CN111433054A - 用于监测车辆行驶期间与轮胎相关的参数的方法和*** - Google Patents

Abstract

通过使用在低频和低功率需求下操作的监测单元来执行轮胎的监测，而无需提供适用于重建描述轮胎变形的信号和/或识别这种信号的峰或谷或其他重要点的起点和结束的复杂硬件和软件。监测使用统计方法，基于对在滚动期间的特定时间处发现监测单元与接触区域相对应的概率的估算来估算接触区域的长度或与之相关的其他参数。

Description

用于监测车辆行驶期间与轮胎相关的参数的方法和***

技术领域

本发明涉及用于在车辆行驶期间监测与轮胎相关的参数的方法和***。本发明还涉及用于控制车辆的方法和***。本发明还涉及与轮胎相关联的监测单元。本发明还涉及一种包括监测单元的轮胎。本发明还涉及一种包括用于控制所述车辆的***的车辆。

背景技术

对于某些类型的轮胎，尤其是那些要求高性能水平的轮胎，已经对监测单元进行了一段时间的研究，当将监测单元放置在所述轮胎中时，其任务是检测轮胎的特征值，以便允许对轮胎的运行和状况进行基本实时的监测和控制。

这些监测单元将定期与车载设备对话，使得可以将所有检测到的信息提供给驾驶员和/或车辆控制***，以便例如激活或调节最佳警报***和/或车辆动力学控制、制动等。轮胎相关信息可以在车辆内使用或者可以远程使用，即，传输到车辆外部或传递给驾驶员，例如，传输给一个或多个个人设备和/或远程服务器。

轮胎的监测单元通常包括电子单元和固定装置。

该电子单元包括至少一个传感器(例如温度传感器、压力传感器、能够在滚动期间测量/识别轮胎变形的传感器，例如加速度计、应变仪、压电传感器等)和用于将由所述至少一个传感器检测到的数据发送到位于车辆上的接收单元的传输***。电子单元通常包括处理单元。

固定装置承担将电子单元固定在轮胎上的任务。特别地，为了识别以及测量轮胎的变形并从所述变形估算某些参数(例如，胎印或接触区域的长度、作用在轮胎上的载荷、角速度、轮胎和滚动表面之间的摩擦、轮胎磨损等)将一个或多个监测设备固定到轮胎的内表面、例如固定在与胎面相对的轮胎内表面上或者通常固定在轮胎的胎冠部分上会很方便。

其他更基本的轮胎监测***仅确定轮胎压力和温度。

以下文件描述了轮胎监测***和相关监测方法：EP1202867A1、EP1449684A1、EP1572474A1、EP1487681A1、EP1642108A1、EP1676112A1、EP1675735A1、EP1678019A1、EP1794007A1、W02008/065465A1、EP2346725A1、EP2352653A1。

发明内容

本申请人面临着在车辆使用期间监测装配到车辆上的轮胎的问题。

在于轮胎滚动期间要监测的轮胎参数中，轮胎和滚动表面之间的接触区域的长度是最难估算的问题之一，因为如上所述，其需要具有复杂硬件的监测单元，该复杂硬件包括能够检测轮胎在滚动期间变形的传感器，例如能够测量径向加速度或描述轮胎在滚动期间变形的其他物理量的传感器。接触区域的长度也可以最终与其他与轮胎相关的参数有关，例如由车辆施加在轮胎上的载荷。

能够检测轮胎变形的传感器通常在高采样频率下操作，以为了正确重建描述轮胎随时间变形的分布图(例如，加速度分布图)。由这种测量的分布图可以识别接触区域的长度(例如，通过测量分布图中相关峰和/或谷的宽度)并且可以估算其长度。

当在典型行驶速度或高速条件下进行实时监测时，必须考虑使监测单元每秒多次地对应于轮胎接触区域通过。例如，在50km/h的条件下，轮胎以约7圈/秒旋转，即每秒7个轮胎往返全程。

此外，接触区域的长度平均仅占轮胎周长的一小部分，为3％至15％，使得监测单元在往返全程中保持与轮胎接触区域相对应的时间非常短。此外，进入和离开接触区域是一个非常突然的过程，从而会在传感器感测到的信号中产生急剧变化，由此进一步增加了对非常高的采样频率的需求，以为了精确识别对应于接触区域的被测分布图部分的开始和结束。

例如参考图1，其中，对于装配在以80km/h的速度行驶的车辆上的轮胎进行的三个连续的轮胎往返行程绘制了径向加速度与时间的关系曲线，该轮胎包括固定至轮胎的胎冠部分的轮胎内衬里上的加速度计。需要5kHz的采样频率，以正确解析对应于监测单元的与接触区域相对应的各次通过的三个峰。

在图2中，绘出了图1的在这三个峰之一附近的放大图。二十多个采样点(即，对径向加速度的测量)用于重建加速度分布图的中心峰，即加速度分布图的这样的部分，所述部分对应于监测单元靠近接触区域、所述监测单元进入和保持对应于所说的接触区域、最后所述监测单元离开接触区域。例如基于这种峰的宽度的估算来执行对接触区域的长度的直接测量。

这导致使用复杂且昂贵的监测单元，该监测单元包括传感器和相关的电子控制单元，所述传感器和相关的电子控制单元以非常高的采样频率、即以足够高以适当地重建由传感器产生的信号的采样频率来驱动和操作。

使用高采样频率操作的传感器意味着高功率需求和功耗。此外，还需要将采样期间生成的大量数据传输到外部控制单元。可替代地，可以在监测单元本身内过滤和处理原始感测的数据。在这两种情况下，功耗和硬件复杂性都会进一步增加。

原则上，这些缺点可以通过降低采样频率来部分缓解，例如通过将频率从图1的示例的5kHz降低到例如2kHz；但是，这导致精度逐渐降低，原因在于，如前所述，高频测量基本上是对接触区域长度的直接测量，所述对接触区域长度的直接测量依赖于监测单元在其通过接触区域本身期间的精确跟踪。

进一步降低采样频率最终将阻碍直接测量接触区域长度的可能性，这是因为太少的采样点将无法用于在接触区域中进行精确的监测单元跟踪，即用于重建代表接触区域中监测单元的通过的峰/谷。

另一方面，目前市场上有较价廉的相对便宜的监测单元。这样的监测单元通常包括温度和/或压力传感器，为了节能，仅当检测到车辆开始移动时，所述温度和/或压力传感器才运行，或者通常从此轮询(例如，每30秒或更长时间)所述温度和/或压力传感器并在检测到车辆开始移动时对所述温度和/或压力传感器进行更频繁的轮询，以使温度和/或压力测量更加频繁。为此，这种监测单元包括加速度计或其他惯性传感器，所述加速度计或其他惯性传感器的输出信号仅用于当检测到轮胎开始旋转时触发温度和/或压力测量，以便在车辆静止时(例如在停车时)节能。由于不需要高频测量压力或温度，因此这样的传感器通常以低采样频率操作以为了节能。

在这些已知的便宜监测单元中，为简便起见，从现在起其也称为“由轮胎旋转触发的监测单元”，由加速度计(或其他惯性传感器)生成的信号仅用于“唤醒”轮胎温度/或轮胎压力测量(其中“唤醒”还包括使轮胎温度和/或轮胎压力测量比基础待机测量频率相对更频繁，所述基础待机测量频率通常为每隔30秒或更长时间进行一次测量)。加速度计(或其他惯性传感器)产生的信号不用于其他目的，即不被分析或处理、特别是不被分析或处理以用于导出有关轮胎变形的信息。

本申请人已经认识到，在这些较便宜的监测单元上可获得的加速度传感器或其他惯性装置可以通过分析或处理由所述传感器产生的加速度信号而被用于检测轮胎的变形，因此设计了这样的可能性：使用这种较便宜的低频操作的监测单元进行轮胎监测以特别地提供与接触区域的长度有关的至少部分信息。

现在参照图3，在图3中绘出了用这种低采样频率操作的传感器测量的径向加速度值的输出的示例。对于图1的示例，已经以80km/h的车速跟踪装配在车辆上的轮胎的三个连续的轮胎往返行程。与图1示例的唯一区别在于图3是对径向加速度在250Hz的采样频率下进行采样获得的，即，比图1所示的先前示例的5kHz的采样频率小，为其二十分之一。

可以看出，在图3的示例中，所得到的加速度分布图严重采样不足，并且由于可用的采样点非常少，因此不可能在轮胎监测单元接近、进入、保持与接触区域对应以及离开接触区域期间实施精确跟踪。

换句话说，从如此严重采样不足的分布图不能确定接触区域的长度。

然而，本申请人注意到，即使在这种严重采样不足的加速度分布图中，仍然存在和监测单元的与接触区域相对应的通过有关的某些信息：在图3所示的特定示例中，其值位于零径向加速度附近或相对接近于零径向加速度的采样可以被视为代表在该采样时间监测单元对应于接触区域。

实际上，在此要回顾的是，只要监测单元保持与接触区域相对应，则径向加速度就基本为零，这是因为监测单元在基本直线的路径上局部移动。

本申请人理解的是，在一次或几次往返行程中无法使用的关于监测单元的与接触区域相对应的通过的这种非常局部的信息可以用于基于对在轮胎滚动期间的多次往返行程实施的测量所进行的统计分析来执行监测。

为了说明本申请人的进一步直觉，现在参考图4，其中绘制了径向加速度与时间的关系：在这种情况下，该曲线图示出在大约5秒钟内执行的径向加速度测量的结果，即，该5秒钟的时间范围比图1和图3的前述示例中讨论的时长长，为其十五倍，以为了包括相对大量的轮胎往返行程。

为了进行良好的比较，与前面所有示例一样，车速已设置为80km/h，采样频率为250Hz，如图3中的示例。

与图3不同，在图4中，可以区分更清晰的采样点图案或分布。特别地，可以注意到的是第一组采样点位于零径向加速度附近或相对接近零径向加速度；这些采样点可以被认为是代表在各个采样时刻处，监测单元的与轮胎接触区域相对应的通过。

另一方面，所有其余采样点可以被认为代表在相对应的采样时刻处，监测单元在轮胎接触区域之外。

通过查看如图4所示的曲线图，本申请人理解到即使从严重采样不足的加速度信号(或代表轮胎变形的已测量物理量的其他信号)中，仍然有可能从总体测量提取出表示监测单元的与轮胎接触区域相对应的通过的数据。

本申请人进一步理解到，通过对一定时间段内的通过数目进行计数，可以估算在滚动期间中的特定时间处发现监测单元与接触区域相对应的可能性：在所述时间段中所述数目的值越高，在所述时间段中所述监测单元所花费的与所述接触区域相对应的时间越长，因此在轮胎滚动期间的特定时间处发现监测单元与接触区域相对应的可能性越高。

例如，可以将这种概率计算为在上述采样频率下，在所述时间段中的检测到的通过的数目与所进行的测量的总数目之间的比率。作为替代方案，可以将这种概率计算为与检测到的通过相关联的累积时间(即，检测到的通过的数目乘以采样周期或采样频率的倒数)与所述时间段之间的比率。

这使得基于在轮胎在滚动表面上滚动期间的特定时间处发现监测单元与接触区域相对应的可能性越高、所述接触区域相对于整个轮胎圆周的长度的长度值越高的事实，本申请人可以采用一种统计方法来估算轮胎与滚动表面接触的接触区域的长度或与之相关的其他参数。

例如，本申请人认为，可以通过使用公式PL＝2πRp，其中R是轮胎半径(例如，滚动半径)，基于轮胎周长以及在滚动期间的特定时间处发现监测单元与接触区域相对应的概率p来估算接触区域的长度PL。

本申请人惊奇地发现，这种统计方法使得非常精确地估算接触区域的长度和/或与轮胎相关的其他参数，例如施加在轮胎上的载荷。

因此，通过使用这种统计方法，本申请人发现有利的是可以使用在低频和低功率需求下操作的较价廉的相对便宜的监测单元来实施实时或基本实时的轮胎监测，而无需提供复杂硬件和软件，该硬件和软件适用于重建描述轮胎变形的信号和/或识别这种信号的峰或谷或其他重要点的起点和终点。

在第一方面，本发明涉及一种用于监测车辆轮胎的方法。

该方法包括使得监测单元与所述轮胎相联。监测单元包括至少一个感测元件，所述感测元件适于测量至少一个描述所述轮胎的变形的量。

该方法还包括将所述轮胎装配到车辆的车轮上并操作所述车辆，以使所述轮胎在滚动表面上旋转。由于所述装配和操作，所述轮胎变形以在所述轮胎和所述滚动表面之间形成接触区域。

在所述轮胎旋转期间，在小于约1.5kHz、优选地小于约1kHz的采样频率下在一定时间段内测量描述所述轮胎的变形的所述量。

对于所述量的每次测量，确定所测量的量是否具有表示所述监测单元的与所述接触区域相对应的通过的值，以便获得在所述时间段内所述监测单元的与所述接触区域相对应的通过的第一数目。

该方法还包括基于所述第一数目、所述时间段和所述采样频率来估算与所述轮胎相关的至少一个参数。这样，可以基于估算的所述至少一个参数来执行对所述轮胎的监测。

例如，监测单元可以属于前述的“由轮胎旋转触发的监测单元”，其包括温度和/或压力传感器以及加速度计或其他惯性传感器，其中为了节能，加速度计(或其他惯性传感器)的输出信号仅用于“唤醒”轮胎温度测量和/或轮胎压力测量(其中“唤醒”还包括使轮胎温度和/或轮胎压力的测量较之基础待机测量频率而言相对更频繁)。通常，加速度计(或其他惯性传感器)产生的信号不用于其他目的，即不被分析或处理、特别是不被分析或处理以导出有关轮胎变形的信息。相对地，根据本发明的实施例，加速度计(或其他惯性传感器)的输出信号被用作描述所述的轮胎变形的至少一个量的度量(以低采样频率采样)并且被统计分析或处理，以导出描述轮胎变形的参数。

在第二方面中，本发明涉及一种控制其上装配有至少一个轮胎的车辆的方法，该方法包括：

·通过上述用于监测轮胎的方法估算与所述轮胎相关的至少一个参数；

·将与所述轮胎相关的所述至少一个参数传达给车辆控制***；

·基于与所述轮胎相关的估算的所述参数来调整所述车辆控制***内的至少一个车辆控制参数。

替代地，例如，通过在例如车辆仪表板上或在车辆驾驶员的移动个人设备(例如智能手机或平板电脑)上提供听觉和/或视觉警报可以将一个与轮胎相关的所述参数传达给驾驶员。

在第三方面中，本发明涉及一种用于监测车辆的轮胎的***，该***包括适于与所述轮胎相联的监测单元。

监测单元包括至少一个感测元件，所述感测元件适于测量至少一个描述所述轮胎的变形的量。

该***进一步包括至少一个处理单元，该处理单元包括软件模块，所述软件模块适于在所述轮胎被装配到车辆的车轮上并且所述车辆***作以引起所述轮胎在滚动表面上旋转时估算与所述轮胎相关的至少一个参数。由于所述装配和操作，所述轮胎发生变形以便在所述轮胎和所述滚动表面之间形成接触区域。

该***的软件模块适于在所述轮胎旋转期间在一定时间段内以低于约1.5kHz、优选地低于约1kHz的采样频率测量所述量。

对于所述量的每次测量，所述软件模块还适于确定所测量的量是否具有代表所述监测单元的与所述接触区域相对应的通过的值，以便获得在所述时间段内所述监测单元的与所述接触区域相对应的通过的第一数目。

软件模块还适于基于所述第一数目、所述采样频率和所述时间段来估算与所述轮胎相关的所述至少一个参数。

软件模块还优选地适于将与所述轮胎相关的估算的所述至少一个参数提供给控制***的至少一个接口，所述控制***被构造为基于估算的所述至少一个参数来执行对所述轮胎的监测。

可以在包括在监测单元内的处理单元中实施上述软件模块的至少一些(例如，作为固件模块)。适于估算与所述轮胎相关的至少一个参数的软件模块可以在控制单元中实施，该控制单元安装在或将要安装在轮胎的外部，例如车辆上和/或在车辆驾驶员的个人设备(例如智能手机或其他便携式设备)上。

在第四方面中，本发明涉及一种车辆，该车辆具有装配在其上的至少一个轮胎，该车辆包括：用于监测所述至少一个轮胎的***，该***包括如上所述的监测单元；以及车辆控制***，其适于控制所述车辆。

监测单元包括适于在所述至少一个轮胎之外进行数据通信的传输单元。这样的数据至少包括通过的所述第一数目和/或与所述轮胎相关的估算的参数。

用于监测所述轮胎的***适于将所述估算的参数传达给所述车辆控制***。车辆控制***适于基于与所述轮胎相关的所述估算的参数来调整至少一个车辆控制参数。

用于监测轮胎的***和车辆控制***可以在彼此通信的完全独立的设备中实施，例如，一控制单元与置于轮胎内的监测单元进行无线通信，并且还与车辆控制***进行通信(通过无线通信或使用车辆上可用的通信总线，例如CAN总线)。

但是，用于监测轮胎的***和车辆控制***也可以至少部分地在相同的设备中实施，例如在与放置在轮胎内的监测单元通信(无线)的车载计算机中实施。

在第五方面中，本发明涉及一种适于与轮胎相联的监测单元。

监测单元包括至少一个感测元件，所述感测元件适于测量至少一个描述所述轮胎的变形的量。

监测单元还包括至少一个处理单元，该处理单元包括软件模块，所述软件模块适于在这样的情况中在所述轮胎的旋转期间在一定时间段内以低于约1.5kHz(优选地低于约1kHz)的采样频率测量所述量：所述情况为所述轮胎被装配到车辆的车轮上并且所述车辆***作以使得所述轮胎在滚动表面上旋转，并且其中，由于所述装配和操作，所述轮胎变形以在所述轮胎和所述滚动表面之间形成接触区域。

对于所述量的每次测量，监测单元的软件模块还适于确定所测量的量是否具有表示所述监测单元的与所述接触区域相对应的通过的值，以便获得在所述时间段内所述监测单元的与所述接触区域相对应的通过的第一数目。

监测单元优选地包括传输单元。软件模块适于通过所述传输单元向所述轮胎外部的控制单元传达通过的所述第一数目或基于通过的所述第一数目、所述采样频率和所述时间段估算的与所述轮胎相关的至少一个参数。

监测单元的软件模块可以例如实施为处理单元的固件模块。

在第六方面中，本发明涉及一种包括上述监测单元的轮胎。监测单元可以有利地固定至轮胎的胎冠部分，优选地固定至轮胎的内表面。

在第七方面中，本发明涉及为了监测车辆的轮胎而使用监测单元的加速度计或其他惯性传感器，该监测单元包括轮胎温度传感器和/或轮胎压力传感器，其中，加速度计或其他惯性传感器以低采样频率运行。通常，在这种监测单元中，当轮胎开始旋转时，加速度计(或其他惯性传感器)的输出信号用于触发轮胎温度和/或轮胎压力测量。当轮胎开始旋转时触发轮胎温度和/或轮胎压力测量还可以包括使轮胎温度和/或轮胎压力测量比轮胎不旋转时的基础待机测量频率相对更频繁。相对地，根据本发明的第七方面，以低采样频率操作的加速度计(或其他惯性传感器)的输出信号被用作描述当轮胎在滚动表面上的滚动期间，轮胎的变形的至少一个量的度量(以低采样频率采样)，并被分析以导出当轮胎在滚动表面上的滚动期间，关于轮胎的变形的信息。

优选地，对于所述量的每次测量，确定所测量的量是否具有表示所述监测单元的与轮胎和滚动表面接触的接触区域相对应的通过的值，以便获得在一定时间段内所述监测单元的与所述接触区域相对应的通过的第一数目。

优选地，基于所述第一数目、所述时间段和所述采样频率来估算与轮胎相关的至少一个参数。可以基于估算的所述至少一个参数来执行对所述轮胎的监测。

在第八方面中，本发明涉及一种监测车辆轮胎的方法。

所述方法包括：

﹣使得监测单元与所述轮胎相联，所述监测单元包括加速度计或其他惯性传感器，以及轮胎温度传感器和/或轮胎压力传感器，其中，所述加速度计或其他惯性传感器以低采样频率操作，

﹣以在低采样频率下操作的加速度计或其他惯性传感器的输出信号作为描述当轮胎在滚动表面上滚动期间，轮胎的变形的至少一个量的以低采样频率采样的测量结果，

﹣分析所述输出信号，以导出关于当轮胎在滚动表面上滚动期间的轮胎的变形的信息。

优选地，所述分析包括，对于所述量的每次测量，确定所测量的量是否具有代表所述监测单元的与轮胎和滚动表面接触的接触区域相对应的通过的值，以便获得在一定时间段内所述监测单元的与所述接触区域相对应的通过的第一数目。

优选地，分析包括：

﹣基于所述第一数目、所述时间段和所述采样频率估算与轮胎相关的至少一个参数，以及

﹣基于估算的所述至少一个参数来监测所述轮胎。

在上述方面中的一个或多个中，本发明可以包括以下优选特征中的一个或多个。

监测单元的期望的操作采样频率取决于车速和/或轮胎转速。对于实时或基本实时的轮胎监测而言，优选地使用介于40km/h至100km/h范围内的车速。在这样的速度下，对于要在相当长的时间段内执行统计分析的期望采样频率可能高达约1kHz至1.5kHz。

在优选实施例中，所述采样频率低于大约750Hz。优选地，采样频率高于大约50Hz，更优选地高于大约150Hz。

更优选地，所述采样频率包括在150Hz至600Hz的范围内。

采样频率越低，监测单元的功耗越低；可以选择优选的采样频率范围，以为了确保对于典型车速(例如，对于时速可达100km/h的车速)，在至少每两次轮胎往返行程的加速度测量中平均存在至少一个采样点，所述采样点代表监测单元的与接触区域相对应的通过。

更优选地，可以选择采样频率范围，以为了确保对于典型车速(例如时速可达100km/h的车速)，在每个轮胎往返行程的加速度测量中平均至少存在0.75个采样点，所述采样点代表监测单元的与接触区域相对应的通过。

甚至更优选地，可以选择采样频率范围，以为了确保对于典型车速(例如，对于时速可达100km/h的车速)，在每次轮胎往返行程的加速度测量中平均至少存在一个采样点，所述采样点代表监测单元的与接触区域相对应的通过。

可以执行描述轮胎变形的物理量的测量，以便获得所述量的测量序列。在优选实施例中，可以从所述序列中提取代表所述监测单元的与所述接触区域相对应的通过的测量集，以便获得上述通过的第一数目。

为了获得通过的第一数目，可以在监测单元内处理所述测量序列(使用适当的软件/固件模块)或者将其传输到与监测单元相关联/监测单元固定到其上的轮胎外部的控制单元。

优选地，可以基于所述采样频率和所述时间段来确定测量的总数目。

特别地，可以将所述测量的总数目作为所述采样频率和所述时间段的乘积来获得。这样可以节省监测单元的内存(即数据存储容量)和/或缩短计算时间。

可以优选地基于所述测量/通过的第一数目和所述测量的总数目(例如，基于第一数目与总数目的比率)来执行对所述至少一个参数的估算。

本申请人还发现，可以通过在关闭时间期间中断对所述量的测量来进一步优化监测单元的功耗，以便进一步降低功耗并且延长电池寿命。

这通过确定“虚拟”测量的第二数目是可行的，这些“虚拟”测量应该在所述关闭时间期间执行，但实际上并不执行，可以根据采样频率和关闭时间来估算所述“虚拟”测量的第二数目，例如所述“虚拟”测量的第二数目为所述采样频率和所述关闭时间的乘积。

测量的总数目因此可以由实际测量(包括测量/通过的第一数目)的数目和所述虚拟测量的第二数目的总和组成。

关闭时间的持续时间低于用于整个测量的时间段并且可以这样选择，使得在关闭时间期间执行的实际测量将仅包括代表所述监测单元的在接触区域之外的通过的采样点。以这种方式，由于这种“虚拟”采样点对于监测单元的与接触区域相对应的通过的第一数目没有贡献，并且能够基于采样频率和关闭时间的持续时间来确定，因此可以避免实施实际测量，以节能。

优选地，所述关闭时间可以设置在往返行程时间的三分之一和四分之三之间的范围内。

在优选实施例中，在所述监测单元的与所述接触区域相对应的通过相关的测量至少发生一次之后，可以中断描述轮胎的变形的物理量的测量。

然后在关闭时间之后再次开始所述量的测量。在更优选的实施例中，可以通过发生表示所述监测单元的与所述接触区域相对应的通过的测量和表示所述监测单元的在所述接触区域之外的通过的接连测量来触发对所述量的测量的中断。以这种方式，减少了在所述关闭时间内包括代表所述监测单元的与所述接触区域相对应的通过的采样点的机会。

在另一个优选实施例中，可以响应于所述轮胎的转速的变化来调整所述关闭时间。以此方式，可以进一步优化功耗并且可以进一步减少在所述关闭时间内包括代表所述监测单元的与所述接触区域相对应的通过的采样点的机会。

轮胎转速的变化可以通过轮胎外部的控制单元传达给监测单元，或者可以由监测单元本身检测，例如基于所述监测单元的与接触区域相对应的连续两次通过之间的时间差检测。

在优选实施例中，通过限定阈值并将测量的所述量的值与所述阈值进行比较，来确定描述轮胎变形的测量的量是否具有代表所述监测单元的与所述接触区域相对应的通过的值。

例如，在径向加速度曲线的情况中，阈值可以设置为V²/(2R)，其中，V是车速，R是轮胎半径。换句话说，可以考虑仅将径向加速度的绝对值小于在接触区域外部的旋转期间、监测单元所承受的向心/离心加速度的一半的那些采样点作为代表监测单元的与接触区域相对应的通过。

应当理解，如果代替径向加速度使用描述轮胎变形的其他量，则阈值和比较标准(低于或高于阈值的值)可以相应地变化。

在另一优选实施例中，可以在开始测量所述量之前将阈值设置为初始值，然后例如可以响应所述轮胎的转速的变化而调整所述阈值。

阈值与轮胎转速的匹配可以减少在确定样本是否代表监测单元的与接触区域相对应的通过时可能出现的错误，从而最终提高了与轮胎相关的参数的估算的精确性和准确性。

例如，当测量的所述量是径向加速度时，所述阈值的绝对值随着轮胎转速增加而增加，随着轮胎转速降低而降低。

在另一优选实施例中，至少阈值的初始值从所述轮胎外部的控制单元被传达给监测单元。

对于那些硬件复杂度较低且包括执行对描述轮胎变形的量的测量所需的最少硬件数量的监测单元而言，这尤为方便。在这种情况下，部分处理可以在所述轮胎外部的控制单元的处理单元中执行，其中，数据被传输到所述处理单元。

在另一个优选实施例中，控制单元不仅传达阈值的初始值，而且还传达所述阈值的后续值，所述阈值的后续值响应于轮胎转速的变化而被调整。

在优选实施例中，监测单元被固定到所述轮胎的胎冠部分，更优选地被固定到轮胎的内表面。

在优选的实施例中，监测单元包括至少一个感测元件，该感测元件适于至少测量所述胎冠部分在所述轮胎旋转期间的径向加速度。

将所述监测单元固定到轮胎的胎冠部分的接近或乃至嵌入到轮胎胎面处是有利的，这是因为其更容易测量描述轮胎变形的量，从而更精确地识别监测单元的与轮胎接触区域相对应的通过的发生。

如前所述，在轮胎滚动期间要监测的轮胎参数中，接触区域的长度是最难估算的参数之一，同时也是最有用的参数之一，原因在于其可以用于确定其他与轮胎相关的参数，例如车辆施加在轮胎上的载荷。

本申请人已经发现，通过使用前述统计方法，本文所述的发明特别适合于估算轮胎与轮胎滚动表面接触的接触区域的长度。测量的第一数目和测量的总数目(或其他数目，这些数目描述测量的整个统计集，其可从采样频率和时间段导出)可以直接用于估算发现监测单元与接触区域相对应的可能性。可以基于这些数目来获得接触区域的长度，例如所述长度为所述测量的第一数目和所述测量的总数目之间的比率与轮胎周长的乘积。

根据要估算的与轮胎相关的参数，将压力和/或温度感测元件包括在监测单元内是方便的。这最小化了硬件复杂性和/或消除了固定在轮胎的不同部分或车轮上的多个监测单元之间的通信需求。

如先前所强调的那样，本发明可以用于估算与轮胎相关的不同参数。在一优选实施例中，与所述轮胎相关的所述至少一个参数是由所述车辆施加在所述轮胎上的载荷。

轮胎压力以及接触区域的长度(PL)可用于估算轮胎载荷。例如，可以基于接触长度的多项式拟合函数，例如通过使用以下公式1)或公式2)从接触区域的长度计算车辆施加在轮胎上的载荷Fz：

Fz＝A(P)+B(P)*PL 1)

Fz＝A(P)+B(P)*PL+C(P)*PL² 2)

其中，P是轮胎压力，PL是接触区域的长度，A，B，C是取决于轮胎压力P的校准参数，所述校准参数的值可以通过对与监测单元相关联的轮胎模型执行的校准来获得。可以通过使用常规的测试机执行校准，在施加的载荷和转速的受控条件下以受控压力和温度充气的轮胎在该测试机的传送带上旋转。

在更优选的实施例中，可以基于接触长度(PL)的多项式函数，例如根据以下公式3)或公式4)由接触区域长度(PL)更精确地计算由车辆施加在轮胎上的载荷Fz，其中所述多项式函数的系数进一步取决于轮胎的压力、温度和转速：

Fz＝A(P，ω，T)+B(P，ω，T)*PL 3)

Fz＝A(P，ω，T)+B(P，ω，T)*PL+C(P，ω，T)*PL² 4)

其中，P是轮胎压力，T是轮胎温度，PL是接触区域的长度，ω是轮胎转速，A(P，ω，T)、B(P，ω，T)、C(P，ω，T)是取决于轮胎压力、轮胎转速和轮胎温度的校准参数。

本申请人还注意到，如果以在测量过程中作用在轮胎上的运动和/或动态条件不经历显著变化、即静态或准静态运行条件下的方式实施本发明，则本发明将产生更精确的结果。

在优选的实施例中，当满足以下访问条件中的至少一个时，开始对描述轮胎变形的量的测量：

﹣所述车辆的速度包括在预定速度范围内，优选地在大约40km/h和大约100km/h之内，更优选地在大约60km/h和大约80km/h之内

﹣所述车辆的纵向加速度(即，在与车辆的运动方向相同的方向上的加速度)的绝对值小于预定量，优选地低于约0.3m/s²。

在更优选的实施例中，可以提供要满足的另一访问条件，通过该访问条件，所述车辆的侧向加速度(即，在垂直于车辆运动方向的方向上的加速度)的绝对值小于预定量，优选低于约0.3m/s²。

如先前所讨论的那样，本发明依赖于在一定时间段内由轮胎在滚动期间执行的多次轮胎往返行程的期间内所获得的测量的统计集的累积。

在优选实施例中，本发明还包括：当所述时间段超过预定的最大时间段时，停止对描述轮胎变形的量的测量。优选地，所述最大时间段可以介于约5秒和约30秒之间，更优选地，所述最大时间段介于约10秒和约20秒之间。

因此，值得注意的是，本发明使得能够以快速和简单的方式实时或基本实时地监测与轮胎相关的参数。

可以定义其它停止条件，例如，可以跟踪运动或动态条件正在改变或已经改变成与车辆控制***所要求的准确度不兼容的程度。

例如，在优选实施例中，本发明还包括：当满足以下停止条件中的至少一个时，停止对所述量的测量：

﹣所述车辆的纵向加速度的绝对值超过预定的加速度阈值，优选地，所述预定的加速度阈值为约0.3m/s²。

﹣所述车辆的速度在预定的速度范围之外，优选地低于约40km/h或优选地高于约100km/h。

可以提供要满足的另一停止条件，其中，所述车辆的侧向加速度的绝对值高于预定量，优选地，所述车辆的侧向加速度的绝对值高于约0.3m/s²。

在其他实施例中，上述停止条件中的一个或多个可以用于抛弃所执行的测量的至少一个子集。例如，可以由监测单元在预定的时间段内执行测量，并且如果评估为在所述预定的时间段内已经满足上述停止条件中的一个或多个，则抛弃测量的整个集并且不估算与轮胎相关的一个或多个参数。

实施本发明的方法的监测单元可以包括发射和/或接收部分，以与在所述轮胎外部的控制单元进行通信。

测量结果和/或估算的与轮胎相关的参数的结果可以通过监测单元传达给控制单元。然后可以将那些数据传达给车载设备，使得可以将所有检测到的信息提供给驾驶员和/或车辆控制***。

与轮胎相关的信息也可以被传输到车辆外部，例如，传输到一个或多个驾驶员的个人设备或远程服务器(例如云服务器)。

如前所述，车辆控制***可以使用算的与轮胎相关的至少一个估参数来调整至少一个车辆控制参数。

作为示例，车辆控制***可以包括制动控制***，并且所述调整至少一个车辆控制参数可以包括调整作用在所述轮胎上的制动力(例如，基于估算的接触区域长度或基于估算的载荷)。

替代地或组合地，车辆控制***可以包括转向控制***，并且所述调整至少一个车辆控制参数可以包括从转向命令中选择允许的最大变化量(例如，基于估算的接触区域长度或者基于估算的载荷)。

替代地或组合地，车辆控制***可以包括悬架控制***，并且所述调整至少一个车辆控制参数可以包括调整与所述轮胎相联的悬架弹簧的刚度(例如，基于估算的载荷)。

替代地或组合地，车辆控制***可以包括车辆可行驶里程、即车辆可用的剩余里程的评估器(例如，基于可用燃料和/或电动车辆中的可用电池电力)，并且所述调整至少一个车辆控制参数可以包括调整所述剩余里程(例如基于估算的载荷)。

替代地或组合地，可以例如通过提供可听和/或可见警报，例如通过在例如车辆仪表板或在车辆驾驶员的移动个人设备(例如智能手机或平板电脑)上提供可听和/或可见警报来将估算的与轮胎相关的所述至少一个参数传达给车辆驾驶员。

附图说明

参照附图阅读从以下对本发明的一些优选实施例的描述中，本发明的上述以及其他特征和优点将变得更加显而易见，以下描述是为了示例性和非限制性的目的，在附图中：

·图1示出了以5kHz采样频率测量的三个连续轮胎往返行程的径向加速度分布图与时间的关系。

·图2放大了图1的加速度分布图中一个峰值附近的图1的细节。

·图3示出在250Hz采样频率下测量的三个连续轮胎往返行程的径向加速度与时间的关系。

·图4示出了在250Hz采样频率下测量的大量连续轮胎往返行程的径向加速度与时间的关系。

·图5示出了装配在轮胎中的监测单元。

·图6示出了根据本发明实施例的监测单元的方案。

·图7示出了根据本发明的实施例的包括轮胎监测***和车辆控制***的车辆的方案。

·图8示出了根据本发明的实施例的控制单元的方案。

·图9示出了利用根据本发明的方面的方法使用5kHz传感器获得的接触区域长度的长度测量结果(PL测量(PLMeas))与使用250Hz传感器获得的接触区域长度的长度测量结果(PL原始(PLRaw))之间的比较。

·图10A示出了通过根据本发明的一方面的方法估算的载荷与利用测力计套管对车辆前轴的右轮(FR)实施的直接参考测量结果的比较。

·图10B示出了通过根据本发明的一方面的方法估算的载荷与利用测力计套管对车辆后轴的右轮(RR)实施的直接参考测量结果的比较。

具体实施方式

参照图5，其示出了轮胎(1)的一部分，该轮胎包括监测单元(2)，所述监测单元适于构造为以低采样频率(例如，低于1﹣1.5kHz)工作。

所述监测单元(2)固定到所述轮胎(1)的胎冠部分，优选地，基本对应于轮胎的赤道面。特别地，监测单元(2)可以通过粘合带胶合或连接到轮胎的内衬里。

参照图6，监测单元(2)包括感测部分(10)、电池(8)、与存储器相关联的处理单元(或CPU)(6)、收发器(7)、天线(9)。

监测单元(2)可以是相对便宜的(如上文所定义的“由轮胎旋转触发的监测单元”)，并且目前可从市场上获得(例如，由NXP Semiconductors生产的轮胎压力监测感测单元型号FXTH87)，所述监测单元通常包括温度和/或压力传感器以及加速度计或其他惯性传感器，所述加速度计或其他惯性传感器的输出信号仅用于“唤醒”轮胎温度和/或轮胎压力测量(其中“唤醒”还包括使得对轮胎温度和/或轮胎压力的测量要比基础待机测量频率相对更频繁)，即，所述加速度计或其他惯性传感器为以低采样频率运行的加速度计，以为了节能，以便在车辆静止时(例如，在停车期间)节能。根据本发明的实施例，在这种低频操作的监测单元上可用的加速度传感器或其他惯性装置用于检测轮胎变形，即，加速度传感器(或其他惯性装置)的输出信号被分析、或处理，以得出有关轮胎的变形的信息。

特别地，监测单元(2)的感测部分(10)包括加速度计(3)，特别是径向加速度计，其在监测单元(2)内定向成以便具有与轮胎的内表面基本正交的轴线。加速度计(3)被构造成输出加速度测量结果，该加速度测量结果描述了所述轮胎(1)在滚动期间经历的沿着径向方向的变形。可以使用适合于测量描述轮胎的变形的物理量的其他感测元件，例如切向加速度计、侧向加速度计、应变仪等。

所述监测单元(2)的感测部分(10)还包括压力传感器(4)，所述压力传感器被构造为输出所述轮胎(1)内部的压力的测量结果。监测单元(2)的感测部分(10)还包括温度传感器(5)，该温度传感器被构造为输出所述轮胎(1)的温度的测量结果。

加速度计(3)被构造为在低采样频率下操作并输出触发信号，该触发信号用于触发通过压力传感器(4)和温度传感器(5)实施的轮胎压力测量和温度测量。根据本发明的实施例，将由加速计(3)输出的描述所述轮胎(1)在滚动期间在径向方向上经历的变形的加速度的在低采样频率下的测量结果提供给中央处理单元CPU(6)。

中央处理单元CPU(6)构造成通过适当的软件/固件模块从感测部分(10)接收与由径向加速度计(3)以及温度传感器和压力传感器(4，5)执行的测量有关的数据。CPU(6)还被构造为通过合适的软件/固件模块处理从所述温度传感器和压力传感器和加速度计(3，4，5)接收的数据，以为了从所述数据获得与轮胎相关的参数(例如与轮胎滚动表面接触的轮胎接触区域的长度和/或施加在轮胎上的载荷)。替代地，CPU(6)可以被构造为通过适当的软件/固件模块以在一定程度上处理所述数据，即，仅执行部分处理，然后通过收发器(7)和天线(9)将处理结果发送到外部控制单元，以完成处理以获得所述与轮胎相关的参数。CPU(6)还可以通过适当的软件/固件模块构造成从外部控制单元接收访问和/或停止条件。访问条件可以由CPU(6)用作触发器，以命令感测部分(10)开始用于估算与轮胎相关的参数所需的测量，和/或开始用于估算与轮胎相关的参数所需的处理。停止条件可以由CPU(6)用作触发器，以停止或暂停由感测部分(10)执行的测量，和/或停止或暂停用于估算与轮胎相关的参数所需的处理。

收发器部分(7)被构造用于经由RF天线(9)与外部控制单元进行双向通信，该外部控制单元被特别构造成用于与包括在车辆的轮胎内的监测单元(2)进行通信。可替代地，收发器部分(7)可以经由RF天线(9)与车辆控制***(例如，车载计算机)直接通信。在优选实施例中，收发器(7)包括蓝牙低功耗(BLE)模块。

电池(8)直接或间接将电能提供给监测单元(2)的各个部件。在优选实施例中，所述电池可以是可充电的电池，其能够由从轮胎旋转产生的机械能中提取的能量再充电。

图7示意性地示出了用于监测轮胎的***的实施例。该***在装配有四个轮胎(1)的车辆(100)中实施，每个轮胎均包括相应的监测单元(2)。车辆(100)可以是例如汽车。然而，本发明还应用于其他种类的车辆，例如两轮或三轮车、摩托车、拖拉机、公共汽车、卡车或轻型卡车，即，具有分布在两个或三个车轴上的两个、三个、四个、六个或更多车轮的车辆。车辆(100)可以由电力驱动或依靠热推进来驱动或者可以是混合动力车辆。

监测单元(2)与控制单元(11)通信。控制单元(11)与车辆控制***(12)通信，该车辆控制***被构造为基于由监测单元(2)和/或控制单元(11)估算的与轮胎相关的参数来调整车辆控制参数。车辆控制***(12)可以是车辆(100)的控制板计算机和/或为被构造成用于调整所述车辆控制参数中的至少一个的子***(例如，悬架控制子***、制动控制子***、转向控制子***、被构造为用于估算车辆的剩余里程的模块)。

通常，监测单元(2)和控制单元(11)之间的通信是无线通信(例如，蓝牙通信)。控制单元(11)和车辆控制***(12)之间的通信可以是无线和/或有线的(例如在CAN BUS上)。在其他优选实施例中，控制单元(11)可以是在车辆控制***(12)中实施的软件模块的硬件。

控制单元(11)相对于轮胎(1)处于外部，其中，监测单元(2)被固定。所述控制单元(11)可以位于监测单元(2)发送的无线(例如，蓝牙)信号可达的车辆中的任何地方。

例如，外部控制单元(11)可以是附接到车辆挡风玻璃的盒。在另一个实施例中，外部控制单元(11)可以是车辆驾驶员的移动个人设备(例如，智能电话或平板电脑)，其配备有适当的软件应用程序/模块，该软件应用程序/模块被构造成至少用于与监测单元(2)通信以及用于处理从监测单元(2)接收的数据。

图8示意性地示出了适合于图7的用于监测轮胎的***的控制单元(11)的实施例。控制单元(11)包括GPS单元(13)、收发器部分(14)、RF天线(15)、车辆控制***(12)的接口(16)、电池(17)、与存储器相关联的处理单元(18)。

在图8所示的优选实施例中，控制单元(11)包括GPS单元(13)。可替代地，控制单元(11)可以使用由外部GPS单元(例如，车辆上或车辆驾驶员的移动个人设备(例如，智能手机或平板电脑)上的GPS单元)提供的数据。

控制单元(11)的收发器部分(14)被构造用于经由RF天线(15)与监测单元(2)双向通信。在优选实施例中，收发器部分(14)包括蓝牙低功耗(BLE)模块。

接口(16)可以是适于与车辆控制***(12)进行双向通信的CAN BUS接口。

电池(17)直接或间接地向控制单元(11)的各个部件馈送电力。在其他实施例中，控制单元(11)可以经由接口(16)由车辆电池供电。

控制单元(11)的处理单元(CPU)(18)被构造为通过合适的软件/固件模块从包括在轮胎内的监测单元(2)接收数据。这样的数据可以包括由监测单元(2)估算的轮胎参数或者由监测单元(2)执行的测量结果或者由监测单元(2)对所述测量结果进行的部分处理的结果。CPU(18)还被构造为通过合适的软件/固件模块来处理这样的数据，以为了估算至少一个与轮胎相关的参数。CPU(18)还可以构造成通过适当的软件/固件模块来监测被用来触发开始和/或停止/暂停与轮胎相关的参数(多个与轮胎相关的参数)的估算的访问和/或停止条件，和/或可能会抛弃在不满足那些访问条件的时间间隔内发生的采集期间执行的那些测量。

最终，是否在监测单元(2)和外部控制单元(11)之间分配处理以进行对与轮胎相关的参数的估算的选择是要平衡的几个约束之间的权衡，所述约束为例如：硬件复杂性、电池消耗、成本、监测单元的CPU可用的处理能力等。在图8所示的优选实施例中，最终使得由监测单元(2)的CPU和/或由控制单元(11)的CPU估算的一个或多个与轮胎相关的参数通过接口(16)可用于车辆控制***(12)。

在示例性操作模式中，使装配至车辆(100)的车轮的每个轮胎(1)在滚动表面上旋转。作为装配的结果，轮胎变形以在轮胎(1)和滚动表面之间形成接触区域。包括在轮胎(1)中的每个监测单元(2)优选地与所述轮胎配对，即，轮胎的识别信息(例如，轮胎标识符、轮胎尺寸、轮胎模型、轮胎半径等)被存储在与各个监测单元(2)的CPU(6)相关的存储器内。

可以通过包括在轮胎(1)中的监测单元(2)以离散的时间间隔(例如，每30秒)或在轮胎滚动期间的任何时间处根据所述控制单元(11)的请求来执行压力和温度测量。当轮胎开始旋转时或者根据来自外部控制单元(11)或车辆控制***(12)的请求，可以基于加速度计(3)发送的信号触发压力和温度测量的开始。

控制单元(11)基于GPS数据监测车辆状态。

当车辆(100)的速度在40km/h和100km/h之间(或更优选地在60km/h和80km/h之间)和/或当纵向加速度的绝对值小于0.3m/s²时，控制单元(11)确定满足访问条件并与监测单元(2)中每一个通信，以开始测量代表轮胎变形的所选物理量，例如径向加速度，以为了开始估算至少一个与轮胎相关的参数。另外的访问条件可以基于检查车辆的侧向加速度绝对值小于0.3m/s²。

控制单元(11)进一步将车辆的速度V传达给监测单元(2)中的每一个，使得所述监测单元(2)可以设置用于加速度的初始绝对值阈值，例如，V²/(2R)，其中R为轮胎半径。可替代地，控制单元(11)可以将所述阈值的初始值传达给所述监测单元(2)。

控制单元(11)还可以传达要分配给测量的时间段或要执行的测量的总数目。时间段或测量的总数目也可以直接存储在每个监测单元(2)的软件/固件中。特别地，时间段应长到足以涵盖目标车速下的多个完整轮胎往返行程。例如，时间段可以是若干秒(例如10秒)。

当开始测量时，在低于1﹣1.5kHz(例如250Hz)的低采样频率下测量径向加速度。优选地，在所分配的时间段内执行至少一千次的总数目的测量。例如，在250Hz条件下工作的监测单元将在10秒内执行2500次的总数目的测量。

在径向加速度的测量期间，将每个测量结果的值与所述阈值进行比较，以为了确定每个样本值是否可以被视为代表监测单元的与轮胎和滚动表面之间的接触区域相对应的通过。

在这种特定情况下，将初始阈值设置为0.5*V²/R，绝对值低于所述阈值的径向加速度样本将被视为代表所述监测单元的与所述接触区域相对应的通过。实际上，只要监测单元保持与接触区域相对应，则径向加速度就基本为零，这是因为监测单元在基本直线的路径上局部移动。

可以响应于所述轮胎(1)的转速的变化而改变初始设置为V²/(2R)的阈值。更新的阈值可以由所述外部控制单元(9)传达到所述监测单元(2)中的每一个或者可以由每个监测单元(2)本身计算。

在后一种情况下，可以通过基于连续的值或值的组之间的时间间隔低于设定阈值而估算往返行程时间，以在每个监测单元(2)中从内部对轮胎(1)的转速进行估算。估算的往返行程时间用于获得轮胎转速和/或更新的车辆速度，其可用于更新阈值。

可以逐个样本地确定样本是否可以被认为是代表监测单元(2)的与接触区域相对应的通过。可替代地，可以获得测量结果的序列，然后从所述序列中提取具有代表所述监测单元(2)的与所述接触区域相对应的通过的值的测量结果集。

在上述两种情况下，通过监测单元(2)的CPU对代表监测单元(2)的与接触区域相对应的通过的值的出现进行计数，以获得所述监测单元(2)的与所述接触区域相对应的通过的第一数目。优选地，还通过对执行的测量进行计数来确定测量的总数目。可替代地，可以直接获得测量的总数目，其为所述采样频率和所述时间段的乘积或者为时间段与采样周期(即，采样频率的倒数)之间的比率的乘积。

所述通过的第一数目可以被监测单元(2)用来估算至少一个与轮胎相关的参数或者可以被传达给所述外部控制单元(11)或直接传达给车辆控制***(12)。

特别地，该第一数目可用于确定在特定时间处，所述监测单元(2)与接触区域相对应的概率，该概率例如可被计算为所述第一数目和所述测量的总数目(在此示例中为2500次测量)之间的比率。

可替代地，可以将所述概率计算为监测单元(2)的与接触区域相对应花费的时间(即，测量的第一数目与采样频率之间的比率，或者是测量的第一数目和采样周期的乘积)和执行测量的所述时间段(在此示例中为10秒)之间的比率。

为了确定测量的总数目，实际上没有必要在每个采样周期真实执行和/或计数径向加速度测量。在轮胎往返行程内实施的在监测单元(2)必然不与接触区域相对应时的测量可以被跳过并由实际上并未执行的“虚拟测量”代替。在这种情况下，将测量的总数目确定为所执行的实际测量的数目与虚拟测量的数目之和。有利地，这可以使得大大节省监测单元(2)的电池(8)用于估算至少一个与轮胎相关的参数的能量，从而最终延长了其电池(8)的寿命。

监测单元(2)的CPU(6)因此可以被构造为通过合适的软件/固件模块在包括在所述监测单元的与所述接触区域相对应的两个连续的通过之间的关闭时间期间(即，在往返行程的所述接触区域之外)关闭对径向加速度值的测量。这样的软件/固件模块还被构造用于基于采样频率和所述关闭时间来确定虚拟测量的数目(即，未实际执行的测量的数目)。

这在监测单元(2)计算两次连续往返行程之间发生的时间的实施例中特别方便。在这种情况下，所述关闭时间可以优选地设置在往返行程时间的三分之一和四分之三之间的范围内。

在分配给径向加速度测量的最大时间段结束时，外部控制单元(11)与每个监测单元(2)通信，以停止加速度测量并传达其结果，例如所述测量的第一数目。

可替代地，当满足某些停止条件时，例如如果车速超出预定速度范围或者如果纵向加速度的绝对值超过预定的加速度阈值，则所述外部控制单元(9)可以与每个监测单元(2)通信以停止测量。

可替代地，在最大时间段结束时，或者在前述实施例中(其中，所述监测单元(2)可以估算车速)，当旋转/车速或纵向加速度中的至少一个处于预定范围之外时，监测单元(2)本身可以停止加速度测量。

一旦加速度测量结束，以下量可用于轮胎监测***以估算与轮胎相关的参数：在为测量分配的时间段期间，所述监测单元的与接触区域相对应的通过的第一数目；(实际的和可能是虚拟的)测量的总数目，或根据采样频率和分配的时间段计算出的对应值；轮胎压力和/或温度。

基于这样的数据，可以估算至少一个与轮胎相关的参数。

在优选实施例中，可以估算接触区域的长度和/或施加在轮胎(1)上的载荷。

如先前所讨论的那样，与轮胎相关的参数可以由所述监测单元(2)、或由外部控制单元(11)或由车辆控制***(12)估算。

例如，监测单元(2)的CPU(6)可以处理加速度数据并且将代表每个监测单元的与接触区域相对应的通过的测量的第一数目N1、测量(实际测量和可能虚拟测量)的总数目N2、轮胎压力和温度的值发送给外部控制单元(11)。然后，控制单元(11)的CPU(18)可以基于这样的数据来估算接触区域的长度和/或施加在轮胎上的载荷。

特别地，基于以采样频率在上述时间段中执行的测量的组是一个统计集这一事实，比率N1/N2对应于在滚动期间的某个时间处，发现每个监测单元与相应轮胎的接触区域对应的概率p。

然后可以通过使用以下公式基于轮胎周长和概率p估算接触区域的长度PL：

PL＝2πRp＝2πRN1/N2

其中，R是轮胎的半径(例如，滚动半径)。

然后，可以使用轮胎压力和接触区域的长度PL来估算施加在轮胎上的载荷。

例如，可以基于接触区域长度的多项式拟合函数，例如使用上述公式由接触区域的估算长度PL来计算车辆施加在轮胎上的载荷Fz：

Fz＝A(P)+B(P)*PL

Fz＝A(P)+B(P)*PL+C(P)*PL²

其中，P是轮胎压力，PL是接触区域的长度，A、B、C是取决于轮胎压力P的校准参数，其值可以通过对与监测单元相关联的轮胎型号执行的校准来获得。可以通过使用常规测试机来执行校准，在受控压力和温度下，充气的轮胎在施加的载荷和转速的受控条件下在所述常规测试机的传送带上旋转。这样的校准系数A、B、C可以被存储在监测单元、控制单元的存储器中和/或被传达到车辆控制***。

在更优选的实施例中，可以基于接触长度PL的多项式函数，例如根据上述公式从接触区域长度PL更精确地计算由车辆施加在轮胎上的载荷Fz，其中，所述多项式函数的系数进一步取决于轮胎压力和转速：

Fz＝A(P，ω，T)+B(P，ω，T)*PL

Fz＝A(P，ω，T)+B(P，ω，T)*PL+C(P，ω，T)*PL²

其中，P是轮胎压力，PL是接触区域的估算长度，ω是轮胎转速，A(P，ω，T)、B(P，ω，T)、C(P，ω，T)是取决于轮胎压力、轮胎转速和轮胎温度的校准参数。

一旦已经估算了至少一个与轮胎相关的参数，就可以将其传递给车辆控制***(12)。

车辆控制***(12)可以通过基于由外部控制单元(11)接收或从所述监测单元(2)接收的估算轮胎参数调整至少一个车辆控制参数来执行车辆控制。例如，车辆控制***可以激活或调整最佳警报***和/或车辆动力学控制、制动、转向等。另外，关于车辆状态的信息或与轮胎相关的参数(压力、温度、接触区域长度、载荷)可以传达给驾驶员或者可以远程使用，即，例如在车辆外部传递给例如一个或多个驾驶员个人设备或云服务器。

在优选实施例中，车辆控制***(12)可以包括制动控制器(例如，防抱死制动单元)和/或转向控制器和/或悬架控制器和/或发动机控制器以及/或变速箱控制器。

例如，车辆制动控制***可以根据轮胎上的载荷来调整作用在每个轮胎上的制动力。

作为另一个示例，每个轮胎上的载荷均可以用于确定车辆稳定性包络并从转向命令中选择允许的最大变化。此信息可适用于转向控制***(电子辅助转向***)，以限制横摆率。

作为另一个示例，车辆悬架控制***可以根据轮胎上的载荷来调整每个轮胎的悬架弹簧的刚度。此外，可以通过主动侧倾控制***来补偿左装轮胎和右装轮胎之间感测到的不均匀载荷分配，该***目前使用感测到的侧向加速度来增加液压以移动稳定杆，以为了在转弯时消除车辆倾斜。

车辆的状况可以指示车辆的性能降低并且驾驶员应该限制他的驾驶动作。车辆控制***本身可以采取措施，例如为了限制最大车速以保持稳定性且不超过轮胎特性，或者为了限制转向横摆角速度以防止发生侧翻。可以根据需求在显示设备上向驾驶员警告当前的车辆控制***状况以及该车辆控制***代表他采取的用以保护车辆安全的动作(降低最大可达到的速度、转向率、发动机功率)。在同一显示设备上，还可以显示他是否应该自己采取进一步的行动(在轮胎超负荷而不符合轮胎当前的充气压力的情况下给轮胎充气、改变质量分布、限制驾驶操作和速度)。显示设备可以包括视觉和/或听觉单元，所述视觉和/或听觉单元例如位于车辆的仪表板中。

替代地或组合地，车辆控制***可以包括车辆可行驶里程(即，车辆可用的剩余里程)的评估器(例如，基于可用燃料和/或电动车辆的可用电池能量)，使得车辆控制***可以执行剩余里程的调整，例如基于估算的载荷执行剩余里程的调整。

示例

已经用不同的车辆和轮胎模型测试本发明的轮胎监测方法和***。

在第一示例中，已使用配备有倍耐力轮胎CARRIER 195/75R16型号的FIAT DAILY35C15轻型卡车。根据图5和图6所示的方案，该轻型卡车的所有六个轮胎都装有监测单元(2)。监测单元包括NXP Semiconductors生产的FXTH87型轮胎压力监测感测单元，其采样频率为250Hz并包括两轴加速度计。监测单元安装到轮胎中，以使两个轴中的一个与径向方向对准。

通过蓝牙与监测单元通信的控制单元已安装在汽车内。控制单元基于监测单元执行的测量来估算接触区域的长度。

同时，每个轮胎(1)还装配有高频操作的径向加速度传感器，以精确测量滚动期间每个轮胎接触区域的长度。

另一个传感器是高频加速度计，其工作频率为5kHz并且能够重建如图1所示的精确加速度信号，从所述精确加速度信号可以确定接触区域的长度，以用于与通过低频操作的监测单元实施估算的结果进行比较。

现在参考图9，其中示出了使用5kHz传感器获得的接触区域长度的测量结果(PL测量)和使用250Hz传感器测量的接触区域长度的测量结果(PL原始)的图。

该图示出了通过在施加在轮胎上的不同载荷、不同的轮胎充气压力、不同的车速的条件下进行测试所获得的接触区域长度的不同值。

对于每个测量点，已将PL原始计算为轮胎周长与在轮胎滚动期间在特定时间处发现监测单元(2)与接触区域相对应的概率(p)的乘积。如上所述，已经将所述概率(p)估算为测量的第一数目与在包含大量往返行程的时间段内执行的测量的总数目的比率。

图9显示了PL测量与PL原始之间的清晰的几乎线性的相关性。这意味着本发明的方法能够精确地估算与接触区域的实际长度基本成比例的量(PL原始)。如果接触区域的长度是要估算的与轮胎相关的参数，则量PL原始可以被计算，然后被用于存储的校准公式中(例如，存储在监测单元或控制单元的存储器中)，以用于获得接触区域的实际长度。

在第二示例中，通过使用配备有用于前轴的倍耐力轮胎型号PZERO 265/45R20和用于后轴的PZERO 295/40R20的Porsche Macan进一步测试了本发明的轮胎监测的方法和***。

所述汽车的所有四个轮胎均已按照图5和图6所示的方案安装了监测单元(2)。监测单元包括NXP Semiconductors生产的FXTH87型轮胎压力监测传感单元，其采样频率为250Hz并包括两轴加速度计。监测单元被安装到轮胎中，以使两个轴线之一与径向方向对准。

通过蓝牙与监测单元通信的控制单元已安装在汽车内。控制单元基于监测单元执行的测量来估算接触区域的长度和施加在轮胎上的载荷。该车还在前轴和后轴的右轮上都配备了测力计套管，以便为载荷估算提供参考比较。

在这种情况下，也可以通过使用PL原始代替先前讨论的公式1)、2)、3)或4)中的PL来使用量PL原始估算施加在轮胎上的载荷，其中，多项式函数的系数已针对测试中使用的轮胎型号进行了适当的校准。

参照图10A和图10B，其示出了通过本发明的方法估算的载荷与用测力计套管执行的直接参考测量结果的比较。

特别地，图10A报告了前轴右轮(FR)的比较，而10B报告后轴右轮(RR)的比较。

图10A和图10B中的每个圆圈表示使用在250Hz的频率下在10秒内执行的相应测量，即，使用总数目为2500的采样点基于本发明的方法的载荷估算。

每个测量结果与使用测力计套管在相同的10秒时间范围内进行的测量结果(这些测量在图10A和图10B中用三角形表示)进行比较。

两种方法均已将载荷测量重复了15次。

在本发明的方法的结果与基于测力计套管的参考结果之间发现了基本的一致。

为了进一步提高本发明的方法的准确性，已经计算了15次测量结果的平均负荷值。这在图10A和图10B示出，其中分别用连续的水平线示出了本发明的方法的情况而用虚线水平线示出了测力计套管参考方法的情况。

对于前轴的右轮，通过本发明的方法估算的平均值为627kg，与其相比，通过利用测力计套管的参考方法获得的平均值为620kg。

对于后轴的右轮，通过本发明的方法估算的平均值为540kg，与其相比，通过利用测力计套管的参考方法获得的平均值为513kg。

在两种情况下，在通过本发明的方法获得的载荷值与通过使用测力计套管获得的载荷值之间找到了非常好的一致性，其间的差异约为所测得的载荷值的(1.5至5)％。

可以相信的是，在载荷值之间获得的良好一致性可取决于以下事实：上述统计方法实现了对接触区域PL原始的长度的显示出与接触区域的实际长度PL测量的一致关联的估算，并且该关联近似为线性关系。

Claims (28)

1.一种用于监测车辆的轮胎的方法，所述方法包括：

a)将监测单元与所述轮胎相联，所述监测单元包括至少一个感测元件，所述感测元件适于测量描述所述轮胎的变形的至少一个量；

b)将所述轮胎装配到车辆的车轮上并操作所述车辆，以使所述轮胎在滚动表面上旋转，其中，由于所述装配和操作，所述轮胎变形，以在所述轮胎和所述滚动表面之间形成接触区域；

c)在所述轮胎的旋转期间，在一定时间段内以低于约1.5kHz的采样频率测量所述量；

d)针对在c)中实施的对所述量的每次测量，确定所测量的量是否具有表示所述监测单元的与所述接触区域相对应的通过的值，以便获得在所述时间段内所述监测单元的与所述接触区域相对应的通过的第一数目；

e)基于所述第一数目、所述采样频率和所述时间段来估算与所述轮胎相关的至少一个参数；

f)基于估算的所述至少一个参数来执行对所述轮胎的监测。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述采样频率低于大约750Hz。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述采样频率高于大约50Hz，更优选地高于大约150Hz。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，所述采样频率包括在150Hz至600Hz的范围内。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，低于约1.5kHz的所述采样频率是为了如下目的所选择的采样频率：针对达100km/h的车速，对具有代表所述监测单元的对应于所述接触区域的通过的值的所述量，至少针对每两个轮胎往返行程平均获得至少一次测量结果，优选地，针对每个轮胎往返行程平均获得0.75次测量结果，更优选地，针对每个轮胎往返行程平均获得一次测量结果。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，执行对所述量的测量以获得所述量的测量结果的序列，所述方法还包括从所述序列中提取代表所述监测单元的与所述接触区域相应的通过的测量结果的集，以便获得所述通过的第一数目。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：

g)在至少发生一次与所述监测单元的与所述接触区域相对应的通过相关的测量之后，中断对所述量的测量；

h)在一关闭时间之后再次开始对所述量的测量；

其中，对至少一个参数的所述估算包括基于所述采样频率和所述关闭时间来计算虚拟测量的第二数目。

8.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括响应于所述轮胎的转速的变化来调整所述关闭时间。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括基于所述采样频率和所述时间段来确定测量的总数目，并且其中，基于所述第一数目和所述总数目来执行对至少一个参数的所述估算。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过定义阈值并比较测量的所述量的值与所述阈值来确定测量的所述量是否具有代表所述监测单元的与所述接触区域相对应的通过的值。

11.根据从属于权利要求6的权利要求10所述的方法，其中，通过基于与所述阈值的比较选择所述序列的测量结果来执行从测量结果的所述序列中提取测量结果的所述集的操作。

12.根据权利要求10或11所述的方法，所述方法还包括：在开始对所述量的测量之前设置所述阈值的初始值，以及响应于所述轮胎的转速的变化来调整所述阈值。

13.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括：将至少所述阈值的所述初始值从所述轮胎外部的控制单元传达给所述监测单元。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述监测单元被固定到所述轮胎的胎冠部分，并且包括至少一个感测元件，所述感测元件适于在所述轮胎的旋转期间测量所述胎冠部分的至少径向加速度。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，与所述轮胎相关的所述至少一个参数是所述接触区域在旋转期间的长度(PL)。

16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述监测单元包括至少一个另外的感测元件，所述另外的感测元件适于测量轮胎压力和/或轮胎温度。

17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，与所述轮胎相关的所述至少一个参数是由所述车辆施加在所述轮胎上的载荷。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其中，基于所述长度(PL)和所述轮胎压力来估算所述载荷。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，基于所述长度PL的至少一阶的多项式函数来估算所述载荷。

20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括：当满足以下访问条件中的至少一个时，开始对所述量的测量：

﹣所述车辆的速度包括在预定速度范围内，优选地在约40km/h和约100km/h以内；

﹣所述车辆的纵向加速度的绝对值低于预定量，优选低于约0.3m/s²。

21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括：当满足以下停止条件中的至少一个时，停止对所述量的测量：

﹣所述车辆的纵向加速度的绝对值超出预定的加速度阈值，所述加速度阈值优选地低于约0.3m/s²；

﹣所述车辆的速度在预定的速度范围之外、优选地低于约40km/h或高于约100km/h；

﹣所述时间段超出预定的最大时间段，所述预定的最大时间段优选为约10秒。

22.一种控制装有至少一个轮胎的车辆的方法，所述方法包括：

﹣通过根据前述权利要求中的任意一项所述的方法估算与所述轮胎相关的至少一个参数；

﹣将与所述轮胎相关的所述至少一个参数传达给车辆控制***；

﹣基于与所述轮胎相关的估算的所述参数，在所述车辆控制***内调整至少一个车辆控制参数。

23.用于监测车辆的轮胎的***，所述***包括适于与所述轮胎相联的监测单元，所述监测单元包括至少一个感测元件，所述感测元件适于测量描述所述轮胎的变形的至少一个量，其中，所述***还包括至少一个处理单元，所述处理单元包括软件模块，所述软件模块适于在所述轮胎装配到车辆的车轮上、并且所述车辆***作以使所述轮胎在滚动表面上旋转、并且其中由于所述装配和操作、所述轮胎变形以在所述轮胎和所述滚动表面之间形成接触区域的情况下，估算与所述轮胎相关的至少一个参数，其中，所述软件模块适于：

a)在所述轮胎的旋转期间以低于约1.5kHz的采样频率在一定时间段内测量所述量；

b)对于在a)中执行的对所述量的每次测量，确定所测量的量是否具有代表所述监测单元的与所述接触区域相对应的通过的值，以获得在所述时间段内所述监测单元的与所述接触区域相对应的通过的第一数目；

c)基于所述第一数目、所述采样频率和所述时间段来估算与所述轮胎相关的所述至少一个参数；

d)将与所述轮胎相关的估算的所述至少一个参数提供给控制***的至少一个接口，所述控制***被构造成基于估算的所述至少一个参数来执行对所述轮胎的监测。

24.一种车辆，所述车辆具有装配在其上的至少一个轮胎，所述车辆包括根据权利要求23所述的用于监测所述至少一个轮胎的***和适于控制所述车辆的车辆控制***，其中，所述监测单元包括适于将数据通信至所述至少一个轮胎外部的发送单元，其中，所述数据至少包括所述第一数目或与所述轮胎相关的估算的所述参数，其中，用于监测所述轮胎的所述***适于将估算的所述参数传达给所述车辆控制***，并且其中，所述车辆控制***适于基于与所述轮胎相关的估算的所述参数来调整至少一个车辆控制参数。

25.一种适于与轮胎相联的监测单元，其中，所述监测单元包括至少一个感测元件，所述感测元件适于测量至少一个描述所述轮胎的变形的量，其中，所述监测单元还包括至少一个处理单元，所述处理单元包括软件模块，所述软件模块适于在所述轮胎被装配到车辆的车轮上、并且所述车辆***作以引起所述轮胎在滚动表面上旋转、并且其中由于所述装配和操作、所述轮胎变形以在所述轮胎和所述滚动表面之间形成接触区域时，进行：

a)在所述轮胎的旋转期间在一定时间段内以低于约1.5kHz的采样频率测量所述量；

b)对于在a)中执行的对所述量的每次测量，确定所测量的量是否具有代表所述监测单元的与所述接触区域相对应的通过的值，以获得在所述时间段内所述监测单元的与所述接触区域相对应的通过的第一数目；

并且其中，所述监测单元还包括发送单元，所述软件模块适于通过所述发送单元将所述第一数目或基于所述第一数目、所述采样频率和所述时间段估算的与所述轮胎相关的至少一个参数传达给所述轮胎外部的控制单元。

26.一种轮胎，所述轮胎包括根据权利要求25所述的监测单元，其中，所述监测单元被固定到所述轮胎的胎冠部分。

27.一种监测单元的加速度计或另外的惯性传感器的用于监测车辆的轮胎的用途，所述监测单元包括轮胎温度传感器和/或轮胎压力传感器，其中，所述加速度计或另外的惯性传感器以低采样频率操作，其中，以低采样频率操作的所述加速度计或另外的惯性传感器的输出信号被视为描述轮胎在滚动表面上的滚动期间的变形的至少一个量的以低采样频率采样的测量结果，并且所述测量结果被分析以导出关于在所述轮胎在滚动表面上的滚动期间的所述轮胎的变形的信息，

对于对所述量的每次测量，确定所测量的量是否具有代表所述监测单元的与轮胎和滚动表面接触的接触区域相对应的通过的值，以获得在一定时间段内所述监测单元的与所述接触区域相对应的通过的第一数目，

基于所述第一数目、所述时间段和所述采样频率来估算与所述轮胎相关的至少一个参数，并且

基于估算的所述至少一个参数来执行对所述轮胎的监测。

28.一种监测车辆的轮胎的方法，所述方法包括：

﹣将监测单元与所述轮胎相联，所述监测单元包括加速度计或另外的惯性传感器以及轮胎温度传感器和/或轮胎压力传感器，其中，所述加速度计或另外的惯性传感器在低采样频率下操作，

﹣将在低采样频率下操作的所述加速度计或另外的惯性传感器的输出信号作为描述轮胎在滚动表面上的滚动期间的变形的至少一个量的以低采样频率采样的测量结果，

﹣分析所述输出信号以导出关于在轮胎在滚动表面上的滚动期间的所述轮胎的变形的信息，

其中，所述分析包括：

﹣对于对所述量的每次测量，确定所测量的量是否具有代表所述监测单元的与轮胎和滚动表面接触的接触区域相对应的通过的值，以获得在一定时间段内所述监测单元的与所述接触区域相对应的通过的第一数目，

﹣基于所述第一数目、所述时间段和所述采样频率来估算与所述轮胎相关的至少一个参数，和

﹣基于估算的所述至少一个参数来监测所述轮胎。

Images