用于從輪胎反偏轉區(qū)域中的壓電測量確定輪胎均勻性參數(shù)的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供從在反偏轉區(qū)域中操作時獲得的壓電輪胎傳感器輸出信號確定輪胎均勻性參數(shù)的系統(tǒng)和方法，其包括建立將輪胎均勻性參數(shù)與壓電輸出信號相關的傳遞函數(shù)。然后當壓電輪胎傳感器正在反偏轉區(qū)域中操作時監(jiān)測來自兩個或更多個壓電輪胎傳感器的壓電輸出信號以測量來自每個壓電輪胎傳感器的電壓變化。關聯(lián)這些輸出信號，并且通過將被測量和被關聯(lián)的壓電輸出信號電壓變化水平應用到被建立的傳遞函數(shù)來確定實際輪胎均勻性參數(shù)值。最后將實際輪胎均勻性值作為電子輸出提供給用戶。
【專利說明】用于從輪胎反偏轉區(qū)域中的壓電測量確定輪胎均勻性參數(shù)的系統(tǒng)和方法

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

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


【發(fā)明內容】

[0006]考慮到在現(xiàn)有技術中遇到并且由本主題解決的被識別特征，改進的技術已被開發(fā)以從輪胎反偏轉區(qū)域中的壓電測量確定輪胎均勻性參數(shù)。
[0007]公開技術的一個示例性實施例涉及一種用于從壓電輪胎傳感器輸出確定輪胎均勻性值的方法。根據(jù)這樣的方法，電子地建立將輪胎均勻性參數(shù)與指定輪胎的壓電輸出信號相關的傳遞函數(shù)。當壓電輪胎傳感器正在反偏轉區(qū)域中操作時監(jiān)測來自兩個或更多個壓電輪胎傳感器的壓電輸出信號以測量來自每個壓電輪胎傳感器的電壓變化。反偏轉區(qū)域包括不與地面接觸的輪胎的區(qū)域。關聯(lián)來自兩個或更多個壓電輪胎傳感器的每一個的壓電輸出信號。通過將被測量和被關聯(lián)的壓電輸出信號電壓變化水平應用到被建立的傳遞函數(shù)電子地確定實際輪胎均勻性參數(shù)值，并且作為電子輸出提供被確定值。
[0008]公開技術的另一示例性實施例涉及一種用于確定指定輪胎的輪胎均勻性參數(shù)值的壓電系統(tǒng)。這樣的壓電系統(tǒng)大體上包括兩個或更多個壓電輪胎傳感器、存儲器、微處理器和可選的輸出設備。當輪胎正沿著地面滾動并且支撐負荷時兩個或更多個壓電傳感器配置成生成指示輪胎變形的壓電輸出信號。存儲器存儲將輪胎均勻性參數(shù)與指定輪胎的壓電輸出信號相關的傳遞函數(shù)。微處理器接收并且關聯(lián)來自每個壓電輪胎傳感器的壓電輸出信號，并且通過將被測量和被關聯(lián)的壓電輸出信號電壓變化水平應用到存儲在存儲器中的傳遞函數(shù)電子地確定實際輪胎均勻性參數(shù)值?？蛇x的輸出設備將被確定的實際輪胎均勻性參數(shù)值作為電子輸出中繼給用戶(例如，音頻和/或視覺輸出或控制信號輸出)。
[0009]公開技術的另外其它實施例涉及包括指令的非臨時性計算機可讀介質，當被執(zhí)行時所述指令執(zhí)行如本文中公開的實施例中的一個或多個中所述的方法。
[0010]不必要在概述部分中說明的本主題的附加實施例可以包括并且結合有在上面概述的實施例中引用的特征、部件或步驟和/或如本申請中另外所述的其它特征、部件或步驟的方面的各種組合。本領域的普通技術人員通過閱覽說明書的剩余部分將更好地領會這樣的實施例和其它實施例的特征和方面。

【專利附圖】

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

【具體實施方式】
[0022]如
【發(fā)明內容】
部分中所述，本主題總體上涉及用于從壓電輸出信號中的電壓變化確定輪胎均勻性參數(shù)的特征和步驟。在更特定的實施例中，從包括當在反偏轉區(qū)域中操作時從一個或多個壓電傳感器測量的電壓水平的輪胎參數(shù)確定輪胎均勻性參數(shù)，例如但不限于徑向跳動、不均勻質量分布和徑向力變化。可以從基于壓電的傳感器和/或包含在輪胎中的其它傳感器測量和/或計算輪胎參數(shù)，然后所述輪胎參數(shù)可以被中繼到遠程位置。
[0023]公開技術的方面的選定組合對應于本發(fā)明的多個不同實施例。應當注意在本文中提出和論述的示例性實施例的每一個不應當暗示本主題的限制。作為一個示例性實施例示出或描述的特征或步驟可以與另一實施例的方面組合使用以產生另外的其它實施例。另夕卜，某些特征可以與執(zhí)行相同或相似功能的未明確提及的類似裝置或特征互換。
[0024]現(xiàn)在參考附圖，圖1提供基于來自在輪胎的反偏轉區(qū)域中操作的壓電輪胎傳感器的被測量電壓水平確定輪胎均勻性參數(shù)的方法100中的示例性步驟的流程圖。方法100中的第一示例性步驟102包括電子地建立傳遞函數(shù)，所述傳遞函數(shù)將作為圍繞輪胎的徑向圓周的方位的函數(shù)的一個或多個選定輪胎均勻性參數(shù)與來自壓電輸出信號的電壓變化相關。根據(jù)公開技術可以被識別用于確定的不同類型的輪胎均勻性參數(shù)可以變化。非限定性例子包括尺度或幾何變化(徑向跳動(RRO)和橫向跳動(LRO))、質量變化或不平衡質量分布以及滾動力變化(徑向力變化、橫向力變化和切向力變化，有時也稱為縱向或前后力變化)。
[0025]可以通過在已知旋轉速度下操作指定輪胎并且然后從放置在輪胎內的一個或多個壓電輪胎傳感器俘獲(一個或多個)壓電輸出信號開發(fā)如步驟102中建立的傳遞函數(shù)。關注的輪胎均勻性參數(shù)也可以在輪胎的若干旋轉上被測量使得可以產生可靠模型以限定將壓電輸出電壓對時間與輪胎均勻性參數(shù)對圍繞輪胎的方位相關的傳遞函數(shù)。一旦已知該傳遞函數(shù)，以后的壓電輸出信號可以用于動態(tài)地確定存在于與輪胎關聯(lián)的其它操作環(huán)境中的輪胎非均勻性。
[0026]仍然參考圖1，方法100中的下一步驟104包括當壓電輪胎傳感器正在反偏轉區(qū)域中操作時監(jiān)測來自兩個或更多個壓電輪胎傳感器的壓電輸出信號以測量來自每個壓電輪胎傳感器的電壓變化。一般而言，反偏轉區(qū)域是在接地印跡的外部的輪胎的部分。換句話說，反偏轉區(qū)域(cdZone)是不與地面接觸的輪胎的區(qū)域，并且接地印跡區(qū)域(cpZone)是在操作期間與地面接觸的輪胎的區(qū)域。因而，對于輪胎的每轉，壓電傳感器將在傳感器在接地印跡內時的一部分時間和在傳感器在接地印跡的外部并且在反偏轉區(qū)域中時的大體更長的一部分時間獲得測量。
[0027]由于傳感器對輪胎擾動、力或輪胎受到的其它均勻性變化的識別的響應，來自正在反偏轉區(qū)域中操作的壓電傳感器的信號的測量是有用的。每個傳感器能夠將沿著安裝傳感器的輪胎表面(例如，內襯或其它附連接口)的輪胎曲率的局部時間變化形狀轉換成比例電壓。當輪胎正沿著地面或模擬行走輪滾動時輪胎形狀的變化在當壓電信號處于反偏轉區(qū)域中時獲得的被監(jiān)測輸出信號中是明顯的。
[0028]限定輪胎反偏轉區(qū)域和接地印跡區(qū)域的附加方面可以從圖5和6領會。參考圖5，考慮輪胎500正沿著地面502在如方向箭頭504指示的順時針方向上滾動。定位在輪胎500內的壓電傳感器可以有效地確定傳感器何時進入接地印跡，其對應于位置506處的接地印跡進入位置(cpEntry)。類似地，壓電傳感器也可以有效地確定傳感器何時離開接地印跡，其對應于位置508處的接地印跡離開位置(cpExit)。如由跨度510表示的，針對輪胎的第i轉，傳感器在接地印跡區(qū)域內操作期間的時間(CpTime(i))因此可以被確定為對于指定輪胎轉的接地印跡進入和離開時間之間的差，即， tcpTime(i) ^cpExit (i) ^cpEntry (i) ° 由跨度512表示的，針對輪胎的第i轉，傳感器在反偏轉區(qū)域內操作期間的時間(cdTime(i))因此可以被確定為指定接地印跡離開時間和下一個輪胎轉的接地印跡進入時間之間的時間差，即,tcdTime⑴—tcpEntry(i+l)_tcpExit(i) ° 指定壓電傳感器在反偏轉區(qū)域中花費的時間的另一有意義表示對應于在圖5中表示為量514的反偏轉區(qū)域角(cdAngle = Θ )。
[0029]可以通過直接分析原始壓電信號確定在一些實施例中使用以幫助確定壓電輪胎傳感器正在反偏轉區(qū)域中操作期間的時間的上述時間變量(例如，接地印跡進入和離開時間)。在圖6中顯示這樣的原始信號600的例子，其中信號跨度602表示一個輪胎轉，信號跨度604表示傳感器正在接地印跡區(qū)域中操作期間的輪胎轉的示例性部分，并且信號跨度606表示傳感器正在反偏轉區(qū)域中操作期間的輪胎轉的示例性部分。在另一例子中，可以通過取壓電信號600的一階導數(shù)并且分析這樣的一階導數(shù)以確定局部最大和最小值而進行這樣的參數(shù)的確定。在另一例子中，可以通過取壓電信號600的二階導數(shù)并且分析這樣的二階導數(shù)以確定二階導數(shù)內的零交叉而進行這樣的參數(shù)的確定。
[0030]用于測量在步驟104中識別的輪胎參數(shù)的硬件設備的例子在圖2中表示為輪胎內模塊(ITM) 202。ITM202大體上包括當傳感器正在反偏轉區(qū)域中操作時用于獲得電壓輸出信號的壓電傳感器214，并且可以包含一個或多個不同的壓電元件。附加傳感器也可以設在ITM202中，例如但不限于可選的壓力傳感器212和可選的溫度傳感器210。當確定輪胎均勻性以外的其它參數(shù)、例如輪胎負荷等時溫度和壓力可能是有用的。隨后參考圖3和4論述用于測量各種輪胎參數(shù)的示例性裝置的附加方面。
[0031]在圖1的方法100的一些實施例中,輪胎可以包括多個壓電傳感器,每個具有一個或多個壓電元件。特別地，一些示例性實施例可以包括每個輪胎中的至少兩個壓電傳感器，其中至少兩個壓電傳感器圓周地分離大約180度使得在某時至少一個壓電傳感器正在反偏轉區(qū)域中操作。在另一示例性實施例中，三個壓電傳感器包括在每個輪胎中，其中三個壓電傳感器圓周地分離大約120度。在另外的其它示例性實施例中，四個壓電傳感器包括在每個輪胎中，其中四個壓電傳感器圓周地分離大約90度。在另外的其它實施例中，提供不必均勻間隔的多個傳感器。附加地或替代地，每個壓電傳感器可以自身包括多個壓電元件使得在步驟104中針對輪胎的每個旋轉監(jiān)測多個壓電輸出信號。
[0032]當多個壓電傳感器設在每個輪胎中時，方法100包括關聯(lián)從每個壓電元件獲得的壓電輸出信號的附加步驟106。可以通過時移選定的壓電輸出信號使得它們均可以相對于彼此在適當?shù)臅r標上被分析而完成來自步驟106的該關聯(lián)。最后，步驟108然后包括通過將來自步驟104和106的被測量和被關聯(lián)壓電輸出信號電壓變化水平應用到來自步驟102的被建立傳遞函數(shù)而電子地確定實際輪胎均勻性參數(shù)值。步驟102-108中的一個或多個相應地可以發(fā)生在ITM202內(例如，微處理器220內)或者可以在從ITM202中繼之后在車輛車載系統(tǒng)204的處理部件內或在另一遠程位置被確定。被確定的輪胎均勻性參數(shù)值然后可以作為電子輸出提供給用戶。
[0033]現(xiàn)在參考圖2，現(xiàn)在提出關于示例性系統(tǒng)的附加細節(jié)，所述示例性系統(tǒng)用于執(zhí)行與基于當輪胎傳感器正在輪胎的反偏轉區(qū)域中操作時獲得的壓電傳感器輸出來確定輪胎均勻性參數(shù)關聯(lián)的上述特征和步驟。一般而言，這樣的系統(tǒng)200可以包括三種類型的部件，即，輪胎內模塊(ITM) 202、車輛車載系統(tǒng)(VOS) 204和輸出設備206。盡管在圖2中僅僅顯示一個ITM202，但是應當領會多個ITM(例如，車輛中的每個輪胎的兩個或更多個間隔ITM202)可以被使用，使得關于多個輪胎的信息傳遞到車輛車載系統(tǒng)204或某個其它中心位置。類似地，盡管僅僅示出一個輸出設備206，但是可以使用多個輸出設備(例如，用于車輛中的每個輪胎的一個輪胎參數(shù)監(jiān)測燈或多種類型的輸出設備、例如顯示器、警報、控制信號等)。
[0034]現(xiàn)在參考圖2的輪胎內模塊(ITM)部件202，這樣的設備可以大體上包括多個不同的傳感器(例如，溫度傳感器210、壓力傳感器212和/或壓電傳感器214)、用于協(xié)調從這樣的傳感器接收的數(shù)據(jù)的微處理器220、用于將來自ITM202的信息無線地傳輸?shù)竭h程位置的收發(fā)器216以及相關聯(lián)的天線217和用于將操作能量提供給ITM202內的各種電子部件的電源218。壓電傳感器214優(yōu)選地包括一個或多個壓電元件，所述壓電元件配置成當這樣的(一個或多個)壓電元件整合到的輪胎的一部分受到機械變形時生成電荷。壓電傳感器214的電輸出可以對應于(一個或多個)壓電元件的電荷輸出的連續(xù)信號，因此指示輪胎何時受到增加的負荷水平。例如，如本文中將所述，當每個傳感器在反偏轉區(qū)域中時，可能俘獲并且分析壓電傳感器214的連續(xù)原始輸出信號以便分析信號的選定部分。
[0035]現(xiàn)在參考車輛車載系統(tǒng)204，這樣的系統(tǒng)優(yōu)選地包括與車輛中的一個或多個ITM無線通信的無線接收器或收發(fā)器226和關聯(lián)天線227。在一些實施例中，兩個或更多個ITM202設在每個車輛輪胎中使得V0S204接收來自每個輪胎的信息。通過用不同的識別標簽編碼不同的輪胎和/或使用用于不同ITM之間的協(xié)調通信的已知通信算法，輪胎特定數(shù)據(jù)可以被識別并且多個ITM之間的可能信號干擾可以被解決。V0S204和除了 ITM202以外的位置之間的附加無線通信可以由無線通信接口 228適應。無線通信接口 228可以能夠鏈接V0S204和中央計算機以便車輛跟蹤，或者使用蜂窩設備、無線卡等鏈接緊急提供商或其它實體。天線217和227之間的無線鏈接和/或無線通信接口 228和另一遠程位置之間的無線鏈接可以使用各種不同的通信協(xié)議，包括但不限于基于蜂窩或RF的傳輸和/或特定標準、例如藍牙、Zigbee和WiFi協(xié)議等。
[0036]VOS 204也可以包括用于執(zhí)行本文中所述的許多基于軟件的電子計算和確定的微處理器224和關聯(lián)存儲器222。計算/處理器設備224可以適合于通過執(zhí)行以存儲在存儲/介質元件222中的計算機可讀形式呈現(xiàn)的軟件指令用作專用機。當使用軟件時，任何合適的編程、腳本或其它類型的語言或語言的組合可以用于執(zhí)行本文中包含的教導。在其它實施例中，本文中公開的方法可以替代地由硬線邏輯或其它電路執(zhí)行，包括但不限于專用電路。盡管在圖2中僅僅顯示一個存儲元件222，但是應當領會任何數(shù)量的存儲或介質元件可以被包括以存儲軟件指令、數(shù)據(jù)變量等。各種存儲/介質元件可以作為一種或多種有形計算機可讀介質的單一或多個部分被提供，例如但不限于易失性存儲器(例如，隨機存取存儲器(RAM，例如DRAM、SRAM等))和非易失性存儲器(例如，ROM、閃存、硬盤驅動器、磁帶、⑶-ROM、DVD-ROM等)的任何組合或任何其它存儲設備，包括磁盤、驅動器、其它基于磁的存儲介質、光存儲介質等。
[0037]現(xiàn)在參考輸出設備206，應當領會被確定的輸出參數(shù)、特別是根據(jù)本技術確定的輪胎均勻性值可以被中繼到輸出設備206以便與車輛占有者、中央控制站或其它實體的有意義電子通信。在一些例子中，輸出設備206對應于監(jiān)視器或車輛內的其它視覺顯示器、傳感器或警報、或能夠生成特定輪胎負荷值或輪胎負荷與某個或某些閾值水平的比較的音頻和/或視覺表示的其它設備。在其它例子中，也可以使用諸如打印機或控制器的輸出設備。
[0038]現(xiàn)在參考圖3，現(xiàn)在提出示例性ITM的更特定結構細節(jié)。在一個示例性實施例中，ITM202包括諸如支撐補片302、壓電補片304、第一和第二間隔桿306和308、電子襯底310和多個機電連接312這樣的結構元件。
[0039]支撐補片302可以對應于橡膠或其它彈性體材料的大致平面部分。支撐補片302提供用于ITM202的模塊化結構并且也提供適合與輪胎的內表面整合的基部。例如，支撐補片302可以使用粘合劑、固化技術或其它合適的手段附連或整合或嵌入輪胎的內表面或內襯。盡管ITM202可以定位在輪胎內的各種位置，其中壓電元件將受到各種輪胎應力水平，但是一些例子使用在輪胎胎冠的中心、即沿著輪胎寬度的橫向中心線的ITM202的安裝位置。支撐補片302與壓電包304 —起可以形成有表面，所述表面具有最小化曲率以幫助避免ITM202內的局部疲勞。
[0040]壓電包304可以對應于一個或多個壓電元件形成于其上的襯底表面。在一個例子中，形成于壓電包304的襯底表面上的第一壓電元件314被提供以充當壓電傳感器214，而第二壓電元件318形成于壓電包304的襯底表面上以充當電源218。由這樣的第二壓電元件318生成的電流可以被調節(jié)并且存儲在可再充電電池、電容器或其它能量源內，然后所述可再充電電池、電容器或其它能量源可以聯(lián)接到諸如溫度傳感器210、壓力傳感器212、微處理器220和/或收發(fā)器216這樣的電子部件以向其供應操作功率。
[0041]第一和第二壓電兀件314和318可以對應于各種壓電結構，包括但不限于壓電晶體、復合纖維結構、壓電陶瓷模塊或由壓電材料制造的其它設備。在這樣的元件中使用的壓電材料可以包括以下的一種或多種:柏林石，石英，黃玉，電氣石族礦物，牙質，正磷酸鎵，硅酸鎵鑭，鈦酸鋇，鈦酸鉛，鋯鈦酸鉛(PZT)，鈮酸鉀，鈮酸鋰，鉭酸鋰，鎢酸鈉，鈮酸鈉鉀，鐵酸鉍，鈮酸鈉和聚偏二氟乙烯(PVDF)。在一些特定實施例中，每個壓電元件由夾在電極材料(例如，導電材料、例如銅、鎳、金、銀、鋁等)的相對層之間的壓電陶瓷材料的單層形成。多個壓電元件全部可以封閉在附加保護材料、例如在壓電元件的頂部或底部的玻璃纖維的薄殼中。
[0042]在一些實施例中，用于發(fā)電的第二壓電元件318大于用作傳感器的第一壓電元件314。在一些實施例中，第二壓電元件318的尺寸和使用的材料被選擇成產生能夠在輪胎操作期間提供至少100 μ J/周期的電能的獨立功率元件。一般而言，特別有利的是包括兩個獨立壓電元件使得用于獲得反偏轉信號的壓電元件和其它基于傳感器的信息的壓電元件可以是獨立的并且避免由相同壓電元件上的同時能量收集導致的干擾。這樣的干擾基于與壓電能量收集部件關聯(lián)的能量存儲設備的不可預測電荷狀態(tài)特別不可預測。因而，壓電元件的分離導致增強的信號質量和改善的傳感器結果。
[0043]現(xiàn)在參考圖4，應當領會壓電傳感器214的一些實施例可以包括多個壓電元件332。為了易于圖示，圖4僅僅顯示在其相對于輪胎400的內表面的最終位置并且也在隔離放大圖中的ITM 202的壓電傳感器部分214。另外，兩個壓電傳感器214a和214b被示出并且由相對于彼此的大約180度的間隔分離。輪胎內的相同或不同間隔位置的更多壓電傳感器也可以被提供。
[0044]仍然參考圖4，每個傳感器214中的多個壓電元件332布置在襯底334上的大致線性陣列中。輪胎400內的壓電傳感器214的安裝位置可以使得壓電元件的線性布置沿著輪胎胎冠的內表面從朝著輪胎400的第一側壁342的位置橫向地或橫向拉伸到朝著第二側壁344的位置。在一些實施例中，壓電傳感器沿著輪胎的胎冠居中。盡管在圖4中顯示六個壓電元件332，但是應當領會可以提供壓電元件的任何數(shù)量，例如在二到十(2-10)的范圍內的壓電元件的數(shù)量。
[0045]在一些實施例中，一個或多個壓電元件332被提供以與選定胎面肋340或其它胎面特征匹配，使得在整個反偏轉區(qū)域內的每個胎面肋或胎面特征受到的輪胎非均勻性可以被確定。在一些實施例中，壓電傳感器214配置成使得一個壓電元件332定位在沿著輪胎外部的一部分提供的每個相應胎面肋或特征之下的輪胎的內表面上。在其它實施例中，每隔一個胎面肋/特征或以胎面肋/特征的其它選定組合提供壓電元件332。在另外的其它實施例中，以具有離相鄰壓電元件某個預定距離的間隔提供壓電元件332。在其它實施例中，壓電元件可以以非線性陣列或矩陣配置(例如，2x2、2x3、2x6、3x9等)進行配置。應當領會這樣的壓電元件332的預定位置和間隔可以與設在輪胎胎胎冠分內、輪胎側壁部分內或胎冠和側壁兩個位置的組合內的胎面肋或特征關聯(lián)。
[0046]通過提供多個壓電元件，關于當每個傳感器正在反偏轉區(qū)域中操作時的輪胎的參數(shù)的更多信息是可獲得的。多個接觸-偏轉區(qū)域信號的該組合提供足以表示輪胎的更大橫截面上的輪胎均勻性的信息，原因是這樣的參數(shù)可以橫向地變化。因而，它有時可以提供輪胎曲率和相關力的更詳細和精確表示以便更有效地確定輪胎的輪胎均勻性特性。
[0047]現(xiàn)在相應地參考圖7-9提出關于在公開技術中使用的每個壓電元件、特別是用作當傳感器正在反偏轉區(qū)域中操作時用于監(jiān)測電壓輸出水平的傳感器的壓電元件的輸出的附加細節(jié)。在公開技術中用作傳感器的壓電元件生成與它所附連的輪胎的時變形狀成比例的電壓。當輪胎正在滾動時，在輪胎曲率變化最大處，即在接地印跡的前緣和后緣處，壓電應力的變化率最大。取決于壓電材料的特定極化，對應于該時變應力的電壓信號為正或負。與極性無關，原始壓電輸出信號將呈現(xiàn)出與在壓電元件處施加的時變施加應力的反轉相關的電壓率的反轉。例如，如果壓電材料內的拉伸應力生成正電壓，則該拉伸應力的釋放或沿著相同軸線的壓縮應力的施加將生成負電壓。
[0048]圖7示出標稱負荷275/80R22.5輪胎的局部圓周曲率半徑(以毫米_mm測量)。反偏轉通常是沿著滾動軸線180度從對應于指定負荷和壓力的接觸中心的半徑的變化的量度。在本應用中，指定壓電傳感器的cdZone是在接地印跡變形的直接影響之外的任何地方。這包括在接地印跡的外部的區(qū)域，包括接地印跡進入和離開點。
[0049]當輪胎的負荷隨著時間變化時，反偏轉必然有變化。例如，在凸出物上滾動的輪胎受到輪胎負荷的瞬時增加，因此影響從壓電輸出信號觀察的cdZone形狀的時間簽名。壓電傳感器足夠靈敏以針對相當小的負荷擾動檢測該cdZone形狀變化。由于滾動輪胎的cdZone信號典型地近似為cpZone邊緣信號幅度(發(fā)生在接地印跡進入和離開點處)的大約百分之五(5%)或更小的量值，因此這幫助將在cdZone中發(fā)生的擾動與其它信號源區(qū)分開。
[0050]當輪胎正在滾動時的反偏轉信號包含對輪胎的行為的若干洞察。圖8顯示當測試輪胎適度地被加負荷并且以較低恒定速度抵靠行走輪運轉時來自安裝在示例性測試輪胎的胎冠的中心的單個壓電傳感器的信號。應當領會當完美均勻輪胎正完美平滑地滾動時，反偏轉信號基本反映靜態(tài)輪胎負荷的情況。該靜態(tài)負荷在沒有凸出物的圖8的兩個中間輪胎轉806中是明顯的。當凸出物存在于輪胎轉中時，反偏轉信號顯示例如在信號部分802和804中看到的電壓峰值。盡管圖8示出可以用于公開信號分析的原始壓電輸出信號，但是應當領會分析可以替代地在原始壓電輸出信號的導數(shù)(例如，原始輸出信號的一階或二階導數(shù))上執(zhí)行。
[0051]用于生成圖8的信號的行走輪配備有三個小凸出物。凸出物位置(行走輪方位)和輪胎方位由近程檢測器同時記錄。凸出物代理組之間的時間或距離(圖8中的點線)表示行走輪圓周。輪胎代理信號之間的時間或距離(圖8中的虛線)是輪胎的有效滾動圓周。圖8中的實線是與代理信號一起由記錄示波器俘獲的原始壓電輸出信號。
[0052]圖8的反偏轉例子和結果信號由三個凸出物的總間隔近似等于接地印跡長度(cpLength)稍稍復雜化，其從圖9中的放大圖看得更明顯。在一些情況下，壓電信號可以通過在接地印跡中的凸出物之間或附近下降而消失。甚至具有在附近下降的壓電信號的單個凸出物可以使輸出信號消失。由于可能涉及該問題，因此本分析的一些實施例可以選擇排除圍繞接地印跡進入和離開點的接觸區(qū)域以便信號分析。
[0053]盡管已參考本發(fā)明的具體實施例詳細地描述了本主題，但是將領會本領域的技術人員在獲得前述內容的理解時可以容易地產生這樣的實施例的改變、變化和等效替換。因此，本公開的范圍僅僅作為例子而不是作為限制，并且本公開不排除包括本領域的普通技術人員將顯而易見的本主題的這樣的修改、變化和/或添加。
【權利要求】
1.一種方法，其包括: 電子地建立將輪胎均勻性參數(shù)與指定輪胎的壓電輸出信號相關的傳遞函數(shù)； 當壓電輪胎傳感器正在反偏轉區(qū)域中操作時監(jiān)測來自兩個或更多個壓電輪胎傳感器的壓電輸出信號以測量來自每個壓電輪胎傳感器的電壓變化，其中所述反偏轉區(qū)域包括不與地面接觸的輪胎的區(qū)域； 關聯(lián)來自所述兩個或更多個壓電輪胎傳感器的每一個的壓電輸出信號； 通過將被測量和被關聯(lián)的壓電輸出信號電壓變化水平應用到被建立的傳遞函數(shù)電子地確定實際輪胎均勻性參數(shù)值；以及 作為電子輸出提供所述實際輪胎均勻性參數(shù)值。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中電子地建立傳遞函數(shù)的所述步驟包括將作為方位的函數(shù)的輪胎均勻性參數(shù)與來自具有已知旋轉速度的指定輪胎的壓電輸出信號的電壓變化相關。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述兩個或更多個壓電輪胎傳感器圍繞指定輪胎的圓周均勻地間隔使得在某時至少一個壓電輪胎傳感器正在所述反偏轉區(qū)域中操作。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述輪胎均勻性參數(shù)包括以下的一項或多項:輪胎力變化、輪胎剛性、輪胎厚度變化和徑向跳動。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中每個壓電輪胎傳感器正在所述反偏轉區(qū)域中操作期間的時間被確定為指定接地印跡離開時間和下一輪胎轉的接地印跡進入時間之間的時間差。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中通過識別從所述壓電傳感器獲得的原始信號的二階導數(shù)的零交叉確定所述接地印跡離開時間和接地印跡進入時間。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其還包括在所述電子地確定實際輪胎均勻性參數(shù)值的步驟之前將所述壓電輸出信號傳輸?shù)竭h離所述輪胎的位置的步驟。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其還包括從不同于所述兩個或更多個壓電輪胎傳感器的獨立壓電元件提供用于所述輪胎內的各種電子部件的操作功率的步驟。
9.一種包括指令的計算機可讀介質，當被執(zhí)行時所述指令執(zhí)行如前述權利要求中任一項所述的方法。
10.一種用于確定指定輪胎的輪胎均勻性參數(shù)值的壓電系統(tǒng)，其包括: 兩個或更多個壓電輪胎傳感器，當輪胎正沿著地面滾動并且支撐負荷時所述兩個或更多個壓電傳感器配置成生成指示輪胎變形的壓電輸出信號； 存儲器，用于存儲將輪胎均勻性參數(shù)與指定輪胎的壓電輸出信號相關的傳遞函數(shù)； 微處理器，用于接收并且關聯(lián)來自每個壓電輪胎傳感器的壓電輸出信號，并且用于通過將被測量和被關聯(lián)的壓電輸出信號電壓變化水平應用到存儲在存儲器中的所述傳遞函數(shù)電子地確定實際輪胎均勻性參數(shù)值。
11.根據(jù)權利要求10所述的壓電系統(tǒng)，其還包括輸出設備，用于作為電子輸出中繼被確定的實際輪胎均勻性參數(shù)值。
12.根據(jù)權利要求1所述的壓電系統(tǒng)，其中所述兩個或更多個壓電輪胎傳感器圍繞指定輪胎的圓周均勻地間隔使得在某時至少一個壓電輪胎傳感器正在反偏轉區(qū)域中操作。
13.根據(jù)權利要求12所述的壓電系統(tǒng)，其中所述兩個或更多個壓電輪胎傳感器相應地包括多個壓電元件，所述多個壓電元件設在共同的大致平面表面上并且跨過輪胎胎冠之下的輪胎的內表面橫向地安裝。
14.根據(jù)權利要求12所述的壓電系統(tǒng)，其還包括附加壓電元件，所述附加壓電元件用于為所述壓電系統(tǒng)內的選定電子部件發(fā)電使得所述兩個或更多個壓電傳感器都不用于在輪胎內發(fā)電。
15.根據(jù)權利要求12所述的壓電系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括至少一個輪胎內模塊，所述至少一個輪胎內模塊包含所述兩個或更多個壓電輪胎傳感器、所述微處理器和無線收發(fā)器。
【文檔編號】G01M17/02GK104169706SQ201180075889
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2011年12月29日 優(yōu)先權日:2011年12月29日
【發(fā)明者】D·A·韋斯頓 申請人:米其林集團總公司, 米其林研究和技術股份有限公司