專利名稱：確定輪胎所受的力分量和轉(zhuǎn)向自動回正力矩的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機動車，和對道路施加給機動車輪胎的力的測量。
本發(fā)明還涉及各種電子輔助裝置，這些裝置例如可用于機動車剎車的防鎖死控制或驅(qū)動輪的防滑控制、機動車的軌跡控制或者其它形式(例如輪胎壓力)的控制或監(jiān)測。
為了控制機動車操作，人們試圖確定某些滾動參數(shù)。例如，為了減少車輪的縱向滑移，人們開發(fā)了限滑系統(tǒng)(A.B.S.，A.S.R.)，它們能調(diào)整發(fā)動機或剎車傳給輪子的扭矩，讓該扭矩成為由每個輪子的轉(zhuǎn)速變化產(chǎn)生的滑移的函數(shù)。為了確定傳給道路的扭矩變化，人們還提出要測量輪胎側(cè)壁的扭轉(zhuǎn)(圓周角形變)。這種測量遠(yuǎn)比轉(zhuǎn)速變化的推導(dǎo)直接，它能讓限滑系統(tǒng)的控制更精確。
影響剎車或施加給輪子的驅(qū)動力的系統(tǒng)(例如E.S.P.)也是公知的，它能保證機動車能真正遵從司機想要的軌跡。為了做到這一點，一般要同時測量側(cè)滑速度(機動車?yán)@縱軸的轉(zhuǎn)速)、滾動速度、機動車的橫向加速度、以及司機向方向盤施力的角坐標(biāo)。
本發(fā)明源于以下觀察道路施加給機動車的所有力都通過輪子傳遞。這些力的平衡關(guān)系指示著機動車受到的加速度。因此，確定所有這些力就可以實現(xiàn)利用上面所提的各種傳感器進(jìn)行的分配，或者對它們進(jìn)行補充以提供更完整的信息。
本發(fā)明的方法是基于對以下事實的認(rèn)識作用于輪胎胎面與道路之間的力引起大量而又可再現(xiàn)的輪胎側(cè)壁圓周擴張或收縮形式的形變。如果某人在輪胎轉(zhuǎn)動的過程中設(shè)法對它進(jìn)行實時單個測量，該圓周擴張或收縮會讓人得知每一瞬間作用在輪胎上的力的方向和大小、以及由輪胎施加的轉(zhuǎn)向自動回正力矩的符號和大小。
由于輪胎的設(shè)計和操作模式，輪胎受壓迫時產(chǎn)生的形變?nèi)Q于它的充氣壓。因此該充氣壓是此處所提方法的一個參數(shù)。壓力可通過專用測量裝置得到，它與在本發(fā)明范圍內(nèi)進(jìn)行的測量無關(guān)，這種裝置的一個例子是壓力傳感器。該壓力還可通過對圓周形變測量結(jié)果的專門處理得到。
在實際使用狀態(tài)下，輪胎頻頻經(jīng)歷外傾角變化。這會導(dǎo)致輪胎形變的變化。因此該外傾也是此處所提方法的一個參數(shù)。該外傾可通過專用測量裝置得到，它與本發(fā)明范圍內(nèi)進(jìn)行的測量無關(guān)，這種裝置的一個例子是外傾角傳感器。該外傾還可通過對圓周形變的測量結(jié)果進(jìn)行專門處理得到。
本發(fā)明提出了一種確定至少一個特征量的方法，所述特征量選自道路施加給輪胎接觸區(qū)域的合力的三個分量，輪胎產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向自動回正力矩，外傾和壓力，該方法的特征在于所述特征量是通過對輪胎至少一個側(cè)面中位于至少兩個空間固定點(它們沿圓周位于不同方位)上的圓周擴張或收縮的至少兩個測量結(jié)果進(jìn)行處理而確定的。
依照一個有利方面，本發(fā)明提出通過測量側(cè)壁中胎體簾布層的簾布之間的距離來評估側(cè)壁的圓周收縮或擴張。下面稱其為“簾布間間隔測量”。應(yīng)當(dāng)注意的是，盡管該術(shù)語與輪胎的徑向結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)，但該方法不僅用于具有徑向胎體簾布的輪胎。例如，術(shù)語“簾布間隔”用于表示側(cè)壁上在相鄰但不同方位上作出的兩條線之間的平均距離。
應(yīng)當(dāng)注意的是，在側(cè)壁的圓周擴張是按照在撓性中立纖線(neturalfibre)之外的位置上側(cè)壁厚度中測量的方式測量時，圓周擴張包括因側(cè)壁彎曲產(chǎn)生的分量，尤其經(jīng)過接觸區(qū)域時的分量(該現(xiàn)象還被稱為“鼓張”)。因彎曲產(chǎn)生的分量絕不是問題，為了提高本發(fā)明所用信號變量的動態(tài)特性，可通過在別處而非彎曲中立纖線上測量擴張來探測該分量。
借助附圖，以下描述將更詳盡地解釋本發(fā)明，附圖中.

圖1是輪胎的透視圖，上面定義了一些用于理解本發(fā)明的約定；.圖2a和2b表示縱向分量Fz的作用—其中實線對應(yīng)于400daN的縱向負(fù)荷，—其中虛線對應(yīng)于500daN的縱向負(fù)荷，以及—其中點劃線對應(yīng)于300daN的縱向負(fù)荷；
.圖3a和3b表示分量Fx的作用—其中實線對應(yīng)于沒有任何力Fx時的400daN的縱向負(fù)荷，—其中虛線對應(yīng)于有400daN的力Fx(驅(qū)動時)時的400daN的縱向負(fù)荷，以及—其中點劃線對應(yīng)于有-400daN的力Fx(剎車時)時的400daN的縱向負(fù)荷；.圖4a和4b表示分量Fy的作用—其中實線對應(yīng)于沒有任何力Fy時的400daN的縱向負(fù)荷，以及—其中虛線對應(yīng)于有280daN的力Fy時400daN的縱向負(fù)荷；.圖5表示在加上外傾角時的輪胎形變；.圖6a和6b表示外傾對圓周形變信號的影響—其中實線對應(yīng)于沒有任何力Fx和Fy且零外傾角時的400daN的縱向負(fù)荷，—其中虛線對應(yīng)于外傾角為2°時的400daN的縱向負(fù)荷，以及—其中點劃線對應(yīng)于外傾角為4°時的400daN的縱向負(fù)荷；.圖7表示神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(neural network)的結(jié)構(gòu)；.圖8表示轉(zhuǎn)移函數(shù)的例子；.圖9a和9b表示如果輪胎的充氣壓改變就允許對充氣壓加以考慮的一種結(jié)構(gòu)的兩個例子；.圖10表示原始和濾波后的時間信號；.圖11表示基于時間信號來識別經(jīng)過接觸區(qū)域；.圖12表示利用一個傳感器和一個模型操作的例子；.圖13表示利用三個傳感器和一個模型操作的例子；.圖14表示利用三個傳感器和兩個模型操作的例子；此處所描述的方法依賴于以下事實在接觸區(qū)域上施加到輪胎的每個力都引起輪胎側(cè)壁圓周擴張的變化。在輪子上安裝充氣輪胎的情況下，要考慮識別其第一側(cè)壁的、位于相同半徑但在圓周方向上分開的兩點A1和A2。第二側(cè)壁上，在與A1和A2方位相同、且半徑相同的位置上選擇兩點B1和B2。在不向輪胎施加任何力的情況下，兩點間的間隔恒定，它是輪胎—輪子組件旋轉(zhuǎn)角的函數(shù)。
在輪胎受到力的作用時，對于所述力的每個分量，可觀察到以下效果.縱向分量(在此用Fz表示)將輪胎壓到地上。當(dāng)該裝配組件處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時，由于產(chǎn)生了接觸面，會導(dǎo)致兩點A1和A2之間的距離變化，這反映了側(cè)壁圓周擴張的變化。圖2a和2b分別表示點A和B的間隔距離隨所在方位變化的函數(shù)。所加縱向分量的增大導(dǎo)致接觸區(qū)域處兩側(cè)壁的擴張(接近180°的距離增加)和側(cè)壁其它區(qū)域、主要是接觸區(qū)域的入口和出口處的收縮(其它各處的距離減少，主要是接近135°和225°的距離減小)。還值得指出的是，在接觸區(qū)域的入口有一個圓周擴張值基本上與所加分量Fz無關(guān)的方位，在接觸區(qū)域的出口也這樣一個方位。假定存在這樣一個α0使這些特定方位等于(180°-α0°)和(180°+α0°)。
.滾動方向上的水平分量(在此用Fx表示)引起接觸區(qū)域入口和出口處區(qū)域間的差異。這必然伴隨大體在接觸區(qū)域出口和入口處的側(cè)壁擴張變化。圖3a和3b分別通過示出點A和點B的間隔距離來表示所加力分量Fx的效果，所述間隔距離是這些點所在方位的函數(shù)。當(dāng)施加一個正力Fx(驅(qū)動扭矩)時，接觸區(qū)域入口處的兩側(cè)壁沿圓周方向受到壓縮，接觸區(qū)域出口處的側(cè)壁擴張(接近135°處的距離減小，接近225°處的距離增加)。在施加負(fù)力Fx(剎車扭矩)時，在接觸區(qū)域出口處的兩側(cè)壁都沿圓周方向受到壓縮，而接觸區(qū)域入口處的側(cè)壁擴張(接近225°處的距離減小，接近135°處的距離增加)。
.橫向方向上的水平分量(在此用Fy表示)主要引起兩側(cè)壁間的差異。圖4a和4b分別通過示出點A和點B的間隔距離來表示這種強制力的效果，這些距離也是這些點所在方位的函數(shù)。在施加正Fy強制力的情況下，一個側(cè)壁主要發(fā)生圓周擴張(A1和A2間距離的增加)，而另一側(cè)壁發(fā)生圓周收縮(B1和B2間距離的減少)。
嚴(yán)格來說，轉(zhuǎn)向自動回正力矩N(圍繞縱軸的力矩)不是作用在輪胎胎面和道路之間的另一個力。相反，它是分量Fx、Fy和Fz施加到接觸區(qū)域上的方式的結(jié)果。如果合力(其分量為Fx、Fy和Fz)的施力點不在接觸區(qū)域中心，該合力就會圍繞Oz產(chǎn)生力矩，將該力矩稱為轉(zhuǎn)向自動回正力矩。該力矩的存在主要必然使接觸區(qū)域圍繞Oz旋轉(zhuǎn)。例如，該作用的結(jié)果是，相對零轉(zhuǎn)向自動回正力矩的情況而言，在一個側(cè)壁的接觸區(qū)域入口處發(fā)生圓周擴張，在其接觸區(qū)域的出口處發(fā)生圓周收縮，而在另一側(cè)壁的接觸區(qū)域入口處可觀察到圓周收縮，而在其接觸區(qū)域的出口處觀察到圓周擴張。
在向輪胎施加一個外傾角的情況下，兩側(cè)壁的運轉(zhuǎn)狀態(tài)也是不同的。簡而言之，如果一個側(cè)壁比另一側(cè)壁多承受負(fù)荷，任何情況都可能發(fā)生。圖5利用通過比較沒有外傾γ的接觸區(qū)域處那部分輪胎的橫截面而和有外傾γ的接觸區(qū)域處那部分輪胎的橫截面來表示這種運轉(zhuǎn)狀態(tài)。這也導(dǎo)致接觸區(qū)域略微發(fā)生橫向位移，從而在Y方向上產(chǎn)生一推力。圖6a和6b表示兩側(cè)壁圓周形變的變化。在過負(fù)荷的側(cè)壁(點A)上，變化類似于負(fù)荷增加的情況。在另一側(cè)壁(點B)上，可以看到與所支撐的負(fù)荷的減少相一致的變化。假設(shè)該變化相對于側(cè)壁是奇數(shù)(odd)，相對于方位是偶數(shù)(even)，就能容易地將外傾產(chǎn)生的效果與Fx、Fz或N產(chǎn)生的效果分開。圖4和6表明，F(xiàn)y的效果和外傾的效果是不同的；于是還可建立圓周形變信號與外傾之間的明確關(guān)系。于是借助圓周形變的測量結(jié)果就可以估算輪胎工作時的外傾角。
輪胎的表觀剛度既源于它的氣動性能(源自它的充氣壓)，又源于它的結(jié)構(gòu)剛度(其構(gòu)造的剛度)。測得的圓周形變信號本身也包含氣動分量和結(jié)構(gòu)分量。例如，充氣達(dá)2巴、沿Z向負(fù)荷400daN的輪胎的形變信號就與同一輪胎在2.5巴、負(fù)荷500daN時產(chǎn)生的形變信號不同。其差異與結(jié)構(gòu)所起的作用相對應(yīng)，它能評價輪胎的充氣壓。
在充氣壓變化的情況下，所加的力和形變信號間的關(guān)聯(lián)關(guān)系會定量地變化，但其本身性質(zhì)并不變化。側(cè)壁的擴張因子受壓力和負(fù)荷影響；它們是由因“氣動”性能而產(chǎn)生的作用(即取決于充氣壓)和因結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生的另一作用(即輪胎的構(gòu)成材料和它們的布置)構(gòu)成，壓力變化時所述因結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的作用并不改變，因此能夠獲得有關(guān)壓力的信息。
于是，為了簡化起見，首先在假設(shè)充氣壓恒定不變的情況下解釋該方法。與之類似，為了讓解釋變得更清楚，下面還認(rèn)為外傾恒定為零，僅提及與該參數(shù)相關(guān)的最感興趣的情況。
在施加混合了分量Fx、Fy、Fz的強制力時，觀察前述作用的疊加對圓周方向擴張的影響。所提方法的一個優(yōu)勢在于，可將所加強制力的每個分量產(chǎn)生的作用分開，于是就可以估算每個分量。
所用方法部分依賴于明顯的奇偶性(parity)特征，為了實現(xiàn)這種分離，它與輪胎本身的對稱相對應(yīng)。
將方位θ定義為分析側(cè)壁圓周擴張時的角度。在接觸區(qū)域中心的對側(cè)取方位原點。因此接觸區(qū)域中心的方位是180°。
于是，擴張信號作為方位s(θ)的函數(shù)，可分成兩個信號sp(θ)和si(θ)，它們是s(θ)＝sp(θ)+si(θ)si(180+θ)＝-si(180-θ)sp(180+θ)＝sp(180-θ)將si稱作s的奇數(shù)部分，將sp稱作s的偶數(shù)部分。
與之類似，讓s1(θ)和s2(θ)設(shè)為與輪胎每個側(cè)壁上圓周擴張的測量結(jié)果相關(guān)的信號。定義如下sp(θ)＝(s1(θ)+s2(θ))/2si(θ)＝(s1(θ)-s2(θ))/2將sp稱作相關(guān)側(cè)壁的偶數(shù)部分，將si稱作相關(guān)側(cè)壁的奇數(shù)部分。
應(yīng)當(dāng)注意的是，這種根據(jù)側(cè)壁進(jìn)行的奇偶性劃分要非常平均地應(yīng)用于si和sp。然后在對每個側(cè)壁進(jìn)行測量的基礎(chǔ)上獲得四個信號sii、sip、spi和spp。
力Fx、Fy和Fz以及轉(zhuǎn)向自動回正力矩N因其方位而關(guān)聯(lián)著某種對稱性。具體而言，該原理可用于分解輪胎上的力分量的作用。
于是，根據(jù)觀察(圖2a、2b、3a、3b、4a和4b)，信號sip主要與力Fx關(guān)聯(lián)。
spi主要與力Fy關(guān)聯(lián)。
spp主要與力Fz關(guān)聯(lián)。
另外應(yīng)用對稱還可以確認(rèn)信號sii主要與轉(zhuǎn)向自動回正力矩N關(guān)聯(lián)。
依賴這些觀察，此處所解釋的方法建議對輪胎的至少一個側(cè)壁上的圓周擴張進(jìn)行測量。由于數(shù)學(xué)運算(在各個方位上實施的測量的線性或非線性組合)，這些測量結(jié)果可以估算某些方位上的信號sip、spi、spp和sii的值，于是就可以實現(xiàn)所施力分量的估算。
為了闡明該過程，在此給出了應(yīng)用該方法的一些例子，但這些例子并非是排他性的，對此處所列的內(nèi)容而言，它絕不會限制有用的配置。
下面將僅考慮對一個側(cè)壁進(jìn)行測量的情況。
例1其目的是，基于在輪胎一個側(cè)壁的三個方位上測得的圓周擴張測量結(jié)果，估算施加到接觸區(qū)域上的力分量、和轉(zhuǎn)向自動回正力矩。按以下方式選擇測量方位.一個方位對應(yīng)于接觸區(qū)域中央(方位180°)。設(shè)Vc是在該點上測得的值。等效的是，也可以使用與接觸區(qū)的相對側(cè)對應(yīng)的方位。
.另外兩個方位相對接觸區(qū)的中心方位對稱(180°+α°和180°-α°)。設(shè)V1和V2是在這些點處測得的值。
依照以上觀察.V2-V1可以估算接觸區(qū)域的入口和出口之間的不平衡性。該值主要與分量Fx相關(guān)聯(lián)。用fx(r2V2-r1V1)來給出Fx的估算值，其中r1和r2是正實系數(shù)，fx是單調(diào)連續(xù)函數(shù)。
.Vc-(V1+V2)可估算通過接觸區(qū)域和接觸區(qū)域外部之間的差異。在此該結(jié)果主要與Fz相關(guān)。用fz(scVc-(s1V1+s2V2))來給出Fz的估算值，其中s1、s2和sc是正實系數(shù)，fz是單調(diào)連續(xù)函數(shù)。
.Vc+V1+V2表示整個側(cè)壁的擴張。該值主要與所施力的分量Fy相關(guān)。用fy(ucVc+u1V1+u2V2))來給出Fy的估算值，其中u1、u2和uc是正實系數(shù)，fy是單調(diào)連續(xù)函數(shù)。
在該例子中，要根據(jù)圓周擴張的三個測量結(jié)果估算四個分量(Fx、Fy、Fz和N)。實際上，還存在轉(zhuǎn)向自動回正力矩直接并唯一取決于分量Fx、Fy和Fz的情況。于是同樣也可以對它做出估算。在轉(zhuǎn)向自動回正力矩取決于其它參數(shù)的情況下，必需在側(cè)壁上更多方位處測量圓周擴張。
例2其目的在于，根據(jù)在輪胎一個側(cè)壁的五個方位上測得的圓周擴張測量結(jié)果，來估算施加到接觸區(qū)域上的力分量、和轉(zhuǎn)向自動回正力矩。測量方位按以下方式選擇.一個方位對應(yīng)于接觸區(qū)域中央(方位180°)。Vc是在該點上測得的值。
.另兩個方位相對接觸區(qū)域中心的方位對稱(180°+α°和180°-α°)。V1和V2是在這些點上測得的值。
.最后兩個方位相對接觸區(qū)域中心的方位對稱(180°+β°和180°-β°)。V3和V4是在這些點上測得的值。
該情況(包括轉(zhuǎn)向自動回正力矩不只取決于分量Fx、Fy和Fz的情況)下，與例1所解釋的內(nèi)容性質(zhì)相同、但略為復(fù)雜的組合可以確定分量Fx、Fy、Fz和N。
經(jīng)實驗驗證證實，該測量部署提供了將Fy的作用與外傾的作用區(qū)分開的可行性；因此，在非零外傾的狀況下該方法也是有效的，而且還可以在估算分量Fx、Fy、Fz和N的同時估算外傾角。
下面考慮在兩個側(cè)壁上都進(jìn)行測量的情況。
例3其目的是，根據(jù)在輪胎兩側(cè)壁的每個側(cè)壁的兩個方位上測得的圓周擴張測量結(jié)果，來估算施加到接觸區(qū)域上的力分量、和轉(zhuǎn)向自動回正力矩。相對接觸區(qū)域中心的方位對稱地選擇測量方位(180°+α°和180°-α°)。這樣就能估算出Fz，α必需不等于α0。設(shè)V11和V21是在第一側(cè)壁的這些方位上測得的值。V12和V22是在第二側(cè)壁的這些方位上測得的值。
基于這四個值，就可以通過利用根據(jù)與方位相關(guān)和與側(cè)壁相關(guān)的奇偶性進(jìn)行的分解來確定這些分量.V11+V12+V21+V22表示與方位相關(guān)和與側(cè)壁相關(guān)的偶分量。因此該組合直接與Fz相關(guān)?？捎胒z(a1V11+a2V21+b1V12+b2V22)來給出Fz的估算值，其中a1、a2、b1和b2是正實系數(shù)，fz是單調(diào)連續(xù)函數(shù)。
.V11+V12-(V21+V22)表示與方位相關(guān)的奇分量和與側(cè)壁相關(guān)的偶分量。因此該組合直接與Fx相關(guān)。用fx(c1V11-c2V21+d1V12-d2V22)來給出Fx的估算值，其中c1、c2、d1和d2是正實系數(shù)，fx是單調(diào)連續(xù)函數(shù)。
.V11-V12+(V21-V22)表示與方位相關(guān)的偶分量和與側(cè)壁相關(guān)的奇分量。因此該組合直接與Fy相關(guān)。用fy(e1V11+e2V21-f1V12-f2V22)來給出Fy的估算值，其中e1、e2、f1和f2是正實系數(shù)，fy是單調(diào)連續(xù)函數(shù)。
.V11-V12-(V21-V22)表示與方位相關(guān)的奇分量和與側(cè)壁相關(guān)的奇分量。因此該組合直接與N相關(guān)。用fn(g1V11-g2V21-h1V12+h2V22)來給出N的估算值，其中g(shù)1、g2、h1和h2是正實系數(shù)，fn是單調(diào)連續(xù)函數(shù)。
這種安排能最大限度地利用輪胎的對稱性，在推算施加到接觸區(qū)域上的強制力分量時，可期望得到極其良好的精確度。
例4其目的是，根據(jù)在輪胎兩側(cè)壁的每個側(cè)壁的三個方位上測得的圓周擴張測量結(jié)果，來估算施加到接觸區(qū)域上的力分量、和轉(zhuǎn)向自動回正力矩。測量方位可按以下方式選擇.兩個方位是相對接觸區(qū)域中心的方位對稱選擇的(180°+α°和180°-α°)。設(shè)V11和V21為在第一側(cè)壁的這些方位上測得的值。V12和V22為在第二側(cè)壁的這些方位上測得的值。
.一個方位對應(yīng)于接觸區(qū)域的中心。設(shè)Vc1和Vc2表示在這些方位上測得的值。
其處理過程與例3中的類似。值Vc1和Vc2允許某種信息冗余度，但最重要的是，能比較好地估算出分量Fz。
像在例2中那樣，在每個側(cè)壁的五個不同方位上獲得五個圓周形變的測量結(jié)果可以區(qū)分分量Fy產(chǎn)生的作用和外傾角產(chǎn)生的作用。因此在外傾變化的滾動條件下，該部署可同時估算出外傾角和力分量。
與例2相比，在兩個側(cè)壁上都進(jìn)行測量提供了某種程度的健全性(robustness)。具體而言，由于外傾角非零時存在著一個側(cè)壁向另一側(cè)壁的“負(fù)荷傳遞”，因此在不考慮外傾角的情況下，通過設(shè)計，應(yīng)用兩側(cè)壁的測量結(jié)果、并提供每個側(cè)壁給出的估算值總和的模型也是有效的。
在α等于α0的情況下，可借助Vc1和Vc2得到有關(guān)Fz的信息，利用V11、V12、V21和V22可得到有關(guān)Fx、Fy和N的信息。因此采用能分解各個作用的其它可行方案。
通過上面的舉例方式給出的這些線性組合非?；A(chǔ)，它僅考慮了主要效果。為了改進(jìn)力分量的估算，并為了考慮輪胎的非線性性能，所述方法采用更為復(fù)雜的轉(zhuǎn)移函數(shù)將測量結(jié)果與力的估算值關(guān)聯(lián)起來。在該意義上可以采用任何能建立所測量的量與所加強制力的分量值之間關(guān)系的插值函數(shù)。因此可利用訓(xùn)練基數(shù)(training base)來確定插值函數(shù)的系數(shù)(見下文)。
盡管此處所給的所有例子中所采用的測量方位都是選擇成以便能最大限度地利用輪胎的對稱性并有助于推算，但是測量數(shù)值的方位的位置選擇也可以是任意的(方位對稱本身并不是必須的)，這是因為足夠數(shù)量的測量結(jié)果的組合都可以估算出所加強制力的分量。該情況下，可以直接尋求能給出分量Fx、Fy、Fz和N的函數(shù)，該函數(shù)是在一個或多個側(cè)壁的已知方位上測得的圓周擴張測量結(jié)果的函數(shù)。確定轉(zhuǎn)移函數(shù)不再必須以輪胎的力學(xué)分析為基礎(chǔ)，而是在一個或多個側(cè)壁的圓周擴張意義上基于輪胎對所受力的反應(yīng)。
不管是否因為物理分析而對測量方位加以選擇或任意決定，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)看起來更適合建立所實施的測量與力分量Fx、Fy、Fz和N之間的轉(zhuǎn)移函數(shù)。如何合適，外傾角也可以是一個要估算的量，它可出現(xiàn)在轉(zhuǎn)移函數(shù)的輸出上。在最簡單的適用模式下，采用有一層隱藏神經(jīng)元、一層輸出神經(jīng)元的網(wǎng)絡(luò)，用作建立測量量與所加強制力的分量值之間的聯(lián)系的插值函數(shù)。這些隱藏神經(jīng)元采用S形轉(zhuǎn)移函數(shù)。輸出神經(jīng)元這部分采用線性轉(zhuǎn)移函數(shù)(圖7)。在此，在將這種網(wǎng)絡(luò)用作近似器(approximator)時，該網(wǎng)絡(luò)的簡約特性是非常有益的。對于每個要估算的分量，可采用一個網(wǎng)絡(luò)，或者，由于網(wǎng)絡(luò)有多個輸出，因此可采用一個網(wǎng)絡(luò)估算所有分量。
如果選擇測量方位時利用了對稱性或物理觀察，在將量輸入網(wǎng)絡(luò)前對它進(jìn)行線性組合是有益的。該情況下，主要分量的分析可以方便地確定這些組合的系數(shù)，并能簡化所需的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。可得到圖8中所述的結(jié)構(gòu)，它表示轉(zhuǎn)移函數(shù)的例子，對它而言，要輸入的線性組合是隨意的。也可以使用有多個輸出的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，或者使用有一個輸出的多個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，或者使用其它的任意組合。
本發(fā)明指出了可能的輸出量(Fx、Fy、Fz、N、P和γ)，但是，本發(fā)明當(dāng)然不排除僅估算它們中的幾個。
具體而言，運算按以下方式進(jìn)行.第一步在于，在輪胎的各強制力改變(這么選擇是為了能覆蓋常規(guī)使用過程中能估算所選定的一個或多個特征量的全部范圍)的過程中，在確定了測量方位之后，采集一個或多個側(cè)壁的圓周擴張值。所選強制力還需要包括常規(guī)使用過程中可能遇到的所有配合(coupling)。這組測量值和相關(guān)的選定的一個或多個特征量(通過另一測量方式獲得)構(gòu)成了訓(xùn)練基數(shù)。當(dāng)然，在外傾傾向于連續(xù)變化的情況下，還需將代表未來使用范圍的外傾角的變化結(jié)合到訓(xùn)練基數(shù)中。
.第二步在于，在這種方式形成的基數(shù)上面，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)加權(quán)值訓(xùn)練(或者，更一般地說是確定插值函數(shù)的系數(shù))。該階段結(jié)束時，得到轉(zhuǎn)移函數(shù)。
.第三步在于，通過將所選一個或多個特征量的估算值與通過另一測量方式表示的值作比較，測驗轉(zhuǎn)移函數(shù)。
除了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之外，例如還可采用多項式函數(shù)。
在輪胎的充氣壓容易隨時間變化的現(xiàn)實情況下，必需考慮該壓力變化，這毫無疑問要取決于測量所述分量希望達(dá)到的精度。
第一過程在于，校正轉(zhuǎn)移函數(shù)輸出上的估算力，它是壓力的函數(shù)。由此實施第一級校正。實際上，在轉(zhuǎn)移函數(shù)不考慮壓力的情況下，要存在施加給輪胎的強制力。如果該壓力是參考壓力(此時建立轉(zhuǎn)移函數(shù))的兩倍，那么轉(zhuǎn)移函數(shù)也以比參考壓力時的測量形變小兩倍的測量形變作為輸入。因此估算出的力也比實際施加的力小兩倍。該估算出的力應(yīng)當(dāng)乘以2。
但是，最精確的方式是，將壓力作為一個參數(shù)引入到轉(zhuǎn)移函數(shù)中。這包括.在訓(xùn)練基數(shù)(training base)上進(jìn)行轉(zhuǎn)移函數(shù)訓(xùn)練，它包含了在涵蓋了理想操作范圍的各種充氣壓條件下對輪胎施以強制力的情況。
.由某人建議下，測量或估算充氣壓。
下面在不暗示任何限制的情況下，描述知道該壓力的兩種方式。
第一種方式在于，利用壓力傳感器給出的壓力測量結(jié)果，所述傳感器與本發(fā)明的專用傳感器不同。然后，除了將這些方位上的形變值提供給一個或多個轉(zhuǎn)移函數(shù)之外，也將所測得的壓力值提供給該系統(tǒng)。圖9a概略示出了相關(guān)結(jié)構(gòu)。
第二種方式是，根據(jù)側(cè)壁圓周形變的測量結(jié)果，估算充氣壓力。實際上，形變信號有結(jié)構(gòu)分量和氣動分量，通過對它們的分析，可以得到有關(guān)充氣壓力的信息。
這種處理方法需要確定轉(zhuǎn)移函數(shù)，所述轉(zhuǎn)移函數(shù)要以理想方位上的形變測量結(jié)果作為它的輸入，并能給出希望操作范圍中的充氣壓力估算值。與上面所給的方法相同的方法學(xué)是適用的.形成訓(xùn)練基數(shù)，該基數(shù)混合了所施力和充氣壓力的變化。
.通過訓(xùn)練確定轉(zhuǎn)移函數(shù)。
實際上，對于本發(fā)明的具體實施例而言，如果認(rèn)為按上述給出的方式確定壓力的精度不夠，可很容易地進(jìn)行改進(jìn)。實際上，與輪胎的旋轉(zhuǎn)相比，輪胎壓力的變化是一種很緩慢的現(xiàn)象。因此可對壓力估算值進(jìn)行平均或濾波處理，以僅留下低頻成分。由此就能獲得良好的充氣壓力估算結(jié)果。圖9b概略示出了由該方式導(dǎo)出的結(jié)構(gòu)。除了知道所述合力之外，該方法還實現(xiàn)了不用附加傳感器就能估算出充氣壓力。
當(dāng)然，為了提高這種測定的效率，可根據(jù)該同一原理考慮許多其它的變量(除了測量圓周擴張之外)。例如，有關(guān)輪胎溫度或轉(zhuǎn)速的情況。實際上，取決于傳感器類型和測量位置，所獲得的圓周形變信號在很小程度上依賴于輪胎轉(zhuǎn)速。因此為了提高估算值精度，加上轉(zhuǎn)速作為轉(zhuǎn)移函數(shù)的輸入?yún)?shù)是有益的。速度由來自機動車上安裝的另一部件來測量，或者例如，可從形變信號本身提取出來。
一般而言，測量點的數(shù)目要高于這些例子中給出的最低部署，由于可得信息存在冗余度，這就能給出更為精確或更可靠的結(jié)果。
提高該方法的精度或健全性的可選擇方式是，利用多維測量結(jié)果而非一維測量結(jié)果，或者采用另一測量方式在圓周方向上對圓周擴張的測量進(jìn)行補充。例如，在不暗示任何限制的情況下，可以采用側(cè)壁上接近胎面的區(qū)域中的圓周形變和側(cè)壁上另一靠近車輪胎緣的區(qū)域中的圓周形變測量結(jié)果。例如，另外一個例子包括，在測量圓周形變的同時，測量由于側(cè)壁彎曲產(chǎn)生的徑向擴張。該情況下，轉(zhuǎn)移函數(shù)的輸入由不同方位的一個和另一個或不同類型的形變測量結(jié)果的集合構(gòu)成。除了這些差異以外，完全采用相同程序確定轉(zhuǎn)移函數(shù)。
這種方式經(jīng)證明是非常有益的，這是因為在制造終產(chǎn)品的意義上，僅裝配一個車輪輪緣要簡單便宜得多，即便傳感器本身(多維測量情況下)制造起來比較貴或者，即便需要若干不同的傳感器，結(jié)果也是如此。
利用輪胎外部或輪胎內(nèi)部的裝置，可按照任何方式測量輪胎一個或多個側(cè)壁的圓周擴張。例如，在此將描述測量圓周擴張用的一個或多個設(shè)置在輪胎內(nèi)部的傳感器，這些傳感器沿輪胎的轉(zhuǎn)動方向安置。
該傳感器或這些傳感器與輪胎集成在一起，就地測量一個或多個側(cè)壁的圓周擴張，它們可采用任何物理測量原理。例如，它們可以是測量與兩電極間隔距離相關(guān)的電容變化的介電傳感器。電極由側(cè)壁上徑向布置的導(dǎo)線構(gòu)成。這種布置方式可通過測量電極間的電容來測量“簾布間隔”。如果這有效，該傳感器既可由機動車供電，又可利用無線電源供電，或者可通過輪子或輪胎內(nèi)安裝的電池供電，或者通過任何其它手段供電。考慮到要將信息傳給機動車，可采用導(dǎo)電裝置，或者通過無線電或以其它任何適合的方式傳送。傳感器本身就可連續(xù)傳送信息，或者它的刷新頻率相對輪子的轉(zhuǎn)動周期而言足夠快。
利用與輪胎集成在一起的傳感器的方式具有可以知曉輪胎所有方位上的側(cè)壁圓周擴張的優(yōu)點，這是因為傳感器在由輪胎攜帶著時，能探測到輪子轉(zhuǎn)動過程中的所有方位。
這種基于測量某些方位上的圓周擴張來推想力分量的方法的事實帶來了為了得到正確方位上的值而定位傳感器的問題。
可在恒定且已知的頻率上訊問傳感器。于是它就地發(fā)出圓周擴張變化的時間信號。圖10中給出了測得的信號。在該時間信號上可容易看到輪子旋轉(zhuǎn)一周的特征標(biāo)，這在前面也能看到(圖1a、1b、2a、2b、3a和3b)。除了每個輪子旋轉(zhuǎn)一周的特征標(biāo)之外，該信號還包含噪聲。第一步操作是，通過采用低通濾波器減少噪聲，它的截止頻率與輪子轉(zhuǎn)速相關(guān)。
于是根據(jù)可得設(shè)備，產(chǎn)生多種情形.如果能得到輪子角坐標(biāo)的測量結(jié)果，就能知道傳感器通過測量方位的那一瞬間。在這些瞬間讀取到的測量值提供了理想方位上的圓周擴張值。例如，該輪子角坐標(biāo)的測量可通過計算ABS傳感器對輪子轉(zhuǎn)速的變化得到。
.如果沒有外部裝置來幫助傳感器定位，就只能使用傳感器本身的信號。本發(fā)明提議使用與輪胎集成在一起的該傳感器的信號、或者其它傳感器(如果有的話)的信號，以估算輪子的角坐標(biāo)。
傳感器每次通過接觸區(qū)域，都會有非常顯著的輪胎側(cè)壁圓周擴張，并以此作為它的特征標(biāo)。利用該觀察，可以發(fā)現(xiàn)傳感器通過接觸區(qū)域中心的瞬間。實施該操作的最簡單方法是，對濾波信號取閾值，尋找大于該閾值的那些值中的最大值(圖11中的“算法1”)。該方法可避免檢測到與通過接觸區(qū)域時不對應(yīng)的最大值。
信號形狀基本上作為所施力的函數(shù)而變化。在實時條件下，取閾值被證明是太復(fù)雜的，這是因為閾值水平需要不斷適應(yīng)修改。此外，在某些條件下，使用閾值可能發(fā)生在輪子旋轉(zhuǎn)一周的過程中檢測到若干極值的情況。在施加很大的力Fy時會遇到這種情形。
有一種可行的方法、但并不是唯一的方法在于使用以下算法.缺省使用前面所解釋的稱作“算法1”的算法。
.在檢測周期性時，利用上一次通過接觸區(qū)域的時刻，根據(jù)上幾次通過來估算速度，以預(yù)測下一次通過接觸區(qū)域的時刻tn。
.借助不確定度定義tn的信號上下限[tn-d；tn+d]，d小于信號的半周期。
.在該上下限范圍內(nèi)取閾值，以確定與近似值tn對應(yīng)的實際時刻Tn。
.進(jìn)行一次新的內(nèi)插值，以檢測下一旋轉(zhuǎn)周期。在發(fā)生了錯誤(明顯錯誤的周期、在上下限邊緣處發(fā)現(xiàn)極值等)的情況下，重復(fù)“算法1”，以便重新校準(zhǔn)該過程。
確定另外通過接觸區(qū)域的每一時間，知曉了上幾次通過(至少通過3次)的瞬間可以估算出輪子的轉(zhuǎn)速及其加速度。利用這些估算值，就可以重新推出傳感器所在方位的估算值，它是時間的函數(shù)。于是就可以從作為時間函數(shù)的測量結(jié)果中提取出某些方位處的值。
如上所述，可將轉(zhuǎn)速估算值作為轉(zhuǎn)移函數(shù)的輸入，以提高較大速度范圍內(nèi)估算力分量的精度。
于是實施測量時有若干選擇。實際上，確定力分量要求在多個方位上進(jìn)行測量。
.第一方法在于，在要獲得測量值的每個側(cè)壁上僅用一個傳感器。在每次通過需要的位置時，考慮傳感器給出的值，以刷新有疑問的所述方位上的測量結(jié)果。通過假設(shè)力分量相對輪子的轉(zhuǎn)速而言變化緩慢，使用單個傳感器就可以獲得推測力所必需的所有方位上的測量結(jié)果。圖12給出了采用一個模型(轉(zhuǎn)移函數(shù))的這種操作，它需要三個方位(0°，120°，240°)處的測量結(jié)果。
.第二種方法在于，在圓周上設(shè)置多個傳感器，這樣，每個旋轉(zhuǎn)周期至少有一次讓這些傳感器同時位于要進(jìn)行測量的方位上。于是可以獲得給定時刻在各個方位上的輪胎形變圖象，它不再要求力相對輪子的轉(zhuǎn)動而言變化緩慢。理想的是(最大通頻帶)，傳感器數(shù)目至少要等于要估算的量的數(shù)目。該方法的一種實施方式是，以平均分布的方式將傳感器布置在輪胎周圍。于是，在安裝了N個傳感器的情況下，每旋轉(zhuǎn)一次至少發(fā)生N次傳感器正確定位的情形。圖13表示有三個傳感器的這種操作，每旋轉(zhuǎn)一次至少三次到達(dá)要實施測量的方位(0°，120°，240°)。
.最后一種，可以將上述方法混合使用。
增加傳感器數(shù)量尤其可以.提高力估算時的刷新頻率，由此提高了系統(tǒng)的通頻帶。
.就施加到接觸區(qū)域上的力分量迅速變化而言，可以提高健全性。
應(yīng)當(dāng)注意的是，可以確定多個模型，這些模型將不同方位上的測量結(jié)果作為輸入。即使用一個傳感器，也可以在每個輪子的旋轉(zhuǎn)周期中獲得多個估算值。圖14表示利用三個傳感器和兩個模型操作的例子-其中，用實線表示在上面要獲取測量結(jié)果作為模型1的輸入的方位，-其中，用虛線表示在上面要獲取測量結(jié)果作為模型2的輸入的方位。以及-其中C1、C2和C3表示傳感器在輪胎側(cè)壁上的方位位置。
由此就確定了兩個轉(zhuǎn)移函數(shù)。第一個轉(zhuǎn)移函數(shù)使用0°、120°、240°上的測量結(jié)果，第二個轉(zhuǎn)移函數(shù)使用60°、180°、300°上的測量結(jié)果。當(dāng)傳感器到達(dá)想要的測量位置時，應(yīng)用轉(zhuǎn)移函數(shù)。通過對這些傳感器適當(dāng)管理，在該類型的布置中，輪子每旋轉(zhuǎn)一周，力估算甚至可達(dá)6次之多。可對這些通過多種模型得到的估算值進(jìn)行平均，或者作比較，以提高力估算過程中的精度，同時減少其中的噪聲。
權(quán)利要求
1.一種確定至少一個特征量的方法，所述特征量選自道路向輪胎的接觸區(qū)域施加的合力的三個分量；輪胎產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向自動回正力矩，外傾和壓力，特征在于，所述特征量可通過對在至少一個輪胎側(cè)壁空間上的兩固定點處的至少兩個圓周擴張或收縮的測量結(jié)果進(jìn)行處理加以確定，其中所述兩點沿圓周位于不同方位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，特征在于使用空間上的至少三個固定點，將其定義成一個點對應(yīng)于接觸區(qū)域中心的方位或者與該接觸區(qū)域相對的點的方位；另外兩個點相對于通過接觸區(qū)域中心的縱向平面對稱。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，特征在于側(cè)壁的圓周收縮或擴張可通過測量側(cè)壁中輪胎胎體層的簾布線之間的距離來估算。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，特征在于側(cè)壁的圓周收縮或擴張可通過測量構(gòu)成傳感器的導(dǎo)線之間的距離來估算，該傳感器能測量與兩電極的間隔距離相關(guān)的電容變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，測量方位要相對接觸區(qū)域中心的方位對稱選擇(180°+α°和180°-α°)，α不等于α0，其中α0是接觸區(qū)域入口的方位，V11和V21是在第一側(cè)壁的這些方位上測得的值，V12和V22是在第二側(cè)壁的這些方位上測得的值，由fz(a1V11+a2V21+b1V12+b2V22)來給出分量Fz的估算值，其中a1、a2、b1和b2是正實系數(shù)，fz是單調(diào)連續(xù)函數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，測量方位要相對接觸區(qū)域中心的方位對稱選擇(180°+α°和180°-α°)，α不等于α0，其中α0是接觸區(qū)域入口的方位，V11和V21是在第一側(cè)壁的這些方位上測得的值，V12和V22是在第二側(cè)壁的這些方位上測得的值，由fx(c1V11-c2V21+d1V12-d2V22)來給出Fx的估算值，其中c1、c2、d1和d2是正實系數(shù)，fx是單調(diào)連續(xù)函數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，測量方位要相對接觸區(qū)域中心的方位對稱選擇(180°+α°和180°-α°)，α不等于α0，其中α0是接觸區(qū)域入口的方位，V11和V21是在第一側(cè)壁的這些方位上測得的值，V12和V22是在第二側(cè)壁的這些方位上測得的值，由fy(e1V11+e2V21-f1V12-f2V22)來給出分量Fy的估算值，其中e1、e2、f1和f2是正實系數(shù)，fy是單調(diào)連續(xù)函數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，測量方位要相對接觸區(qū)域中心的方位對稱選擇(180°+α°和180°-α°)，α不等于α0，其中α0是接觸區(qū)域入口的方位，V11和V21是在第一側(cè)壁的這些方位上測得的值，V12和V22是在第二側(cè)壁的這些方位上測得的值，由fn(g1V11-g2V21+h1V12+h2V22)來給出轉(zhuǎn)向自動回正力矩N的估算值，其中g(shù)1、g2、h1和h2是正實系數(shù)，fn是單調(diào)連續(xù)函數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中基于圓周擴張或收縮的測量結(jié)果，尋求由每個側(cè)壁支撐的負(fù)荷的差異，以估算出外傾角。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中基于圓周擴張或收縮的測量結(jié)果，尋求由氣動性能所起的作用，該作用與結(jié)構(gòu)性能所起的作用是分開的，以便估算壓力。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中使用在輪胎的一個側(cè)壁中測得的至少三個圓周擴張或收縮測量結(jié)果。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，測量方位要相對接觸區(qū)域中心的方位對稱選擇(180°+α°和180°-α°)，α不等于α0，其中α0是接觸區(qū)域入口的方位，V1和V2是在其它那些方位上測得的值，用fx(r2V2-r1V1)來給出Fx的估算值，其中f1和r2是正實系數(shù)，fx是單調(diào)連續(xù)函數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，一個方位要對應(yīng)于接觸區(qū)域的中央(方位180°)，Vc是在該方位上測得的值，其它測量方位要相對接觸區(qū)域的中心方位對稱選擇(180°+α°和180°-α°)，α不等于α0，其中α0是接觸區(qū)域入口的方位，V1和V2是在其它那些方位上測得的值，用fz(scVc-(s1V1+s2V2))來給出Fz的估算值，其中s1、s2和sc是正實系數(shù)，fz是單調(diào)連續(xù)函數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，一個方位要對應(yīng)于接觸區(qū)域的中央(方位180°)，Vc是在該方位上測得的值，其它測量方位要相對接觸區(qū)域的中心方位對稱選擇(180°+α°和180°-α°)，α不等于α0，其中α0是接觸區(qū)域入口的方位，V1和V2是在其它那些方位上測得的值，用fy(ucVc+u1V1+u2V2)來給出Fy的估算值，其中u1、u2和uc是正實系數(shù)，fy是單調(diào)連續(xù)函數(shù)。
15.一種確定至少一個特征量的方法，所述特征量選自道路向輪胎的接觸區(qū)域施加的合力的三個分量；輪胎產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向自動回正力矩，外傾和壓力，該方法包括以下步驟確定測量方位，在輪胎的強制力變化的過程中采集一個或多個側(cè)壁的圓周擴張值，所述強制力要選擇得能覆蓋常規(guī)使用時允許估算所選一個或多個特征量的整個范圍，所選強制力給出常規(guī)使用過程中容易遇到的所有配合，讀取測量值和與其相關(guān)的一個或多個選定特征量(通過另一種測量方式獲得)，用以形成訓(xùn)練基數(shù)，基于訓(xùn)練基數(shù)確定插值函數(shù)的系數(shù)，該插值函數(shù)用于建立測量量與一個或多個所選特征量的值之間的關(guān)系，通過將所選一個或多個特征量的估算值與通過另一測量方式得到的值作比較，來檢驗轉(zhuǎn)移函數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的確定方法，其中該插值函數(shù)是一種網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)有一層隱藏神經(jīng)元和一層輸出神經(jīng)元。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的確定方法，用于確定依照權(quán)利要求5到8和12到14所述方法之一的系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種確定選自以下特征量中的至少一個特征量的方法道路表面施加給輪胎的接觸區(qū)域的合力的三個分量和由輪胎產(chǎn)生的轉(zhuǎn)向自動回正力矩。該方法在于，從至少一個輪胎側(cè)壁的至少兩個圓周擴張或收縮測量結(jié)果中推導(dǎo)出所述特征量，其中所述測量結(jié)果是在輪胎側(cè)壁圓周不同方位上的兩個空間固定點上測得的。
文檔編號G01B7/16GK1539079SQ02815520
公開日2004年10月20日 申請日期2002年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月6日
發(fā)明者D·伯特蘭, D 伯特蘭 申請人:米其林技術(shù)公司, 米其林研究和技術(shù)股份有限公司