專利名稱：監(jiān)控汽車行駛過程中輪胎瞬間狀態(tài)的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及監(jiān)控汽車行駛過程中輪胎瞬間狀態(tài)的方法和設(shè)備。
當在路面上滾動時，汽車輪胎受到垂直負荷以及在各種操縱中，例如剎車、加速、轉(zhuǎn)彎等產(chǎn)生的縱向和橫向外力的作用。
在每種操縱中，對于輪胎的每圈旋轉(zhuǎn)來說，穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)情況下滾動的輪胎上的任意點實現(xiàn)可由三個空間方向(笛卡爾坐標系)的位移表示的運動。該點的運動具有代表輪胎上各個特定點的位置；輪胎的結(jié)構(gòu)及外緣，使用情況(速度、負荷和壓力)，輪胎在其上滾動的路面的狀況，以及在剎車、加速、轉(zhuǎn)彎等操縱中輪胎受到的外力的特性曲線。
發(fā)明人發(fā)現(xiàn)對于輪胎的每圈旋轉(zhuǎn)來說，位于滾動輪胎上并且受到特定力量作用的指定點的空間位移變化具有相同的基本形狀(基本曲線)，同時它按照峰值的位置和幅度、和/或各個峰值的起始和終止以及相對最大值和/或最小值而變化。類似地，對于輪胎的每圈旋轉(zhuǎn)來說，該點的空間速度的變化也具有相同的基本形狀。
本發(fā)明已確定代表規(guī)定行駛條件下，輪胎上的各個指定點的周期基準空間位移和相對速度的一組基本基準曲線。更具體地說，在汽車在路面上行駛的過程中或者在標準測試過程中或者通過計算，獲得并保存所述基本基準曲線。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)這些基本基準曲線可用于實現(xiàn)與周期工作曲線的各種比較，從而在該瞬間根據(jù)這些比較獲得關(guān)于輪胎滾動時的狀態(tài)的信息、關(guān)于被交換(exchanged)作用力的信息、關(guān)于輪胎在其上滾動的路面的信息、關(guān)于使用情況的信息、關(guān)于各個時刻輪胎和路面之間可獲得的附著力(摩擦力)情況的信息等等。特別地，能夠確定當從理想的附著力改變到輪胎的完全滑移時，所關(guān)心的點的位移(速度)隨著時間的變化方式。
通過比較獲得的信息可用于調(diào)整對汽車各個機構(gòu)的干預(yù)，并且監(jiān)控制動、加速和滑移等過程中汽車的狀態(tài)。
就本說明和之后的權(quán)利要求來說，術(shù)語“連續(xù)”的意義涉及信號采集階段、信號比較階段等，另外還覆蓋在彼此間隔短暫時間間隔的各個時刻進行的采集和比較，所述短暫時間間隔的持續(xù)時間足夠短，使得能夠以有效的方式表示所考慮的行駛條件下輪胎的狀態(tài)。通常，這種時間間隔的最大持續(xù)時間等于輪胎以所考慮的速度完成360°的完整旋轉(zhuǎn)所需的時間。
在第一方面，本發(fā)明涉及監(jiān)控汽車行駛過程中輪胎的瞬間狀態(tài)的方法，所述輪胎包括至少一個胎面和一個外胎，三個空間方向-一個縱向方向、一個橫向方向和一個垂向方向-與所述輪胎相關(guān)聯(lián)，所述方法包括下述步驟a)獲得并保存(至少臨時保存)至少一個基本基準曲線，所述至少一個基本基準曲線把所述輪胎的至少一個指定點在所述三個空間方向的至少一個方向上的位移變化表示為所述點在所述輪胎的至少一部分旋轉(zhuǎn)過程中的空間位置的函數(shù)，b)連續(xù)獲得所述輪胎上的所述至少一點在所述輪胎的至少一部分旋轉(zhuǎn)過程中的空間位置的信號，c)根據(jù)所述位置信號在所述輪胎的所述至少一部分旋轉(zhuǎn)中以所述點空間位置的函數(shù)的形式，得到所述至少一點沿規(guī)定的三個空間方向中所述至少一個方向的至少一個當前工作位移周期曲線，d)連續(xù)比較所述當前工作位移曲線和保存的所述基本基準位移曲線，e)根據(jù)所述比較發(fā)出信號，所述信號指示所述輪胎的所述瞬間狀態(tài)。
在一個實施例中，在汽車在路面上行駛過程中輪胎的一周旋轉(zhuǎn)期間，獲得上述a)點中提及的所述基本基準位移曲線，并臨時保存規(guī)定的時間，以便完成在上述d)點中提及的與在所述輪胎的后續(xù)旋轉(zhuǎn)中獲得的所述工作位移曲線的所述比較。
通常，保存的所述基本基準位移曲線是前一次旋轉(zhuǎn)的位移曲線。
在另一實施例中，在所述汽車的開動步驟之前的步驟中獲得上述a)點中提及的所述基本基準位移曲線，所述基本基準位移曲線被永久保存，以便完成上述d)點中提及的與在所述輪胎的所述至少一部分旋轉(zhuǎn)中獲得的所述工作位移曲線的所述比較。
最好，在所述步驟a)中保存一個空間方向上，所述至少一點的基本基準速度曲線，在所述步驟c)中確定一個空間方向上，所述至少一點的工作速度周期曲線，借助關(guān)于時間的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，根據(jù)所述基本基準位移曲線和所述工作位移曲線分別獲得所述速度曲線，在所述步驟d)中比較所述基本基準速度曲線和所述工作速度曲線。
最好借助所述基本基準曲線和所位移或速度工作曲線，測量外胎上位于輪胎和路面接觸區(qū)中的某一點附近所述外胎的變形狀態(tài)，以便評估存在于輪胎和路面之間的附著力，以及所述輪胎產(chǎn)生和所述路面的接觸點相切的作用力的能力。
最好在所述步驟b)中獲得所述輪胎的至少兩點的位置信號，并且在所述步驟d)中相互比較工作位移或速度的相應(yīng)曲線，以便揭示前述變形狀態(tài)方面的快速變化或者任何采集錯誤。
在第二方面，本發(fā)明涉及監(jiān)控汽車行駛過程中輪胎的瞬間狀態(tài)的設(shè)備，所述輪胎包括至少一個胎面和一個外胎，三個空間方向-一個縱向方向、一個橫向方向和一個垂向方向-與所述輪胎相關(guān)聯(lián)，所述設(shè)備包括I.獲得并保存(至少臨時保存)至少一個基本基準曲線的裝置，所述至少一個基本基準曲線把所述輪胎的至少一個指定點在所述三個空間方向的至少一個方向上的位移變化表示為所述點在所述輪胎的至少一部分旋轉(zhuǎn)過程中的空間位置的函數(shù)，II.與所述輪胎上的所述至少一點相聯(lián)系的至少一個傳感器，所述至少一個傳感器能夠在一段時間內(nèi)發(fā)出所述點的空間位置信號，III.能夠連續(xù)獲得所述輪胎上的所述至少一點在所述輪胎的至少一部分旋轉(zhuǎn)過程中的所述空間位置信號的拾取裝置，IV.包含能夠根據(jù)所述位置信號在所述輪胎的所述至少一部分旋轉(zhuǎn)中以所述點空間位置的函數(shù)的形式，得到所述至少一點沿規(guī)定的三個空間方向中所述至少一個方向的至少一個當前工作位移周期曲線的程序的處理裝置，
V.所述處理裝置能夠連續(xù)比較所述當前工作位移曲線和保存的所述基本基準位移曲線，VI.所述處理裝置還能夠根據(jù)所述比較發(fā)出信號，所述信號指示所述輪胎的所述瞬間狀態(tài)。
在一個實施例中，所述存儲裝置能夠在汽車在路面上行駛過程中輪胎的一周旋轉(zhuǎn)期間，獲得并臨時保存上述I點中提及的所述基本基準位移曲線規(guī)定的時間，所述處理裝置實現(xiàn)上述V點中提及的所述臨時基本基準位移曲線和在所述輪胎的后續(xù)旋轉(zhuǎn)中獲得的所述工作位移曲線的所述比較。
在另一實施例中，所述存儲裝置能夠在開動所述汽車之前的步驟中獲得并永久保存上述I點中提及的所述基本基準位移曲線，所述處理裝置實現(xiàn)上述V點中提及的所述永久保存的基本基準位移曲線和在所述輪胎的所述至少一部分旋轉(zhuǎn)中獲得的所述工作位移曲線的所述比較。
最好，所述處理裝置能夠保存一個空間方向上，所述至少一點的基本基準速度曲線，并且能夠確定一個空間方向上，所述至少一點的工作速度周期曲線，借助關(guān)于時間的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，根據(jù)所述基本基準位移曲線和所述工作位移曲線分別獲得所述速度曲線，所述處理裝置能夠比較所述基本基準速度曲線和所述工作速度曲線。
所述處理裝置最好借助所述基本基準曲線和所位移或速度工作曲線，測量外胎上位于輪胎和路面接觸區(qū)中的某一點附近所述外胎的變形狀態(tài)，以便評估存在于輪胎和路面之間的附著力，以及所述輪胎產(chǎn)生和所述路面的接觸點相切的作用力的能力。
最好至少兩個傳感器裝置與所述輪胎上的至少兩點相聯(lián)系，并且發(fā)出所述至少兩點的至少兩個位置信號，所述處理裝置借助所述信號確定至少兩條工作位移或速度曲線，并且相互比較所述至少兩條工作位移或速度曲線，以便揭示前述變形狀態(tài)方面的快速變化或者任何采集錯誤。
發(fā)明人發(fā)現(xiàn)對于本發(fā)明來說，輪胎上最重要的點是-外胎側(cè)壁上的點，這里稱為外胎側(cè)壁平面上的點；-位于輪胎胎面外表面上的點，這里稱為胎面上的點；
-位于外胎內(nèi)襯上的點，這里稱為襯套平面上的點；-外胎結(jié)構(gòu)內(nèi)的中間點(例如外胎胎面和內(nèi)襯之間的點)。
最好按照這樣的方式指定點，使之位于輪胎的赤道面(中心或輪周)上，或者位于輪胎的胎緣上。
根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備測量的物理量一般為-點的縱向位移(X方向)；-點的橫向位移(Y方向)；-垂向位移(Z方向)；-點的縱向速度(X方向)；-點的橫向速度(Y方向)；-垂向速度(Z方向)。
點的位移或速度隨時間的變化有時可用于查明輪胎的當前(瞬時)工作狀態(tài)，例如輪胎的瞬時受力情況和輪胎與路面之間可獲得的附著力。
根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備的獨特特征在于信號直接起源于用作傳感器的輪胎，而不被諸如車輪的輪緣或輪轂之類的其它機械元件傳遞，所述輪胎裝在所述車輪上。其優(yōu)點是避免傳統(tǒng)設(shè)備常見的延遲時間和潛在干擾，從而防止制動過程中抱死(防滑裝置或ABS)以及加速過程中滑移(防滑移裝置)。
根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備的另一獨特特征在于能夠監(jiān)控輪胎在剎車、加速和轉(zhuǎn)彎(偏移)過程中的狀態(tài)，這歸因于觸地區(qū)內(nèi)輪胎外胎上各點的縱向和橫向變形狀態(tài)隨時間的變化情況的監(jiān)控。
通過確定偏移情況下輪胎的狀態(tài)，監(jiān)控轉(zhuǎn)彎時汽車的情況的能力是本發(fā)明的突出特征之一。這是因為據(jù)發(fā)明人所了解，沒有任何一種已知的方法和設(shè)備具有這一重要的特征。
在本說明和權(quán)利要求中，術(shù)語“基本曲線”(也稱為“周期曲線”)代表把輪胎上一點沿指定空間方向的位移或速度的變化表示為在所研究條件下，在輪胎的一圈旋轉(zhuǎn)中或者在幾分之一旋轉(zhuǎn)中該點空間位置的函數(shù)的曲線。
下面將參考在附圖中表現(xiàn)的一個實施例，舉例說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，其中

圖1表示具有位于某些點的位置傳感器的滾動輪胎的俯視圖；圖2表示圖1的輪胎的兩點的圓周軌跡及輪胎上一點的速度矢量；圖3是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的監(jiān)控圖1的輪胎的瞬間狀態(tài)的設(shè)備的方框圖；圖4表示圖1的輪胎的一個模型，它可用于描述滑移現(xiàn)象；圖5表示在自由(空檔)滾動情況下，在圖1的輪胎的輪周上位于襯套平面上的點的垂向速度的周期曲線；圖6表示在自由(空檔)滾動情況下，在圖1的輪胎的輪周上位于胎面上的點的縱向速度的周期曲線；圖7表示在自由(空檔)滾動和剎車情況下，在圖1的輪胎的輪周上位于襯套平面上的點的垂向速度的周期曲線，詳細敘述了輪胎和路面之間的接觸區(qū)；圖8表示在自由(空檔)滾動和剎車情況下，在圖1的輪胎的輪周上位于胎面上的點的縱向速度的周期曲線，詳細敘述了輪胎和路面之間的接觸區(qū)；圖9表示在具有不同摩擦系數(shù)的路面上制動的情況下，在圖1的輪胎的輪周上位于襯套平面上的點的垂直速度的周期曲線，詳細敘述了輪胎和路面之間的接觸區(qū)。
圖10表示在垂直負荷不同條件下進行制動時，在圖1的輪胎輪周上位于襯套平面上的點的垂直速度的周期曲線，詳細敘述了輪胎和路面之間的接觸區(qū)。
圖11表示在自動滾動和制動情況下，位于圖1的輪胎胎緣的襯套平面上的點的垂直速度的周期曲線，詳細敘述了輪胎和路面之間的接觸區(qū)。
圖1中，附圖標記1表示具有縱軸X(前進方向)、橫軸Y(輪胎的旋轉(zhuǎn)軸)和垂直軸Z的汽車輪胎。輪胎1的旋轉(zhuǎn)方向由箭頭11表示(圖2)。傳感器3或傳感器4安裝在輪胎1中，或者兩者均安裝在輪胎1中。傳感器3和4與輪胎的位于胎面、外胎側(cè)壁平面或者襯套平面上的各點相關(guān)，或者與中間點相關(guān)。傳感器3與位于輪周上的點相關(guān)，輪周位于赤道面(equatorial plane)13上，而傳感器4與位于胎緣(shoulder)上的點相關(guān)，胎緣位于平面14上，所述平面14橫向與赤道面13間隔一定距離并且與赤道面13平行。在輪胎的滾動中，輪胎上傳感器3或傳感器4與之相關(guān)聯(lián)的點沿通常包括沿空間三個方向的位移的軌跡移動。傳感器3和4發(fā)出指示它們相對于指定基準點的位置的信號，或者位移信號，或者速度信號，或者加速度信號。例如，傳感器3和4是經(jīng)過一段距離傳送信號的傳感器，例如紅外傳感器、超聲波傳感器及類似傳感器。圖中沒有表示安裝在輪胎1上的指定點，位于胎面、外胎或襯套平面上，或者位于中間平面，位于輪周或胎緣上的其它傳感器。
圖2表示輪胎滾動過程中，輪胎上某一點的切向速度的矢量V及其縱向分量和垂直分量的矢量Vlong和Vvert。圖中還表示了輪周上位于胎面平面上的點距離經(jīng)過輪胎旋轉(zhuǎn)軸的垂直平面的最大距離L。圖中還表示了與路面5接觸的區(qū)域中輪胎的觸地面積的長度l。
圖3表示監(jiān)控圖1的輪胎的瞬間情況的設(shè)備的方框圖。圖中表示了傳感器3和4、與傳感器關(guān)聯(lián)的拾取器(pick-up)6和與拾取器6相連的控制器7。控制器7包括具有易失性存儲元件7a、永久性存儲元件7b和處理裝置7c的程控微處理器。如上所述，傳感器3和4及任何其它傳感器被安裝在輪胎的特定點，而拾取器6和控制器7安裝在汽車上。拾取器6是超聲波拾取器或者光電二極管，或者是壓電類型的拾取器或者類似的拾取器。
如同稍后所述，分別臨時地或者永久地把與輪胎上設(shè)置傳感器3和4及任何其它傳感器的各點的運動相關(guān)的指定物理量，例如位移或速度的指定的基本(周期)基準曲線保存到控制器的易失性存儲元件7a或者永久性存儲元件7b中。例如，分別代表輪胎上一點或多點的作為其圓周位置函數(shù)的下述物理量垂直速度Vvert、縱向速度Vlong和橫向(側(cè)面)速度Vltrasv(在輪胎的一周旋轉(zhuǎn)中的周期變化)的基本基準曲線、臨時(可變)曲線或者常數(shù)被保存到存儲元件7a或7b中。拾取器6接收傳感器3和4發(fā)出的位置信號并將其送給程控處理這些位置信號的控制器7。在控制器7中，根據(jù)研究點的位置的連續(xù)信號以該點的空間位置的函數(shù)的形式獲得輪胎旋轉(zhuǎn)一周中，該點在垂向、縱向方向或者橫向方向的當前工作位移的周期曲線。在控制器7中，把垂向、縱向或者橫向工作位移的周期曲線和保存的垂向、縱向或橫向位移的基本基準曲線進行比較，并由所述比較獲得關(guān)于輪胎的瞬時受力情況的信息和/或關(guān)于輪胎和路面之間的瞬時附著力的信息。
就一種變型而論，借助關(guān)于時間的數(shù)學(xué)推導(dǎo)(derivative)，根據(jù)位移的周期曲線確定研究點的垂直速度Vvert、縱向速度Vlong和橫向速度Vltrasv的周期曲線作為該點的空間位置的函數(shù)，這種情況下，在控制器7中比較工作速度的周期曲線和保存的速度的基本基準曲線。
同樣在控制器7中處理由與輪胎的兩個或多個指定點相關(guān)聯(lián)的兩個或多個傳感器發(fā)出的指定的兩個或三個的空間位置信號。根據(jù)這些信號得到兩點或多點的工作位移的兩條或多條曲線，或者兩點或多點的工作速度的兩條或多條曲線，并將它們相互比較，從而揭示輪胎的變形狀態(tài)的快速變化或者任意獲取錯誤(在后一情況下，必須至少監(jiān)控第三個點)。
由基本基準曲線和周期工作曲線之間的比較獲得的信息隨后可用于設(shè)置汽車的機械裝置的控制動作，例如制動系統(tǒng)的調(diào)整、發(fā)動機空氣和燃油供給系統(tǒng)的調(diào)整、主動式懸掛裝置的調(diào)整等等。
在汽車在路面上行駛的過程中，獲得在輪胎的每圈旋轉(zhuǎn)中的臨時基本基準曲線?；净鶞是€被臨時保存，以便與在所述輪胎的連續(xù)旋轉(zhuǎn)中獲得的當前周期工作曲線進行比較。例如，把在輪胎的最后一圈旋轉(zhuǎn)中獲得的周期工作曲線與在輪胎的倒數(shù)第二圈旋轉(zhuǎn)或者在之前的第i圈旋轉(zhuǎn)中獲得的基本基準曲線進行比較。
特別地，通過監(jiān)控觸地面積中輪胎外胎的一點或多點的縱向和橫向變形狀態(tài)隨時間的變化(縱向和橫向位移或速度的周期曲線)，能夠檢查在剎車、加速中輪胎是否處于滑移狀態(tài)，或者在轉(zhuǎn)彎中輪胎是否處于偏移狀態(tài)。
研究圖4中示意表示的輪胎模型該模型可用于描述縱向方向的滑移(slip)現(xiàn)象(剎車和加速)和橫向方向的偏移(drift)狀態(tài)。
關(guān)于輪胎的縱向動力學(xué)，檢查下述性能-輪胎的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)剛度Cbθ；-輪胎的結(jié)構(gòu)徑向剛度Cb；-胎面的縱向剛度Ccx；-縱向滑移的阻力Ck；-單位長度胎面縱向剛度Cpx；-相對于輪緣的滑移速度Vsx；-接觸區(qū)中的滑移速度Vc，sx；-相對于接觸區(qū)的前進速度Vcr；-有效轉(zhuǎn)動半徑re2；-觸地面積的半長a。
在沒有打滑(skidding)而出現(xiàn)滑移的情況下，滑移阻力與觸地面積的半長的比值等于胎面的縱向剛度Ck/α＝Ccx＝2aCpx而縱向觸地力F取決于外胎的變形狀態(tài)及與扭轉(zhuǎn)剛度Cbθ和徑向剛度Cb相關(guān)的等效剛度(串聯(lián)彈簧)。
1/Ccq＝1/Cb+re2/CbθF=Ccq∫02aVc,sxdt]]>于是通過測量外胎的變形狀態(tài)，并且如果已知扭轉(zhuǎn)剛度和徑向結(jié)構(gòu)剛度，則可確定觸地力。在純滑移的情況下，在沒有打滑的條件下，在制動和加速中滑移速度恒定不變，于是其積分是沿著接觸面積的線性函數(shù)。從而縱向方向的變形狀態(tài)是三角形類變形；換句話說，在進入接觸區(qū)域時變形為零，并且逐漸增大直到在退出接觸區(qū)域時達到最大值。
在偏移(轉(zhuǎn)彎)的情況下，通過研究橫向滑移或偏移(而不是縱向滑移)、橫向滑移阻力或偏移阻力、胎面的橫向剛度、外胎及側(cè)壁的橫向結(jié)構(gòu)剛度和馳豫長度(而不是觸地面積的半長)可得到相同的結(jié)果。術(shù)語“馳豫長度”(relaxation length)表示在橫向(偏移)力達到對應(yīng)于已設(shè)置的偏移角的標準工作值之前輪胎行進的距離。
當發(fā)生打滑時，滑移阻力Ck與觸地面積的半長的比值不再等于胎面的縱向剛度Ccx，而是小于胎面的縱向剛度Ccx，并且隨著打滑的增大而降低。
具體地說，滑移阻力Ck等于為適用于輪胎的滑移值計算的關(guān)于滑移的作用力的推導(dǎo)Ck＝δF/δξcx這里ξcx＝±Vc，sx/Vcr當輪胎處于附著力的極限條件時，換句話說當縱向作用力等于垂直作用力與摩擦系數(shù)的乘積時，發(fā)生打滑現(xiàn)象。具體地說，在剎車、加速和偏移情況下，在觸地(接觸)面積中局部作用力最大并且變形同樣最大的那些點出現(xiàn)附著力不足的現(xiàn)象。
發(fā)明人觀測到當發(fā)生打滑時，外胎的變形狀態(tài)部分為三角形類變形，于是當進入觸地區(qū)時變形為零，在觸地區(qū)內(nèi)達到最大，隨后降低到與局部縱向作用力等于摩擦系數(shù)和局部垂直作用力的乘積相同的點相對應(yīng)的數(shù)值，并且一直持續(xù)到退出觸地區(qū)為止。同樣，縱向作用力不再隨變形線性變化，而是以小于線性變化的方式增大，直到它達到等于摩擦系數(shù)和作用于車輪上的垂直負荷的乘積的最大值為止，隨后開始降低或者保持在該最大值，直到車輪制動為止。達到縱向作用力的最大值的滑移值和滑移最大值(換句話說1)之間的區(qū)域被稱為“不穩(wěn)定性”區(qū)域。
發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過直接測量外胎的變形狀態(tài)，能夠識別并發(fā)信號通知在路面上行駛中輪胎已進入的狀況，特別是評估輪胎和路面之間可達到的附著力并且估計輪胎產(chǎn)生與和路面的接觸點相切的牽引力的能力。
這需要下述步驟-測量外胎通過觸地區(qū)的過程中，外胎上各點中某一點附近的外胎縱向變形和橫向變形；-測量變形狀態(tài)隨時間的變化，以便驗證變形狀態(tài)的類型，換句話說變形狀態(tài)是三角形變形還是復(fù)合變形(即由后面是由于附著力的不足引起的變形快速降低(不穩(wěn)定性區(qū)域)的三角形部分組成)。
發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過測量外胎經(jīng)過觸地區(qū)過程中外胎上一點的縱向和橫向位移及相應(yīng)的速度，能夠驗證輪胎是否受到制動、加速或者轉(zhuǎn)彎，以及輪胎是否處于不穩(wěn)定區(qū)中。在該區(qū)域中，變形從三角形狀態(tài)改變成復(fù)合狀態(tài)，同時最大變形點朝著觸地區(qū)的中心移動。從該時刻起，當輪胎進入不穩(wěn)定區(qū)時，變化非?？?。
縱向變形的狀態(tài)與滑移有關(guān)，橫向變形的狀態(tài)與偏移有關(guān)在三角形變形法則中，變形增大的角度由縱向動力學(xué)的滑移和橫向動力學(xué)的偏移角組成。
根據(jù)本發(fā)明的方法基于外胎上一點的位移/速度的測量結(jié)果的使用。該測量結(jié)果被用于直接測量變形狀態(tài)隨著時間的變化(變形狀態(tài)類型的改變)和(變形狀態(tài)的)速度的相應(yīng)變化，速度的相應(yīng)變化是輪胎的不穩(wěn)定性區(qū)域的標記。
如上所述，在汽車在路面上行駛之前的步驟中，在標準條件下通過實驗確定永久保存的基本基準曲線。
例如，測量并記錄關(guān)于在測試路線上行駛、在各種速度下行駛、在干燥的直路上行駛、在車上有一人的情況下行駛、在最大附著力的條件下行駛的汽車的一些基本基準曲線。
測量并記錄關(guān)于在各種速度下行駛、在干燥的直路上行駛、在車上有一人的情況下行駛、在制動踏板半壓下的5秒制動期內(nèi)移動的汽車的其它基本基準曲線。
在汽車在路上行駛的過程中，在輪胎旋轉(zhuǎn)一周的過程中，獲取臨時保存在易失性存儲元件中的基本基準曲線，以便與在輪胎的后續(xù)旋轉(zhuǎn)中獲得的當前周期工作曲線進行比較。實際上，基準是在被觀察輪胎旋轉(zhuǎn)之前的輪胎旋轉(zhuǎn)。
下面給出可和根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備一起使用的特別重要的周期曲線的一些例子。
圖5表示輪胎上位于輪周上襯套平面的、位于中心的、位于赤道面的點的垂直速度Vvert的周期曲線。該曲線代表在輪胎旋轉(zhuǎn)完整一圈中、在以30公里/小時(km/hr)的速度自由滾動情況下、在垂直負荷為250公斤(kg)的情況下、在摩擦系數(shù)為0.8的路面上，隨著該點的縱向位置(該點距離經(jīng)過輪胎旋轉(zhuǎn)軸的垂直平面的距離)的變化的速度變化。
圖6表示輪胎上位于輪周上胎面平面上的點(傳感器3)的縱向速度Vlong的周期曲線。該曲線被確定為在輪胎旋轉(zhuǎn)完整一圈中、在以30km/hr的速度自由滾動情況下、在垂直負荷為250kg的情況下、在摩擦系數(shù)為0.8的路面上，輪胎上該點的縱向位置的函數(shù)。
圖7表示在以30km/hr的速度自由滾動(曲線a)和制動(曲線b)情況下，輪胎的位于輪周上襯套平面的點的垂直速度Vvert的具體周期曲線a和b。這些曲線局限于觸地區(qū)中該點的縱向位置，并且是在摩擦系數(shù)為0.8的路面上在垂直負荷為250kg的情況下確定的。
圖8表示在以30km/hr的速度自由滾動(曲線c)和制動(曲線d)情況下，輪胎的位于輪周上襯套平面的點的縱向速度(Vlong)的周期曲線c和d。這些曲線局限于觸地區(qū)中該點的縱向位置，并且是在摩擦系數(shù)為0.8的路面上在垂直負荷為250kg的情況下確定的。
當輪胎開始打滑從而其附著性能開始下降時，被檢查參量的數(shù)值，說得更確切些各個周期中一系列的這些數(shù)值被改變。通過比較當前的曲線和先前的曲線，從而通過瞬時比較在最佳附著力的情況下獲得的“標準”基準曲線和在打滑情況下獲得的曲線，能夠?qū)崟r地確定輪胎已開始進入不是最理想的狀態(tài)。這使得能夠通過控制汽車的制動機構(gòu)的制動操作，設(shè)置必要的調(diào)整動作。
圖9表示在制動情況下在不同的路面摩擦條件，尤其在摩擦系數(shù)為0.4(曲線e)和1.2(曲線f)的路面上，輪胎上位于輪周的襯套上的點的垂直速度(Vvert)的周期曲線e和f。這些曲線局限于觸地區(qū)中該點的縱向位置，并且是在垂直負荷為350kg的情況下確定的。
垂直負荷的變化還導(dǎo)致周期曲線的改變。圖10清楚地表示了這一點，圖10表示在制動情況下在摩擦系數(shù)為0.8的路面上，輪胎上位于輪周中襯套平面上的點的垂直速度(Vvert)的周期曲線g和h。這些曲線局限于觸地區(qū)中該點的縱向位置，并且是在垂直負荷分別為250kg(曲線g)和350kg(曲線h)的情況下確定的。
圖11表示在以30km/hr的速度自動滾動情況下(曲線i)和在制動情況下(曲線l)，輪胎的位于胎緣中襯套平面上的點的垂直速度(Vvert)的周期曲線i和l。
輪胎上的一點或多點的參量(速度)的測量結(jié)果(再加上分析兩個或多個測量結(jié)果之間的差值隨著時間的變化)提供可用于確定輪胎的瞬間狀態(tài)，更準確地說輪胎狀態(tài)的瞬間變化的一組數(shù)據(jù)。
上面的說明表明根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備能夠通過分析在輪胎滾動過程中從輪胎上的任意點獲得的數(shù)據(jù)，了解輪胎的狀態(tài)。這些數(shù)據(jù)的分析指出汽車在路面上行駛的過程中輪胎工作時的壓力狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.監(jiān)控汽車行駛過程中輪胎(1)的瞬間狀態(tài)的方法，所述輪胎(1)包括至少一個胎面和一個外胎，三個空間方向-一個縱向方向、一個橫向方向和一個垂向方向-與所述輪胎(1)相關(guān)聯(lián)，所述方法包括下述步驟a)獲得并保存(至少臨時保存)至少一個基本基準曲線，所述至少一個基本基準曲線把所述輪胎的至少一個指定點在所述三個空間方向的至少一個方向上的位移變化表示為所述點在所述輪胎(1)的至少一部分旋轉(zhuǎn)過程中的空間位置的函數(shù)，b)連續(xù)獲得所述輪胎(1)上的所述至少一點在所述輪胎(1)的至少一部分旋轉(zhuǎn)過程中的空間位置的信號，c)根據(jù)所述位置信號在所述輪胎(1)的所述至少一部分旋轉(zhuǎn)中以所述點的空間位置的函數(shù)的形式，得到所述至少一點沿規(guī)定的三個空間方向中所述至少一個方向的至少一個當前工作位移周期曲線，d)連續(xù)比較所述當前工作位移曲線和保存的所述基本基準位移曲線，e)根據(jù)所述比較發(fā)出信號，所述信號指示所述輪胎(1)的所述瞬間狀態(tài)。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在汽車在路面上行駛過程中輪胎的一周旋轉(zhuǎn)期間，獲得上述a)點中提及的所述基本基準位移曲線，并臨時保存規(guī)定的時間，以便完成在上面的點d)中提及的與在所述輪胎(1)的后續(xù)旋轉(zhuǎn)中獲得的所述工作位移曲線的所述比較。
3.按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于保存的所述基本基準位移曲線是前一次旋轉(zhuǎn)的位移曲線。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在開動所述汽車之前的步驟中獲得上述a)點中提及的所述基本基準位移曲線，所述基本基準位移曲線被永久保存，以便完成上述d)點中提及的與在所述輪胎的所述至少一部分旋轉(zhuǎn)中獲得的所述工作位移曲線的所述比較。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在所述步驟a)中保存一個空間方向上，所述至少一點的基本基準速度曲線，在所述步驟c)中確定一個空間方向上，所述至少一點的工作速度周期曲線，借助關(guān)于時間的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，根據(jù)所述基本基準位移曲線和所述工作位移曲線分別獲得所述速度曲線，在所述步驟d)中比較所述基本基準速度曲線和所述工作速度曲線。
6.按照權(quán)利要求1和5所述的方法，其特征在于借助所述基本基準曲線和所位移或速度工作曲線，測量外胎上位于輪胎和路面接觸區(qū)中的某一點附近所述外胎的變形狀態(tài)，以便評估存在于輪胎和路面之間的附著力，以及所述輪胎產(chǎn)生和所述路面的接觸點相切的作用力的能力。
7.按照權(quán)利要求1和5所述的方法，其特征在于在所述步驟b)中獲得所述輪胎的至少兩點的位置信號，并且在所述步驟d)中相互比較工作位移或速度的相應(yīng)曲線，以便揭示前述變形狀態(tài)方面的快速變化或者任何采集錯誤。
8.監(jiān)控汽車行駛過程中輪胎(1)的瞬間狀態(tài)的設(shè)備，所述輪胎(1)包括至少一個胎面和一個外胎，三個空間方向-一個縱向方向、一個橫向方向和一個垂向方向-與所述輪胎(1)相關(guān)聯(lián)，所述設(shè)備包括I.獲得并保存，至少臨時保存至少一個基本基準曲線的裝置(7a、7b)，所述至少一個基本基準曲線把所述輪胎的至少一個指定點在所述三個空間方向的至少一個方向上的位移變化表示為所述點在所述輪胎(1)的至少一部分旋轉(zhuǎn)過程中的空間位置的函數(shù)，II.與所述輪胎(1)上的所述至少一點相聯(lián)系的至少一個傳感器(3、4)，所述至少一個傳感器能夠在一段時間內(nèi)發(fā)出所述點的空間位置信號，III.能夠連續(xù)獲得所述輪胎上的所述至少一點在所述輪胎(1)的至少一部分旋轉(zhuǎn)過程中的所述空間位置信號的拾取裝置(6)，IV.包含能夠根據(jù)所述位置信號在所述輪胎(1)的所述至少一部分旋轉(zhuǎn)中以所述點空間位置的函數(shù)的形式，得到所述至少一點沿規(guī)定的三個空間方向中所述至少一個方向的至少一個當前工作位移周期曲線的程序的處理裝置(7c)，V.所述處理裝置(7c)能夠連續(xù)比較所述當前工作位移曲線和保存的所述基本基準位移曲線，VI.所述處理裝置(7c)還能夠根據(jù)所述比較發(fā)出信號，所述信號指示所述輪胎(1)的所述瞬間狀態(tài)。
9.按照權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于所述存儲裝置(7a)能夠在汽車在路面上行駛過程中輪胎的一周旋轉(zhuǎn)期間，獲得并臨時保存上述I點中提及的所述基本基準位移曲線規(guī)定的時間，所述處理裝置實現(xiàn)上述V點中提及的所述臨時基本基準位移曲線和在所述輪胎(1)的后續(xù)旋轉(zhuǎn)中獲得的所述工作位移曲線的所述比較。
10.按照權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于所述保存的基本基準位移曲線是前一次旋轉(zhuǎn)的位移曲線。
11.按照權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于所述存儲裝置(7b)能夠在開動所述汽車之前的步驟中獲得并永久保存上述I點中提及的所述基本基準位移曲線，所述處理裝置實現(xiàn)上述V點中提及的所述永久保存的基本基準位移曲線和在所述輪胎的所述至少一部分旋轉(zhuǎn)中獲得的所述工作位移曲線的所述比較。
12.按照權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于所述處理裝置(7c)能夠保存一個空間方向上，所述至少一點的基本基準速度曲線，并且能夠確定一個空間方向上，所述至少一點的工作速度周期曲線，借助關(guān)于時間的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，根據(jù)所述基本基準位移曲線和所述工作位移曲線分別獲得所述速度曲線，所述處理裝置能夠比較所述基本基準速度曲線和所述工作速度曲線。
13.按照權(quán)利要求8和12所述的設(shè)備，其特征在于所述處理裝置(7c)借助所述基本基準曲線和所位移或速度工作曲線，測量外胎上位于輪胎和路面接觸區(qū)中的某一點附近所述外胎的變形狀態(tài)，以便評估存在于輪胎和路面之間的附著力，以及所述輪胎產(chǎn)生和所述路面的接觸點相切的作用力的能力。
14.按照權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于至少兩個傳感器裝置(3、4)與所述輪胎(1)上的至少兩點相聯(lián)系，并且發(fā)出所述至少兩點的至少兩個位置信號，所述處理裝置(7c)借助所述信號確定至少兩條工作位移或速度曲線，并且相互比較所述至少兩條工作位移或速度曲線，以便揭示前述變形狀態(tài)方面的快速變化或者任何采集錯誤。
全文摘要
一種監(jiān)控汽車行駛過程中輪胎(1)的瞬間狀態(tài)的方法，所述方法包括下述步驟a)獲得并保存(至少臨時保存)至少一個基本基準曲線，所述至少一個基本基準曲線把所述輪胎的至少一個指定點在至少一個空間方向上的位移變化表示為該點在該輪胎的至少部分旋轉(zhuǎn)過程中的空間位置的函數(shù)；b)連續(xù)獲得輪胎(1)上的指定點的空間位置信號；c)根據(jù)位置信號以該點在輪胎的至少一部分旋轉(zhuǎn)中的空間位置的函數(shù)的形式，得到該點沿空間方向的至少一個工作位移周期曲線；d)連續(xù)比較所述工作位移曲線和所述基本基準位移曲線；和e)發(fā)出取決于比較并且指示輪胎(1)的瞬間狀態(tài)的信號。
文檔編號B60R16/02GK1399599SQ00815826
公開日2003年2月26日 申請日期2000年11月8日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月18日
發(fā)明者費德里克·曼科蘇, 吉塞佩·馬特拉西亞, 愛爾達·杰羅沙, 皮羅·米沙尼 申請人:倍耐力輪胎公司