ES2942862T3 - Método de obtención de la deformación de una carcasa de neumático bajo carga durante la rodadura - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método para obtener la deformación de una carcasa de neumático que se somete a una carga y gira a una velocidad de rotación W, que comprende los siguientes pasos: - realizar la adquisición de una señal que comprende la amplitud de la aceleración en la dirección normal al vértice cuando corre a la velocidad de rotación W; - determinar una aceleración de referencia; - identificar una serie de incrementos I, - delimitar la señal entre Imin e Ib para construir una señal de revolución de rueda; - definir una primera densidad de energía S, que es función de la señal de revolución de la rueda, de la aceleración de referencia, denominada S+ cuando la señal de revolución de la rueda es superior a un umbral A, o de lo contrario denominada S-; (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método de obtención de la deformación de una carcasa de neumático bajo carga durante la rodadura

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a los métodos de obtención de la deformación de una carcasa de neumático de un conjunto montado sometido a una carga en condición de rodadura.

ANTECEDENTES

En el campo de los dispositivos y métodos para medir la deformación del conjunto montado, estos se utilizan principalmente para caracterizar el resultado de la deformación de la carcasa del neumático debido a la carga aplicada. De este modo, los dispositivos y métodos buscan caracterizar principalmente la huella del neumático en el suelo, lo que se denomina zona de contacto. De hecho, la geometría o la distribución de tensiones dentro de esta zona de contacto están directamente relacionadas con la carga aplicada a la carcasa del neumático posiblemente por medio de la presión de inflado del conjunto montado.

Esta zona de contacto, que representa solamente un porcentaje mínimo de la periferia de la carcasa del neumático en estado montada e inflada, es también muy sensible a varios parámetros tales como la macrorrugosidad del suelo o las irregularidades presentes en el suelo, por ejemplo. De hecho, la zona de contacto real entre la carcasa del neumático y el suelo puede corresponder entonces a las coronas de los indentadores que caracterizan la macrorrugosidad del suelo. De este modo, se modifica la distribución de los esfuerzos en la carcasa del neumático, lo que puede influir en las dimensiones de la zona de contacto.

Además, la determinación precisa de las dimensiones de la zona de contacto es difícil de obtener en condiciones de rodadura. De manera convencional, en la rodadura, la zona de contacto se caracteriza mediante señales representativas de la deformación de la carcasa del neumático. Lo que antecede se manifiestan por un salto significativo en las magnitudes observadas, que se manifiesta en el paso de la carcasa de neumático de una forma toroidal libre a una forma toroidal parcialmente aplastada con desplazamiento impuesto. En efecto, el suelo constituye entonces una condición límite del tipo desplazamiento impuesto para los puntos materiales de la carcasa del neumático. Entonces es difícil identificar los puntos exactos de entrada o de salida de la zona de contacto. Además, la zona de contacto representa solamente una parte del desarrollo de la carcasa del neumático, típicamente comprendida entre 1/20 y 1/10 del desarrollo de la banda de rodadura. Con el fin de obtener una imagen precisa de esta parte del neumático, es necesario tener una fina discretización al nivel de la señal de deformación. Lo que antecede requiere espacios de memoria sustanciales, altas frecuencias de muestreo espacial, al menos al nivel de la zona de contacto, lo que es consumidora de energía.

En el estado de la técnica se conoce el documento WO2017/32466A1 que da a conocer un dispositivo para caracterizar la carga aplicada a un conjunto montado sobre la base de un acelerómetro montado en el neumático.

También se pueden citar los siguientes documentos:

WO 2006/034731 A1, DE 102011 000556 A1, WO 2018/029320 A1, describiendo los tres mediciones de aceleración radial en un neumático.

La presente invención se refiere a un método que permite una evaluación precisa de la deformación de la carcasa del neumático en estado de rodadura cualquiera que sea la naturaleza de la calzada mientras se ahorra la energía del dispositivo de medición. La invención se define por el conjunto de reivindicaciones adjunto.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere a un método de obtención de la deformación de una carcasa de neumático sometida a una carga, en estado inflado y cargada girando a una velocidad de rotación W. La carcasa de neumático, que tiene una corona, dos flancos laterales y dos talones de revolución alrededor de un eje natural de rotación y un plano mediano, definiendo la intersección del plano mediano y del eje natural de rotación un centro de rueda. El método incluye las etapas siguientes:

• Fijar al menos un sensor en la carcasa de neumático en línea con la parte superior que tenga una posición radial R con respecto al eje natural de rotación capaz de generar al menos una señal de salida proporcional a la aceleración experimentada por el sensor en la carcasa de neumático;

• Realizar la adquisición de al menos una primera señal de abscisas ^u que comprenda al menos la amplitud de la aceleración según la dirección normal a la corona durante una rodadura a la velocidad de rotación W; • Determinar una aceleración de referencia ^Yreference en función de la velocidad de rotación W y de la posición de al menos un sensor;

• Identificar una primera serie de incrementos I, correspondiente a la abscisa ^u de al menos una primera señal en donde la primera señal supera un valor umbral B;

• Delimitar la primera señal entre un primer incremento I^min y un segundo incremento I^max con el fin de generar una señal de revolución de rueda Sig^TdR;

• Definir al menos una primera densidad de energía S que sea función de la señal de revolución de rueda Sig^TdR, de la aceleración de referencia ^Yreference, denominada S⁺ cuando la señal de revolución de rueda sea superior a un umbral A, o denominada S- cuando la señal de revolución de rueda sea inferior o igual a dicho umbral A;

• Identificar la deformación de la carcasa de neumático Def^% generada por la carga como una función de la aceleración de referencia ^Yreference y de la primera densidad de energía S.

Como en el estado de la técnica, es necesario obtener la aceleración de un punto material del neumático. En este caso, es importante que la aceleración corresponda a su componente normal en la parte superior ya que es este componente el que es la principal información de la deformación de la carcasa del neumático. Además, es preferible que sea la aceleración absoluta del punto material y no solamente su componente alterna alrededor de la componente continua como en ciertos métodos del estado de la técnica. Sin embargo, si la aceleración entregada por el sensor no incluye la componente continua, es necesario agregar de manera artificial esta componente continua como siendo la aceleración centrífuga resultante de una posición radial R y de una velocidad de rotación W. De manera preferible, la posición radial R del sensor se determina en un estado inflado y descargado del conjunto montado. Entonces, es preciso delimitar en la señal de aceleración los instantes en que la primera señal supera la zona de contacto a través de un umbral B. En efecto, la señal de aceleración, según la dirección radial de una carcasa de neumático sometida a una carga, tenderá necesariamente a cero cuando el sensor supere la zona de contacto si se desprecia la señal de gravedad terrestre, tal como ocurre con las altas velocidades de rotación. De este modo, la primera señal pasará necesariamente al nivel de un umbral. De hecho, la primera señal pasará este umbral dos veces por revolución de rueda. Estos pasos corresponden, de manera esquemática, a la zona de entrada y de salida de la zona de contacto. La señal de revolución de rueda Sig^TdR así generada, no corresponde necesariamente a un número entero de revoluciones de rueda.

A continuación, se define la velocidad de rotación W como siendo la velocidad de rotación promedio durante la duración de la señal de revolución de rueda si la variación de la velocidad de rotación es baja en la señal de revolución de rueda, es decir, menos del 15% en comparación con la velocidad promedio. Si la carcasa de neumático está a velocidad constante, es preferible porque se eliminan muchas fuentes de errores potenciales. De este modo, el método es operativo ya sea que la velocidad de rotación W de la carcasa de neumático sea constante o variable. La aceleración de referencia ^Yreference corresponde entonces a la aceleración centrífuga experimentada por el sensor.

A continuación, la simple comparación del nivel de aceleración absoluta de la señal de revolución de rueda Sig^TdR con una aceleración de referencia ^Yreference vinculada a la posición radial del sensor y al nivel de velocidad de rotación W, permite generar una densidad de energía S. La amplitud de la señal de revolución de rueda con respecto a un umbral A que puede, por ejemplo, ser simplemente la aceleración de referencia ^Yreference, genera potencialmente un doblete de densidades de energía de deformación positiva y negativa (S⁺, S-) a partir de la señal de revolución de rueda. De este modo, el método únicamente define una densidad de energía de deformación de la carcasa del neumático y la distribuye en dos subconjuntos según su posición con respecto al umbral A. Son operaciones sencillas de realizar que consumen pocos recursos. Por supuesto, para ser representativo, el método parte de la aceleración absoluta lo que permite una fácil comparación con la aceleración de referencia ^Yreference para identificar el doblete de densidades de energía.

Por último, el método determina la deformación de la carcasa del neumático como una función de la densidad de energía S calculada que normaliza sobre la duración de la señal de revolución de rueda Sig^TdR que sufriría una aceleración de referencia ^Yreference. De este modo, la deformación Def^% representa una normalización de la energía de deformación sobre una revolución de rueda física de la carcasa del neumático. Como resultado, se identifica una invariante de energía ligada a la deformación de la carcasa del neumático sometida a una carga en condición de rodadura. Por supuesto, para el método se necesita parte de una revolución de rueda. No obstante, preferentemente, el número de revoluciones de las ruedas será de al menos 5, o incluso 10 con el fin de promediar los resultados, lo que permitirá superar fenómenos aleatorios en la señal tales como, por ejemplo, obstáculos en la calzada por la que circula la carcasa del neumático. Por lo tanto, la precisión del método se mejora en modo industrial.

De manera ventajosa, la adquisición de la primera señal se realiza para una velocidad de rotación W superior o igual a una velocidad de rotación umbral W^seuil definida por la fórmula siguiente:

[Fórmula 1]

- En donde Dev es el desarrollo de la carcasa del neumático.

Por lo tanto, si la velocidad de rodadura W está más allá del valor umbral, es fácil disociar la señal de revolución de rueda con respecto al valor umbral A, independientemente de los caprichos en la señal de revolución de rueda SigTdR como, por ejemplo, una alta macrorrugosidad de la superficie de la calzada, perturbaciones electromagnéticas en la cadena de medición, vibraciones al nivel de la carcasa del neumático. Además, esto también permite identificar más claramente la señal de gravedad en la señal de revolución de rueda.

Según una forma de realización preferida, la primera serie de incrementos I se identifican mediante la combinación de las etapas siguientes:

- Definir un valor umbral B que sea función de al menos un máximo de al menos una parte de la primera señal;

- determinar una segunda señal de abscisas ^u como una función de la al menos una parte de la primera señal y del valor umbral B;

- Identificar la primera serie de incrementos I, correspondiente a la abscisa ^u de al menos parte de la primera señal y de la segunda señal en donde la segunda señal supera un umbral E.

En esta forma de realización, solamente la primera señal se utiliza para identificar los incrementos representativos del paso del sensor en la zona de contacto. De hecho, la señal de aceleración, según la dirección radial de una carcasa de neumático sometida a una carga, tenderá necesariamente a cero cuando el sensor cruce la zona de contacto si se desprecia la señal de la gravedad terrestre como para velocidades de rotación altas. El método propone generar una segunda señal ligada a la primera señal y a un umbral B que permitirá realizar operaciones matemáticas y lógicas elementales.

De este modo, la segunda señal pasará necesariamente al nivel de un valor umbral B. De hecho, la segunda señal pasará dos veces al nivel de este umbral por revolución de rueda. Teniendo en cuenta el cruce, existe un detector de paso en la zona de contacto a partir de la segunda señal del sensor. Debido a la discretización espacial bruta que se puede utilizar, esta detección es suficiente para el método de evaluación de la deformación de la carcasa del neumático.

Para determinar el umbral B, se propone realizar una detección en una parte flujo arriba de la señal para identificar un valor MAX del que dependerá el umbral B. En efecto, la aceleración radial, justo antes y después de la zona de contacto, para una señal limpia de la gravedad terrestre, alcanza un valor máximo de forma continua que es función de las condiciones de rodadura de la carcasa del neumático. El umbral B será entonces función de un valor MAX que se acercará a este valor máximo según la discretización de la primera y de la segunda señal. No es necesario ser preciso en este valor MAX para que el método converja.

Muy preferentemente, el valor umbral B es un valor comprendido entre 0,1 y 0,5 del al menos un máximo de al menos una parte de la primera señal.

Preferiblemente, la segunda señal se obtiene por la diferencia entre la primera señal y el valor umbral B, siendo el umbral E el valor cero o la segunda señal que se obtiene por la relación entre la primera señal y el valor umbral B, siendo el umbral E el valor unitario.

Se trata de dos ejemplos sencillos de una segunda señal que permite realizar operaciones sencillas y elementales para identificar los incrementos de la señal discretizada representativo del paso del sensor en la zona de contacto durante la rodadura de la carcasa del neumático.

Según otra forma de realización, la identificación de los incrementos I comprende las etapas siguientes:

- Crear una segunda serie de incrementos J correspondiente a la abscisa ^u mediana entre las abscisas ^u de los incrementos I de paridades idénticas y consecutivas,

- Generar la señal de revolución de rueda SigTdR entre un primer incremento Jmin y un segundo incremento Jmax.

Este es un proceso complementario a la identificación de los incrementos I representativos del paso por la zona de contacto. Esta vez, se crea una serie de incrementos J ubicados entre los incrementos I pares o impares. De hecho, el método de identificación de los incrementos I proporciona dos incrementos por revolución de rueda que reflejan la entrada y la salida de la zona de contacto. Durante la rodadura, a la velocidad de rotación W, el sentido de rotación de la carcasa de neumático no se modifica. En consecuencia, la paridad de los incrementos I proporciona directamente información sobre las revoluciones de la rueda. El objetivo en este caso es iniciar la señal de revolución de rueda SigTdR en el lado opuesto de la zona de contacto. De este modo, los errores de discretización espacial del método serán menores puesto que la señal de la aceleración radial es prácticamente próxima a la aceleración de referencia opuesta a la zona de contacto. Se tiene la posibilidad de elegir los incrementos I pares o impares para determinar los incrementos J que luego se utilizarán para delimitar la señal de revolución de rueda SigTdR que se generará sobre un número entero de revoluciones de la rueda.

De manera ventajosa, el umbral A es función de la aceleración de referencia ^Yreference.

El umbral A permite disociar las densidades de energía positiva y negativa del método.

De hecho, cualquier señal de medición es ruidosa. Es posible filtrar o suavizar esta señal en tiempo real, pero a riesgo de perder información, en particular la dinámica de paso por la zona de contacto. Por definición, este ruido tiene un valor medio prácticamente nulo. Y si, en teoría, no debería afectar o solamente ligeramente el cálculo de las densidades de energía S+ y S-, es probable que perturbe la clasificación en S+ o S-, y por lo tanto falsee el resultado final. Este umbral A tiene por objeto permitir ordenar las variaciones entre la señal de revolución de rueda y la aceleración de referencia en función de una u otra de las densidades de energía. Este umbral A permite tener en cuenta las variaciones de la señal de revolución de rueda debidas a perturbaciones y a una mala relación señal/ruido, pudiendo proceder estas perturbaciones de la macrorrugosidad de la calzada, de obstáculos específicos encontrados en la calzada, de vibraciones propias del neumático o del vehículo en donde está montado, o pequeños fallos electromagnéticos de la cadena de medida inherentes a la naturaleza y calidad de los dispositivos electrónicos utilizados. Puesto que la señal de revolución de rueda y la aceleración de referencia dependen de la velocidad de rotación W del conjunto montado y de la posición radial del sensor, parece apropiado hacer que el valor umbral A dependa de la aceleración de referencia para superar estas perturbaciones que podrían contaminar la precisión deseada.

De manera muy ventajosa, el umbral A es función de un factor C según la fórmula siguiente:

[Fórmula Ibis]

Preferiblemente, el factor C es mayor o igual a 0,5 y menor o igual a 0,9.

Este valor del factor C permite tanto disociar la densidad de energía positiva como la negativa en la señal de revolución de rueda. En efecto, al pasar por la zona de contacto, la señal de revolución de rueda tiende hacia cero. Además, la transición a nivel de entrada y de salida de la zona de contacto es muy fuerte, muy rápida y de un perfil siempre prácticamente idéntico. De este modo, un valor de 0,5 permite no reducir demasiado el número de puntos de medida que se asignarán a la densidad de energía negativa S- ni aumentar los que se asignan a S+. De hecho, el objetivo del método es utilizar una discretización espacial baja. Por lo general, pocos puntos de medición están ubicados al nivel de la zona de transición. En consecuencia, el error cometido en S- y en S+ es mínimo o incluso nulo si no existe ningún punto de medida en la zona de selección correspondiente a C entre 0,5 y 0,9. También será repetitivo si se utiliza un coeficiente fijo C proporcional a ^Yreference para todas las caracterizaciones, y cualquier error inducido será reproducible y por lo tanto transparente con respecto a un nivel de referencia definido en otro lugar.

Por el contrario, un valor de C igual a uno es el valor teórico que permite disociar los puntos entre las dos densidades de energía posibles. Si esto es ideal en suelos lisos con condiciones óptimas que minimizan las perturbaciones en la cadena de medida, la más mínima perturbación puede afectar la precisión requerida en el resultado.

Según una primera forma de realización, la aceleración de referencia ^Yreference, función de la posición radial R de al menos un sensor, se define mediante la fórmula siguiente:

[Fórmula 2]

Si las operaciones matemáticas son remotas, es posible definir la aceleración de referencia ^Yreference como la aceleración centrífuga experimentada por el sensor. Por lo tanto, es necesario tener acceso a la posición radial R del sensor y a la velocidad de rotación W de la carcasa del neumático.

La posición radial R del sensor se puede determinar mediante una escala de dimensiones conociendo las dimensiones de la carcasa del neumático, las características de la estructura de la carcasa del neumático y las características del dispositivo electrónico que aloja el sensor. Además, la posición radial R corresponde a un estado inflado a la presión de inflado y descargado del conjunto montado.

La velocidad de rotación W también se puede estimar utilizando otra señal tal como una rotación superior, por ejemplo, o el número de puntos de adquisición entre 2 frentes de la misma naturaleza (o 2 incrementos sucesivos I de idéntica paridad), conociendo la frecuencia de adquisición. El conocimiento del desarrollo de la carcasa del neumático y del tiempo transcurrido entre dos revoluciones máximas da una evaluación inicial de la velocidad de rotación W por revolución de rueda.

Esta es una primera evaluación de la aceleración de referencia ^Yreference.

Según una segunda forma de realización, la determinación de la aceleración de referencia ^Yreference se define como el valor medio de al menos una parte de la primera señal comprendida entre dos incrementos de idéntica paridad pertenecientes a la misma serie de incrementos.

En este caso, si las operaciones se realizan registrando toda la primera señal en al menos una revolución, es posible volver a la información de aceleración de referencia. Además, si los incrementos J se han calculado de conformidad con la forma de realización asociada, naturalmente se ha identificado una rotación de rueda. En el caso de una identificación utilizando los incrementos J, los errores de discretización serán potencialmente mayores debido a la brusquedad de los eventos vinculados a la entrada y salida de la zona de contacto.

De manera preferible, habiendo desfasado la señal de revolución de rueda SigTdR con respecto a una posición angular de la carcasa de neumático, se realiza una corrección Corr a la señal de revolución de rueda SigTdR para tener en cuenta el efecto de la gravedad terrestre.

La corrección de la gravedad terrestre permite minimizar el error de deformación de la carcasa del neumático, en particular para bajas velocidades de rodadura W. En efecto, el sensor, durante la rodadura de la carcasa de neumático, realiza una revolución alrededor del eje natural de rotación. La señal de salida del sensor que es proporcional a la aceleración radial será contaminada por la gravedad terrestre. En una revolución de rueda, la gravedad terrestre generará una señal sinusoidal de amplitud g que es una función de la altitud del sensor en el marco de referencia de la Tierra. Por lo tanto, es necesario eliminar esta señal parásita Corr de la señal de revolución de rueda SigTdR, lo que requiere un reajuste de la señal de revolución de rueda con respecto a una posición angular de la carcasa del neumático.

Por supuesto, cuanto mayor sea la velocidad de rotación W de la carcasa de neumático, más predominará la aceleración centrífuga experimentada por el sensor con respecto a esta señal parásita.

Según una forma de realización preferida, el método comprende las etapas siguientes:

- Determinar un primer número de pasos N^Pas de la señal de revolución de rueda Sig^TdR como la parte entera por exceso de la mitad de la diferencia entre el segundo incremento (J^max, I^max) y el

señal de revolución de rueda Sig^TdR;

- Determinar un segundo número de pasos N’^Pas de la señal de revolución de rueda Sig^TdR como la parte entera de la mitad de la diferencia entre el segundo incremento (J^max, I^max) y el de la señal de revolución de rueda Sig^TdR;

- Si el primer incremento (I^min) es un incremento correspondiente a la abscisa ^u de la primera señal en donde la primera señal supera el valor umbral B en descenso, entonces el método comprende la etapa siguiente:

Identificar la deformación de la carcasa del neumático Def^% sometida a una carga mediante las fórmulas siguientes:

[Fórm

- Si no es así, el método comprende la etapa siguiente:

- Identificar la deformación de la carcasa del neumático Def% sometida a una carga mediante las fórmulas siguientes:

[Fórmula 3b]

En este caso, la determinación de la deformación de la carcasa del neumático Def% requiere, en primer lugar, identificar el número de etapas en la zona de contacto del sensor en la señal de revolución de rueda SigTdR. Como la señal de revolución de rueda Sig^TdR no está necesariamente delimitada sobre un número entero de revoluciones de rueda, se determinan tanto N^pas como N^’pas. En particular, no es necesario que el tratamiento se realice sobre una señal que supere una revolución de rueda, basta una señal que comprenda al menos una parte de revolución de rueda que comprenda la etapa en la zona de contacto o su complemento.

A continuación, debe determinarse si el primer incremento I de la señal de revolución de rueda está en una entrada o en una salida de la zona de contacto. Lo que antecede se hace comparando el valor del primer incremento ubicado después del primer incremento I de la señal de revolución de rueda Sig^TdR comparándolo con el valor umbral B. Por último, la deformación de la carcasa del neumático Def^% puede determinarse solamente a partir de la densidad de energía negativa, o de la densidad de energía positiva o de dos densidades.

Según una forma de realización particular, la adquisición de la primera señal se realiza a una frecuencia de muestreo constante y la discretización espacial del muestreo de la primera señal es inferior a 6 grados, preferentemente inferior a 3 grados, muy preferentemente inferior a 1 grado

Por ejemplo, si se desea que la evaluación de la deformación de la carcasa del neumático tenga lugar al nivel del conjunto montado, el sensor debe estar asociado a un dispositivo electrónico que comprenda un microcontrolador, un espacio de memoria, una batería y un reloj. Entonces, la discreción espacial prevista con una frecuencia de muestreo constante permite realizar operaciones elementales a nivel del microcontrolador minimizando así el consumo de la batería. Además, la discretización mínima del orden de magnitud de 60 puntos por revolución de rueda permite limitar el número de operaciones y de transferencia al espacio de memoria. Sin embargo, la precisión obtenida en la deformación de la carcasa del neumático es buena al tiempo que se ahorra la batería del dispositivo electrónico. Lo que antecede hace posible almacenar o transferir solamente valores escalares intermedios del método.

De manera ventajosa, las densidades de energía negativa S^- y positiva S⁺ se definen según las fórmulas siguientes: Si el primer incremento (I^min) es un incremento correspondiente a la abscisa ^u de la primera señal en donde la primera señal supera el valor máximo E en descenso, entonces:

[Fórmula 4

<mcc)|

5

y

[Fórmula 4b]

- Si no es así:

[Fórmula 4c]

[Fórmula 4d]

- En donde N^V es el número total de puntos discretizados en la señal de revolución de rueda Sig^TdR.

Esta es una forma sencilla de obtener un valor escalar de cada densidad de energía a partir de la señal discretizada de la señal de revolución de rueda.

De manera ventajosa, la determinación de la aceleración de referencia ^Yreference se obtiene mediante la fórmula siguiente:

[Fórmula 5]

- En donde NV es el número total de puntos discretizados en la señal de revolución de rueda SigTdR.

En el caso de que la evaluación de la aceleración de referencia ^Yreference se evalúe como el valor medio de la señal de revolución de rueda sobre un número finito de revoluciones de rueda, esta es una forma simple y rápida de obtener una evaluación de la magnitud escalar.

De manera muy ventajosa, la deformación de la carcasa del neumático sometida a una carga viene determinada por la fórmula siguiente:

[Fórmula 6]

Además, al optar por una evaluación de la aceleración de referencia ^Yreference en forma de valor medio de la señal de revolución de rueda, el numerador y el denominador de la fórmula para calcular Def% muestran, de manera ventajosa, una medición tomada por el mismo sensor, lo que significa que el resultado será insensible a cualquier deriva en las características de este sensor inducida por elementos externos.

Esta es la forma más simple y elemental de identificar la deformación de la carcasa del neumático a partir de las magnitudes discretizadas de la señal de revolución. Las dos fórmulas son teóricamente equivalentes a los errores generados por la discretización de la señal de revolución de rueda.

Es posible una tercera fórmula que implica el número de pasos en la zona de contacto a través de la mitad de la suma de las densidades de energía S+ positiva y S- negativa dividida por la aceleración de referencia ^y bajo sus formas discretizadas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La invención se comprenderá mejor con la lectura de la descripción que sigue en el caso de una aplicación en los bandajes neumáticos. Esta solicitud se da únicamente a modo de ejemplo y se hace con referencia a las figuras adjuntas en donde:

- La Figura 1 es el ejemplo de una primera señal del método.

- La Figura 2 muestra la señal de revolución de rueda SigTDR y su identificación con una primera forma de realización.

- La Figura 3 muestra la señal de revolución de rueda SigTdR y su identificación con otra forma de realización. - La Figura 4 representa la señal de revolución de rueda SigTdR durante la rodadura a velocidad de rotación variable W.

- La Figura 5 representa la señal de revolución de rueda SigTdR durante una rodadura a una velocidad de rotación constante W durante una revolución.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS FORMAS DE REALIZACIÓN

Para la puesta en práctica de la invención, es necesario dotar a una carcasa de neumático de un dispositivo electrónico que comprenda un sensor, un microcontrolador, un reloj, un espacio de memoria y un medio de almacenamiento de energía, y medios de comunicación por radiofrecuencia en transmisión y eventualmente en recepción. La carcasa del neumático consta de una corona, dos flancos y dos talones de revolución alrededor de un eje natural de rotación. La carcasa también comprende un plano medio equidistante de los dos talones, definiendo la intersección del plano medio y del eje natural de rotación un centro de rueda.

El sensor se fija a la carcasa del neumático en línea con la corona, en línea con una nervadura o una ranura longitudinal que son zonas de rigidez homogénea, en una posición radial fija R con respecto al eje natural de rotación. El sensor está adaptado para generar al menos una señal de salida proporcional a la aceleración normal en la parte superior experimentada por el sensor en la carcasa del neumático. De hecho, este sensor puede ser de un solo eje, en cuyo caso debe colocarse de manera radial. También puede constar de una pluralidad de sensores de un solo eje. En este caso, conviene identificar claramente la orientación de cada uno de los sensores monoeje con respecto al marcador de la carcasa del neumático para regenerar la aceleración normal en la parte superior de la carcasa del neumático. En condiciones ideales, el sensor tiene en cuenta la componente continua y la componente alterna de la aceleración. En el caso de que el sensor solamente mida la componente alterna, será apropiado para la puesta en práctica del método generar, de manera artificial, la componente continua. Para ello, es necesario entonces identificar la velocidad de rotación W de la carcasa del neumático en tiempo real y conocer con precisión la posición radial R del sensor. De hecho, la componente continua se evaluará como la aceleración centrífuga del sensor con respecto al eje natural de rotación de la carcasa del neumático. El sensor en el caso de tener en cuenta la componente continua puede ser un acelerómetro de tecnología piezoresistiva o capacitiva.

El dispositivo electrónico es alimentado por los medios de almacenamiento de energía, es controlado por el microcontrolador mediante el reloj y en donde también están implantados los algoritmos de cálculo que permiten determinar, por ejemplo, el estado de deformación del neumático a partir de las señales emitidas por el elemento sensor. Los medios de comunicación de RF transmisores se utilizan para transmitir la información calculada, y los medios de recepción para recibir instrucciones operativas o información útil en los algoritmos de cálculo. En condiciones ideales, este dispositivo electrónico incluye o está asociado a otros elementos de medida (tales como presión, temperatura, nivel de desgaste, distancia recorrida, etc.) con el fin de agrupar los dispositivos y optimizar los costes de puesta en práctica.

En este caso, el sensor se inicia a través del microcontrolador cuando el neumático está rodando. Por supuesto, es posible seleccionar un valor umbral de velocidad de rotación W a partir del cual se realiza la adquisición de una señal a la salida del sensor. El dispositivo electrónico dispone de un espacio de memoria adaptado al tipo de análisis que se desea realizar. De hecho, la capacidad de este espacio de memoria está predefinida según el uso del dispositivo electrónico. Es el microcontrolador el que controla el almacenamiento de los valores del sensor hacia el espacio de memoria. Además, el microcontrolador puede realizar operaciones matemáticas y lógicas elementales en un número reducido de datos. Si las operaciones matemáticas y lógicas son más complejas o la cantidad de datos a gestionar se vuelve importante, el microcontrolador se sustituye por un microprocesador. Por último, el dispositivo electrónico es alimentado con energía por un medio de almacenamiento. El medio más simple de almacenamiento es el uso de una batería. Sin embargo, podría preverse una batería recargable de gran capacidad mediante un elemento piezoeléctrico.

El margen de frecuencias del dispositivo electrónico permite cubrir una amplia banda de velocidades de rotación W con una discretización espacial de menos 6 grados. Según una forma de realización particular, la frecuencia de muestreo es adaptativa por orden o en respuesta a una señal tal como, por ejemplo, la velocidad de rotación W de la carcasa del neumático.

De manera opcional, el dispositivo electrónico contiene o es adecuado de obtener la identificación de la carcasa del neumático. Esta información es útil para elegir un conjunto de datos de utilidad para los algoritmos de cálculo a nivel del dispositivo electrónico. Si el dispositivo electrónico debe obtener la identificación del neumático o recibir órdenes para realizar una medición, el dispositivo electrónico está equipado con un medio de recepción de radiofrecuencia. Este último opera en el margen de baja frecuencia, idealmente a una frecuencia de 125 KHz para superar las perturbaciones generadas por las zonas metálicas de la carcasa del neumático y de su entorno cercano en el vehículo.

Según una forma de realización concreta, el dispositivo electrónico dispone de medios de emisión de radiofrecuencia, concretamente en la banda UHF (acrónimo de Ultra Alta Frecuencias), en concreto en torno a los 433 MHz o 900 MHz o la denominada banda BLE (acrónimo en inglés de Bluetooth Low Emission) que constituyen bandas de frecuencia libres. Además, la banda UHF permite disponer de tamaños de antena reducidos facilitando la integración del dispositivo electrónico dentro de la carcasa del neumático.

Esta comunicación de transmisión es de utilidad para transmitir los datos desde el método hacia el vehículo o fuera del vehículo. Es posible transmitir el tren de datos correspondiente a la adquisición de la señal de revolución de rueda o bien transmitir resultados intermedios que habrán sido calculados a nivel del dispositivo electrónico. Este segundo modo de transmisión es necesariamente menos costoso en términos de energía para el dispositivo electrónico ya que el flujo de datos es menos consecuente. Sin embargo, la emisión de radiofrecuencia es un elemento que consume energía con respecto a las operaciones matemáticas y lógicas.

La Figura 1 presenta una primera señal bruta 1 bis en color gris correspondiente a la aceleración normal en la parte superior de una carcasa de neumático del tipo de vehículo pesado que rueda a una velocidad de rotación constante W. En condiciones normales, de forma periódica, la curva 1 bis pasa por un valor casi nulo. Este fenómeno periódico corresponde al cruce de la zona de contacto de la carcasa del neumático por el sensor. La transición entre el paso del sensor entre la zona de contacto del neumático y la otra parte de la carcasa del neumático se produce de forma brusca a través de flancos descendentes o ascendentes según se esté entrando o saliendo de la zona de contacto. Además, se observa que la primera señal 1 bis, a una escala del orden de la revolución de rueda, sigue a una portadora, la primera señal 1 bis oscila a una frecuencia superior a la frecuencia de la revolución de rueda alrededor de esta portadora. Estas oscilaciones corresponden a los ruidos de la primera señal 1 bis del sensor debido a diversos peligros, incluida la macrorrugosidad de la calzada.

La curva indexada 1 en color negro representa la misma señal acelerométrica corregida solamente por la gravedad terrestre, que se denominará primera señal corregida 1. La corrección en este caso es sinusoidal, habiéndose escalonado la corrección hasta un punto situado en el centro de la zona de contacto, es decir a igual distancia de los dos bordes que delimitan la parte de la señal cuyo valor es casi nulo. Se observa que la primera señal 1 es más plana entre las zonas que caracterizan la zona de contacto. Es preferible realizar las distintas etapas del método sobre esta primera señal 1 corregida.

La Figura 2 muestra el método de detección de la señal 2 de revolución de rueda por el primer método. A partir de la primera señal 1, en este caso corregida para explicar mejor el ejemplo, se determina un umbral B, ilustrado por la línea de puntos 2. Se identifica una serie de incrementos I cuando la primera señal 1 supera la línea de puntos 2 que corresponde físicamente a una entrada o a una salida de la zona de contacto por el sensor conectado integralmente en rotación a la carcasa del neumático. La primera señal 2 de revolución de rueda está entonces delimitada entre un primer incremento, en este caso I1, y un segundo incremento, en este caso I6. La señal de revolución de rueda representa, en este caso, la señal acelerométrica del sensor sobre un poco más de dos revoluciones completas de la rueda. Existen tres pasos en la zona de contacto, N^pas, y dos pasos fuera de la zona de contacto, N^’pas. Por lo tanto, será necesario evaluar las densidades de energía positiva S⁺ utilizando N^’pas y la densidad de energía S^- con N^pas.

El valor umbral B representado por la línea de puntos 3 se evaluó en nuestro caso sobre una parte de la primera señal 1 con una frecuencia de muestreo variable. De esta parte de la primera señal 1 se extrae el valor máximo discretizado obtenido, que se denomina MAX. El valor umbral B es entonces un valor comprendido entre el 10 y el 50% del valor MAX, en nuestro caso, este valor ronda el 50%.

Se calcula como el valor promedio de la señal de revolución de rueda 2, la aceleración de referencia ^Yreference que está representada por la línea continua 4 en negro limitando la suma entre incrementos de paridad idénticos con el fin de observar un número finito de revoluciones de rueda. En nuestro caso, se eligió tomar los incrementos impares de I entre I¹ e I⁵ para identificar la aceleración de referencia ^Yreference en la mayor parte de la señal de revolución de rueda 2. También es posible calcular la aceleración de referencia en la parte de la señal de revolución de rueda delimitada por los incrementos I² e I⁶ que darían un resultado idéntico excepto por errores de discretización. Su evaluación se realiza en tiempo real, acumulando los valores de los incrementos u de la señal de primera revolución de rueda que, al final de la señal de revolución de rueda, se divide por el número de incrementos de la primera señal de revolución de rueda. Por supuesto, la señal de revolución de rueda está limitada a una parte de la señal de revolución de rueda entre los incrementos I de paridad similar.

La Figura 3 es una ilustración de la delimitación de la señal 7 de revolución de rueda en color gris a partir de la primera señal. En este caso, es la segunda forma de realización de esta delimitación la que se utiliza.

A partir de la primera señal, en este caso corregida para explicar mejor el ejemplo, se determina un umbral B, ilustrado por la línea de puntos 5. Se identifican una serie de incrementos I cuando la primera señal supera la línea de puntos 5, lo que corresponde físicamente a una entrada o a una salida de la zona de contacto por el sensor conectado integralmente en rotación a la carcasa del neumático. A continuación, considerando en esta ilustración solamente los incrementos de I impares, se establece una serie de incrementos J ubicados equidistantemente de los incrementos I impares. Estos incrementos están identificados por las líneas de puntos verticales en la Figura 3.

La señal 7 de revolución de rueda está entonces delimitada entre un primer incremento, en este caso Ji, y un segundo incremento, en este caso, J3. La señal de revolución de rueda 7 en este caso representa la señal acelerométrica del sensor en dos revoluciones completas de rueda. Se cuentan dos pasos por la zona de contacto, N^pas, y dos pasos fuera de la zona de contacto, N^’pas. Por lo tanto, será necesario evaluar las densidades de energía positiva S⁺ utilizando N^’pas y la densidad de energía S^- con N^pas.

El valor umbral B representado por la línea de puntos 5 se evaluó en nuestro caso sobre una parte de la primera señal con una frecuencia de muestreo variable. De esta parte de la primera señal 1 se extrae el valor máximo discretizado obtenido, que se denomina MAX. El valor umbral B es entonces un valor comprendido entre el 10 y el 50% del valor MAX, en nuestro caso, este valor ronda el 50%.

Como valor medio de la señal 7 de la primera revolución de rueda, se calcula la aceleración de referencia ^Yreference que está representada por la línea continua 6 en color negro, su evaluación se realiza en tiempo real, acumulando los valores de los incrementos u de la señal revolución de rueda entre los incrementos J1 y J3 que uno, divide al final de la señal de revolución de rueda por el número de incrementos u de la señal de revolución de rueda 7.

Esta segunda forma de realización es el mejor método puesto que los errores de discretización de la señal de revolución de rueda en los bordes causan solamente una ligera variación en el cálculo de la densidad de energía positiva S⁺ .

La Figura 4 presenta una primera señal 1, previamente corregida por la gravedad terrestre correspondiente a la aceleración normal en la parte superior de una carcasa de neumático de tipo vehículo pesado que rueda a una velocidad de rotación variable W.

En este caso, se determina un umbral B, representado por la línea de puntos 3 para la señal de revolución de rueda 2 en color gris claro.

El umbral B permite identificar los incrementos I correspondientes físicamente a la entrada o a salida de la zona de contacto por el sensor. En este análisis, la señal de revolución de rueda se limita a aproximadamente una revolución de rueda, lo que es preferible para limitar los errores relacionados con la variación de la velocidad de rotación W de la carcasa del neumático. El umbral B se eligió para que corresponda a menos de la mitad de un valor MAX de una parte de la primera señal 1 ubicada antes de la señal de revolución de rueda 2. Esto permite delimitar la señal de revolución de rueda 2 entre un primer incremento, en este caso h, y un segundo incremento, en este caso I³. De este modo, la señal de revolución de rueda 2 corresponde, en este caso particular, a un número entero de revoluciones de rueda de la carcasa del neumático.

La aceleración de referencia ^Yreference se calcula entonces sobre esta señal de revolución de rueda 2 como el valor medio de esta señal de revolución de rueda 2, ilustrada por la curva continua 4.

También se observará que, debido a la velocidad variable de rotación W aquí en fase de aceleración, el número de incrementos de una revolución de rueda, delimitados por incrementos I de idéntica paridad, por ejemplo, disminuye de manera sustancial.

La Figura 5 es una ilustración para explicar el cálculo de las densidades de energía S+ positiva y S- negativa en una segunda señal de revolución de rueda 10 que corresponde a una sola revolución de rueda cuando la velocidad de rotación W es constante. Por supuesto, el método es idéntico si la velocidad de rotación W es variable o si la señal de revolución de rueda está delimitada sobre varias revoluciones de rueda.

El umbral A se determina siendo en este caso el producto de un valor C, aquí igual a 1,0, por la aceleración de referencia ^Yreference identificada en parte de la señal de revolución de rueda. Este umbral está materializado por la línea continua 11. De hecho, es preferible en señales reales tomar un valor de C igual a 0,7. Si las señales están fuertemente perturbadas, se pueden elegir oscilaciones sensibles alrededor de la señal de revolución de rueda 10 a una frecuencia más alta que la revolución de rueda, con un valor de C igual a 0,5 o 0,6. En cambio, para señales obtenidas sobre pavimentos por lo general lisos, se puede utilizar un valor C del orden de magnitud de 0,8 o 0,9. Este valor C debe ser fijo para todas las etapas del método.

Las densidades de energía S+ positiva o S- negativa se calculan como la suma de los valores absolutos de las diferencias entre la segunda señal de revolución de rueda 10 y la aceleración de referencia ^Yreference, representada por la curva continua 11. Necesariamente, la superficie delimitada por las superficies S+ es igual a la superficie delimitada por la superficie S- salvo errores de discretización.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Método de obtención de la deformación de una carcasa de neumático sometida a una carga, en estado inflado y cargado girando a una velocidad de rotación W, teniendo dicha carcasa de neumático, una corona, dos flancos y dos talones de revolución alrededor de un eje natural de rotación y un plano mediano, definiendo la intersección del plano mediano y del eje natural de rotación un centro de rueda, que comprende las etapas siguientes:

- Fijar al menos un sensor en la carcasa de neumático en línea con la parte superior que tenga una posición radial R con respecto al eje natural de rotación capaz de generar al menos una señal de salida proporcional a la aceleración experimentada por dicho sensor en la carcasa de neumático;

- Realizar la adquisición de al menos una primera señal de abscisas ^u que comprenda al menos la amplitud de la aceleración según la dirección normal a la corona durante un rodamiento a la velocidad de rotación W;

- Determinar una aceleración de referencia ^Yreference que es función de la velocidad de rotación W y de la posición de al menos un sensor;

- Identificar una primera serie de incrementos I, correspondiente a la abscisa ^u de al menos una primera señal en donde la primera señal supera un valor umbral B;

- Delimitar la primera señal entre un primer incremento Imin y un segundo incremento Imax con el fin de generar una señal de revolución de rueda SigTdR;

- Definir al menos una primera densidad de energía S que sea función de la señal de revolución de rueda, de la aceleración de referencia ^Yreference, denominada S+ cuando la señal de revolución de rueda sea mayor que un umbral A, o denominada S- cuando la señal de revolución de rueda sea menor o igual a dicho umbral A;

- Identificar la deformación de la carcasa de neumático Def% generada por la carga como una función de la aceleración de referencia ^Yreference y de la primera densidad de energía S.

2. Método de obtención de la deformación de una carcasa de neumático según la reivindicación 1, en donde la adquisición de la primera señal se realiza para una velocidad de rotación W mayor o igual a una velocidad de rotación umbral Wseuil definida por la fórmula siguiente:

[Fórmula 1]

^ww seuil ~ ^{- 12}

En donde Dev es el desarrollo de la carcasa de neumático.

3. Método de obtención de energía a partir de la deformación de una carcasa de neumático según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en donde la primera serie de incrementos I se identifica por la combinación de las etapas siguientes:

- Definir un valor umbral B que sea función de la al menos un máximo de al menos una parte de la primera señal; - determinar una segunda señal de abscisas ^u como una función de la al menos una parte de la primera señal y del valor umbral B;

- Identificar la primera serie de incrementos I, correspondiente a la abscisa u de al menos parte de la primera señal y de la segunda señal en donde la segunda señal supera un umbral E.

4. Método de obtención de energía a partir de la deformación de una carcasa de neumático según la reivindicación anterior, en donde el valor umbral B es un valor comprendido entre 0,1 y 0,5 del al menos un máximo de al menos una parte de la primera señal.

5. Método de obtención de energía a partir de la deformación de una carcasa de neumático según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 4, en donde siendo la segunda señal obtenida por la diferencia entre la primera señal y el valor umbral B, el umbral E es el valor nulo o siendo obtenida la segunda señal por la relación entre la primera señal y el valor umbral B, siendo el umbral E el valor unitario.

6. Método de obtención de energía a partir de la deformación de una carcasa de neumático según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde la identificación de los incrementos comprende las etapas siguientes: - Crear una segunda serie de incrementos J correspondiente a la abscisa ^u mediana entre las abscisas ^u de los incrementos I de paridades idénticas y consecutivas;

- Generar la señal de revolución de rueda Sig^TdR entre un primer incremento J^min y un segundo incremento J^max.

7. Método de obtención de energía a partir de la deformación de una carcasa de neumático según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el umbral A es función de la aceleración de referencia ^Yreference.

8. Método de obtención de energía a partir de la deformación de una carcasa de neumático según una de las reivindicaciones 1 a 7, en donde la aceleración de referencia ^Yreference, función de la posición radial R del al menos un sensor, se define por la fórmula siguiente:

[Fórmula 2]

9. Método de obtención de energía a partir de la deformación de una carcasa de neumático según una de las reivindicaciones 1 a 7, en donde la determinación de la aceleración de referencia ^Yreference se define como el valor medio de al menos una parte de la primera señal comprendido entre dos incrementos de paridad idénticos pertenecientes a la misma serie de incrementos.

10. Método de obtención de la deformación de una carcasa de neumático según una de las reivindicaciones anteriores en donde, habiendo desfasado la señal de revolución de rueda Sig^TdR respecto a una posición angular de la carcasa de neumático, se aplica una corrección Corr a la señal de revolución de rueda Sig^TdR para tomar en cuenta el efecto de la gravedad terrestre.

11. Método de obtención de energía a partir de la deformación de una carcasa de neumático según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, comprendiendo el método las etapas siguientes:

- Determinar un primer número de pasos N^Pas de la señal de revolución de rueda Sig^TdR como la parte entera por exceso de la mitad de la diferencia entre el segundo incremento (J^max, I^max) y el

señal de revolución de rueda Sig^TdR;

- Determinar un segundo número de pasos N’^Pas de la señal de revolución de rueda Sig^TdR como la parte entera de la mitad de la diferencia entre el segundo incremento (J^max, I^max) y el de la señal de revolución de rueda Sig^TdR;

- Si el primer incremento (I^min) es un incremento correspondiente a la abscisa ^u de la primera señal en donde la primera señal supera el valor umbral B en descenso, entonces el método comprende la etapa siguiente:

- Identificar la deformación de la carcasa de neumático Def^% sometida a una carga mediante las fórmulas siguientes:

[Fórmula

Si no es así, el método comprende la etapa siguiente:

- Identificar la deformación de la carcasa de neumático Def% sometida a una carga mediante las fórmulas siguientes:

[Fórmula

12. Método de obtención de energía a partir de la deformación de una carcasa de neumático según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la adquisición de la primera señal se realiza a una frecuencia de muestreo constante y la discretización espacial del muestreo de la primera señal es inferior a 6 grados, preferiblemente menos de 3 grados, muy preferiblemente menos de 1 grado.

13. Método de obtención de la deformación de una carcasa de neumático según la reivindicación 12 tomada en combinación con la reivindicación 11 en donde las densidades de energía negativa S- y positiva S+ se definen según las fórmulas siguientes:

- Si el primer incremento (Imin) es un incremento correspondiente a la abscisa u de la primera señal en donde la primera señal supera el valor máximo E en descenso, entonces:

[Fórmula 4a]

y

[Fórmula 4b]

- Si no es así:

[Fórmula 4c]

y

[Fórmula 4d]

=

)| *^

En donde NV es el número total de puntos discretizados en la señal de revolución de rueda SigTdR.

14. Método de obtención de energía a partir de la deformación de una carcasa de neumático según la reivindicación 12 tomada en combinación con la reivindicación 9 en donde la determinación de la aceleración de referencia ^Yreference se obtiene mediante la fórmula siguiente:

[Fórmula 5]

En donde NV es el número total de puntos discretizados en la señal de revolución de rueda SigTdR.

15. Método de obtención de energía a partir de la deformación de una carcasa de neumático según la reivindicación 13 tomada en combinación con la reivindicación 14, estando la deformación de la carcasa de neumático sometida a una carga que se determina mediante la fórmula siguiente:

[Fórmula 6]