專利名稱：用于估算作用在輪胎上的前后向力的量值的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于估算作用在充氣輪胎上的前后向力的量值的方 法，更具體地，涉及一種即使在不是所有傳感器均正常工作的情況下仍然 能夠估算量值的方法。
背景技術(shù)：
在美國(guó)專利第7249498號(hào)中>5^開了 一種用于估算作用在充氣輪胎上的 力的量值的方法，其中描述了通過利用固定到輪胎胎側(cè)的一個(gè)或多個(gè)應(yīng)變 傳感器而能夠估算出沿前后方向的力的量值。確實(shí)，該方法可以估算所述 量值，但卻是基于所有傳感器均正常工作的前提下。對(duì)前后向力的量值進(jìn)行估算的最重要的目的在于控制車輛的制動(dòng)系 統(tǒng)，從而例如用以構(gòu)建眾所周知的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)。在這種制動(dòng)系統(tǒng)中，為了安4^見，非常重要的是即使在不是所有傳 感器均正常工作的情況下仍可繼續(xù)向制動(dòng)控制器輸出估算的量值數(shù)據(jù)。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的是提供一種專門用于估算在行駛期間作用在充氣 輪胎上的前后向力的量值的方法，只要有至少一個(gè)傳感器正常工作，所述 方法便能夠繼續(xù)輸出估算的量值數(shù)據(jù)，并且，當(dāng)多個(gè)傳感器正常工作時(shí)， 所述方法能夠改善所估算的量值的精確度。根據(jù)本發(fā)明，用于估算前后向力的量值的方法包括使用多個(gè)應(yīng)變傳感器，所述傳感器固定在所述輪胎的胎側(cè)上的繞所述 輪胎的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的周向不同位置處，其中每個(gè)應(yīng)變傳感器能夠輸出在應(yīng)變 傳感器的位置處產(chǎn)生的應(yīng)變量值的數(shù)據(jù)；當(dāng)?shù)竭_(dá)測(cè)量位置時(shí)讀取來自應(yīng)變傳感器的輸出數(shù)據(jù)，其中測(cè)量位置為 繞著輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)軸線預(yù)先確定的多個(gè)固定的位置；針對(duì)在各測(cè)量位置處的每個(gè)應(yīng)變傳感器，通過利用從應(yīng)變傳感器讀取的數(shù)據(jù)以及對(duì)于應(yīng)變傳感器所位于的測(cè)量位置有效的關(guān)系式計(jì)算出作為中間結(jié)果的前后向力，由此，從各應(yīng)變傳感器獲得一組中間結(jié)果；并且僅對(duì)有效的中間結(jié)果計(jì)算平均值，從而輸出所述平均值作為前后向力 的估算量值。因此，除非所有傳感器均發(fā)生故障，否則就能夠估算前后向力的量值。 此外，通過增加傳感器的數(shù)量，估算的精確度得以改善，并且，能夠提高 采用該方法的系統(tǒng)一一例如ABS——的可靠性，從而有助于安全駕駛。另一有利方面在于，盡管該數(shù)據(jù)處理完全不同于美國(guó)專利第7249498 號(hào)中的數(shù)據(jù)處理，但是，從傳感器獲得的原始數(shù)據(jù)能夠與美國(guó)專利第 7249498號(hào)中的方法共用。這意味著在不需要附加物理設(shè)備的情況下，可 以通過一個(gè)計(jì)算裝置實(shí)施兩種方法，而對(duì)于前后向力，則采用通過本發(fā)明 獲得的結(jié)果而非通過美國(guó)專利第7249498號(hào)獲得的結(jié)果。通過下面的描述，本發(fā)明的其它和進(jìn)一步的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更 加完整地呈現(xiàn)。


圖l是示出傳感器安裝位置的充氣輪胎的橫截面圖。圖2是示出六個(gè)傳感器的布置的充氣輪胎的示意性側(cè)視圖。圖3、 4和5是分別示出磁性應(yīng)變傳感器的示意圖。圖6是用于說明傳感器的安裝角度的充氣輪胎的示意性局部側(cè)視圖。圖7和8是用于說明固定的測(cè)量位置和變化的傳感器位置的輪胎的示 意性側(cè)視圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在將結(jié)合附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施方式。本發(fā)明能夠應(yīng)用于在內(nèi)部結(jié)構(gòu)、輪胎尺寸、預(yù)期最終用途等方面不同 的多種類型的充氣輪胎，只要輪胎的胎側(cè)根據(jù)施加在輪胎的接地塊與輪胎 轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(更準(zhǔn)確地，指的是輪胎安裝在其上的輪輞)之間的沿前后方向 的力而產(chǎn)生變形.如圖1所示，充氣輪胎1包括胎面2; —對(duì)沿軸向間隔的胎團(tuán)4，在每個(gè)所述胎團(tuán)4中具有胎團(tuán)芯5; —對(duì)胎側(cè)3,所述胎側(cè)3在胎面邊緣與 胎圏4之間延伸；以及胎面加強(qiáng)帶束層7，其設(shè)置在胎體6的徑向外側(cè)。胎體6由至少一個(gè)簾布層6A構(gòu)成，所述簾布層6A具有相對(duì)于輪胎 赤道線成70至90度的范圍中的角度的以子午線方式布置的簾線。所述胎 體6經(jīng)過胎面2和胎側(cè)3在胎團(tuán)4之間延伸并繞著每個(gè)胎圈4中的胎團(tuán)芯 5從輪胎的軸向內(nèi)側(cè)反包至軸向外側(cè)，以形成一對(duì)反包部分6b和位于所述 反包部分6b之間的主體部分6a。在主體部分6a與每個(gè)反包部分6b之間 設(shè)置由M橡膠制成的胎團(tuán)三角膠8，使所述胎團(tuán)三角膠8從胎團(tuán)芯沿徑 向朝外延伸同時(shí)朝向其徑向外端部漸縮。帶束層包括緩沖層7并且可選擇性地包括冠帶層9。緩沖層7包括 具有以相對(duì)于輪胎赤道線成10至35度的角度設(shè)置的高模量簾線的至少兩 個(gè)交叉簾布層7A和7B。冠帶層9設(shè)置在緩沖層7的徑向外側(cè)并且由以相 對(duì)于輪胎赤道線成至多約5度的小角度纏繞的簾線構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明，基于由于輪胎變形所導(dǎo)致的在輪胎胎側(cè)3中產(chǎn)生的應(yīng)變 的量值，估算出在行駛期間作用在接地塊上的上述沿前后方向的力的量值 F。在充氣輪胎的情況下，特定區(qū)域Y中的表面應(yīng)變的量值與沿前后方向 的力的量值具有大致線性關(guān)系，因此，在本實(shí)施方式中利用了表面應(yīng)變。如圖1所示，區(qū)域Y位于胎側(cè)3的中部并且從處于輪胎截面高度H 的50 %處的中點(diǎn)M以輪胎截面高度H的25 %的徑向距離L沿徑向朝內(nèi)和 朝外延伸。距離L優(yōu)選地是輪胎截面高度H的20% 、更優(yōu)選地是輪胎截 面高度H的15% ，其中輪胎截面高度H是從胎圏基線BL至輪胎赤道線C 處的胎面表面測(cè)量而得。在胎側(cè)3的其中之一的該區(qū)域Y的范圍內(nèi)，多個(gè)應(yīng)變傳感器10安裝 在沿周向的不同位置處。優(yōu)選地，所有傳感器10繞著輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(i) 以等角度方式布置在相同的徑向高度(j)處，如圖2所示。至于應(yīng)變傳感器10的類型，在本實(shí)施方式中能夠4吏用多種類型，只 要傳感器10能夠檢測(cè)應(yīng)變并且能夠輸出指示應(yīng)變的量值的電子數(shù)據(jù)。在任 何情況下，傳感器應(yīng)當(dāng)熱穩(wěn)定、機(jī)械穩(wěn)定且耐用.例如，可以使用壓電元 件、金屬絲電阻應(yīng)變片等，但是優(yōu)選地使用磁體11和磁感應(yīng)元件12的 組合。在這種組合中，至少一個(gè)磁體11和至少一個(gè)磁感應(yīng)元件12嵌置在模制的彈性主體13中而成為一個(gè)單元20。彈性主體13必須隨輪胎胎 側(cè)3的變形而變形，因此使用了彈性體材料?？紤]到例如澆注和注射成 型的模制方法的簡(jiǎn)單易行，尤其優(yōu)選地使用熱塑性彈性體(TPE)。至 于磁傳感元件12，能夠使用例如霍爾元件、MR元件、TMF-MI傳感 器、TMF-FG傳感器、非晶傳感器等的多種類型的元件。圖3至5示出這種磁性傳感器單元20的示例。在圖3中，傳感器 單元20包括單個(gè)磁感應(yīng)元件12和單個(gè)磁體11。在圖4中，傳感器單元 20包括多個(gè)磁感應(yīng)元件12和單個(gè)磁體11。在圖5中，傳感器單元20 包括單個(gè)磁感應(yīng)元件12和多個(gè)磁體11。每個(gè)傳感器單元20均具有方向靈敏度，并且在方向N上呈現(xiàn)最大靈 敏度。如圖6所示，在每個(gè)安裝位置，傳感器單元20定向成使得當(dāng)從輪 胎側(cè)面觀察時(shí)在最大靈敏度方向N與輪胎徑向之間的角e在10至80 度的范圍內(nèi)，考慮到總體精度則優(yōu)選地為20至70度、更優(yōu)選地為30 至60度、更進(jìn)一步優(yōu)選地為40至50度.為了簡(jiǎn)化由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的隨后的數(shù)據(jù)處理，所有傳感器10均以相同的角e朝向相同的方向定向。由于前后向力的量值F與表面應(yīng)變的量值E具有線性關(guān)系，因此 量值F能夠以一次方程式來表示Fn, m] = a[mx E[n, m+b[m
(1)其中，"n"為應(yīng)變傳感器的標(biāo)識(shí)代號(hào)，"m"為測(cè)量位置的標(biāo)識(shí)代 號(hào)，而a[m]和b[ml則為特別針對(duì)于測(cè)量位置"m"的常數(shù)。由于傳感器10固定到輪胎胎側(cè)3，因此傳感器10隨著輪胎的轉(zhuǎn)動(dòng)而 繞著輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)軸線運(yùn)動(dòng)。相反，上述的測(cè)量位置則固定于具有設(shè)定在輪胎 轉(zhuǎn)動(dòng)軸線處的原點(diǎn)并且與輪胎赤道面C平行的靜態(tài)極坐標(biāo)系。零度極角能 夠設(shè)定在任何方向，但是在本實(shí)施方式中，為了方便起見而將零度極角設(shè) 定在豎直向上的方向上，如圖7和8所示?；跍y(cè)量位置的布置和應(yīng)變傳感器的布置均為繞著輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的 等角度布置，測(cè)量位置的數(shù)量?jī)?yōu)選地為應(yīng)變傳感器10的數(shù)量的整倍數(shù)。例 如，測(cè)量位置的角度間隔優(yōu)選地不大于30度、更優(yōu)選地不大于20度、更進(jìn)一步優(yōu)選地不大于15度、最為優(yōu)選地不大于10度。換言之，測(cè)量位置 的數(shù)量?jī)?yōu)選地不小于12、更優(yōu)選地不小于18、更進(jìn)一步優(yōu)選地不小于24、 最為優(yōu)選地不小于36。假定應(yīng)變傳感器10的數(shù)量為6，其標(biāo)識(shí)代號(hào)"n"為"10a"、 "10b"、 "10c"、 "10d"、 "10e，，和"10r，而測(cè)量位置的數(shù)量為36，其標(biāo)識(shí)4戈號(hào) "m"為Pl、 P2、 P3......P36。例如當(dāng)傳感器10a處于位置Pl時(shí)，上述方程式l為F[10a， Pl=a[Plx E[10a， Pl+b[Pl，例如當(dāng)傳感器10a處于位置P3時(shí)，上述方程式l為F[10a， P3=a[P3x E[10a， P3+b[P3。為了更易于理解，如果使用極角來代替P1、 P2......P36，則在傳感器10a處于0度極角、傳感器10b處于60度極角、傳感器10c處于120 度極角、傳感器10d處于180度極角、傳感器10e處于240度極角以及傳 感器10f處于300度極角的圖7的情況下，所述方程式能夠表示為F[10a, 0=a[Ox E[10a， 0+b
- a10x E[10a， 10+b間F[10b， 70=a70x E[10b， 70+b[70F[10c, 130〗=a[闊x E[10c, 130+b[130
F[10d， l卯=a[l闊x E[10d, l闊+b[闊 F[10e， 250] = a[250J x E[10e, 250+b[250
F[10f， 310=a[310x E[10f， 310+b[310]。因而，根據(jù)本發(fā)明，為了限定上述方程式，通過試驗(yàn)預(yù)先確定特別針 對(duì)于測(cè)量位置"m"的常數(shù)aml和b[m。在行駛期間，當(dāng)某一傳感器"n"到達(dá)某一固定的測(cè)量位置"m" 時(shí)，則傳感器能夠輸出指示在測(cè)量位置"m"處的應(yīng)變的量值E[n，m
的數(shù)據(jù)；讀取數(shù)據(jù)并解碼出量值E[n， m；并且使用所獲得的量值E[n， m
和上述預(yù)先限定的關(guān)系式計(jì)算出目標(biāo)力F[n， m。同時(shí)，當(dāng)其余傳感器 到達(dá)各測(cè)量位置時(shí)，針對(duì)每個(gè)傳感器，以與上述相同的方式計(jì)算出目標(biāo) 力.換言之，基于處在一個(gè)測(cè)量位置處的一個(gè)傳感器的輸出數(shù)據(jù)對(duì)目標(biāo)力 F進(jìn)行一次計(jì)算。當(dāng)在輪胎胎側(cè)上設(shè)置多個(gè)傳感器時(shí)，針對(duì)每個(gè)傳感器執(zhí) 行目標(biāo)力F的這種記算。更具體地，在行駛期間的某一時(shí)間點(diǎn)，當(dāng)多個(gè)傳 感器分別到達(dá)預(yù)先確定的固定測(cè)量位置時(shí)，讀取指示在各測(cè)量位置處的應(yīng) 變量值的所有傳感器的輸出數(shù)據(jù)并且獲得應(yīng)變的量值。然后，針對(duì)每個(gè)傳 感器，換言之針對(duì)每個(gè)固定的測(cè)量位置，通過利用在測(cè)量位置處有效的關(guān) 系式計(jì)算出目標(biāo)力。因而，對(duì)于目標(biāo)力的量值，從多個(gè)傳感器獲得多個(gè)中 間結(jié)果。然后，為了獲得量值F的最終結(jié)果，計(jì)算出中間結(jié)果的算術(shù)平均值。例如，在上述的圖7中的情況下，具有六個(gè)中間結(jié)果F[10a，0、 F[10b,60、F[10c, 120、F[10d, 180、F[10e， 240和F[10f, 300。因此， 計(jì)算出平均值(F[10a， 0+F[10b， 60+F[10c， 120+F[10d， 180]+F[10e， 240+F10f, 300)/6作為最終結(jié)果。然而，在計(jì)算算術(shù)平均值之前，執(zhí)行校驗(yàn)以查看每個(gè)中間結(jié)果是否處 在對(duì)于測(cè)量位置所期望的數(shù)值范圍內(nèi)。如果在期望的范圍之外，例如非常 大或非常小，則忽略該中間結(jié)果并且不將其記入數(shù)據(jù)的數(shù)量。并且，使用 處于各個(gè)期望范圍內(nèi)的其余有效中間結(jié)果計(jì)算出算術(shù)平均值。例如，在上述的圖7中的情況下，如果F[10a， 120]處在對(duì)于極角為120度處的測(cè)量位置所期望的范圍之外，則忽略中間結(jié)果F[10a, 120并 且計(jì)算(F10a， 0+F[10b， 60闊10d， 180+F10e, 240闊10f， 3001 ) /5 作為最終結(jié)果。能夠在應(yīng)變的量值E[ii, m或從傳感器輸出的原始數(shù)據(jù)階段進(jìn)行這 種數(shù)據(jù)的有效性校驗(yàn)。即，針對(duì)每個(gè)測(cè)量位置"m"，例如通過試驗(yàn)預(yù) 先確定最大值Emaxm和最小值Eminm。在校驗(yàn)過程中，將量值E[n， m與Emax[m]和Emin[m比較用以確定E[n， m是否處在介于Emax[m
與Eminm之間的有效范圍內(nèi)。如果不是，則在估算中不使用該數(shù)據(jù)。 事實(shí)上，方法(1)或方法(2)都是可行的(l)對(duì)于無效數(shù)據(jù)不執(zhí)行 隨后的力F[n,m的計(jì)算；(2 )執(zhí)行力F[n， m]的計(jì)算，但是當(dāng)計(jì)算算術(shù) 平均值時(shí)，排除從無效數(shù)據(jù)計(jì)算得來的力F[n,m]。此外，還可以在中間結(jié)果F[n,m的階段執(zhí)行校驗(yàn)。在這種情況下， 有效地進(jìn)行中間結(jié)果F[n， m的相互比較。在相互比較中，異常地大于 或小于其它數(shù)據(jù)的結(jié)果F[n， m被視為無效，并且從算術(shù)平均值的計(jì)算 中排除該無效結(jié)果。為了確定滾動(dòng)輪胎上的傳感器10的位置，通過使用例如編碼器、 解算器等的角度傳感器檢測(cè)出輪胎的轉(zhuǎn)動(dòng)角度(0至360度)以確定輪 胎的參照點(diǎn)的極角，從而確定傳感器10的位置。為了將傳感器輸出信號(hào)從滾動(dòng)輪胎傳送至安裝在車輛主體側(cè)的電 控單元，使用了無線連接。因此，優(yōu)選地，上述的傳感器單元20包含 應(yīng)答器，所述應(yīng)答器能夠響應(yīng)經(jīng)由電磁波從位于車輛主體側(cè)的電控單元 發(fā)送的查詢信號(hào)來將指示檢測(cè)到的應(yīng)變量值的數(shù)據(jù)向電控單元傳送。應(yīng) 答器包括形成在半導(dǎo)體芯片上的接收器、發(fā)送器、控制電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器等并且包括天線。為了利用上述電磁波作為電能源，在單元20中還 結(jié)合有轉(zhuǎn)換器以及蓄電池/電容器。在本實(shí)施例中的上述電控單元構(gòu)成 ABS (防抱死制動(dòng)系統(tǒng))的一部分。本發(fā)明適合用于例如汽車的ABS的制動(dòng)控制系統(tǒng)中，但是也可以 將本發(fā)明使用在只要利用了前后向力的多種計(jì)算機(jī)輔助車輛控制系統(tǒng) 中。
權(quán)利要求
1.一種用于估算作用在輪胎上的前后向力的量值的方法，包括使用多個(gè)應(yīng)變傳感器，所述傳感器固定在所述輪胎的胎側(cè)上的繞所述輪胎的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的周向不同位置處，每個(gè)所述應(yīng)變傳感器能夠輸出在所述應(yīng)變傳感器的位置處產(chǎn)生的應(yīng)變的量值的數(shù)據(jù)；當(dāng)?shù)竭_(dá)測(cè)量位置時(shí)讀取來自所述應(yīng)變傳感器的輸出數(shù)據(jù)，所述測(cè)量位置為繞著所述輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)軸線預(yù)先確定的多個(gè)固定的位置；針對(duì)在所述各測(cè)量位置處的每個(gè)所述應(yīng)變傳感器，通過利用從所述應(yīng)變傳感器讀取的所述數(shù)據(jù)以及對(duì)于所述應(yīng)變傳感器所位于的所述測(cè)量位置有效的關(guān)系式計(jì)算出作為中間結(jié)果的前后向力，由此，從所述各應(yīng)變傳感器獲得一組中間結(jié)果；以及僅對(duì)有效的所述中間結(jié)果計(jì)算平均值，從而輸出所述平均值作為所述前后向力的估算量值。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其進(jìn)一步包括校驗(yàn)讀取自所述應(yīng)變傳 感器的所述數(shù)據(jù)是否處于預(yù)設(shè)的期望的范圍內(nèi)，從而確定所述中間結(jié)果是 否有效。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中將在所述校驗(yàn)中確定為處于所述預(yù)設(shè)的期望的范圍之外的數(shù)據(jù)從所述 前后向力的計(jì)算中排除。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中將從在所述校驗(yàn)中確定為處于所述預(yù)i殳的期望的范圍之外的所述數(shù)據(jù) 計(jì)算得來的所述前后向力從所述平均值的計(jì)算中排除。
5.根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中 所述應(yīng)變?yōu)樗鲚喬ヌ?cè)的表面應(yīng)變。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中 所述關(guān)系式為線性方程式。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中 所述應(yīng)變傳感器繞著所述輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)軸線以等角度方式布置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述預(yù)先確定的固定測(cè)量位置繞著所述輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)軸線以等角度間隔設(shè)定。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中 所述等角度間隔不大于10度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中 所述應(yīng)變傳感器繞著所述輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)軸線以等角度方式布置， 所述測(cè)量位置以不大于IO度的等角度間隔設(shè)定， 所述測(cè)量位置的數(shù)量為所述應(yīng)變傳感器的數(shù)量的整倍數(shù)。
全文摘要
一種用于估算作用在輪胎上的前后向力的量值的方法，包括使用固定到輪胎胎側(cè)的多個(gè)應(yīng)變傳感器，所述應(yīng)變傳感器能夠輸出在應(yīng)變傳感器的位置處產(chǎn)生的應(yīng)變量值的數(shù)據(jù)；當(dāng)?shù)竭_(dá)繞輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)軸線預(yù)先確定的固定測(cè)量位置時(shí)讀取來自應(yīng)變傳感器的輸出數(shù)據(jù)；針對(duì)各測(cè)量位置處的每個(gè)應(yīng)變傳感器，通過利用從應(yīng)變傳感器讀取的數(shù)據(jù)以及關(guān)系式計(jì)算出作為中間結(jié)果的前后向力，由此，從各應(yīng)變傳感器獲得中間結(jié)果；并且僅對(duì)有效的中間結(jié)果計(jì)算平均值，從而輸出所述平均值作為力的估算量值。
文檔編號(hào)B60T8/17GK101327719SQ20081009826
公開日2008年12月24日 申請(qǐng)日期2008年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月29日
發(fā)明者三好明宏 申請(qǐng)人:住友橡膠工業(yè)株式會(huì)社