本發(fā)明涉及智能交通技術領域，尤其涉及一種輪胎接地面的壓力分布檢測方法及系統(tǒng)。

背景技術：

智能交通系統(tǒng)(Intelligent Transportation System，簡稱ITS)是未來交通系統(tǒng)的發(fā)展方向。在ITS領域，行駛中的車輛的輪胎接地面的壓力分布情況是一個很重要的物理參量。輪胎接地面的壓力的總和就是輪重，路政部門可以據(jù)此來監(jiān)控道路上的車輛超載情況；另外，輪胎接地面的壓力分布出現(xiàn)異常，很有可能是爆胎進而引發(fā)交通事故的前兆，對于車主來說，可以將輪胎接地面的壓力分布出現(xiàn)異常作為一個預警信號。

目前，車胎胎壓主要通過安裝在輪胎內的壓力傳感器進行檢測，每個輪胎都需要安裝一個壓力傳感器且不能精確檢測輪胎接地面的壓力分布情況。而安裝在道路上進行車胎接地面的壓力分布情況的檢測設備是很稀缺的。

鑒于此，如何通過安裝在道路上的設備精確檢測車胎接地面的壓力分布情況成為目前需要解決的技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述的技術問題，本發(fā)明提供一種輪胎接地面的壓力分布檢測方法及系統(tǒng)，可以通過安裝在道路上的設備精確檢測車胎接地面的壓力分布情況。

第一方面，本發(fā)明提供一種輪胎接地面的壓力分布檢測方法，包括：

獲取感應裝置的應變區(qū)的系數(shù)矩陣，所述系數(shù)矩陣是指將所述感應裝置的應變區(qū)劃分為多個單元后，每個單元上作用的力與應變片示數(shù)間的比例系數(shù)組成的矩陣；

在車輪碾壓應變區(qū)的過程中，采集所述感應裝置中的應變傳感器的示數(shù)，并按照所述應變傳感器的排列及采集的時間順序將采集的示數(shù)存儲到第一示數(shù)矩陣中，同時獲取車輪通過應變區(qū)時的速度；

根據(jù)所述系數(shù)矩陣、所述應變傳感器的示數(shù)、所述車輪通過應變區(qū)時的速度，將第一示數(shù)矩陣轉換為第二示數(shù)矩陣；

構建所述系數(shù)矩陣、所述第二示數(shù)矩陣和壓力矩陣的線性方程組，并求解出壓力矩陣中的每個分壓力，進而獲得輪胎接地面的壓力分布，所述壓力矩陣是按照所述應變區(qū)劃分單元的幾何尺寸劃分輪胎接地面的壓力，其所有分壓力組成的矩陣；

其中，所述感應裝置包括：設置在道路上的多個應變區(qū)；每個應變區(qū)的上表面與道路路面平行，每個應變區(qū)均設置有預設排數(shù)的應變傳感器，所述應變傳感器用于獲取車輛的各個輪胎碾壓應變區(qū)時產生的應變數(shù)據(jù)。

可選地，所述應變區(qū)為矩形應變區(qū)，所述多個單元為m×n個矩形單元，m和n均為正整數(shù)。

可選地，所述獲取感應裝置的應變區(qū)的系數(shù)矩陣，包括：

采用標定方法獲取感應裝置的矩形應變區(qū)的系數(shù)矩陣，包括：

將所述感應裝置的矩形應變區(qū)劃分為m×n個矩形單元后，在每個矩形單元分別作用預設大小的力f，針對任一矩形單元，在作用力f時獲取所有應變傳感器的示數(shù)，第x個應變傳感器在第i行第j排個矩形單元作用力f時對應的系數(shù)a_x,i,j為：

a_x,i,j＝S_x,i,j/f，

其中，x的取值從1取到Ny，Ny為每個矩形應變區(qū)的應變傳感器的數(shù)量，i的取值從1取到m，j的取值從1取到n，m為矩形應變區(qū)劃分的矩形單元的行數(shù)，n為矩形應變區(qū)劃分的矩形單元的列數(shù)，S_x,i,j為在第i行第j排個矩形單元作用力f時第x個應變傳感器的示數(shù)；

所述第x個應變傳感器對應的系數(shù)矩陣A_x為：

或者，

采用理論分析，通過矩形應變區(qū)使用的材料的彈性參數(shù)以及矩形應變區(qū)的三維幾何結構，計算出感應裝置的矩形應變區(qū)的系數(shù)矩陣中的每一個系數(shù)；

或者，

采用數(shù)值仿真，通過有限元分析軟件進行數(shù)值分析，計算出感應裝置的矩形應變區(qū)的系數(shù)矩陣中的每一個系數(shù)。

可選地，在車輪碾壓矩形應變區(qū)的過程中，以采樣頻率Fz采集所述感應裝置中的應變傳感器的示數(shù)，并按照所述應變傳感器的排列和采集的時間順序將采集的示數(shù)存儲到第一示數(shù)矩陣中：第x個應變傳感器的第t個示數(shù)為s'_t,x，將s'_t,x存放在第一示數(shù)矩陣S'的第t行第x列，則所述第一示數(shù)矩陣S′為：

其中，t＝1，2，…，Nc，Nc為Ny個應變傳感器在車輪碾壓矩形應變區(qū)的過程中從示數(shù)不為零到示數(shù)全為零的過程中的采樣點數(shù)，Ny為每個矩形應變區(qū)的應變傳感器的數(shù)量。

可選地，所述獲取車輪通過應變區(qū)時的速度，包括：

在車輪碾壓矩形應變區(qū)的過程中，通過第一公式獲取車輪通過矩形應變區(qū)時的速度v；

所述第一公式為：

v＝L/(t2-t1)

其中，L為所述感應裝置中相鄰兩排矩形應變區(qū)的間隔，車輪按照行駛方向依次碾壓第1排矩形應變區(qū)和第2排矩形應變區(qū)，t1為車輪碾壓第1排矩形應變區(qū)時第1排矩形應變區(qū)中的應變傳感器有示數(shù)變化的時刻，t2為車輪碾壓第2排矩形應變區(qū)時第2排矩形應變區(qū)中的應變傳感器有示數(shù)變化的時刻。

可選地，所述第二示數(shù)矩陣S為：

其中，s_a,x＝s'_「a*Ns」,x，「」表示四舍五入取整，a和x是第二示數(shù)矩陣元素的下標，x的取值從1取到Ny，a的取值從1取到k+m-1，k是通過第二公式計算得到的，Ns表示每一個分壓力方格對應包含采樣點數(shù)，Ns是通過第三公式計算得到的，所述第二公式為：

其中，表示上取整，Lj為每一個分壓力方格沿車輛行駛方向的長度，Lj是通過第四公式計算得到的，Lt為輪胎接地長度，Lt是通過第五公式計算得到的，所述第四公式為：

Lj＝Ly/m

其中，Ly為每個矩形應變區(qū)的長度；

所述第五公式為：

Lt＝(Nc+1)×v/Fz-Ly

其中，F(xiàn)z為采樣頻率；

所述第三公式為：

Ns＝Lj/v×Fz。

可選地，由所述系數(shù)矩陣、所述第二示數(shù)矩陣和壓力矩陣構建的線性方程組的求解方法具體包括：

在車輛行駛過程中矩形應變區(qū)中每個應變傳感器包含(k+m-1)個第二示數(shù)矩陣S中的示數(shù)，針對其中任一示數(shù)，根據(jù)不同的應變傳感器，獲得Ny個線性方程；

從中選取n個方程使得組成的方程組的系數(shù)矩陣滿秩，求得與該時刻示數(shù)對應的n個分壓力，以此類推進而求解出壓力矩陣中的每個分壓力。

可選地，由所述系數(shù)矩陣、所述第二示數(shù)矩陣和壓力矩陣構建的線性方程組的求解方法具體包括：

用矩陣形式來表示由所述系數(shù)矩陣、所述第二示數(shù)矩陣和壓力矩陣構建的線性方程組：

C·[F₍₁₎、F₍₂₎、…F_(k)]^T＝[S₍₁₎、S₍₂₎、…S_(k+m-1)]^T

其中，C為系數(shù)矩陣A_x的變形矩陣，是Ny個系數(shù)矩陣的綜合矩陣，[F₍₁₎、F₍₂₎、…F_(k)]為所有分壓力組成的向量，S₍₁₎、S₍₂₎、…S_(k+m-1)為第二示數(shù)矩陣中所有示數(shù)組成的向量；

令p＝[F₍₁₎、F₍₂₎、…F_(k)]^T，d＝[S₍₁₎、S₍₂₎、…S_(k+m-1)]^T，將所述線性方程組寫成第一方程組：C·p＝d，則所述第一方程組的誤差函數(shù)為：f(p)＝(C·p-d)²；

針對所述誤差函數(shù)，通過限制條件為p的所有元素大于等于0，求出使得f(p)的值最小的p，p中的所有元素對應壓力矩陣中的每個分壓力。

第二方面，本發(fā)明提供一種輪胎接地面的壓力分布檢測系統(tǒng)，包括：感應裝置和輪胎接地面的壓力分布檢測裝置；

所述感應裝置包括：設置在道路上的多個應變區(qū)；每個應變區(qū)的上表面與道路路面平行，每個應變區(qū)均設置有預設排數(shù)的應變傳感器，所述應變傳感器用于獲取車輛的各個輪胎碾壓應變區(qū)時產生的應變數(shù)據(jù)；

所述輪胎接地面的壓力分布檢測裝置包括：第一獲取模塊、第二獲取模塊、轉換模塊和第三獲取模塊；其中：

所述第一獲取模塊，用于獲取感應裝置的應變區(qū)的系數(shù)矩陣，所述系數(shù)矩陣是指將所述感應裝置的應變區(qū)劃分為多個單元后，每個單元上作用的力與應變片示數(shù)間的比例系數(shù)組成的矩陣；

所述第二獲取模塊，用于在車輪碾壓應變區(qū)的過程中，采集所述感應裝置中的應變傳感器的示數(shù)，并按照所述應變傳感器的排列及采集的時間順序將采集的示數(shù)存儲到第一示數(shù)矩陣中，同時獲取車輪通過應變區(qū)時的速度；

所述轉換模塊，用于根據(jù)所述系數(shù)矩陣、所述應變傳感器的示數(shù)、所述車輪通過應變區(qū)時的速度，將第一示數(shù)矩陣轉換為第二示數(shù)矩陣；

所述第三獲取模塊，用于構建所述系數(shù)矩陣、所述第二示數(shù)矩陣和壓力矩陣的線性方程組，并求解出壓力矩陣中的每個分壓力，進而獲得輪胎接地面的壓力分布，所述壓力矩陣是按照所述應變區(qū)劃分單元的幾何尺寸劃分輪胎接地面的壓力，其所有分壓力組成的矩陣。

可選地，所述輪胎接地面的壓力分布檢測裝置還包括：

預警提示模塊，用于根據(jù)所述第三模塊獲得的輪胎壓力分布和預設輪胎極限參數(shù)，判斷車輛輪胎壓力是否超過安全閾值，進而控制警報開關。

由上述技術方案可知，本發(fā)明的輪胎接地面的壓力分布檢測方法及系統(tǒng)，可以通過安裝在道路上的設備檢測車胎接地面的壓力分布情況，檢測結果更精確。本發(fā)明實施例無需對被檢測車輛進行任何改動，且在車輛正常行駛過程中實現(xiàn)檢測，不影響交通，設備均攤成本低廉，自動化程度高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例提供的輪胎接地面的壓力分布檢測方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的感應裝置的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的圖2中任一矩形應變區(qū)的一種結構示意圖；

圖4為本發(fā)明一實施例提供的輪胎接地面的壓力分布檢測系統(tǒng)的結構示意圖；

圖5為圖4中的輪胎接地面的壓力分布檢測裝置的結構示意圖；

圖6為輪胎碾壓矩形應變區(qū)過程中的系數(shù)、壓力、示數(shù)間的關系示意圖；

圖7為圖1中任一矩形應變區(qū)內系數(shù)矩陣的示意圖；

圖8為本發(fā)明另一實施例提供的圖1中的感應裝置的另一種結構示意圖；

附圖標記：

0、車輪；1、應變區(qū)；2、應變傳感器；3、支撐柱；4、車輛；5、固接支撐區(qū)；11、感應裝置；12、輪胎接地面的壓力分布檢測裝置；12a、第一獲取模塊；12b、第二獲取模塊；12c、轉換模塊；12d、第三獲取模塊。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他的實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

應說明的是，在物理學與系統(tǒng)理論中，疊加原理(superposition principle)，也叫疊加性質(superposition property)，說的是對任何線性系統(tǒng)“在給定地點與時間，由兩個或多個刺激產生的合成反應是由每個刺激單獨產生的反應之和。”本發(fā)明實施例正是利用疊加原理，對輪胎接地面的壓力分布情況進行檢測。

圖1示出了本發(fā)明一實施例提供的輪胎接地面的壓力分布檢測方法的流程示意圖，如圖1所示，本實施例的輪胎接地面的壓力分布檢測方法如下所述。

S1、獲取感應裝置的應變區(qū)的系數(shù)矩陣，所述系數(shù)矩陣是指將所述感應裝置的應變區(qū)劃分為多個單元后，每個單元上作用的力與應變片示數(shù)間的比例系數(shù)組成的矩陣。

其中，如圖2所示，所述感應裝置11包括：設置在道路上的多個應變區(qū)1；每個應變區(qū)1的上表面與道路路面平行，每個應變區(qū)1均設置有預設排數(shù)的應變傳感器2，所述應變傳感器2用于獲取車輛4的各個輪胎碾壓應變區(qū)1時產生的應變數(shù)據(jù)。

在具體應用中，所述應變傳感器2可優(yōu)選設置裝于所述應變區(qū)1的下表面。

在具體應用中，所述多個應變區(qū)優(yōu)先以M排N列方式排列，M為大于等于2的整數(shù)，N為正整數(shù)。舉例來說，若車輛4只具有四個車輪0，則N＝2，兩列應變區(qū)分別用于獲取車輛的左右兩邊的輪胎對其碾壓時產生的應變大小的示數(shù)。

在具體應用中，如圖3所示，所述應變區(qū)可以優(yōu)選為矩形應變區(qū)。

進一步地，每個矩形應變區(qū)可以通過支撐其邊緣的多個支撐柱或設置固結區(qū)將其固定在道路上。

在具體應用中，所述多個單元可以優(yōu)選為m×n個矩形單元，m和n均為正整數(shù)。

S2、在車輪碾壓應變區(qū)的過程中，采集所述感應裝置中的應變傳感器的示數(shù)，并按照所述應變傳感器的排列及采集的時間順序將采集的示數(shù)存儲到第一示數(shù)矩陣中，同時獲取車輪通過應變區(qū)時的速度。

S3、根據(jù)所述系數(shù)矩陣、所述應變傳感器的示數(shù)、所述車輪通過應變區(qū)時的速度，將第一示數(shù)矩陣轉換為第二示數(shù)矩陣。

在具體應用中，所述第二示數(shù)矩陣為與輪胎壓力等效分解的細小程度對應的矩陣。

S4、構建所述系數(shù)矩陣、所述第二示數(shù)矩陣和壓力矩陣的線性方程組，并求解出壓力矩陣中的每個分壓力，進而獲得輪胎接地面的壓力分布，所述壓力矩陣是按照所述應變區(qū)劃分單元的幾何尺寸劃分輪胎接地面的壓力，其所有分壓力組成的矩陣。

本實施例的輪胎接地面的壓力分布檢測方法，基于圖4所示實施例所述的輪胎接地面的壓力分布檢測系統(tǒng)，應用于輪胎接地面的壓力分布檢測裝置中，通過獲取感應裝置的應變區(qū)的系數(shù)矩陣；在車輪碾壓應變區(qū)的過程中，采集所述感應裝置中的應變傳感器的示數(shù)，并按照所述應變傳感器的排列及采集的時間順序將采集的示數(shù)存儲到第一示數(shù)矩陣中，同時獲取車輪通過應變區(qū)時的速度；根據(jù)所述系數(shù)矩陣、所述應變傳感器的示數(shù)、所述車輪通過應變區(qū)時的速度，將第一示數(shù)矩陣轉換為第二示數(shù)矩陣；構建所述系數(shù)矩陣、所述第二示數(shù)矩陣和壓力矩陣的線性方程組，并求解出壓力矩陣中的每個分壓力，進而獲得輪胎接地面的壓力分布。可以通過安裝在道路上的設備檢測車胎接地面的壓力分布情況，檢測結果更精確。本發(fā)明實施例無需對被檢測車輛進行任何改動，且在車輛正常行駛過程中實現(xiàn)檢測，不影響交通，設備均攤成本低廉，自動化程度高。

下面以圖2所示的感應裝置為例對本實施例的輪胎接地面的壓力分布檢測方法進行更詳細的說明。

圖2所示的感應裝置采用4個矩形應變區(qū)以2×2的方式排布，每個應變區(qū)的結構如圖3所示。所述4個應變區(qū)中的兩列的矩形應變區(qū)分別用于檢測車輛的左右兩邊的輪胎對其碾壓時產生的應變大小，前后兩排的結構用于計算車輪速度。應變區(qū)長度Ly，寬度Wy，兩排間距為L，每個矩形應變區(qū)的上表面與道路路面平行，每個矩形應變區(qū)中均設置有一排應變傳感器，其間隔可在3mm到50mm之間，每排包含應變傳感器Ny個，應變傳感器的采樣率為Fz。

下面的說明中，說明的是利用本實施例所述方法檢測圖2中任一矩形應變區(qū)的壓力分布的方法。

針對圖2中任一矩形應變區(qū)，本實施例的輪胎接地面的壓力分布檢測方法，包括步驟P1-P4：

P1、獲取感應裝置的矩形應變區(qū)的系數(shù)矩陣，所述系數(shù)矩陣是指將所述感應裝置的矩形應變區(qū)劃分為m×n個矩形單元后，每個矩形單元上作用的力與應變片示數(shù)間的比例系數(shù)組成的矩陣，m和n均為正整數(shù)。

可以理解的是，所述系數(shù)矩陣是指，根據(jù)疊加原理，將輪胎壓力的作用效果分解成一系列小的分力單獨左右時的作用效果的和成，即應變示數(shù)s＝a₁f₁+a₂f₂+…+a_if_i，每一個分力f_i所對應的系數(shù)a_i，所有a_i組合起來產生一個系數(shù)矩陣。

在具體應用中，獲取感應裝置的矩形應變區(qū)的系數(shù)矩陣的方法包括但不限于：

采用理論分析，通過矩形應變區(qū)使用的材料的彈性參數(shù)以及矩形應變區(qū)的三維幾何結構，計算出感應裝置的矩形應變區(qū)的系數(shù)矩陣中的每一個系數(shù)；

或者，

采用數(shù)值仿真，通過有限元分析軟件進行數(shù)值分析，計算出感應裝置的矩形應變區(qū)的系數(shù)矩陣中的每一個系數(shù)；

或者，

采用標定方法獲取感應裝置的矩形應變區(qū)的系數(shù)矩陣。

具體地，本實施例可優(yōu)先采用標定方法獲取感應裝置的矩形應變區(qū)的系數(shù)矩陣，可以包括：

將所述感應裝置的矩形應變區(qū)劃分為m×n個矩形單元后，可參考圖6，可把每個矩形單元看作一個小面積的力的作用區(qū)，在每個矩形單元分別作用預設大小的力f，針對任一矩形單元，在作用力f時獲取所有應變傳感器的示數(shù)，第x個應變傳感器在第i行第j排個矩形單元作用力f時對應的系數(shù)a_x,i,j為：

a_x,i,j＝S_x,i,j/f (1)

其中，x的取值從1取到Ny，Ny為每個矩形應變區(qū)的應變傳感器的數(shù)量，i的取值從1取到m，j的取值從1取到n，m為矩形應變區(qū)劃分的矩形單元的行數(shù)，n為矩形應變區(qū)劃分的矩形單元的列數(shù)，S_x,i,j為在第i行第j排個矩形單元作用力f時第x個應變傳感器Px的示數(shù)；

所述第x個應變傳感器對應的系數(shù)矩陣A_x為：

可以理解的是，依次對矩形應變區(qū)的所有矩形單元進行施力標定即可獲得系數(shù)矩陣中的所有系數(shù)。對于第x個應變傳感器Px，不同位置的系數(shù)組合到一起，會形成一個系數(shù)矩陣A_x，Ny個應變傳感器對應有Ny個系數(shù)矩陣。

P2、在車輪碾壓矩形應變區(qū)的過程中，采集所述感應裝置中的應變傳感器的示數(shù)，并按照所述應變傳感器的排列及采集的時間順序將采集的示數(shù)存儲到第一示數(shù)矩陣中，同時獲取車輪通過矩形應變區(qū)時的速度。

可以理解的是，在無車輪碾壓矩形應變區(qū)時，矩形應變區(qū)中的應變傳感器的示數(shù)為零；當車輪碾壓矩形應變區(qū)時，應變傳感器的示數(shù)發(fā)生改變。在車輪碾壓矩形應變區(qū)的過程中，以采樣頻率Fz采集所述感應裝置中的應變傳感器的示數(shù)，并按照所述應變傳感器的排列和采集的時間順序將采集的示數(shù)存儲到第一示數(shù)矩陣中：第x個應變傳感器的第t個示數(shù)為s'_t,x，將s'_t,x存放在第一示數(shù)矩陣S'的第t行第x列，則所述第一示數(shù)矩陣S′為：

其中，t＝1，2，…，Nc，Nc為Ny個應變傳感器在車輪碾壓矩形應變區(qū)的過程中從示數(shù)不為零到示數(shù)全為零的過程中的采樣點數(shù)，Ny為每個矩形應變區(qū)的應變傳感器的數(shù)量。

在具體應用中，本實施例以平均速度作為車輪通過矩形應變區(qū)時的速度，以兩排應變傳感器的示數(shù)峰值的時間差作為車輪通過兩排應變區(qū)的時間，這期間的平均速度為兩排應變區(qū)之間的距離差除以上述時間差，即步驟P2中的“獲取車輪通過矩形應變區(qū)時的速度”，可以包括：

在車輪碾壓矩形應變區(qū)的過程中，通過第一公式獲取車輪通過矩形應變區(qū)時的速度v；

所述第一公式為：

v＝L/(t2-t1) (4)

其中，L為所述感應裝置中兩排矩形應變區(qū)的間隔，車輪按照行駛方向依次碾壓第1排矩形應變區(qū)和第2排矩形應變區(qū)，t1為車輪碾壓第1排矩形應變區(qū)時第1排矩形應變區(qū)中的應變傳感器有示數(shù)變化的時刻，t2為車輪碾壓第2排矩形應變區(qū)時第2排矩形應變區(qū)中的應變傳感器有示數(shù)變化的時刻。

P3、根據(jù)所述系數(shù)矩陣、所述應變傳感器的示數(shù)、所述車輪通過矩形應變區(qū)時的速度，將第一示數(shù)矩陣轉換為與輪胎壓力等效分解的細小程度對應的第二示數(shù)矩陣。

可以理解的是，由于采樣頻率的限制，導致采集到的第一示數(shù)矩陣很可能不是和輪胎壓力等效分解的細小程度完全對應的，因此需要將第一示數(shù)矩陣S'轉換為與輪胎壓力等效分解的細小程度對應的第二示數(shù)矩陣S。

在具體應用中，所述第二示數(shù)矩陣S為：

其中，s_a,x＝s'「a*Ns」,x，「」表示四舍五入取整，a和x是第二示數(shù)矩陣元素的下標，x的取值從1取到Ny，a的取值從1取到k+m-1，k是通過第二公式計算得到的，所述第二公式為：

其中，表示上取整，Lj為每一個分壓力方格沿車輛行駛方向的長度，Lj是通過第四公式計算得到的，所述第四公式為：

Lj＝Ly/m (7)

其中，Ly為每個矩形應變區(qū)的長度；

Lt為輪胎接地長度，由于S'為Nc乘Ny的矩陣，即每個應變傳感器一共有Nc個采樣點，則Lt是通過第五公式計算得到的，

所述第五公式為：

Lt＝(Nc+1)×v/Fz-Ly (8)

其中，F(xiàn)z為采樣頻率；

Ns表示每一個分壓力方格對應包含采樣點數(shù)，Ns是通過第三公式計算得到的，所述第三公式為：

Ns＝Lj/v×Fz (9)。

P4、構建所述系數(shù)矩陣、所述第二示數(shù)矩陣和壓力矩陣的線性方程組，并求解出壓力矩陣中的每個分壓力，進而獲得輪胎接地面的壓力分布，所述壓力矩陣是按照所述應變區(qū)劃分單元的幾何尺寸劃分輪胎接地面的壓力，其所有分壓力組成的矩陣。

可以理解的是，對于第x個應變傳感器的第1個示數(shù)s_1,x，有下式成立：

A_x,m,1×f_1,1+a_x,m,2×f_1,2+…+a_x,m,n×f_1,n＝s_1,x (10)

為了更加清楚地書寫和說明這些等式，以下用向量方式來表示它們。以下用A_(x,i)表示向量[a_x,i,1a_x,i,2…a_x,i,n]，其中i從1取到m，用F_(i)表示向量[f_i,1f_i,2…f_i,n]，其中i從1取到k。于是上式可以表示為向量形式：

A_(x,m)·F₍₁₎^T＝s_(1,x) (11)

需要注意的是，由于x從1取到Ny，則有上述等式有Ny個。

同樣，對于第x個應變傳感器的第2個示數(shù)s_(2,x)，有下式成立：

A_(x,m-1)·F₍₁₎^T+A_(x,m)·F₍₂₎^T＝s_(2,x) (12)

因為傳感器個數(shù)為Ny，則可以得到Ny個這樣的方程。

上述方程和輪胎的碾壓狀態(tài)如圖6所示。按照上述方式遞推，由于S中元素一個共(k+m-1)×Ny個，則有線性方程個數(shù)(k+m-1)×Ny個。這些方程的未知數(shù)是壓力的分力，分力個數(shù)k×n個。所有方程構成一個方程組，方程組形式為：C·[F₍₁₎、F₍₂₎、…F_(k)]^T＝[S₍₁₎、S₍₂₎、…S_(k+m-1)]^T，其中C是一個矩陣，[F₍₁₎、F₍₂₎、…F_(k)]是所有分壓力組成的向量，[S₍₁₎、S₍₂₎、…S_(k+m-1)]是所有示數(shù)組成的向量。

可以理解的是，輪胎的壓力分解成分力的個數(shù)k是與輪胎的接地長度Lt以及輪胎壓力等效分解的細小程度有關的，而方程的個數(shù)等于第二示數(shù)矩陣S的元素的個數(shù)。為了更加精確地求解輪胎接地面壓力分布，則需要對胎壓進行更加細化的劃分，也就增加了未知數(shù)的個數(shù)。相應地，需要增加應變傳感器的個數(shù)，達到增加方程的個數(shù)，保證求解未知數(shù)的可行性。

在具體應用中，在步驟P4中在構建所述系數(shù)矩陣、所述第二示數(shù)矩陣和壓力矩陣的線性方程組后，求解出壓力矩陣中的每個分壓力可以包括兩種方法。

其中，第一種求解方法，可以包括：

在車輛行駛過程中矩形應變區(qū)中每個應變傳感器包含(k+m-1)個第二示數(shù)矩陣S中的示數(shù)，針對其中任一示數(shù)，根據(jù)不同的應變傳感器，獲得Ny個線性方程；

從獲得的Ny個線性方程中選取n個方程使得組成的方程組的系數(shù)矩陣滿秩，求得與該時刻示數(shù)對應的n個分壓力，以此類推進而求解出壓力矩陣中的每個分壓力，具體地，可以包括：

一、求解F₍₁₎：

對于方程：A_(x,m)·F₍₁₎^T＝s_(1,x)，x從1取到Ny時，該方程共Ny個。由于系數(shù)向量A_(x,m)和右邊的s_(1,x)是已知的，未知數(shù)F₍₁₎有n個元素，則理論上取前n個方程則可以唯一解出F₍₁₎來，但由于前n個方程組成的方程組的系數(shù)矩陣不一定滿秩，則并不能唯一確定F₍₁₎。這時，多出來的方程可以用作備用方程，也就是在Ny個方程中找出n個方程使得組成的方程組的系數(shù)矩陣滿秩，則能唯一確定F₍₁₎。找出這n個方程的方法可以是窮舉試錯法，一旦找到合適組合就跳出循環(huán)。也可以使用其它尋找滿秩方程組的方法。

二、求解F₍₂₎：

對于第x個應變傳感器的第2個示數(shù)s_(2,x),，有方程：

A_(x,m-1)·F₍₁₎^T+A_(x,m)·F₍₂₎^T＝s_(2,x) (13)

由于F₍₁₎已經(jīng)在上一步求出了，于是本方程只有未知數(shù)F₍₂₎，其中元素共n個。于是上述方程變換成下面這種形式：

A_(x,m)·F₍₂₎^T＝s_(2,x)-A_(x,m-1)·F₍₁₎^T (14)

和求F₍₁₎一樣，有應變傳感器Ny個，即上述方程Ny個，在其中選取n個方程，組成一個系數(shù)矩陣滿秩的方程組，可以唯一確定F₍₂₎。

三、求F_(i)：

按照上述方式，依次利用s_(3,x)、s_(4,x)、…s_(k,x)可以依次求出F₍₃₎、F₍₄₎、…F_(k)。

于是，可以求解出將輪胎接地面的壓力劃分成的所有分壓力，進而可以確定輪胎接地面的壓力分布。

由于上述對線性方程組的求解方法使用到的僅僅是部分已知方程進行求解，在另一具體應用中，可以采用第二種求解方法確定F(1)、F(2)、…F(21)，其它步驟與實施例1相同，本實施例只說明與上述對線性方程組的求解方法不同的部分，即第二種求解方法，可以包括：

由于第二示數(shù)矩陣中的s_(k+1,x)、s_(k+2,x)、…s_(k+m-1,x)并未使用，且每次只使用Ny個方程中的n個；若將這些方程都用到，需要采用計算量更大的優(yōu)化算法；將這些方程都放到一起，用矩陣形式來表示由所述系數(shù)矩陣、所述第二示數(shù)矩陣和壓力矩陣構建的線性方程組，得到：

C·[F₍₁₎、F₍₂₎、…F_(k)]^T＝[S₍₁₎、S₍₂₎、…S_(k+m-1)]^T (15)

其中，C為系數(shù)矩陣A_x的變形矩陣，是Ny個系數(shù)矩陣的綜合矩陣，可通過上述第一種方法中同樣的方式確定；[F₍₁₎、F₍₂₎、…F_(k)]為所有分壓力組成的向量，S₍₁₎、S₍₂₎、…S_(k+m-1)為第二示數(shù)矩陣中所有示數(shù)組成的向量。

用矩陣形式來表示由所述系數(shù)矩陣、所述第二示數(shù)矩陣和壓力矩陣構建的線性方程組，方程的總個數(shù)為(k+m-1)×Ny，未知數(shù)個數(shù)為k×n，在(k+m-1)×Ny大于k×n時，該線性方程組為超定方程組，通常情況下無解，此時可利用最優(yōu)化方法求其最小二乘解：

令p＝[F₍₁₎、F₍₂₎、…F_(k)]^T，d＝[S₍₁₎、S₍₂₎、…S_(k+m-1)]^T，將所述線性方程組寫成第一方程組：C·p＝d，令第一方程組的誤差函數(shù)為每個方程的誤差的平方和，則所述第一方程組的誤差函數(shù)為：

f(p)＝(C·p-d)² (16)

針對所述誤差函數(shù)(16)，求出使得f(p)的值最小的p，p中的所有元素對應壓力矩陣中的每個分壓力。

可以理解的是，由于輪胎力為壓力，不會有拉力，通過p的限制條件為p的所有元素大于等于0，可將該問題轉換成一個有約束線性最小二乘問題，該問題可以求得符合約束條件的最優(yōu)值p。在最優(yōu)化算法領域有成熟的求解方法，具體步驟不在此贅述，所求得的p就是F所有元素的值，也就求得了輪胎的胎壓分布。

本實施例的輪胎接地面的壓力分布檢測方法，可以實現(xiàn)通過安裝在道路上的設備檢測車胎接地面的壓力分布情況，檢測結果更精確。本發(fā)明實施例無需對被檢測車輛進行任何改動，且在車輛正常行駛過程中實現(xiàn)檢測，不影響交通，設備均攤成本低廉，自動化程度高。

本實施例利用疊加原理，將輪胎接地面壓力視為多個分壓力的組合，以應變傳感器示數(shù)、車輪速度、應變區(qū)長度、采樣頻率、應變區(qū)系數(shù)矩陣，生成一個以輪胎接地面分壓力為未知數(shù)的線性方程組，可靈活運用多種方法求解分壓力，從而實現(xiàn)壓力分布的精確檢測。

圖4示出了本發(fā)明一實施例提供的輪胎接地面的壓力分布檢測系統(tǒng)的結構示意圖，如圖4所示，本實施例的輪胎接地面的壓力分布檢測系統(tǒng)，包括：感應裝置11和輪胎接地面的壓力分布檢測裝置12；

如圖2所示，所述感應裝置11可以包括：設置在道路上的多個應變區(qū)1；每個應變區(qū)1的上表面與道路路面平行，每個應變區(qū)1均設置有預設排數(shù)的應變傳感器2，所述應變傳感器2用于獲取車輛4的各個輪胎碾壓應變區(qū)1時產生的應變數(shù)據(jù)；

如圖5所示，所述輪胎接地面的壓力分布檢測裝置12包括：第一獲取模塊12a、第二獲取模塊12b、轉換模塊12c和第三獲取模塊12d；其中：

第一獲取模塊12a，用于獲取感應裝置的應變區(qū)的系數(shù)矩陣，所述系數(shù)矩陣是指將所述感應裝置的應變區(qū)劃分為多個單元后，每個單元上作用的力與應變片示數(shù)間的比例系數(shù)組成的矩陣；

第二獲取模塊12b，用于在車輪碾壓應變區(qū)的過程中，采集所述感應裝置中的應變傳感器的示數(shù)，并按照所述應變傳感器的排列及采集的時間順序將采集的示數(shù)存儲到第一示數(shù)矩陣中，同時獲取車輪通過應變區(qū)時的速度；

轉換模塊12c，用于根據(jù)所述系數(shù)矩陣、所述應變傳感器的示數(shù)、所述車輪通過應變區(qū)時的速度，將第一示數(shù)矩陣轉換為第二示數(shù)矩陣；

第三獲取模塊12d，用于構建所述系數(shù)矩陣、所述第二示數(shù)矩陣和壓力矩陣的線性方程組，并求解出壓力矩陣中的每個分壓力，進而獲得輪胎接地面的壓力分布，所述壓力矩陣是按照所述應變區(qū)劃分單元的幾何尺寸劃分輪胎接地面的壓力，其所有分壓力組成的矩陣。

在具體應用中，所述應變傳感器2可優(yōu)選設置裝于所述應變區(qū)1的下表面。

在具體應用中，所述多個應變區(qū)優(yōu)先以M排N列方式排列，M為大于等于2的整數(shù)，N為正整數(shù)。舉例來說，若車輛4只具有四個車輪0，則N＝2，兩列應變區(qū)分別用于獲取車輛的左右兩邊的輪胎對其碾壓時產生的應變大小的示數(shù)。

在具體應用中，如圖3所示，所述應變區(qū)可以優(yōu)選為矩形應變區(qū)。

進一步地，每個矩形應變區(qū)可以通過支撐其邊緣的多個支撐柱或設置固結區(qū)將其固定在道路上。

在具體應用中，所述多個單元可以優(yōu)選為m×n個矩形單元，m和n均為正整數(shù)。

本實施例中的輪胎接地面的壓力分布檢測裝置12，可以用于執(zhí)行前述方法實施例的技術方案，其實現(xiàn)原理和技術效果類似，可參考上述方法實施例，此處不再贅述。

在具體應用中，所述輪胎接地面的壓力分布檢測裝置12還可以包括圖中未示出的：

預警提示模塊，用于根據(jù)所述第三模塊獲得的輪胎壓力分布和預設輪胎極限參數(shù)，判斷車輛輪胎壓力是否超過安全閾值，進而控制警報開關。

本實施例的輪胎接地面的壓力分布檢測系統(tǒng)，通過輪胎接地面的壓力分布檢測裝置獲取所述感應裝置獲取的數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述感應裝置獲取的數(shù)據(jù)，得到輪胎接地面的壓力分布，可以實現(xiàn)通過安裝在道路上的設備檢測車胎接地面的壓力分布情況，檢測結果更精確。本發(fā)明實施例無需對被檢測車輛進行任何改動，且在車輛正常行駛過程中實現(xiàn)檢測，不影響交通，設備均攤成本低廉，自動化程度高。

圖8示出另本發(fā)明另一實施例提供的圖5中的感應裝置的另一種結構示意圖，如圖8所示，該感應裝置包含一個矩形應變區(qū)，上表面與路面保持水平，用于承受輪胎壓力，并產生形變；兩個固接支撐區(qū)，位于應變區(qū)前后兩端，用于固定和支撐應變區(qū)；三排應變傳感器，設置于矩形應變區(qū)中，用于采集應變區(qū)固定位置的應變大小。所述應變傳感器可優(yōu)選設置裝于矩形應變區(qū)下表面，其輪胎接地面壓力分布的計算方式與圖1所示實施例所述方法相同，此處不再贅述。

本領域內的技術人員應明白，本申請的實施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計算機程序產品。因此，本申請可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本申請可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(包括但不限于磁盤存儲器、CD-ROM、光學存儲器等)上實施的計算機程序產品的形式。

本申請是參照根據(jù)本申請實施例的方法、設備(系統(tǒng))、和計算機程序產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由計算機程序指令實現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合?？商峁┻@些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備的處理器執(zhí)行的指令產生用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計算機程序指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行一系列操作步驟以產生計算機實現(xiàn)的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。術語“上”、“下”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

本發(fā)明的說明書中，說明了大量具體細節(jié)。然而能夠理解的是，本發(fā)明的實施例可以在沒有這些具體細節(jié)的情況下實踐。在一些實例中，并未詳細示出公知的方法、結構和技術，以便不模糊對本說明書的理解。類似地，應當理解，為了精簡本發(fā)明公開并幫助理解各個發(fā)明方面中的一個或多個，在上面對本發(fā)明的示例性實施例的描述中，本發(fā)明的各個特征有時被一起分組到單個實施例、圖、或者對其的描述中。然而，并不應將該公開的方法解釋呈反映如下意圖：即所要求保護的本發(fā)明要求比在每個權利要求中所明確記載的特征更多的特征。更確切地說，如權利要求書所反映的那樣，發(fā)明方面在于少于前面公開的單個實施例的所有特征。因此，遵循具體實施方式的權利要求書由此明確地并入該具體實施方式，其中每個權利要求本身都作為本發(fā)明的單獨實施例。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。本發(fā)明并不局限于任何單一的方面，也不局限于任何單一的實施例，也不局限于這些方面和/或實施例的任意組合和/或置換。而且，可以單獨使用本發(fā)明的每個方面和/或實施例或者與一個或更多其他方面和/或其實施例結合使用。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求和說明書的范圍當中。