有不同形状的虚拟加载元件和考虑不同胎面部分的变化位移和/或轮胎胎面和虚拟加载元件的表面之间的接触面积内的变化接触压力模拟车轮的加载成为可能。例如，可以模拟具有不同直径的加载辊子，以及代表路面的扁平的加载元件。特别是使用扁平的加载元件模拟车轮的加载是有利的，因为其更接近车轮行驶在路面的实际操作条件。在本发明的另一方面，空载车轮的平均外部轮廓可以从代表完好圆形车轮的扫描的轮廓数据计算。例如，从平均外部轮廓，可以确定扫描的外部轮廓的偏差且可以纠正与轮胎胎面相关的预定弹簧率。此外，如加载车轮的径向或侧向偏置或径向或侧向力变化的非一致性可以基于与计算的平均值的偏差的第一谐函数确定。还可能基于由加载模拟产生的峰-峰值确定所述非一致性。根据本发明的另一个方面，提供一种用于确定包括轮辋和安装在轮辋上的轮胎的加载车轮的非一致性的系统。该系统包括用于扫描空载车轮的外部轮廓的扫描装置和连接到该扫描装置的计算机装置。该计算机装置从扫描装置接收表示空载车轮的外部轮廓的数据并使用如轮胎充气压力、轮辋和轮胎尺寸、轮辋和轮胎类型和轮胎胎面的弹簧率的所需参数以及这些参数的相关变化的缺省值或测量到的或输入的值来模拟车轮的加载并确定如上所述的加载车轮的非一致性，例如径向或例向偏置或径向或侧向力变化。该系统可以是独立的系统或甚至是便于管理的可移动系统，其可以靠近安装到车辆的车轮布置并从地面升起以自由转动车轮。该车轮可以手动转动或通过技术装置转动以便该系统的扫描装置能扫描车轮的整个圆周。替代地，车轮可以保持固定且扫描装置可以围绕车轮转动。根据本发明的另一个方面，该系统可以是测试道路的一部分，其不需要将车辆升起；而是，车轮通过测试道路辊子实施转动，然后扫描车轮的整个圆周。由于这种结构，辊子用来传递运动到车轮，而车轮轮廓数据的获得通过扫描装置以非接触的方式实现。车轮的相应的转动位置可以从扫描数据获得，其中包括轮胎或轮辋的可以确认的特征以便扫描的表面轮廓到相关转动位置的明确分配成为可能。这样的系统对于快速和方便地检查出于诊断目的安装到车辆的车轮的非一致性特征是有利的，例如，不需要拆卸车轮并将其安装到如轮胎更换机或车轮平衡机的维护设备的可转动的支撑上。根据本发明的另一方面，扫描装置包括能无接触地感应车轮外表面并提供车轮至少一部分的三维外部轮廓数据的光学扫描仪，该部分包括至少轮胎的胎面。该扫描可以通过激光系统或发出光束到车轮表面的另一个光学系统执行。从车轮表面返回的该分散的或反射的光被接收到光学接收器中，其中光在车轮表面上的冲击点到光接收器的光源的距离根据本领域已知的方法确定。因此，可以以三维轮廓数据的形式产生和表示车轮表面的三维图像或模型。现有技术中已知的另一种可能的扫描技术通过发出以细线的形式冲击到车轮表面的平片方式(光片技术)的光束来提供车轮表面的三维轮廓数据。该线通过摄像机从倾斜视角观察，例如，根据车轮的表面轮廓显示变形。车轮表面的精确空间位置和轮廓可以从接收器内接收到的光线的位置和变形获得。用于确定空载车轮外部轮廓的其它技术也是可行的，例如通过接触传感器或其它接触方法的机械扫描，或如超声波扫描等非接触方法。用于扫描车轮表面的该技术对于本发明不是关键的，只要其为车轮的外部轮廓数据提供足够的精度。根据另一方面，本发明提供一种车辆维护设备，其包括通过虚拟加载元件模拟车轮加载并确定空载车轮的外部轮廓以及上述的轮胎胎面相关的预定弹簧率来确定加载车轮的非一致性的系统。设备的用于例如确定空载车轮的偏置的其它诊断目的的扫描装置可用来提供实施本发明所需的空载车轮的外部轮廓数据。而且已经并入车辆维护设备的计算机装置可以用来根据本发明通过简单添加额外的软件特征来执行加载模拟。因此，可以提供一种用于确定加载车轮的非一致性的非常便利且成本有效的方法和设备。例如，该车辆维护设备可以是车轮平衡机、轮胎安装/拆卸设备或用于测试在车辆生产厂商的车辆装配线上的预安装车轮的一些其他类型的车轮准备/测试设备。根据本发明的另一方面，在由车辆维护设备实施的维护操作期间可以使用和考虑加载车轮的已确定的非一致性。因此，平衡重量的位置和大小可以根据在车轮平衡机操作中已确定的非一致性来纠正。例如，还可能的是根据加载车轮的已确定的非一致性变换轮胎在轮辋上的角度安装位置以便通过用已确定的轮胎非一致性补偿轮辋偏置减轻或消除径向和/或侧向的力变化和偏置，反之亦然。在本发明的进一步开发中，对操作者显示已确定的外部轮廓、加载模拟结果、已确定的非一致性和轮胎诊断结果中的至少一个成为可能。然后操作者可以决定如何处理车轮。例如，如果使用缺省参数和/或轮胎的仅仅一个径向截面的轮廓执行简单的模拟，则操作者可以决定使用改变的参数或使用更高的精度重复模拟。例如，实施本发明的该系统或设备还可提供轮胎或轮辋是否有缺陷和应该更换或轮辋/轮胎组合是否应该相对彼此以变换角度位置来重新安装的指示。根据本发明的另一个方面，用于通过使用空载车轮已确定的外部轮廓和与轮胎胎面相关的预定弹簧率的虚拟加载元件以车轮加载模拟的方式确定加载车轮的非一致性的系统可以整合到能安装/拆卸和/或平衡轮胎/轮辋组件的全自动车轮维护设备中。下文将结合附图描述本发明的方法和系统的进一步优点和实施例。由此，措辞左、右、下和上表示附图方向上的图示，其允许附图标记的正常读取。
图1是示出了空载车轮的径向截面的已确定外部轮廓的一部分以及外部轮廓在模拟加载下将变形至的线L的示图；图2是示出了用来改变在车轮轴向上与轮胎胎面相关的预定弹簧率的加权函数的例子的不图；图3是示出了用来改变在车轮轴向上与轮胎胎面相关的预定弹簧率的加权函数的另一个例子的示图；图4是示出了用来改变沿虚拟加载辊子的圆周模拟的轮胎胎面位移的加权函数的例子的不图；图5是示出了用来改变沿另一个虚拟加载辊子的圆周模拟的轮胎胎面位移的另一个加权函数的例子的示图；和图6是示出了由车轮轮辋产生的影响和车轮轮胎产生的影响之间的分离的例子的示图。
具体实施例方式以下将参考图1描述本发明的第一个优选实施例。图1示出了空载车轮的径向截面的外部轮廓的一部分。在图1中，X轴表示平行于车轮轴线的轴向坐标，而Y轴表示垂直于车轮轴线的径向坐标。所示部分包括轮胎的胎面和部分侧壁。根据本发明的方法，扫描和确定对应于图1中所示的一部分车轮就足够。然而，还可能是，对于以下描述的本发明的一些进一步的开发而言，确定至少轮胎的整个外部轮廓以及轮胎和轮辋的结合部，即轮辋边缘更有利。此外，扫描和确定轮辋的外部轮廓的主要部分也是可能的。为了确定空载车轮的全部围绕车轮圆周的外部轮廓，例如，使车轮转动，使得扫描装置通过激光束扫描车轮表面以产生车轮外部轮廓的三维图像(模型)。能产生距离信息和提供所扫描车轮表面的3D轮廓数据的激光装置在本领域是已知的。使用平线性光束在车轮表面产生光线和估算通过车轮表面轮廓变形的光线的图像的其他光学扫描装置在本领域也是已知的，且适合于本发明的目的。上述这种光学扫描装置能为所扫描的车轮的外部轮廓提供每个径向截面有几百个或几千个检测点的高精度。在车轮的圆周方向，优选地，车轮的几百个或多于千个转动位置被扫描以便确定车轮外部轮廓的足够数量的径向截面。确定空载车轮的外部轮廓之后，使用虚拟加载元件对车轮(即轮辋/轮胎组件)的加载进行模拟。为此，例如，图1所示的单个径向截面的外部轮廓通过优选平行于车轮轴线的线L覆盖。然而，还可以使用不平行于车轮轴线的线L来模拟非对称载荷，其可以例如由车辆车轮的正或负外倾造成。线L表示支撑轮胎胎面的虚拟加载元件的表面。换句话说，假定轮胎胎面的外部轮廓被移位和变形，使得胎面的最外部分(即胎面花纹沟之间的接地面)与线L 一致。各个部分沿轮廓的的位移量ALi，由图1中的小象征性弹簧表示，可以通过空间位置数据的简单几何减法确定。使用与轮胎胎面相关的预定弹簧率K，尤其是与胎面外部轮廓的极小部分相关的极小的弹簧率，可以计算极小的力Fi，其对于使极小的胎面部分位移直到外部轮廓与线L一致是必要的。为此，HOOK法则F = K*AL被使用，其描述了弹簧的位移或变形AL、弹簧率K和施加到弹簧的力F之间的关系。优选保持包括接地面和花纹沟的详细的胎面结构不变化，因为胎面不会变形到胎面轮廓完全压平的程度。相反，加载模拟的计算考虑整个胎面区段的位移以及减少或消除胎面的弯曲的仅粗变形。在计算了加载情况下各个胎面轮廓部分的极小位移力Fi后，使胎面轮廓位移到线L的总力F可分别通过求和或积分计算。该计算可以由公式F =Σ (K.ALi)表示。可选地，为了增加精确度，可以还考虑在轴向上的胎面变形，这样可以考虑接近侧壁的胎面部分的载荷下轴向位移。例如，预定弹簧率K可以是针对标准条件选择的缺省值或可以根据如宽度、肩高、充气压力、轮胎类型(如防刺轮胎、防爆轮胎等等)的已知轮胎参数来计算。这些参数可以通过操作者输入或通过装置自动检测(例如通过估算扫描装置的扫描数据)。因此，对于空载车轮的已确定外部轮廓的所考虑的径向截面的各个转动位置，将车轮的轮胎胎面位移到由线L表示的一定程度的虚拟加载元件的总加载力F可以确定。然后通过使用车轮的外部轮廓的相应确定的径向截面确定对于多个转动位置由虚拟加载元件施加的该总加载力F。根据本发明的一个实施例，如果轮胎胎面的模拟位移(即线L的位置)对于车轮的各个转动位置是变化的并设定的，使得对于车轮的所有转动位置可以获得恒定的总力F，则可以确定胎面位移的变化和/或虚拟加载元件相对车轮转动轴线沿圆周方向变化的变化距离，即加载车轮的径向偏置。根据本发明的另一个实施例，如果线L相对于车轮转动轴线的位置(即虚拟加载元件和车轮轴线之间的距离)保持恒定且如上所述可以确定对于车轮的所有转动位置的最终总力F，则可以确定加载车轮的径向力变化。整个胎面的平均外部轮廓(和轮胎以及轮辋的可选额外部分)可以从扫描数据确定以便提供线L的位置保持恒定的基础，如果车轮轴线的位置是不可获得的。因此，车轮的转动轴线的位置可以从车轮的平均外部轮廓计算。在根据上述其中一个实施例模拟车轮的加载后，可以确定加载车轮的非一致性。在如上所述模拟了对于车轮所有转动位置通过恒定力加载后，线L(表示虚拟加载元件的表面)相对于车轮轴线的计算位置可以用来确定加载车轮的径向偏置。例如，这可通过计算线L的计算位置到车轮的转动轴线的计算位置的距离偏差的第一谐函数来完成。该距离偏差的第一谐函数的大小(幅度)是用于加载车轮的径向偏置的量度。还可以通过计算线L的位置到车轮的转动轴线的所述距离的峰-峰值差确定加载车轮的径向偏置的量度。在对车轮的所有转动位置使用线L位置和车轮转动轴线之间的恒定距离加载进行模拟后，所计算的虚拟加载元件对于车轮各个转动位置的总加载力F可以用来确定加载车轮的径向力的变化。例如，这可以通过计算与车轮的相应转动位置相关的力F相对于所有确定力的平均值的偏差的第一谐函数来完成。该力偏差的第一谐函数的大小(幅度)是用于加载车轮的径向力变化(RFV)的量度。还可以通过计算与车轮相应转动位置相关的总加载力F的所述偏差的峰-峰值差来确定加载车轮的径向力变化的量度。在本发明的进一步开发中，可选地，加载车轮的侧向力变化或侧向偏置可以类似于上述模拟过程来确定。这是可能的，因为空载车轮的已确定外部轮廓与理想形状的偏差可导致侧向力，例如如果确 定轮胎相对于车轮的中心平面的圆锥形的或其它非对称胎面位置。例如，使用与轮胎胎面相关的侧向(轴向)弹簧率Ka以及与胎面锥度的预定关系，能够基于空载车轮的已确定外部轮廓确定加载车轮的侧向力和力变化和/或侧向偏置。这种关系可以按经验确定，或从具有这种非对称胎面部分的加载车轮的模拟变形获得。这是有用的，因为侧向力对驾驶稳定性和特别是机动车辆的方向稳定性有很大的影响。此外，对于在加载情况下轮胎行为更复杂的估算，还可以考虑其中线L不平行于车轮轴线和/或加载方向不垂直于车轮轴线导致胎面部分在轴向位移的非对称加载。例如，侧向弹簧率Ka可以是预定的，或可以从弹簧率K和/或如宽度、肩高、充气压力和轮胎类型等其他轮胎参数获得。在上述实施例中，假定与轮胎胎面相关的弹簧率K在整个轮胎胎面上是恒定的。这对于较低的要求提供了具有足够精度的模拟结果。为了增强方法和增加模拟结果的精度，根据本发明的另一个实施例，与轮胎胎面相关的预定弹簧率K可以定义为根据相关胎面部分的轴向位置变化的极小弹簧率Ki0那么，如上所述，将胎面轮廓位移到线L所需的总力F的计算可以由公式表示F =Σ (Ki △Li)。弹簧率的这种变化可以通过相应的加权函数来完成。这种加权函数的例子如图2和3中所示，其中X轴表示中心轮胎宽度，毫米(_)，而Y轴表示在车轮宽度的中心处规格化为I的加权因子。通过这种加权函数，可以考虑胎面轴向上的边缘部分对轮胎刚度和弹簧率的更强的影响以增加加载模拟的精确度。由于在胎面边缘部分位移时变形的轮胎侧壁的影响，胎面轴向上的边缘部分通常较硬，即具有较高的弹簧率。这可以通过在轮胎胎面边缘处更强(更高)的弹簧率来补偿，其通常与加载元件随后吻合，即，具有较大的胎面位移和较高的总的加载力，类似于接近车轮各个转动位置的所考虑的径向截面的外部轮廓的径向截面。此外独立于以上实施例，与轮胎胎面相关的预定弹簧率K可以是极小的弹簧率Ki，其根据空载车轮的相关胎面部分的径向位置变化。而且弹簧率的这种变化也可以通过相应的加权函数(未示出)来完成。除了类似于之前段落中描述的加权函数对车轮外部轮廓的邻近径向截面的贡献的补偿效果，可考虑由轮胎结构的非一致性造成的轮胎轮廓与完好圆周的偏差，以增加加载模拟的精确度。这种轮胎结构中的非一致性可导致轮胎刚度的变化。因此，胎面部分的空载径向位置和其相关弹簧率之间具有关系，其可以通过根据空载轮胎的胎面部分的径向位置改变弹簧率的加权函数来考虑。此外，在本发明的进一步开发中，预定弹簧率可以是非线性极小的弹簧率，其根据由模拟加载引起的轮胎胎面的位移变化。以这种方式，由于以下事实可以提供一种补偿，即在开始时(较小的位移)胎面部分位移主要受轮胎材料的局部几何变形的影响，而对于较大的胎面位移，如轮胎充气压力和轮胎侧壁变形的其他因素获得不同强度的影响。以这种方式，可以增加加载模拟的精确度。而且这种弹簧率变化也可以通过相应的加权函数完成且能够补偿上述几个方面，如承受总的加载力F的一部分的车轮外部轮廓的近邻径向截面的贡献。当然，可以使用上述加权函数的组合以便更好地符合车轮加载的实际条件。在本发明的另一个实施例中，确定车轮外部轮廓的步骤可包括确定轮辋的径向偏置和/或侧向偏置。为此，优选扫描和确定至少轮胎的外部轮廓和轮辋的一部分，特别是轮辋边缘。可以基于轮辋边缘的检测位置确定轮胎胎圈的位置。因此，可以在加载模拟中考虑轮辋的径向或侧向偏置。了解轮辋的径向或侧向偏置能够将轮胎和轮辋对空载车轮的已确定外部轮廓和加载车轮的已确定非一致性的影响分开。这导致加载模拟精确度的增加，并且此外，例如，可以确定轮辋/轮胎组件的角度重装位置以减轻或消除轮辋/轮胎组件的径向或侧向偏置。图6示出了根据本发明的上述实施例中的一个的加载车轮的已确定的非一致性的例子。在图6的示图中，标记有ASSY的线表示车轮，即轮辋/轮胎组件的已确定径向偏置。标记有RM的线表示车轮轮辋的已确定径向偏置。标记有TYRE的线表示从线ASSY和RM通过例如减法计算的轮胎对轮辋/轮胎组件的径向偏置的贡献。标记有FV_的线表示从轮辋偏置和轮胎偏置计算并考虑轮辋和轮胎对径向力变化的各自贡献的车轮(轮辋/轮胎组件)的径向力变化。为此，可以额外考虑轮辋弹簧率，即使没有必要，因为轮辋的弹簧率通常远高于轮胎的，使得使用通常的力加载车轮不会导致很大的轮辋变形。标记有FVlh的线表示所计算的径向力变化的第一谐函数。该第一谐函数可以用来确定径向力变化的标准度量。另一个可能性是使用峰-峰值作为径向力变化的度量，如上所述。在本发明进一步开发的实施例中，车轮的多个邻近径向截面的已确定的外部轮廓可以用来通过考虑虚拟加载元件和轮胎胎面之间的接触区域来模拟车轮的加载。以这种方式，可以基于更实际的由于加载的轮胎变形获得更精确的加载模拟。因此，可以模拟使用具有不同形状的虚拟加载元件的车轮加载。为此，例如，车轮的几个邻近径向截面的已确定外部轮廓被使用并用图4和5中所示的加权函数来加权。图4和5中的图例示出了应用于与轮胎各个胎面部分相关的弹簧率K的加权函数，其中X轴线表示虚拟加载辊子的圆周方向上的接触区域的角度(度数)并且Y轴线表示在接触区域中心被规格化为I的加权值。根据本发明的另一个实施例，在轮胎胎面和虚拟加载元件的表面之间的接触区域内，不同的胎面部分的不同位移和/或不同接触压力可以考虑进加载模拟中。例如，具有不同直径的加载辊子可以用于虚拟加载元件。还可以使用平的平面作为虚拟加载元件。这种平面可以表示路面。这使得车轮的模拟加载接近车轮在路面运转的实际操作条件。为了进一步加强模拟和增加结果的精确度，在使用接触区域模拟的该方法中可以额外使用上面结合图2到5所述的一个或多个合适的加权函数。根据本发明的另一个实施例，提供一种用于确定包括轮辋和安装到轮辋的轮胎的加载车轮的非一致性的系统。该系统包括用于扫描空载车轮的外部轮廓的扫描装置和能够与该扫描装置连接的计算机装置。因此，该扫描装置和该计算机装置可以是分离的装置。还可以升级现有的车辆车轮维护设备，如车轮对准器或车轮更换器，例如，通过增加所述扫描装置到设备和通过添加能使该设备执行根据本发明的方法的额外软件特征来增强已经存在该设备中的计算机装置。该计算机装置控制该扫描装置并从该扫描装置接收表示空载车轮的外部轮廓的数据。该计算机装置使用缺省值或可以使用执行加载车轮的非一致性确定和加载模拟所需参数的测量值或输入值。这些参数可以是例如轮胎充气压力、轮辋和轮胎尺寸、轮辋和轮胎类型以及轮胎胎面的平均弹簧率K。该计算机装置能够根据上述参数通过由改变应用到弹簧率的加权函数而改变的缺省值来纠正与轮胎胎面相关的弹簧率。因此，可以实现非常精确的模拟和已确定的非一致性的非常精确的值。根据本发明的另一个实施例，上述本发明的系统和方法可以整合到车辆维护设备中。因此，可以提供一种用于确定加载车轮的非一致性的非常便利和成本有效的方法和设备，而在通过维护设备执行的维护操作期间可以使用确定的结果。
权利要求
1.一种用于确定包括轮辋和安装到该轮辋的轮胎的加载车轮的非一致性的方法，该方法包括以下步骤: 确定空载车轮的至少一部分的外部轮廓，该部分包括至少轮胎的胎面， 使用承靠轮胎胎面的虚拟加载元件，在空载车轮的已确定的外部轮廓、由虚拟加载元件引起的已确定外部轮廓的位移和与轮胎胎面相关的预定弹簧率的基础上，针对车轮的多个转动位置模拟车轮的加载，以及 使用模拟结果确定加载车轮的非一致性。
2.根据权利要求1的方法， 其中模拟步骤包括通过虚拟加载元件施加的预定力模拟加载车轮，并且 其中确定非一致性的步骤包括确定加载车轮的径向偏置。
3.根据权利要求1的方法， 其中模拟步骤包括在虚拟加载元件和车轮转动轴线之间使用预定距离模拟加载车轮，并且 其中确定非一致性的步骤包括确定加载车轮的径向力变化。
4.根据前述任一项权利要求的方法， 其中确定非一致性的步骤还包括确定加载车轮的侧向力变化或侧向偏置中的至少一个。
5.根据前述任一项权利要求的方法， 其中预定弹簧率是根据相关胎面部分的轴向位置和径向位置中的至少一个变化的极小的弹簧率。
6.根据前述任一项权利要求的方法， 其中预定弹簧率是根据轮胎胎面由于加载引起的位移变化的非线性极小的弹簧率。
7.根据前述任一项权利要求的方法， 其中预定弹簧率根据轮胎类型、轮胎尺寸、轮胎充气压力和轮辋类型中的至少一个纠正。
8.根据前述任一项权利要求的方法， 其中确定车轮外部轮廓的步骤包括确定轮辋的径向偏置和侧向偏置中的至少一个，并且 其中模拟步骤包括考虑已确定的轮辋的偏置。
9.根据前述任一项权利要求的方法， 其中模拟步骤使用车轮的单个径向截面的已确定的外部轮廓。
10.根据前述任一项权利要求的方法， 其中模拟步骤使用车轮的多个邻近径向截面的已确定的外部轮廓来模拟虚拟加载元件和轮胎胎面之间的接触区域。
11.一种用于确定包括轮辋和安装到轮辋的轮胎的加载车轮的非一致性的系统，该系统包括: 用于扫描空载车轮的外部轮廓的扫描装置，和 能够连接到扫描装置并且能够执行根据权利要求1至10中任一项的方法的计算机装置。
12.根据权利要求11的系统， 其中扫描装置包括能够无接触地感测车轮外表面并提供车轮至少一部分的三维外部轮廓数据的光学扫描仪，该部分包括至少轮胎的胎面。
13.—种车辆维护设备，该设备包括根据权利要求11和12中任一项的系统。
14.根据权利要求13的车辆维护设备，其中该设备是车轮平衡器、轮胎安装/拆卸设备或车轮测试台。
15.根据权利要求13和14中任一项的车辆维护设备，其中在通过车辆维护设备执行的维护操作期间考虑 加载车轮的已确定的非一致性。
全文摘要
本发明涉及一种用于无接触地确定加载车轮的非一致性的方法，包括步骤确定空载车轮至少一部分的外部轮廓；使用承靠轮胎胎面的虚拟加载元件，在空载车轮的已确定的外部轮廓、由虚拟加载元件引起的已确定外部轮廓的位移和与轮胎胎面相关的预定弹簧率的基础上，针对车轮的多个转动位置模拟车轮的加载；以及使用模拟结果确定加载车轮的非一致性。
文档编号G01M17/02GK103149035SQ201210598000
公开日2013年6月12日 申请日期2012年10月25日 优先权日2011年10月25日
发明者P·索特吉宇, F·布拉格希罗利, M·特拉利 申请人:施耐宝仪器股份有限公司