使用道路縱斷面自適應(yīng)濾波的輪胎載荷估計(jì)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及使用道路縱斷面自適應(yīng)濾波的輪胎載荷估計(jì)系統(tǒng)。提供一種動(dòng)態(tài)載荷估計(jì)系統(tǒng)，其包括：車輛載荷承載輪胎；安裝到輪胎的至少一個(gè)輪胎傳感器，該傳感器可操作用來測(cè)量一個(gè)輪胎的輪胎變形并且生成傳達(dá)測(cè)得的變形數(shù)據(jù)的原始載荷指示信號(hào)；道路粗糙度估計(jì)裝置，其用于確定道路粗糙度估計(jì)；濾波裝置，其用于通過道路粗糙度估計(jì)來對(duì)測(cè)得的變形數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波；以及載荷估計(jì)裝置，其用于根據(jù)已濾波的測(cè)得的變形數(shù)據(jù)來估計(jì)一個(gè)輪胎上的估計(jì)的載荷。將道路縱斷面估計(jì)與靜態(tài)載荷估計(jì)融合以便獲得瞬時(shí)輪胎載荷估計(jì)。
【專利說明】使用道路縱斷面自適應(yīng)濾波的輪胎載荷估計(jì)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般地涉及用于在車輛操作期間收集測(cè)得的輪胎參數(shù)數(shù)據(jù)的輪胎監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并且更特別地涉及為了基于測(cè)得的輪胎參數(shù)數(shù)據(jù)來估計(jì)輪胎加載而生成的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]可以通過輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(TPMS)來監(jiān)測(cè)車輛安裝的輪胎，該輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(TPMS)在車輛操作期間測(cè)量諸如壓力和溫度之類的輪胎參數(shù)。來自輪胎裝配的TPMS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)被用來基于測(cè)得的輪胎參數(shù)來查明輪胎的狀態(tài)，并且使駕駛員意識(shí)到可能需要補(bǔ)救維護(hù)的狀況，諸如低輪胎壓力或泄露這類。在輪胎制造的預(yù)固化階段或者在對(duì)輪胎的后固化組裝中，在每個(gè)輪胎內(nèi)安裝傳感器。
[0003]對(duì)于車輛操作和安全性來說，諸如輪胎加載之類的其他因素是重要的考慮因素。因此進(jìn)一步希望的是，在實(shí)時(shí)且駕駛狀況下估計(jì)輪胎加載并且將載荷信息連同前述測(cè)得的壓力和溫度的輪胎參數(shù)一起傳遞給車輛操作員和/或車輛系統(tǒng)(諸如制動(dòng)系統(tǒng))。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種動(dòng)態(tài)載荷估計(jì)系統(tǒng)，其包括:車輛載荷承載輪胎；安裝到輪胎的至少一個(gè)輪胎傳感器，該傳感器可操作用來測(cè)量一個(gè)輪胎的輪胎變形并且生成傳達(dá)測(cè)得的變形數(shù)據(jù)的原始載荷指示信號(hào)；道路粗糙度估計(jì)裝置，其用于確定道路粗糙度估計(jì)；未濾波的載荷估計(jì)裝置，其用于根據(jù)該原始載荷指示信號(hào)來生成靜態(tài)載荷估計(jì)；濾波裝置，其用于通過道路粗糙度估計(jì)來對(duì)該靜態(tài)載荷估計(jì)進(jìn)行濾波；以及載荷估計(jì)裝置，其用于基于已濾波的載荷估計(jì)來估計(jì)一個(gè)輪胎上的估計(jì)載荷。
[0005]在另一方面中，輪胎傳感器在配置中起到生成對(duì)輪胎變形作出響應(yīng)的信號(hào)的能量收獲設(shè)備的作用。
[0006]根據(jù)另一方面，該濾波裝置被配置為使用基于遞歸的過程的自適應(yīng)濾波器(諸如自適應(yīng)卡爾曼濾波器)。自適應(yīng)卡爾曼濾波器根據(jù)未濾波的輪胎覆蓋區(qū)長度估計(jì)來生成通過道路粗糙度估計(jì)自適應(yīng)濾波的覆蓋區(qū)長度估計(jì)。然后已濾波的覆蓋區(qū)長度連同測(cè)得的輪胎膨脹壓力和輪胎標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)被用于從輪胎特定的數(shù)據(jù)庫提取估計(jì)的輪胎載荷。在第一實(shí)施例中，輪胎粗糙度估計(jì)裝置在操作上將表面粗糙度分類系統(tǒng)應(yīng)用于原始道路指示信號(hào)以便確定相對(duì)道路粗糙度估計(jì)。濾波裝置然后操作用來通過相對(duì)道路粗糙度估計(jì)來對(duì)測(cè)得的變形數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。來自車輛安裝的傳感器的數(shù)據(jù)被用在自適應(yīng)濾波器中并且被應(yīng)用于來自輪胎的靜態(tài)載荷估計(jì)以便生成道路縱斷面高度估計(jì)和載荷變化估計(jì)。在操作上將估計(jì)的道路縱斷面高度與已濾波載荷估計(jì)融合以便產(chǎn)生計(jì)算的瞬時(shí)輪胎載荷估計(jì)。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，提出一種用于估計(jì)車輛載荷的動(dòng)態(tài)載荷估計(jì)系統(tǒng)，其特征在于包括:支撐車輛的至少一個(gè)輪胎；安裝到所述一個(gè)輪胎的輪胎傳感器裝置，該傳感器裝置可操作用來測(cè)量所述一個(gè)輪胎的輪胎變形并且生成傳達(dá)測(cè)得的變形數(shù)據(jù)的載荷指示原始信號(hào)；載荷估計(jì)裝置，其用于根據(jù)所述載荷指示原始信號(hào)來確定輪胎上的未濾波載荷估計(jì)；道路粗糙度估計(jì)裝置，其用于確定道路粗糙度估計(jì)；濾波裝置，其用于通過道路粗糙度估計(jì)來對(duì)未濾波的載荷估計(jì)進(jìn)行濾波；以及載荷估計(jì)裝置，其用于根據(jù)濾波裝置來確定所述一個(gè)輪胎上的已濾波載荷估計(jì)。
[0008]進(jìn)一步地，所述輪胎傳感器裝置包括能量收獲裝置，所述載荷指示原始信號(hào)表示從所述一個(gè)輪胎的變形收獲的能量。
[0009]進(jìn)一步地，所述輪胎傳感器裝置包括至少一個(gè)基于壓電的傳感器。
[0010]進(jìn)一步地，所述濾波裝置包括自適應(yīng)濾波裝置。
[0011]進(jìn)一步地，所述自適應(yīng)濾波裝置包括使用基于遞歸的過程的自適應(yīng)卡爾曼濾波器。
[0012]進(jìn)一步地，所述載荷估計(jì)裝置根據(jù)所述載荷指示原始信號(hào)來確定輪胎的估計(jì)的未濾波覆蓋區(qū)長度。
[0013]進(jìn)一步地，所述自適應(yīng)卡爾曼濾波器根據(jù)估計(jì)的未濾波覆蓋區(qū)長度來確定已濾波的覆蓋區(qū)長度估計(jì)。
[0014]進(jìn)一步地，還包括輪胎特定的數(shù)據(jù)庫，其根據(jù)包括已濾波的覆蓋區(qū)長度估計(jì)、測(cè)得的輪胎膨脹壓力和輪胎識(shí)別數(shù)據(jù)的輸入來確定所述一個(gè)輪胎上的載荷估計(jì)。
[0015]進(jìn)一步地，所述道路粗糙度估計(jì)裝置在操作上將表面粗糙度分類系統(tǒng)應(yīng)用于所述載荷指示原始信號(hào)以便確定相對(duì)道路粗糙度估計(jì)，所述自適應(yīng)濾波裝置被操作用于通過所述相對(duì)道路粗糙度估計(jì)來對(duì)估計(jì)的未濾波覆蓋區(qū)長度進(jìn)行濾波。
[0016]進(jìn)一步地，還包括道路縱斷面高度估計(jì)裝置，其用于根據(jù)至少一個(gè)車輛安裝的傳感器裝置來確定估計(jì)的量化道路縱斷面高度。
[0017]進(jìn)一步地，所述車輛安裝的傳感器裝置包括懸架偏轉(zhuǎn)測(cè)量裝置。
[0018]進(jìn)一步地，所述車輛安裝的傳感器裝置還包括用于測(cè)量車輛底盤加速度的底盤安裝的加速度計(jì)裝置。
[0019]進(jìn)一步地，在操作上將估計(jì)的道路縱斷面高度與已濾波載荷估計(jì)融合以便產(chǎn)生計(jì)算的瞬時(shí)輪胎載荷估計(jì)。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，提出一種估計(jì)支撐車輛的輪胎上的動(dòng)態(tài)載荷的方法，其特征在于包括:將輪胎傳感器裝置安裝到一個(gè)輪胎上，所述傳感器裝置可操作用來測(cè)量所述一個(gè)輪胎的輪胎變形并且生成傳達(dá)測(cè)得的變形數(shù)據(jù)的載荷指示原始信號(hào)；根據(jù)利用所述載荷指示原始信號(hào)的道路粗糙度估計(jì)裝置來確定道路粗糙度估計(jì)；根據(jù)所述載荷指示原始信號(hào)來計(jì)算未濾波載荷估計(jì)；通過利用自適應(yīng)濾波器裝置的道路粗糙度估計(jì)來對(duì)未濾波載荷估計(jì)進(jìn)行濾波；以及在通過自適應(yīng)濾波器裝置進(jìn)行濾波之后估計(jì)所述一個(gè)輪胎上的已濾波的載荷估計(jì)。
[0021]進(jìn)一步地，還包括將所述輪胎傳感器裝置配置為能量收獲傳感器裝置以便生成所述載荷指示原始信號(hào)。
[0022]進(jìn)一步地，所述自適應(yīng)濾波裝置包括使用基于遞歸的過程的自適應(yīng)卡爾曼濾波器。
[0023]進(jìn)一步地，還包括借助于輪胎特定的數(shù)據(jù)庫來根據(jù)包括已濾波的覆蓋區(qū)長度估計(jì)、測(cè)得的輪胎膨脹壓力和輪胎識(shí)別數(shù)據(jù)的輸入來確定所述一個(gè)輪胎上的載荷估計(jì)。[0024]進(jìn)一步地，還包括將表面粗糙度分類系統(tǒng)應(yīng)用于所述原始載荷指示信號(hào)以便確定相對(duì)道路粗糙度估計(jì)，以及借助于所述自適應(yīng)濾波裝置來通過所述相對(duì)道路粗糙度估計(jì)對(duì)未濾波的輪胎載荷估計(jì)進(jìn)行濾波。
[0025]進(jìn)一步地，還包括根據(jù)至少一個(gè)車輛安裝的傳感器裝置來計(jì)算道路縱斷面估計(jì)。
[0026]進(jìn)一步地，還包括將估計(jì)的道路縱斷面高度與已濾波的載荷估計(jì)融合以便產(chǎn)生計(jì)算的瞬時(shí)輪胎載荷估計(jì)。
[0027]定義。
[0028]“ANN”或“人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”是一種用于非線性統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)建模的自適應(yīng)工具，該自適應(yīng)工具基于在學(xué)習(xí)階段期間流過網(wǎng)絡(luò)的外部或內(nèi)部信息來改變其結(jié)構(gòu)。ANN神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是用來建模輸入和輸出之間的復(fù)雜關(guān)系或找出數(shù)據(jù)中的模式的非線性統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)建模工具。
[0029]輪胎的“橫縱比”意指其斷面高度(SH)與其斷面寬度(SW)的比率，其乘以百分之100用于表不為百分比。
[0030]“不對(duì)稱胎面”意指具有關(guān)于輪胎的中心面或赤道面EP不對(duì)稱的輪胎花紋的輪胎。[0031 ] “軸向”和“軸向地”意指平行于輪胎的旋轉(zhuǎn)軸的線或方向。
[0032]“CAN總線”是控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的縮寫。
[0033]“胎圈包布”是圍繞輪胎胎圈的外側(cè)放置的窄條材料，以保護(hù)簾布層(cord plies)免受輪輞的磨損和切割，并且在輪輞上分配撓曲。
[0034]“圓周的”意指沿著垂直于軸向方向的環(huán)形胎面的表面周界延伸的線或方向。
[0035]“赤道中心面(CP)”意指垂直于輪胎的旋轉(zhuǎn)軸且穿過胎面中心的平面。
[0036]“覆蓋區(qū)”意指當(dāng)輪胎旋轉(zhuǎn)或滾動(dòng)時(shí)由具有平坦表面的輪胎胎面創(chuàng)建的接觸區(qū)或接觸斑點(diǎn)(contact patch)。
[0037]“凹槽”意指可圍繞輪胎壁沿圓周或橫向延伸的輪胎壁中的細(xì)長空區(qū)?！鞍疾蹖挾取钡扔谠谄溟L度上的其平均寬度。凹槽的尺寸被制造成如所述的那樣容納氣管。
[0038]“內(nèi)板側(cè)”意指當(dāng)輪胎被安裝在車輪上并且車輪被安裝在車輛上時(shí)輪胎最接近車輛的一側(cè)。
[0039]“卡爾曼濾波器”是實(shí)施預(yù)測(cè)器-校正器類型估計(jì)器的一組數(shù)學(xué)等式，當(dāng)某些假定條件滿足時(shí)從最小化估計(jì)的誤差協(xié)方差的意義上來說該組數(shù)學(xué)等式是最優(yōu)的。
[0040]“橫向的”意指軸向方向。
[0041]“橫向邊緣”意指當(dāng)在正常載荷和輪胎充氣的情況下測(cè)量的與軸向最外側(cè)胎面接觸斑點(diǎn)或覆蓋區(qū)正切的線，線與赤道中心面平行。
[0042]“龍伯格(Luenberger)觀測(cè)器”是狀態(tài)觀測(cè)器或估計(jì)模型?！盃顟B(tài)觀測(cè)器”是根據(jù)真實(shí)系統(tǒng)的輸入和輸出的測(cè)量結(jié)果來提供給定真實(shí)系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)的估計(jì)的系統(tǒng)。其通常是計(jì)算機(jī)實(shí)施的，并且提供許多實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)。
[0043]“MSE”是均方誤差的縮寫，該誤差是測(cè)得信號(hào)和卡爾曼濾波器最小化的估計(jì)信號(hào)之間的誤差。
[0044]“凈接觸面積”意指接觸了胎面的整個(gè)圓周周圍的橫向邊緣之間的胎面元件的地面的總面積，除以橫向邊緣之間的整個(gè)胎面的總面積。
[0045]“無向胎面”意指不具有優(yōu)選的向前行進(jìn)方向且不需要以一個(gè)或多個(gè)特定車輪位置被定位在車輛上以確保胎面花紋與優(yōu)選的行進(jìn)方向?qū)?zhǔn)的胎面。相反地，定向胎面花紋具有需要特定車輪定位的優(yōu)選的行進(jìn)方向。
[0046]“外板側(cè)”意指當(dāng)輪胎被安裝在車輪上并且車輪被安裝在車輛上時(shí)輪胎最遠(yuǎn)離車輛的一側(cè)。
[0047]“蠕動(dòng)”意指借助于沿著管狀路徑推進(jìn)所包含的物質(zhì)(諸如空氣)的像波動(dòng)一樣的收縮進(jìn)行操作。
[0048]“壓電薄膜傳感器”是使用通過薄膜體的彎曲致動(dòng)的壓電效應(yīng)來通過將壓力、加速度、應(yīng)變或力轉(zhuǎn)換成電荷來測(cè)量它們的薄膜體形式的設(shè)備。
[0049]“PSD”是功率譜密度(與FFT (快速傅里葉變換)同意的技術(shù)名稱)。
[0050]“徑向”和“徑向地”意指徑向地朝向或遠(yuǎn)離輪胎的旋轉(zhuǎn)軸的方向。
[0051]“羅紋”意指通過至少一個(gè)圓周凹槽以及第二這樣的凹槽或橫向邊緣限定的胎面上的沿圓周延伸的橡膠條，該條在橫向上不會(huì)被全深凹槽分開。
[0052]“輪胎溝槽”意指模制成輪胎的胎面元件中的小狹縫，其再分胎面表面并且改進(jìn)牽弓丨，輪胎溝槽在寬度上通常窄，并且如與在輪胎的覆蓋區(qū)中保持開放的凹槽相對(duì)的那樣在輪胎覆蓋區(qū)中封閉。
[0053]“胎面元件”或“牽引元件”意指通過具有鄰近凹槽的形狀限定的羅紋或塊元件。
[0054]“胎面弧寬”意指如在胎面的橫向邊緣之間測(cè)量的那樣的胎面的弧長。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0055]將通過示例的方式并參考附圖來描述本發(fā)明，在其中:
圖1是示出輪胎安裝的傳感器的車輛的圖解視圖。
[0056]圖2是傳感器封裝安裝到的輪胎的一部分的分解透視圖。
[0057]圖3是示出對(duì)于一個(gè)輪胎旋轉(zhuǎn)的特性波形的示圖。
[0058]圖4是示出原始信號(hào)幅度與表面粗糙度之間的關(guān)系的示圖。
[0059]圖5是示出在信號(hào)比較算法中使用的信號(hào)比較方法的示圖。
[0060]圖6A是示出以60kph在光滑柏油路狀況下對(duì)于一個(gè)輪胎旋轉(zhuǎn)的參考信號(hào)數(shù)據(jù)的示圖。
[0061]圖6B是示出以60kph在光滑柏油路狀況下對(duì)于一個(gè)輪胎旋轉(zhuǎn)的測(cè)試數(shù)據(jù)的示圖。
[0062]圖6C是示出對(duì)于光滑與光滑分類實(shí)例的互相關(guān)系數(shù)(R)的示圖，Rmax大概等于0.85。
[0063]圖7A是示出以60kph在光滑柏油路狀況下對(duì)于一個(gè)輪胎旋轉(zhuǎn)的參考信號(hào)數(shù)據(jù)的示圖。
[0064]圖7B是示出以60kph在粗糙柏油路狀況下對(duì)于一個(gè)輪胎旋轉(zhuǎn)的測(cè)試數(shù)據(jù)的示圖。
[0065]圖7C是示出對(duì)于光滑與粗糙分類實(shí)例的互相關(guān)系數(shù)(R)的示圖，Rmax大概等于
0.6。
[0066]圖8A是示出以60kph在光滑柏油路狀況下對(duì)于一個(gè)輪胎旋轉(zhuǎn)的參考數(shù)據(jù)的示圖。
[0067]圖8B是示出以60kph在非常粗糙柏油路狀況下對(duì)于一個(gè)輪胎旋轉(zhuǎn)的測(cè)試數(shù)據(jù)的示圖。
[0068]圖SC是示出對(duì)于光滑與非常粗糙實(shí)例的互相關(guān)系數(shù)(R)的示圖，Rmax大概等于
0.3。[0069]圖9A是示出以90kph在光滑柏油路狀況下對(duì)于一個(gè)輪胎旋轉(zhuǎn)的參考信號(hào)數(shù)據(jù)的示圖。
[0070]圖9B是示出以90kph在光滑柏油路狀況下對(duì)于一個(gè)輪胎旋轉(zhuǎn)的測(cè)試數(shù)據(jù)的示圖。
[0071]圖9C是示出對(duì)于光滑與光滑分類實(shí)例的互相關(guān)系數(shù)(R)的示圖，Rmax大概等于
0.85。
[0072]圖1OA是示出以90kph在光滑柏油路狀況下對(duì)于一個(gè)輪胎旋轉(zhuǎn)的參考信號(hào)數(shù)據(jù)的示圖。
[0073]圖1OB是示出以9kph在光滑柏油路狀況下對(duì)于一個(gè)輪胎旋轉(zhuǎn)的測(cè)試信號(hào)數(shù)據(jù)的示圖。
[0074]圖1OC是示出對(duì)于光滑與粗糙分類實(shí)例的互相關(guān)系數(shù)(R)的示圖，Rmax大概等于
0.6。
[0075]圖1lA是示出以90kph在光滑柏油路狀況下對(duì)于一個(gè)輪胎旋轉(zhuǎn)的參考信號(hào)數(shù)據(jù)的示圖。
[0076]圖1lB是示出以90kph在非常粗糙柏油路狀況下對(duì)于一個(gè)輪胎旋轉(zhuǎn)的測(cè)試信號(hào)數(shù)據(jù)的示圖。 [0077]圖1lC是示出對(duì)于光滑與非常粗糙分類實(shí)例的互相關(guān)系數(shù)(R)的示圖，Rmax大概等于 0.3。
[0078]圖12A、12B、13A、13B、14A和14B是示出在60kph和90kph的速度下對(duì)于光滑與光滑、光滑與粗糙、以及光滑與非常粗糙的三種情況的互相關(guān)系數(shù)示圖的依賴于速度的研究的概述示圖。在每個(gè)示圖中指示每一個(gè)的R?x。
[0079]圖15是示圖對(duì)于循環(huán)互相關(guān)系數(shù)的分類規(guī)則的圖。
[0080]圖16A示出對(duì)于光滑和粗糙表面情況的原始傳感器信號(hào)的示圖。
[0081]圖16B示出小波分解能量的能量分布圖。
[0082]圖17A示出對(duì)于自相關(guān)系數(shù)的所選數(shù)據(jù)圖的選擇I可視化。
[0083]圖17B示出對(duì)于圖17A的數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)圖。
[0084]圖18A示出所選數(shù)據(jù)的選擇指數(shù)2可視化。
[0085]圖18B示出對(duì)于圖18A的數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分布圖。
[0086]圖19是道路表面分類算法的圖。
[0087]圖20A是示出載荷與實(shí)際平均載荷的所觀測(cè)的直線噪聲傳感器估計(jì)的示圖。
[0088]圖20B示出載荷與實(shí)際平均載荷的所觀測(cè)的粗糙表面噪聲傳感器估計(jì)的示圖。
[0089]圖21是示出標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)表面粗糙水平的依賴性的正態(tài)分布曲線。
[0090]圖22A是對(duì)于實(shí)例I光滑表面狀況的載荷估計(jì)算法性能與輪胎載荷的示圖。
[0091]圖22B是示出移動(dòng)平均濾波器性能與卡爾曼濾波器性能結(jié)果的隨著時(shí)間的載荷估計(jì)誤差的示圖。
[0092]圖23A是對(duì)于實(shí)例2粗糙表面狀況的載荷估計(jì)算法性能與輪胎載荷的示圖。
[0093]圖23B示出實(shí)例2中的移動(dòng)平均濾波器性能與卡爾曼濾波器性能結(jié)果的隨著時(shí)間的按百分比表示的載荷估計(jì)誤差的示圖。
[0094]圖24A是對(duì)于常規(guī)卡爾曼濾波器的隨著時(shí)間的估計(jì)誤差的示圖。
[0095]圖24B是對(duì)于自適應(yīng)卡爾曼濾波器的隨著時(shí)間的估計(jì)誤差的示圖。[0096]圖25是主題載荷估計(jì)算法的數(shù)據(jù)流程圖。
[0097]圖26是使用四分之一汽車車輛模型的替代載荷估計(jì)算法的數(shù)據(jù)流程圖。
[0098]圖27是使用圖26的算法的實(shí)際的與估計(jì)的道路縱斷面上升的示圖，其中相關(guān)系數(shù)(R)=0.966。
[0099]圖28是在相關(guān)系數(shù)為67.979的情況下將實(shí)際的與估計(jì)的(使用卡爾曼濾波器)進(jìn)行比較的隨著時(shí)間的載荷的示圖。
【具體實(shí)施方式】
[0100]參考圖1和圖2，車輛10被示為由多個(gè)輪胎12支撐，每個(gè)輪胎都配備傳感器封裝
14。當(dāng)車輛10處于一般形式的乘用車時(shí)，可以在任何車輛系統(tǒng)中使用該主題系統(tǒng)。傳感器模塊14的類型是商業(yè)可用的，適合于安裝在車輛10的內(nèi)襯16。傳感器模塊或封裝10包括用于在輪胎操作期間分別測(cè)量輪胎內(nèi)腔的氣壓和溫度的壓力傳感器和溫度傳感器。此外，依照本發(fā)明的傳感器模塊10包括安裝用來在輪胎操作期間測(cè)量輪胎變形的振動(dòng)傳感器。該振動(dòng)傳感器優(yōu)選基于壓電的，并且生成指示輪胎變形的信號(hào)。根據(jù)該信號(hào)，當(dāng)輪胎12靠著地表面旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以粗略地估計(jì)其覆蓋區(qū)(在這里也被稱為“原始”或“未濾波”估計(jì))，這些借助于在2012年6月27日提交的名稱為“用于車輛輪胎的載荷估計(jì)系統(tǒng)和方法(LoadEstimat1n System and Method for a Vehicle Tire)”并且通過引用由此整體并入的共同待審美國專利申請(qǐng)序列號(hào)13/534，043中教導(dǎo)的方法來確定。
[0101]模塊14內(nèi)的壓電傳感器生成指示滾動(dòng)輪胎覆蓋區(qū)內(nèi)的輪胎變形的信號(hào)。壓電傳感器將原始信號(hào)傳送到信號(hào)處理器(未示出)。信號(hào)的峰值到峰值長度被分析，以查明輪胎覆蓋區(qū)的長度。然后咨詢適當(dāng)?shù)谋砀?，其基于壓電傳感器測(cè)量的覆蓋區(qū)長度、輪胎氣壓和輪胎腔溫度數(shù)據(jù)來為輪胎提供輪胎特定的加載信息。
[0102]依照上文標(biāo)識(shí)的申請(qǐng)的輪胎加載的估計(jì)可以利用諸如卡爾曼濾波器的濾波模型。然而根據(jù)輪胎偏轉(zhuǎn)的測(cè)量結(jié)果來確定輪胎加載是有問題的，因?yàn)榇嬖趯?duì)輪胎變形的“噪聲”貢獻(xiàn)。如這里所使用的，“噪聲”指的是除了輪胎加載之外對(duì)輪胎的外部影響，這會(huì)影響輪胎變形并且由此招致基于這種輪胎變形的測(cè)量結(jié)果的載荷估計(jì)不精確。例如，道路粗糙度影響輪胎變形，輪胎在其上行駛的道路表面的粗糙度越大，基于輪胎變形的任何靜態(tài)輪胎載荷估計(jì)中的噪聲失真的可能性就越大。主題發(fā)明提議通過實(shí)施考慮載荷估計(jì)過程中的道路表面粗糙度的自適應(yīng)濾波器來使以道路粗糙度形式的噪聲貢獻(xiàn)對(duì)輪胎載荷估計(jì)的影響最小化。
[0103]提議利用輪胎安裝的傳感器(優(yōu)選壓電傳感器)來估計(jì)輪胎載荷和道路粗糙度二者的算法的使用。為了達(dá)到載荷估計(jì)(現(xiàn)實(shí)世界駕駛狀況中的重要方面)的目的，該算法適應(yīng)道路粗糙度變化的影響。這里公開的系統(tǒng)和方法使用用于輪胎載荷和道路粗糙度估計(jì)二者的壓電能量收獲器信號(hào)。通過使用如將解釋的自適應(yīng)卡爾曼濾波器來實(shí)現(xiàn)前面提到的最小化對(duì)載荷估計(jì)的“噪聲”影響的目的。全局載荷和載荷分布的信息隨后可以被比如電子制動(dòng)分配(EBD)系統(tǒng)的高級(jí)制動(dòng)控制系統(tǒng)有利地使用，以便優(yōu)化系統(tǒng)性能和降低車輛停止距離。在商業(yè)車輛應(yīng)用的情況下，每個(gè)車輪上估計(jì)的重量可以被平均以便產(chǎn)生車輛重量的估計(jì)。然后可以將車輛重量傳播到中央位置，因此消除了對(duì)稱重站的需要。
[0104]主題系統(tǒng)中使用的算法使用用于載荷和載荷粗糙度估計(jì)二者的壓電收獲器信號(hào)，而不是依賴于加速度計(jì)或應(yīng)變傳感器。這里公開的算法考慮在載荷估計(jì)期間的道路粗糙度，并且由此更緊密地反映現(xiàn)實(shí)世界駕駛狀況。并且因此基于主題算法方法的卡爾曼濾波器是遞歸過程，不存在對(duì)要被存儲(chǔ)的歷史信息的需要，不像分析的移動(dòng)平均方法那樣。
[0105]常規(guī)卡爾曼濾波器對(duì)動(dòng)態(tài)模型噪聲水平的選擇是相對(duì)敏感的。因?yàn)檫@樣的常規(guī)濾波器易于受到因道路粗糙度變化引起的不準(zhǔn)確性的影響。相反，使用自適應(yīng)卡爾曼濾波器算法的主題方法更穩(wěn)健，并且適應(yīng)道路粗糙度狀況的突然改變。
[0106]在圖25中圖示主題載荷估計(jì)算法。那里示出，輪胎2配備輪胎附接的傳感器模塊14，通常包括溫度和壓力測(cè)量傳感器(TPMS)加上用于生成指示滾動(dòng)輪胎覆蓋區(qū)內(nèi)的輪胎變形的信號(hào)的壓電傳感器。通過適合的裝置(諸如粘合劑)將模塊14附接到輪胎在輪胎胎冠區(qū)域內(nèi)的內(nèi)襯。根據(jù)模塊14，產(chǎn)生指示滾動(dòng)輪胎覆蓋區(qū)內(nèi)輪胎變形的原始能量收獲器信號(hào)。輪胎變形與通過輪胎支撐的載荷成比例。在由并入于此的共同待審美國申請(qǐng)序列號(hào)13/534，043公開的類型的覆蓋區(qū)長度估計(jì)54過程中使用該原始信號(hào)。
[0107]在覆蓋區(qū)長度估計(jì)4處處理來自模塊14中的壓電傳感器的原始信號(hào)，以便產(chǎn)生原始覆蓋區(qū)長度。因?yàn)樵几采w區(qū)長度估計(jì)易于受到來自道路粗糙度的誤差的影響，所以由自適應(yīng)卡爾曼濾波器56進(jìn)一步來對(duì)原始覆蓋區(qū)長度濾波。來自模塊14的壓電傳感器的原始信號(hào)除了被用在初始原始覆蓋區(qū)長度估計(jì)54中之外，還被用在所示的粗糙度估計(jì)算法52中。如將解釋的那樣，粗糙度估計(jì)算法52操作在表面分類系統(tǒng)上。自適應(yīng)卡爾曼濾波器56使用濾波器參數(shù)，通過粗糙度估計(jì)算法52將該濾波器參數(shù)變?yōu)榈缆繁砻鏍顩r的函數(shù)。因此，從自適應(yīng)卡爾曼濾波器獲得已濾波覆蓋區(qū)長度。在補(bǔ)償?shù)缆反植诙戎?，已濾波覆蓋區(qū)長度更準(zhǔn)確地估計(jì)輪胎覆蓋區(qū)長度。
[0108]以實(shí)際經(jīng)驗(yàn)為根據(jù)地創(chuàng)建輪胎特定的查找表58，其基于覆蓋區(qū)長度、輪胎識(shí)別和輪胎膨脹壓力的輸入提供輪胎加載。從TPMS模塊14連同輪胎識(shí)別來獲得輪胎壓力?？梢垣@得在測(cè)得的膨脹壓力和覆蓋區(qū)長度下對(duì)于特定輪胎的加載，與來自自適應(yīng)卡爾曼濾波器56的已濾波覆蓋區(qū)長度相組合。
[0109]參考圖3，示出原始信號(hào)波形。指示來自一個(gè)輪胎旋轉(zhuǎn)的波形。所示波形在實(shí)驗(yàn)上從2.1巴并且以60kph行駛的輪胎導(dǎo)出。來自圖3的示圖示出信號(hào)幅度[V]與樣本數(shù)之間的關(guān)系。在圖4中，用圖形示出在下面三種道路狀況下來自2.9、60kph的輪胎的原始信號(hào):光滑表面、粗糙表面和非常粗糙表面。將會(huì)意識(shí)到，信號(hào)幅度(將根據(jù)該信號(hào)幅度來估計(jì)輪胎載荷)隨著表面狀況的變化而顯著波動(dòng)。本發(fā)明用于表征表面的粗糙度水平，以便補(bǔ)償在原始輪胎變形信號(hào)中存在的表面粗糙度“噪聲”的影響。
[0110]如從圖5看到的那樣，可以使用下面三種不同的信號(hào)比較方法，來構(gòu)造信號(hào)比較算法:最大循環(huán)互相關(guān)系數(shù)(參見圖6)、基于小波的特征提取(參見圖16)和自相關(guān)系數(shù)分布(參見圖17和圖18)。這三種方法基于所采用的方法來從信號(hào)比較提取不同特征。在圖6A到圖6C中，以圖形形式表明最大循環(huán)互相關(guān)系數(shù)方法。圖6A示出實(shí)例I測(cè)試，在其中接合對(duì)于一個(gè)以60kph的輪胎旋轉(zhuǎn)的光滑柏油路參考表面。圖6B不出對(duì)于測(cè)試表面對(duì)于實(shí)例I的示圖，也被配置為光滑柏油路。在該光滑與光滑測(cè)試中，作為分類依據(jù)來檢查互相關(guān)系數(shù)?；ハ嚓P(guān)系數(shù)R被限定為作為施加于兩個(gè)波形中的一個(gè)的時(shí)間滯后的函數(shù)的兩個(gè)波形的相似性的測(cè)量。對(duì)于光滑與光滑(圖6A和圖6B)實(shí)例I測(cè)試，大概0.95的Rmax是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)來確定的，并且在圖6C中以圖形示出。描述性地闡述，在光滑表面上經(jīng)歷變形的輪胎將預(yù)期經(jīng)歷與不大于0.05的光滑表面的半徑偏差。
[0111]圖7A和圖7B示出對(duì)于實(shí)例2測(cè)試的示圖，在其中將參考光滑表面與粗糙柏油路的測(cè)試表面相比較。兩圖的比較結(jié)果產(chǎn)生了對(duì)于實(shí)例2測(cè)試的大概0.6的最大循環(huán)互相關(guān)系數(shù)Rmax，在圖7C中以圖形指示。因此，粗糙柏油路表面將引起比由光滑表面(圖6A、6B)引起的更大的圓形輪胎變形。
[0112]在圖8A和8B中，使用將圖8A的光滑參考表面示圖與圖8B中以圖形示出的非常粗糙柏油路測(cè)試表面進(jìn)行比較的實(shí)例3測(cè)試參數(shù)。對(duì)于實(shí)例3的結(jié)果得到的最大循環(huán)互相關(guān)系數(shù)Rmax被確定為大概0.3，在圖8C中以圖形示出。
[0113]圖9A、9B、9C (實(shí)例 I)、圖 10A、10B、10C (實(shí)例 2)、圖 11A、IlBUlC (實(shí)例 3)是與圖6A到6C、圖7A到7C和圖8A到8C的測(cè)試示圖類似的示圖，但是是在90kph的高速下進(jìn)行的。圖9C、10C和IlC的互相關(guān)系數(shù)示圖通常與圖6C、7C和8C的慢速示圖相對(duì)應(yīng)，表明在每種道路表面狀況下的Rmax值在一系列車輛速度范圍內(nèi)不變。在圖12A、12B (光滑與光滑)、圖13A、13B (光滑與粗糙)、和圖14A、14B (光滑與非常粗糙)中圖示依賴于速度的研究的比較概述。兩個(gè)速度下的比較Rmax值證實(shí)作為對(duì)道路表面進(jìn)行分類的依據(jù)的Rmax的使用，以達(dá)到對(duì)載荷估計(jì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行濾波的目的。圖15示出對(duì)于三種道路表面水平中的每一種的R_ (最大循環(huán)互相關(guān)系數(shù))范圍，并且表示算法中遵循的(多個(gè))分類規(guī)則。
[0114]圖16A和16B示出構(gòu)造將使得載荷估計(jì)適應(yīng)道路表面粗糙度狀況的濾波器的第二方法。以圖形方式表明對(duì)于光滑和粗糙道路狀況的基于小波的特征提取子帶小波熵方法。
[0115]圖16B中示出小波分解能量的能量分布。熵表示濾波器變量具有的混亂程度。將從圖16B看出存在子帶能量分布的差異?？梢跃托〔ㄏ禂?shù)的相對(duì)能量通過上面數(shù)學(xué)公式來定義子帶小波熵。然后可以在載荷估計(jì)的自適應(yīng)濾波中使用小波系數(shù)的相對(duì)能量，以便補(bǔ)償表面狀況。
[0116]圖17A、17B、18A和18B圖示用于對(duì)估計(jì)的載荷進(jìn)行濾波的第三替代特征，即自相關(guān)系數(shù)區(qū)別的使用。在圖17A、17B中，分別示出第一選擇指數(shù)I的分布以及其對(duì)應(yīng)統(tǒng)計(jì)圖。在圖18A和18B中，圖示選擇指數(shù)2，分別示出分布和統(tǒng)計(jì)圖。自相關(guān)函數(shù)的分布指示輪胎在上面移動(dòng)的道路表面的表面特性。通過辨別分布函數(shù)，可以完成對(duì)道路粗糙度的評(píng)估。如這里所使用的，“自相關(guān)相關(guān)”可以被定義為時(shí)間序列與其自己過去和將來值的相關(guān)。
[0117]參考圖19，示出在實(shí)現(xiàn)表面區(qū)別分類18中的特征提取及它們相應(yīng)的替代使用的三種方法的概述。可以使用在處理器存儲(chǔ)器22中采用參考信號(hào)的最大互相關(guān)系數(shù)24方法來分析來自輪胎壓電傳感器的原始信號(hào)20?？梢栽诒砻娣诸惼?0 (ANN)中使用最大互相關(guān)系數(shù)作為表面區(qū)別特征的使用，以便確定相對(duì)表面類型(光滑、中等或粗糙)。
[0118]可替代地，基于熵分解26的子帶小波熵區(qū)別可以被用作特征方法。小波熵的分解可以被用于通過使用分類器30來確定輪胎會(huì)碰到三種表面分類中的哪一種。作為另一替代，自相關(guān)的相關(guān)28可以被用作第三替代特征方法。自相關(guān)的相關(guān)函數(shù)的分布可以被評(píng)估，并且可以根據(jù)分布數(shù)據(jù)通過表面分類器30得出關(guān)于在變形檢測(cè)期間輪胎會(huì)碰到三種表面類型中的哪一種的結(jié)論。
[0119]根據(jù)圖20A和20B，將會(huì)意識(shí)到恒定速度、直線測(cè)試結(jié)果下的載荷變化、感興趣的道路粗糙度水平下的基本原理。圖20A示出光滑表面上的載荷變化，觀測(cè)值(噪聲傳感器估計(jì))和實(shí)際平均載荷二者。將會(huì)看到，甚至在光滑表面、直線駕駛狀況下載荷估計(jì)也可以發(fā)生百分之15到20的變化。根據(jù)圖20B，將會(huì)看到粗糙表面會(huì)引起甚至更大變化。在圖20B的粗糙表面測(cè)試結(jié)果中反映出百分之30到40的變化。
[0120]根據(jù)上面，在輪胎載荷的任何估計(jì)中考慮道路粗糙度是有用的。因此采用卡爾曼濾波器。在給定噪聲離散時(shí)間LTI (限定)過程和噪聲測(cè)量結(jié)果的情況下，卡爾曼濾波器可以確定最小化MSE (限定)二次成本函數(shù)的狀態(tài)的最優(yōu)估計(jì)，如下文所闡述。
【權(quán)利要求】
1.一種用于估計(jì)車輛載荷的動(dòng)態(tài)載荷估計(jì)系統(tǒng)，其特征在于包括: 支撐車輛的至少一個(gè)輪胎； 安裝到所述一個(gè)輪胎的輪胎傳感器裝置，該傳感器裝置可操作用來測(cè)量所述一個(gè)輪胎的輪胎變形并且生成傳達(dá)測(cè)得的變形數(shù)據(jù)的載荷指示原始信號(hào)； 載荷估計(jì)裝置，其用于根據(jù)所述載荷指示原始信號(hào)來確定輪胎上的未濾波載荷估計(jì)； 道路粗糙度估計(jì)裝置，其用于確定道路粗糙度估計(jì)； 濾波裝置，其用于通過道路粗糙度估計(jì)來對(duì)未濾波的載荷估計(jì)進(jìn)行濾波；以及 載荷估計(jì)裝置，其用于根據(jù)濾波裝置來確定所述一個(gè)輪胎上的已濾波載荷估計(jì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的 載荷估計(jì)系統(tǒng)，其特征在于， 所述輪胎傳感器裝置包括能量收獲裝置，所述載荷指示原始信號(hào)表示從所述一個(gè)輪胎的變形收獲的能量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的載荷估計(jì)系統(tǒng)，其特征在于， 所述濾波裝置包括自適應(yīng)濾波裝置、使用基于遞歸的過程的自適應(yīng)卡爾曼濾波器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的載荷估計(jì)系統(tǒng)，其特征在于， 所述載荷估計(jì)裝置根據(jù)所述載荷指示原始信號(hào)來確定輪胎的估計(jì)的未濾波覆蓋區(qū)長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的載荷估計(jì)系統(tǒng)，其特征在于， 所述自適應(yīng)卡爾曼濾波器根據(jù)估計(jì)的未濾波覆蓋區(qū)長度來確定已濾波的覆蓋區(qū)長度估計(jì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的載荷估計(jì)系統(tǒng)，其特征還在于， 包括輪胎特定的數(shù)據(jù)庫，其根據(jù)包括已濾波的覆蓋區(qū)長度估計(jì)、測(cè)得的輪胎膨脹壓力和輪胎識(shí)別數(shù)據(jù)的輸入來確定所述一個(gè)輪胎上的載荷估計(jì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的載荷估計(jì)系統(tǒng)，其特征在于， 所述道路粗糙度估計(jì)裝置在操作上將表面粗糙度分類系統(tǒng)應(yīng)用于所述載荷指示原始信號(hào)以便確定相對(duì)道路粗糙度估計(jì)，所述自適應(yīng)濾波裝置被操作用于通過所述相對(duì)道路粗糙度估計(jì)來對(duì)估計(jì)的未濾波覆蓋區(qū)長度進(jìn)行濾波。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的載荷估計(jì)系統(tǒng)，其特征還在于， 道路縱斷面高度估計(jì)裝置，其用于根據(jù)至少一個(gè)車輛安裝的傳感器裝置來確定估計(jì)的量化道路縱斷面高度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的載荷估計(jì)系統(tǒng)，其特征在于， 所述車輛安裝的傳感器裝置包括懸架偏轉(zhuǎn)測(cè)量裝置，并且其中所述車輛安裝的傳感器裝置還包括用于測(cè)量車輛底盤加速度的底盤安裝的加速度計(jì)裝置，并且其中在操作上將估計(jì)的道路縱斷面高度與已濾波載荷估計(jì)融合以便產(chǎn)生計(jì)算的瞬時(shí)輪胎載荷估計(jì)。
10.一種估計(jì)支撐車輛的輪胎上的動(dòng)態(tài)載荷的方法，其特征在于包括: 將輪胎傳感器裝置安裝到一個(gè)輪胎上，所述傳感器裝置可操作用來測(cè)量所述一個(gè)輪胎的輪胎變形并且生成傳達(dá)測(cè)得的變形數(shù)據(jù)的載荷指示原始信號(hào)； 根據(jù)利用所述載荷指示原始信號(hào)的道路粗糙度估計(jì)裝置來確定道路粗糙度估計(jì)； 根據(jù)所述載荷指示原始信號(hào)來計(jì)算未濾波載荷估計(jì)； 通過利用自適應(yīng)濾波器裝置的道路粗糙度估計(jì)來對(duì)未濾波載荷估計(jì)進(jìn)行濾波；以及在通過自適應(yīng)濾波 器裝置進(jìn)行濾波之后估計(jì)所述一個(gè)輪胎上的已濾波的載荷估計(jì)。
【文檔編號(hào)】B60C23/00GK104029684SQ201410079990
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月8日
【發(fā)明者】K.B.辛赫, A.W.帕森斯, M.恩格爾, P.J.蘇 申請(qǐng)人:固特異輪胎和橡膠公司