用于從輪胎反偏轉(zhuǎn)區(qū)域中的壓電測(cè)量確定輪胎均勻性參數(shù)的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供從在反偏轉(zhuǎn)區(qū)域中操作時(shí)獲得的壓電輪胎傳感器輸出信號(hào)確定輪胎均勻性參數(shù)的系統(tǒng)和方法，其包括建立將輪胎均勻性參數(shù)與壓電輸出信號(hào)相關(guān)的傳遞函數(shù)。然后當(dāng)壓電輪胎傳感器正在反偏轉(zhuǎn)區(qū)域中操作時(shí)監(jiān)測(cè)來(lái)自兩個(gè)或更多個(gè)壓電輪胎傳感器的壓電輸出信號(hào)以測(cè)量來(lái)自每個(gè)壓電輪胎傳感器的電壓變化。關(guān)聯(lián)這些輸出信號(hào)，并且通過(guò)將被測(cè)量和被關(guān)聯(lián)的壓電輸出信號(hào)電壓變化水平應(yīng)用到被建立的傳遞函數(shù)來(lái)確定實(shí)際輪胎均勻性參數(shù)值。最后將實(shí)際輪胎均勻性值作為電子輸出提供給用戶。
【專利說(shuō)明】用于從輪胎反偏轉(zhuǎn)區(qū)域中的壓電測(cè)量確定輪胎均勻性參數(shù)的系統(tǒng)和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本主題總體上涉及輪胎傳感器和相關(guān)的輪胎電子設(shè)備，并且更特別地涉及用于從輪胎反偏轉(zhuǎn)區(qū)域中的壓電測(cè)量確定輪胎均勻性參數(shù)的基于壓電的系統(tǒng)和方法。

【背景技術(shù)】
[0002]將電子設(shè)備和充氣輪胎結(jié)構(gòu)包含在一起可以產(chǎn)生許多實(shí)際優(yōu)點(diǎn)。輪胎電子設(shè)備可以包括傳感器和其它部件以便獲得關(guān)于輪胎的各種物理參數(shù)的信息，例如溫度、壓力、輪胎的轉(zhuǎn)數(shù)、車輛速度等。這樣的性能信息可以有用于輪胎監(jiān)測(cè)和警報(bào)系統(tǒng)，并且可以具有作為反饋系統(tǒng)的一部分的潛在用途以調(diào)節(jié)或控制某些輪胎和/或車輛相關(guān)系統(tǒng)。與輪胎結(jié)構(gòu)整合的電子系統(tǒng)所提供的又一潛在能力對(duì)應(yīng)于用于商業(yè)車輛應(yīng)用的財(cái)產(chǎn)跟蹤和性能表征。
[0003]使用基于壓電的技術(shù)的傳感器已出于各種目的在各種輪胎實(shí)施例中使用。例如，壓電元件已用于在輪胎內(nèi)發(fā)電。壓力傳感器已用于在輪胎內(nèi)充當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)數(shù)器。壓電傳感器甚至已用于確定偏轉(zhuǎn)、負(fù)荷、加速度和其它參數(shù)。
[0004]與輪胎性能相關(guān)的一個(gè)關(guān)注的重要參數(shù)是輪胎力變化，表征它在徑向、橫向或前后方向上受到的力的動(dòng)態(tài)行為的輪胎性質(zhì)。徑向力變化常常在輪胎分析中是首要關(guān)注的，原因是它提供輪胎均勻性的可量化指示。高速和低速輪胎均勻性指標(biāo)都已被證明有用于表征由特定輪胎提供的性能和乘坐舒適性。因而，可能期望監(jiān)測(cè)與輪胎關(guān)聯(lián)的輪胎力變化水平以確保輪胎不超過(guò)期望閾值限度或輪胎的其它限定標(biāo)準(zhǔn)。另外，輪胎力變化水平可以被監(jiān)測(cè)以確定與輪胎均勻性相關(guān)的其它特征，包括但不限于輪胎剛性、厚度變化、徑向跳動(dòng)和其它幾何輪胎參數(shù)。
[0005]盡管已使用許多基于壓電的輪胎傳感器，但是仍然需要用于從輪胎反偏轉(zhuǎn)區(qū)域中的壓電測(cè)量確定輪胎均勻性參數(shù)、例如輪胎力變化等的穩(wěn)定且可靠的基于壓電的系統(tǒng)和方法。大體上包含如下文中根據(jù)本技術(shù)提供的所有期望特性的已知設(shè)計(jì)還未出現(xiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]考慮到在現(xiàn)有技術(shù)中遇到并且由本主題解決的被識(shí)別特征，改進(jìn)的技術(shù)已被開發(fā)以從輪胎反偏轉(zhuǎn)區(qū)域中的壓電測(cè)量確定輪胎均勻性參數(shù)。
[0007]公開技術(shù)的一個(gè)示例性實(shí)施例涉及一種用于從壓電輪胎傳感器輸出確定輪胎均勻性值的方法。根據(jù)這樣的方法，電子地建立將輪胎均勻性參數(shù)與指定輪胎的壓電輸出信號(hào)相關(guān)的傳遞函數(shù)。當(dāng)壓電輪胎傳感器正在反偏轉(zhuǎn)區(qū)域中操作時(shí)監(jiān)測(cè)來(lái)自兩個(gè)或更多個(gè)壓電輪胎傳感器的壓電輸出信號(hào)以測(cè)量來(lái)自每個(gè)壓電輪胎傳感器的電壓變化。反偏轉(zhuǎn)區(qū)域包括不與地面接觸的輪胎的區(qū)域。關(guān)聯(lián)來(lái)自兩個(gè)或更多個(gè)壓電輪胎傳感器的每一個(gè)的壓電輸出信號(hào)。通過(guò)將被測(cè)量和被關(guān)聯(lián)的壓電輸出信號(hào)電壓變化水平應(yīng)用到被建立的傳遞函數(shù)電子地確定實(shí)際輪胎均勻性參數(shù)值，并且作為電子輸出提供被確定值。
[0008]公開技術(shù)的另一示例性實(shí)施例涉及一種用于確定指定輪胎的輪胎均勻性參數(shù)值的壓電系統(tǒng)。這樣的壓電系統(tǒng)大體上包括兩個(gè)或更多個(gè)壓電輪胎傳感器、存儲(chǔ)器、微處理器和可選的輸出設(shè)備。當(dāng)輪胎正沿著地面滾動(dòng)并且支撐負(fù)荷時(shí)兩個(gè)或更多個(gè)壓電傳感器配置成生成指示輪胎變形的壓電輸出信號(hào)。存儲(chǔ)器存儲(chǔ)將輪胎均勻性參數(shù)與指定輪胎的壓電輸出信號(hào)相關(guān)的傳遞函數(shù)。微處理器接收并且關(guān)聯(lián)來(lái)自每個(gè)壓電輪胎傳感器的壓電輸出信號(hào)，并且通過(guò)將被測(cè)量和被關(guān)聯(lián)的壓電輸出信號(hào)電壓變化水平應(yīng)用到存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的傳遞函數(shù)電子地確定實(shí)際輪胎均勻性參數(shù)值?？蛇x的輸出設(shè)備將被確定的實(shí)際輪胎均勻性參數(shù)值作為電子輸出中繼給用戶(例如，音頻和/或視覺輸出或控制信號(hào)輸出)。
[0009]公開技術(shù)的另外其它實(shí)施例涉及包括指令的非臨時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，當(dāng)被執(zhí)行時(shí)所述指令執(zhí)行如本文中公開的實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)中所述的方法。
[0010]不必要在概述部分中說(shuō)明的本主題的附加實(shí)施例可以包括并且結(jié)合有在上面概述的實(shí)施例中引用的特征、部件或步驟和/或如本申請(qǐng)中另外所述的其它特征、部件或步驟的方面的各種組合。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通過(guò)閱覽說(shuō)明書的剩余部分將更好地領(lǐng)會(huì)這樣的實(shí)施例和其它實(shí)施例的特征和方面。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]在參考附圖的說(shuō)明書中論述了針對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員的包括本發(fā)明的最佳模式的本發(fā)明的完整和能夠?qū)崿F(xiàn)的公開，其中:
[0012]圖1提供了在從壓電輪胎傳感器的電壓輸出信號(hào)確定一個(gè)或多個(gè)輪胎均勻性參數(shù)的方法中的示例性步驟的流程圖；
[0013]圖2示出根據(jù)當(dāng)前公開技術(shù)的示例性輪胎分析系統(tǒng)，包括系統(tǒng)的硬件和軟件部件；
[0014]圖3示出用于本技術(shù)的輪胎分析系統(tǒng)中的示例性輪胎內(nèi)模塊(ITM)的透視圖；
[0015]圖4示出根據(jù)當(dāng)前公開技術(shù)的用于輪胎內(nèi)模塊(ITM)中的示例性多元件壓電傳感器；
[0016]圖5示出根據(jù)當(dāng)前公開系統(tǒng)和方法的包括可以用于測(cè)量各種輪胎均勻性參數(shù)的反偏轉(zhuǎn)區(qū)域的方面的示例性輪胎部分的輪廓圖；
[0017]圖6提供來(lái)自用于輪胎內(nèi)模塊(ITM)中的壓電傳感器的壓電輸出信號(hào)的示例性圖形表示，示出當(dāng)傳感器處于接地印跡區(qū)域(cpZone)和反偏轉(zhuǎn)區(qū)域(cdZone)中時(shí)獲得的信號(hào)部分之間的一般差異；
[0018]圖7提供根據(jù)公開技術(shù)圍繞輪胎的部分圓周測(cè)量的輪胎均勻性參數(shù)的示例性圖形表示；
[0019]圖8提供壓電輸出信號(hào)的示例性圖形表示，示出由于移動(dòng)輪胎的接地印跡中的凸出物(cleat)引起的反偏轉(zhuǎn)區(qū)域中的被測(cè)量應(yīng)變；以及
[0020]圖9提供圖8的圖形表示的反偏轉(zhuǎn)區(qū)域部分的放大圖。
[0021]本說(shuō)明書和附圖中的附圖標(biāo)記的重復(fù)使用旨在表示本發(fā)明的相同或相似的特征、元件或步驟。

【具體實(shí)施方式】
[0022]如
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中所述，本主題總體上涉及用于從壓電輸出信號(hào)中的電壓變化確定輪胎均勻性參數(shù)的特征和步驟。在更特定的實(shí)施例中，從包括當(dāng)在反偏轉(zhuǎn)區(qū)域中操作時(shí)從一個(gè)或多個(gè)壓電傳感器測(cè)量的電壓水平的輪胎參數(shù)確定輪胎均勻性參數(shù)，例如但不限于徑向跳動(dòng)、不均勻質(zhì)量分布和徑向力變化?？梢詮幕趬弘姷膫鞲衅骱?或包含在輪胎中的其它傳感器測(cè)量和/或計(jì)算輪胎參數(shù)，然后所述輪胎參數(shù)可以被中繼到遠(yuǎn)程位置。
[0023]公開技術(shù)的方面的選定組合對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的多個(gè)不同實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意在本文中提出和論述的示例性實(shí)施例的每一個(gè)不應(yīng)當(dāng)暗示本主題的限制。作為一個(gè)示例性實(shí)施例示出或描述的特征或步驟可以與另一實(shí)施例的方面組合使用以產(chǎn)生另外的其它實(shí)施例。另夕卜，某些特征可以與執(zhí)行相同或相似功能的未明確提及的類似裝置或特征互換。
[0024]現(xiàn)在參考附圖，圖1提供基于來(lái)自在輪胎的反偏轉(zhuǎn)區(qū)域中操作的壓電輪胎傳感器的被測(cè)量電壓水平確定輪胎均勻性參數(shù)的方法100中的示例性步驟的流程圖。方法100中的第一示例性步驟102包括電子地建立傳遞函數(shù)，所述傳遞函數(shù)將作為圍繞輪胎的徑向圓周的方位的函數(shù)的一個(gè)或多個(gè)選定輪胎均勻性參數(shù)與來(lái)自壓電輸出信號(hào)的電壓變化相關(guān)。根據(jù)公開技術(shù)可以被識(shí)別用于確定的不同類型的輪胎均勻性參數(shù)可以變化。非限定性例子包括尺度或幾何變化(徑向跳動(dòng)(RRO)和橫向跳動(dòng)(LRO))、質(zhì)量變化或不平衡質(zhì)量分布以及滾動(dòng)力變化(徑向力變化、橫向力變化和切向力變化，有時(shí)也稱為縱向或前后力變化)。
[0025]可以通過(guò)在已知旋轉(zhuǎn)速度下操作指定輪胎并且然后從放置在輪胎內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)壓電輪胎傳感器俘獲(一個(gè)或多個(gè))壓電輸出信號(hào)開發(fā)如步驟102中建立的傳遞函數(shù)。關(guān)注的輪胎均勻性參數(shù)也可以在輪胎的若干旋轉(zhuǎn)上被測(cè)量使得可以產(chǎn)生可靠模型以限定將壓電輸出電壓對(duì)時(shí)間與輪胎均勻性參數(shù)對(duì)圍繞輪胎的方位相關(guān)的傳遞函數(shù)。一旦已知該傳遞函數(shù)，以后的壓電輸出信號(hào)可以用于動(dòng)態(tài)地確定存在于與輪胎關(guān)聯(lián)的其它操作環(huán)境中的輪胎非均勻性。
[0026]仍然參考圖1，方法100中的下一步驟104包括當(dāng)壓電輪胎傳感器正在反偏轉(zhuǎn)區(qū)域中操作時(shí)監(jiān)測(cè)來(lái)自兩個(gè)或更多個(gè)壓電輪胎傳感器的壓電輸出信號(hào)以測(cè)量來(lái)自每個(gè)壓電輪胎傳感器的電壓變化。一般而言，反偏轉(zhuǎn)區(qū)域是在接地印跡的外部的輪胎的部分。換句話說(shuō)，反偏轉(zhuǎn)區(qū)域(cdZone)是不與地面接觸的輪胎的區(qū)域，并且接地印跡區(qū)域(cpZone)是在操作期間與地面接觸的輪胎的區(qū)域。因而，對(duì)于輪胎的每轉(zhuǎn)，壓電傳感器將在傳感器在接地印跡內(nèi)時(shí)的一部分時(shí)間和在傳感器在接地印跡的外部并且在反偏轉(zhuǎn)區(qū)域中時(shí)的大體更長(zhǎng)的一部分時(shí)間獲得測(cè)量。
[0027]由于傳感器對(duì)輪胎擾動(dòng)、力或輪胎受到的其它均勻性變化的識(shí)別的響應(yīng)，來(lái)自正在反偏轉(zhuǎn)區(qū)域中操作的壓電傳感器的信號(hào)的測(cè)量是有用的。每個(gè)傳感器能夠?qū)⒀刂惭b傳感器的輪胎表面(例如，內(nèi)襯或其它附連接口)的輪胎曲率的局部時(shí)間變化形狀轉(zhuǎn)換成比例電壓。當(dāng)輪胎正沿著地面或模擬行走輪滾動(dòng)時(shí)輪胎形狀的變化在當(dāng)壓電信號(hào)處于反偏轉(zhuǎn)區(qū)域中時(shí)獲得的被監(jiān)測(cè)輸出信號(hào)中是明顯的。
[0028]限定輪胎反偏轉(zhuǎn)區(qū)域和接地印跡區(qū)域的附加方面可以從圖5和6領(lǐng)會(huì)。參考圖5，考慮輪胎500正沿著地面502在如方向箭頭504指示的順時(shí)針?lè)较蛏蠞L動(dòng)。定位在輪胎500內(nèi)的壓電傳感器可以有效地確定傳感器何時(shí)進(jìn)入接地印跡，其對(duì)應(yīng)于位置506處的接地印跡進(jìn)入位置(cpEntry)。類似地，壓電傳感器也可以有效地確定傳感器何時(shí)離開接地印跡，其對(duì)應(yīng)于位置508處的接地印跡離開位置(cpExit)。如由跨度510表示的，針對(duì)輪胎的第i轉(zhuǎn)，傳感器在接地印跡區(qū)域內(nèi)操作期間的時(shí)間(CpTime(i))因此可以被確定為對(duì)于指定輪胎轉(zhuǎn)的接地印跡進(jìn)入和離開時(shí)間之間的差，即， tcpTime(i) ^cpExit (i) ^cpEntry (i) ° 由跨度512表示的，針對(duì)輪胎的第i轉(zhuǎn)，傳感器在反偏轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)操作期間的時(shí)間(cdTime(i))因此可以被確定為指定接地印跡離開時(shí)間和下一個(gè)輪胎轉(zhuǎn)的接地印跡進(jìn)入時(shí)間之間的時(shí)間差，即,tcdTime⑴—tcpEntry(i+l)_tcpExit(i) ° 指定壓電傳感器在反偏轉(zhuǎn)區(qū)域中花費(fèi)的時(shí)間的另一有意義表示對(duì)應(yīng)于在圖5中表示為量514的反偏轉(zhuǎn)區(qū)域角(cdAngle = Θ )。
[0029]可以通過(guò)直接分析原始?jí)弘娦盘?hào)確定在一些實(shí)施例中使用以幫助確定壓電輪胎傳感器正在反偏轉(zhuǎn)區(qū)域中操作期間的時(shí)間的上述時(shí)間變量(例如，接地印跡進(jìn)入和離開時(shí)間)。在圖6中顯示這樣的原始信號(hào)600的例子，其中信號(hào)跨度602表示一個(gè)輪胎轉(zhuǎn)，信號(hào)跨度604表示傳感器正在接地印跡區(qū)域中操作期間的輪胎轉(zhuǎn)的示例性部分，并且信號(hào)跨度606表示傳感器正在反偏轉(zhuǎn)區(qū)域中操作期間的輪胎轉(zhuǎn)的示例性部分。在另一例子中，可以通過(guò)取壓電信號(hào)600的一階導(dǎo)數(shù)并且分析這樣的一階導(dǎo)數(shù)以確定局部最大和最小值而進(jìn)行這樣的參數(shù)的確定。在另一例子中，可以通過(guò)取壓電信號(hào)600的二階導(dǎo)數(shù)并且分析這樣的二階導(dǎo)數(shù)以確定二階導(dǎo)數(shù)內(nèi)的零交叉而進(jìn)行這樣的參數(shù)的確定。
[0030]用于測(cè)量在步驟104中識(shí)別的輪胎參數(shù)的硬件設(shè)備的例子在圖2中表示為輪胎內(nèi)模塊(ITM) 202。ITM202大體上包括當(dāng)傳感器正在反偏轉(zhuǎn)區(qū)域中操作時(shí)用于獲得電壓輸出信號(hào)的壓電傳感器214，并且可以包含一個(gè)或多個(gè)不同的壓電元件。附加傳感器也可以設(shè)在ITM202中，例如但不限于可選的壓力傳感器212和可選的溫度傳感器210。當(dāng)確定輪胎均勻性以外的其它參數(shù)、例如輪胎負(fù)荷等時(shí)溫度和壓力可能是有用的。隨后參考圖3和4論述用于測(cè)量各種輪胎參數(shù)的示例性裝置的附加方面。
[0031]在圖1的方法100的一些實(shí)施例中,輪胎可以包括多個(gè)壓電傳感器,每個(gè)具有一個(gè)或多個(gè)壓電元件。特別地，一些示例性實(shí)施例可以包括每個(gè)輪胎中的至少兩個(gè)壓電傳感器，其中至少兩個(gè)壓電傳感器圓周地分離大約180度使得在某時(shí)至少一個(gè)壓電傳感器正在反偏轉(zhuǎn)區(qū)域中操作。在另一示例性實(shí)施例中，三個(gè)壓電傳感器包括在每個(gè)輪胎中，其中三個(gè)壓電傳感器圓周地分離大約120度。在另外的其它示例性實(shí)施例中，四個(gè)壓電傳感器包括在每個(gè)輪胎中，其中四個(gè)壓電傳感器圓周地分離大約90度。在另外的其它實(shí)施例中，提供不必均勻間隔的多個(gè)傳感器。附加地或替代地，每個(gè)壓電傳感器可以自身包括多個(gè)壓電元件使得在步驟104中針對(duì)輪胎的每個(gè)旋轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)多個(gè)壓電輸出信號(hào)。
[0032]當(dāng)多個(gè)壓電傳感器設(shè)在每個(gè)輪胎中時(shí)，方法100包括關(guān)聯(lián)從每個(gè)壓電元件獲得的壓電輸出信號(hào)的附加步驟106?？梢酝ㄟ^(guò)時(shí)移選定的壓電輸出信號(hào)使得它們均可以相對(duì)于彼此在適當(dāng)?shù)臅r(shí)標(biāo)上被分析而完成來(lái)自步驟106的該關(guān)聯(lián)。最后，步驟108然后包括通過(guò)將來(lái)自步驟104和106的被測(cè)量和被關(guān)聯(lián)壓電輸出信號(hào)電壓變化水平應(yīng)用到來(lái)自步驟102的被建立傳遞函數(shù)而電子地確定實(shí)際輪胎均勻性參數(shù)值。步驟102-108中的一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)地可以發(fā)生在ITM202內(nèi)(例如，微處理器220內(nèi))或者可以在從ITM202中繼之后在車輛車載系統(tǒng)204的處理部件內(nèi)或在另一遠(yuǎn)程位置被確定。被確定的輪胎均勻性參數(shù)值然后可以作為電子輸出提供給用戶。
[0033]現(xiàn)在參考圖2，現(xiàn)在提出關(guān)于示例性系統(tǒng)的附加細(xì)節(jié)，所述示例性系統(tǒng)用于執(zhí)行與基于當(dāng)輪胎傳感器正在輪胎的反偏轉(zhuǎn)區(qū)域中操作時(shí)獲得的壓電傳感器輸出來(lái)確定輪胎均勻性參數(shù)關(guān)聯(lián)的上述特征和步驟。一般而言，這樣的系統(tǒng)200可以包括三種類型的部件，即，輪胎內(nèi)模塊(ITM) 202、車輛車載系統(tǒng)(VOS) 204和輸出設(shè)備206。盡管在圖2中僅僅顯示一個(gè)ITM202，但是應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)多個(gè)ITM(例如，車輛中的每個(gè)輪胎的兩個(gè)或更多個(gè)間隔ITM202)可以被使用，使得關(guān)于多個(gè)輪胎的信息傳遞到車輛車載系統(tǒng)204或某個(gè)其它中心位置。類似地，盡管僅僅示出一個(gè)輸出設(shè)備206，但是可以使用多個(gè)輸出設(shè)備(例如，用于車輛中的每個(gè)輪胎的一個(gè)輪胎參數(shù)監(jiān)測(cè)燈或多種類型的輸出設(shè)備、例如顯示器、警報(bào)、控制信號(hào)等)。
[0034]現(xiàn)在參考圖2的輪胎內(nèi)模塊(ITM)部件202，這樣的設(shè)備可以大體上包括多個(gè)不同的傳感器(例如，溫度傳感器210、壓力傳感器212和/或壓電傳感器214)、用于協(xié)調(diào)從這樣的傳感器接收的數(shù)據(jù)的微處理器220、用于將來(lái)自ITM202的信息無(wú)線地傳輸?shù)竭h(yuǎn)程位置的收發(fā)器216以及相關(guān)聯(lián)的天線217和用于將操作能量提供給ITM202內(nèi)的各種電子部件的電源218。壓電傳感器214優(yōu)選地包括一個(gè)或多個(gè)壓電元件，所述壓電元件配置成當(dāng)這樣的(一個(gè)或多個(gè))壓電元件整合到的輪胎的一部分受到機(jī)械變形時(shí)生成電荷。壓電傳感器214的電輸出可以對(duì)應(yīng)于(一個(gè)或多個(gè))壓電元件的電荷輸出的連續(xù)信號(hào)，因此指示輪胎何時(shí)受到增加的負(fù)荷水平。例如，如本文中將所述，當(dāng)每個(gè)傳感器在反偏轉(zhuǎn)區(qū)域中時(shí)，可能俘獲并且分析壓電傳感器214的連續(xù)原始輸出信號(hào)以便分析信號(hào)的選定部分。
[0035]現(xiàn)在參考車輛車載系統(tǒng)204，這樣的系統(tǒng)優(yōu)選地包括與車輛中的一個(gè)或多個(gè)ITM無(wú)線通信的無(wú)線接收器或收發(fā)器226和關(guān)聯(lián)天線227。在一些實(shí)施例中，兩個(gè)或更多個(gè)ITM202設(shè)在每個(gè)車輛輪胎中使得V0S204接收來(lái)自每個(gè)輪胎的信息。通過(guò)用不同的識(shí)別標(biāo)簽編碼不同的輪胎和/或使用用于不同ITM之間的協(xié)調(diào)通信的已知通信算法，輪胎特定數(shù)據(jù)可以被識(shí)別并且多個(gè)ITM之間的可能信號(hào)干擾可以被解決。V0S204和除了 ITM202以外的位置之間的附加無(wú)線通信可以由無(wú)線通信接口 228適應(yīng)。無(wú)線通信接口 228可以能夠鏈接V0S204和中央計(jì)算機(jī)以便車輛跟蹤，或者使用蜂窩設(shè)備、無(wú)線卡等鏈接緊急提供商或其它實(shí)體。天線217和227之間的無(wú)線鏈接和/或無(wú)線通信接口 228和另一遠(yuǎn)程位置之間的無(wú)線鏈接可以使用各種不同的通信協(xié)議，包括但不限于基于蜂窩或RF的傳輸和/或特定標(biāo)準(zhǔn)、例如藍(lán)牙、Zigbee和WiFi協(xié)議等。
[0036]VOS 204也可以包括用于執(zhí)行本文中所述的許多基于軟件的電子計(jì)算和確定的微處理器224和關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)器222。計(jì)算/處理器設(shè)備224可以適合于通過(guò)執(zhí)行以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)/介質(zhì)元件222中的計(jì)算機(jī)可讀形式呈現(xiàn)的軟件指令用作專用機(jī)。當(dāng)使用軟件時(shí)，任何合適的編程、腳本或其它類型的語(yǔ)言或語(yǔ)言的組合可以用于執(zhí)行本文中包含的教導(dǎo)。在其它實(shí)施例中，本文中公開的方法可以替代地由硬線邏輯或其它電路執(zhí)行，包括但不限于專用電路。盡管在圖2中僅僅顯示一個(gè)存儲(chǔ)元件222，但是應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)任何數(shù)量的存儲(chǔ)或介質(zhì)元件可以被包括以存儲(chǔ)軟件指令、數(shù)據(jù)變量等。各種存儲(chǔ)/介質(zhì)元件可以作為一種或多種有形計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的單一或多個(gè)部分被提供，例如但不限于易失性存儲(chǔ)器(例如，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM，例如DRAM、SRAM等))和非易失性存儲(chǔ)器(例如，ROM、閃存、硬盤驅(qū)動(dòng)器、磁帶、⑶-ROM、DVD-ROM等)的任何組合或任何其它存儲(chǔ)設(shè)備，包括磁盤、驅(qū)動(dòng)器、其它基于磁的存儲(chǔ)介質(zhì)、光存儲(chǔ)介質(zhì)等。
[0037]現(xiàn)在參考輸出設(shè)備206，應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)被確定的輸出參數(shù)、特別是根據(jù)本技術(shù)確定的輪胎均勻性值可以被中繼到輸出設(shè)備206以便與車輛占有者、中央控制站或其它實(shí)體的有意義電子通信。在一些例子中，輸出設(shè)備206對(duì)應(yīng)于監(jiān)視器或車輛內(nèi)的其它視覺顯示器、傳感器或警報(bào)、或能夠生成特定輪胎負(fù)荷值或輪胎負(fù)荷與某個(gè)或某些閾值水平的比較的音頻和/或視覺表示的其它設(shè)備。在其它例子中，也可以使用諸如打印機(jī)或控制器的輸出設(shè)備。
[0038]現(xiàn)在參考圖3，現(xiàn)在提出示例性ITM的更特定結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，ITM202包括諸如支撐補(bǔ)片302、壓電補(bǔ)片304、第一和第二間隔桿306和308、電子襯底310和多個(gè)機(jī)電連接312這樣的結(jié)構(gòu)元件。
[0039]支撐補(bǔ)片302可以對(duì)應(yīng)于橡膠或其它彈性體材料的大致平面部分。支撐補(bǔ)片302提供用于ITM202的模塊化結(jié)構(gòu)并且也提供適合與輪胎的內(nèi)表面整合的基部。例如，支撐補(bǔ)片302可以使用粘合劑、固化技術(shù)或其它合適的手段附連或整合或嵌入輪胎的內(nèi)表面或內(nèi)襯。盡管ITM202可以定位在輪胎內(nèi)的各種位置，其中壓電元件將受到各種輪胎應(yīng)力水平，但是一些例子使用在輪胎胎冠的中心、即沿著輪胎寬度的橫向中心線的ITM202的安裝位置。支撐補(bǔ)片302與壓電包304 —起可以形成有表面，所述表面具有最小化曲率以幫助避免ITM202內(nèi)的局部疲勞。
[0040]壓電包304可以對(duì)應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)壓電元件形成于其上的襯底表面。在一個(gè)例子中，形成于壓電包304的襯底表面上的第一壓電元件314被提供以充當(dāng)壓電傳感器214，而第二壓電元件318形成于壓電包304的襯底表面上以充當(dāng)電源218。由這樣的第二壓電元件318生成的電流可以被調(diào)節(jié)并且存儲(chǔ)在可再充電電池、電容器或其它能量源內(nèi)，然后所述可再充電電池、電容器或其它能量源可以聯(lián)接到諸如溫度傳感器210、壓力傳感器212、微處理器220和/或收發(fā)器216這樣的電子部件以向其供應(yīng)操作功率。
[0041]第一和第二壓電兀件314和318可以對(duì)應(yīng)于各種壓電結(jié)構(gòu)，包括但不限于壓電晶體、復(fù)合纖維結(jié)構(gòu)、壓電陶瓷模塊或由壓電材料制造的其它設(shè)備。在這樣的元件中使用的壓電材料可以包括以下的一種或多種:柏林石，石英，黃玉，電氣石族礦物，牙質(zhì)，正磷酸鎵，硅酸鎵鑭，鈦酸鋇，鈦酸鉛，鋯鈦酸鉛(PZT)，鈮酸鉀，鈮酸鋰，鉭酸鋰，鎢酸鈉，鈮酸鈉鉀，鐵酸鉍，鈮酸鈉和聚偏二氟乙烯(PVDF)。在一些特定實(shí)施例中，每個(gè)壓電元件由夾在電極材料(例如，導(dǎo)電材料、例如銅、鎳、金、銀、鋁等)的相對(duì)層之間的壓電陶瓷材料的單層形成。多個(gè)壓電元件全部可以封閉在附加保護(hù)材料、例如在壓電元件的頂部或底部的玻璃纖維的薄殼中。
[0042]在一些實(shí)施例中，用于發(fā)電的第二壓電元件318大于用作傳感器的第一壓電元件314。在一些實(shí)施例中，第二壓電元件318的尺寸和使用的材料被選擇成產(chǎn)生能夠在輪胎操作期間提供至少100 μ J/周期的電能的獨(dú)立功率元件。一般而言，特別有利的是包括兩個(gè)獨(dú)立壓電元件使得用于獲得反偏轉(zhuǎn)信號(hào)的壓電元件和其它基于傳感器的信息的壓電元件可以是獨(dú)立的并且避免由相同壓電元件上的同時(shí)能量收集導(dǎo)致的干擾。這樣的干擾基于與壓電能量收集部件關(guān)聯(lián)的能量存儲(chǔ)設(shè)備的不可預(yù)測(cè)電荷狀態(tài)特別不可預(yù)測(cè)。因而，壓電元件的分離導(dǎo)致增強(qiáng)的信號(hào)質(zhì)量和改善的傳感器結(jié)果。
[0043]現(xiàn)在參考圖4，應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)壓電傳感器214的一些實(shí)施例可以包括多個(gè)壓電元件332。為了易于圖示，圖4僅僅顯示在其相對(duì)于輪胎400的內(nèi)表面的最終位置并且也在隔離放大圖中的ITM 202的壓電傳感器部分214。另外，兩個(gè)壓電傳感器214a和214b被示出并且由相對(duì)于彼此的大約180度的間隔分離。輪胎內(nèi)的相同或不同間隔位置的更多壓電傳感器也可以被提供。
[0044]仍然參考圖4，每個(gè)傳感器214中的多個(gè)壓電元件332布置在襯底334上的大致線性陣列中。輪胎400內(nèi)的壓電傳感器214的安裝位置可以使得壓電元件的線性布置沿著輪胎胎冠的內(nèi)表面從朝著輪胎400的第一側(cè)壁342的位置橫向地或橫向拉伸到朝著第二側(cè)壁344的位置。在一些實(shí)施例中，壓電傳感器沿著輪胎的胎冠居中。盡管在圖4中顯示六個(gè)壓電元件332，但是應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)可以提供壓電元件的任何數(shù)量，例如在二到十(2-10)的范圍內(nèi)的壓電元件的數(shù)量。
[0045]在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)壓電元件332被提供以與選定胎面肋340或其它胎面特征匹配，使得在整個(gè)反偏轉(zhuǎn)區(qū)域內(nèi)的每個(gè)胎面肋或胎面特征受到的輪胎非均勻性可以被確定。在一些實(shí)施例中，壓電傳感器214配置成使得一個(gè)壓電元件332定位在沿著輪胎外部的一部分提供的每個(gè)相應(yīng)胎面肋或特征之下的輪胎的內(nèi)表面上。在其它實(shí)施例中，每隔一個(gè)胎面肋/特征或以胎面肋/特征的其它選定組合提供壓電元件332。在另外的其它實(shí)施例中，以具有離相鄰壓電元件某個(gè)預(yù)定距離的間隔提供壓電元件332。在其它實(shí)施例中，壓電元件可以以非線性陣列或矩陣配置(例如，2x2、2x3、2x6、3x9等)進(jìn)行配置。應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)這樣的壓電元件332的預(yù)定位置和間隔可以與設(shè)在輪胎胎胎冠分內(nèi)、輪胎側(cè)壁部分內(nèi)或胎冠和側(cè)壁兩個(gè)位置的組合內(nèi)的胎面肋或特征關(guān)聯(lián)。
[0046]通過(guò)提供多個(gè)壓電元件，關(guān)于當(dāng)每個(gè)傳感器正在反偏轉(zhuǎn)區(qū)域中操作時(shí)的輪胎的參數(shù)的更多信息是可獲得的。多個(gè)接觸-偏轉(zhuǎn)區(qū)域信號(hào)的該組合提供足以表示輪胎的更大橫截面上的輪胎均勻性的信息，原因是這樣的參數(shù)可以橫向地變化。因而，它有時(shí)可以提供輪胎曲率和相關(guān)力的更詳細(xì)和精確表示以便更有效地確定輪胎的輪胎均勻性特性。
[0047]現(xiàn)在相應(yīng)地參考圖7-9提出關(guān)于在公開技術(shù)中使用的每個(gè)壓電元件、特別是用作當(dāng)傳感器正在反偏轉(zhuǎn)區(qū)域中操作時(shí)用于監(jiān)測(cè)電壓輸出水平的傳感器的壓電元件的輸出的附加細(xì)節(jié)。在公開技術(shù)中用作傳感器的壓電元件生成與它所附連的輪胎的時(shí)變形狀成比例的電壓。當(dāng)輪胎正在滾動(dòng)時(shí)，在輪胎曲率變化最大處，即在接地印跡的前緣和后緣處，壓電應(yīng)力的變化率最大。取決于壓電材料的特定極化，對(duì)應(yīng)于該時(shí)變應(yīng)力的電壓信號(hào)為正或負(fù)。與極性無(wú)關(guān)，原始?jí)弘娸敵鲂盘?hào)將呈現(xiàn)出與在壓電元件處施加的時(shí)變施加應(yīng)力的反轉(zhuǎn)相關(guān)的電壓率的反轉(zhuǎn)。例如，如果壓電材料內(nèi)的拉伸應(yīng)力生成正電壓，則該拉伸應(yīng)力的釋放或沿著相同軸線的壓縮應(yīng)力的施加將生成負(fù)電壓。
[0048]圖7示出標(biāo)稱負(fù)荷275/80R22.5輪胎的局部圓周曲率半徑(以毫米_mm測(cè)量)。反偏轉(zhuǎn)通常是沿著滾動(dòng)軸線180度從對(duì)應(yīng)于指定負(fù)荷和壓力的接觸中心的半徑的變化的量度。在本應(yīng)用中，指定壓電傳感器的cdZone是在接地印跡變形的直接影響之外的任何地方。這包括在接地印跡的外部的區(qū)域，包括接地印跡進(jìn)入和離開點(diǎn)。
[0049]當(dāng)輪胎的負(fù)荷隨著時(shí)間變化時(shí)，反偏轉(zhuǎn)必然有變化。例如，在凸出物上滾動(dòng)的輪胎受到輪胎負(fù)荷的瞬時(shí)增加，因此影響從壓電輸出信號(hào)觀察的cdZone形狀的時(shí)間簽名。壓電傳感器足夠靈敏以針對(duì)相當(dāng)小的負(fù)荷擾動(dòng)檢測(cè)該cdZone形狀變化。由于滾動(dòng)輪胎的cdZone信號(hào)典型地近似為cpZone邊緣信號(hào)幅度(發(fā)生在接地印跡進(jìn)入和離開點(diǎn)處)的大約百分之五(5%)或更小的量值，因此這幫助將在cdZone中發(fā)生的擾動(dòng)與其它信號(hào)源區(qū)分開。
[0050]當(dāng)輪胎正在滾動(dòng)時(shí)的反偏轉(zhuǎn)信號(hào)包含對(duì)輪胎的行為的若干洞察。圖8顯示當(dāng)測(cè)試輪胎適度地被加負(fù)荷并且以較低恒定速度抵靠行走輪運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)來(lái)自安裝在示例性測(cè)試輪胎的胎冠的中心的單個(gè)壓電傳感器的信號(hào)。應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)當(dāng)完美均勻輪胎正完美平滑地滾動(dòng)時(shí)，反偏轉(zhuǎn)信號(hào)基本反映靜態(tài)輪胎負(fù)荷的情況。該靜態(tài)負(fù)荷在沒(méi)有凸出物的圖8的兩個(gè)中間輪胎轉(zhuǎn)806中是明顯的。當(dāng)凸出物存在于輪胎轉(zhuǎn)中時(shí)，反偏轉(zhuǎn)信號(hào)顯示例如在信號(hào)部分802和804中看到的電壓峰值。盡管圖8示出可以用于公開信號(hào)分析的原始?jí)弘娸敵鲂盘?hào)，但是應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會(huì)分析可以替代地在原始?jí)弘娸敵鲂盘?hào)的導(dǎo)數(shù)(例如，原始輸出信號(hào)的一階或二階導(dǎo)數(shù))上執(zhí)行。
[0051]用于生成圖8的信號(hào)的行走輪配備有三個(gè)小凸出物。凸出物位置(行走輪方位)和輪胎方位由近程檢測(cè)器同時(shí)記錄。凸出物代理組之間的時(shí)間或距離(圖8中的點(diǎn)線)表示行走輪圓周。輪胎代理信號(hào)之間的時(shí)間或距離(圖8中的虛線)是輪胎的有效滾動(dòng)圓周。圖8中的實(shí)線是與代理信號(hào)一起由記錄示波器俘獲的原始?jí)弘娸敵鲂盘?hào)。
[0052]圖8的反偏轉(zhuǎn)例子和結(jié)果信號(hào)由三個(gè)凸出物的總間隔近似等于接地印跡長(zhǎng)度(cpLength)稍稍復(fù)雜化，其從圖9中的放大圖看得更明顯。在一些情況下，壓電信號(hào)可以通過(guò)在接地印跡中的凸出物之間或附近下降而消失。甚至具有在附近下降的壓電信號(hào)的單個(gè)凸出物可以使輸出信號(hào)消失。由于可能涉及該問(wèn)題，因此本分析的一些實(shí)施例可以選擇排除圍繞接地印跡進(jìn)入和離開點(diǎn)的接觸區(qū)域以便信號(hào)分析。
[0053]盡管已參考本發(fā)明的具體實(shí)施例詳細(xì)地描述了本主題，但是將領(lǐng)會(huì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員在獲得前述內(nèi)容的理解時(shí)可以容易地產(chǎn)生這樣的實(shí)施例的改變、變化和等效替換。因此，本公開的范圍僅僅作為例子而不是作為限制，并且本公開不排除包括本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將顯而易見的本主題的這樣的修改、變化和/或添加。
【權(quán)利要求】
1.一種方法，其包括: 電子地建立將輪胎均勻性參數(shù)與指定輪胎的壓電輸出信號(hào)相關(guān)的傳遞函數(shù)； 當(dāng)壓電輪胎傳感器正在反偏轉(zhuǎn)區(qū)域中操作時(shí)監(jiān)測(cè)來(lái)自兩個(gè)或更多個(gè)壓電輪胎傳感器的壓電輸出信號(hào)以測(cè)量來(lái)自每個(gè)壓電輪胎傳感器的電壓變化，其中所述反偏轉(zhuǎn)區(qū)域包括不與地面接觸的輪胎的區(qū)域； 關(guān)聯(lián)來(lái)自所述兩個(gè)或更多個(gè)壓電輪胎傳感器的每一個(gè)的壓電輸出信號(hào)； 通過(guò)將被測(cè)量和被關(guān)聯(lián)的壓電輸出信號(hào)電壓變化水平應(yīng)用到被建立的傳遞函數(shù)電子地確定實(shí)際輪胎均勻性參數(shù)值；以及 作為電子輸出提供所述實(shí)際輪胎均勻性參數(shù)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中電子地建立傳遞函數(shù)的所述步驟包括將作為方位的函數(shù)的輪胎均勻性參數(shù)與來(lái)自具有已知旋轉(zhuǎn)速度的指定輪胎的壓電輸出信號(hào)的電壓變化相關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述兩個(gè)或更多個(gè)壓電輪胎傳感器圍繞指定輪胎的圓周均勻地間隔使得在某時(shí)至少一個(gè)壓電輪胎傳感器正在所述反偏轉(zhuǎn)區(qū)域中操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述輪胎均勻性參數(shù)包括以下的一項(xiàng)或多項(xiàng):輪胎力變化、輪胎剛性、輪胎厚度變化和徑向跳動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中每個(gè)壓電輪胎傳感器正在所述反偏轉(zhuǎn)區(qū)域中操作期間的時(shí)間被確定為指定接地印跡離開時(shí)間和下一輪胎轉(zhuǎn)的接地印跡進(jìn)入時(shí)間之間的時(shí)間差。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中通過(guò)識(shí)別從所述壓電傳感器獲得的原始信號(hào)的二階導(dǎo)數(shù)的零交叉確定所述接地印跡離開時(shí)間和接地印跡進(jìn)入時(shí)間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括在所述電子地確定實(shí)際輪胎均勻性參數(shù)值的步驟之前將所述壓電輸出信號(hào)傳輸?shù)竭h(yuǎn)離所述輪胎的位置的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括從不同于所述兩個(gè)或更多個(gè)壓電輪胎傳感器的獨(dú)立壓電元件提供用于所述輪胎內(nèi)的各種電子部件的操作功率的步驟。
9.一種包括指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，當(dāng)被執(zhí)行時(shí)所述指令執(zhí)行如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法。
10.一種用于確定指定輪胎的輪胎均勻性參數(shù)值的壓電系統(tǒng)，其包括: 兩個(gè)或更多個(gè)壓電輪胎傳感器，當(dāng)輪胎正沿著地面滾動(dòng)并且支撐負(fù)荷時(shí)所述兩個(gè)或更多個(gè)壓電傳感器配置成生成指示輪胎變形的壓電輸出信號(hào)； 存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)將輪胎均勻性參數(shù)與指定輪胎的壓電輸出信號(hào)相關(guān)的傳遞函數(shù)； 微處理器，用于接收并且關(guān)聯(lián)來(lái)自每個(gè)壓電輪胎傳感器的壓電輸出信號(hào)，并且用于通過(guò)將被測(cè)量和被關(guān)聯(lián)的壓電輸出信號(hào)電壓變化水平應(yīng)用到存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的所述傳遞函數(shù)電子地確定實(shí)際輪胎均勻性參數(shù)值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的壓電系統(tǒng)，其還包括輸出設(shè)備，用于作為電子輸出中繼被確定的實(shí)際輪胎均勻性參數(shù)值。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電系統(tǒng)，其中所述兩個(gè)或更多個(gè)壓電輪胎傳感器圍繞指定輪胎的圓周均勻地間隔使得在某時(shí)至少一個(gè)壓電輪胎傳感器正在反偏轉(zhuǎn)區(qū)域中操作。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的壓電系統(tǒng)，其中所述兩個(gè)或更多個(gè)壓電輪胎傳感器相應(yīng)地包括多個(gè)壓電元件，所述多個(gè)壓電元件設(shè)在共同的大致平面表面上并且跨過(guò)輪胎胎冠之下的輪胎的內(nèi)表面橫向地安裝。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的壓電系統(tǒng)，其還包括附加壓電元件，所述附加壓電元件用于為所述壓電系統(tǒng)內(nèi)的選定電子部件發(fā)電使得所述兩個(gè)或更多個(gè)壓電傳感器都不用于在輪胎內(nèi)發(fā)電。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的壓電系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括至少一個(gè)輪胎內(nèi)模塊，所述至少一個(gè)輪胎內(nèi)模塊包含所述兩個(gè)或更多個(gè)壓電輪胎傳感器、所述微處理器和無(wú)線收發(fā)器。
【文檔編號(hào)】G01M17/02GK104169706SQ201180075889
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月29日
【發(fā)明者】D·A·韋斯頓 申請(qǐng)人:米其林集團(tuán)總公司, 米其林研究和技術(shù)股份有限公司