专利名称：充气轮胎的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于在轮胎胎侧部分中产生的应变来估算作用在滚动轮胎上的力的量值的方法。
背景技术：
近年来，例如防抱死制动系统(ABS)、牵引力控制系统、车辆稳定性控制系统、姿态控制系统、悬架控制系统以及线控转向系统等的计算机辅助车辆控制系统(CAVCS)已广泛用在各种车辆中。为了通过向系统提供作用在滚动轮胎上的分力的数据来提高这种控制系统 (CAVCS)的控制精度，在美国专利第7249498号中已经提出一种用于估算分力的量值的方法。另一方面，从安全驾驶的观点来看，监控轮胎气压是非常重要的，并且同样重要的是即使在一些传感器发生故障或数据失常时也能够提供估算的数据。
发明内容
因此，本发明的主要目的是提供一种基于在轮胎胎侧部分中产生的应变来估算例如轮胎气压、纵向力等的作用在滚动轮胎上的分力的量值的方法。本发明的另一目的是基于估算气压与预定基准气压之间的比较而对轮胎的压力下降进行检测。本发明的又一目的是通过利用尽可能少的传感器对纵向力的量值进行估算。根据本发明，用于估算作用在滚动轮胎上的轮胎受力的量值的方法包括使用在周向的不同安装位置处安装在轮胎上的七个传感器；通过利用所述七个传感器在轮胎滚动期间的某一时间点测量在七个不同测量位置⑴处的应变，其中，每个测量位置⑴是使得待测量的应变的量值t(i)与七个分力中的每个都具有大致线性关系的位置，所述七个分力为作用在轮胎上的纵向力Fx、侧向力Fy、竖向载荷1 、倾覆力矩Mx、滚动阻力矩My、自位转矩Mz和气压P，由此，满足以下条件方程、⑴=a(i)‘ Fx+b (i) ‘ Fy+c(i) · Fz+d(i) ‘ Mx+e(i) ‘ My+g(i) ‘ Mz+h(i) ·Ρ其中^！⑴丄⑴^⑴一⑴^⑴…⑴和h(i)为特别针对于测量位置⑴的系数；获取相对于七个不同测量位置(i)的每个位置所测量的应变的量值t(i)，其中 (i)是从1至7，由此
tl = al · Fx+bl · Fy+cl · Fz+dl · Mx+el · My+gl · Mz+hi · Pt2 = a2 · Fx+b2 · Fy+c2 · Fz+d2 · Mx+e2 · My+g2 · Mz+h2 · Pt3 = a3 · Fx+b3 · Fy+c3 · Fz+d3 · Mx+e3 · My+g3 · Mz+h3 · Pt4 = a4 · Fx+b4 · Fy+c4 · Fz+d4 · Mx+e4 · My+g4 · Mz+h4 · Pt5 = a5 · Fx+b5 · Fy+c5 · Fz+d5 · Mx+e5 · My+g5 · Mz+h5 · Pt6 = a6 · Fx+b6 · Fy+c6 · Fz+d6 · Mx+e6 · My+g6 · Mz+h6 · Pt7 = a7 · Fx+b7 · Fy+c7 · Fz+d7 · Mx+e7 · My+g7 · Mz+h7 · P ；限定出关于所述七个不同测量位置(i)的组合的所述系数的以下7X7矩阵
alblcldlelglhia2b2c2d2e2g2h2a3b3c3d3e3g3h3
a4b4c4d4e4g4h4a5b5c5d5e5g5h5a6b6c6d6e6g6h6a7b7c7d7e7g7h7
以及计算包括所述矩阵的以下方程
Fx
Fyt2
Fzt3
Mx =|7乂7矩阵的系数「、4 Myt5
Mzt6
Pt7从而判定出七个分力中的至少一个。为了实现另一目的，所述方法进一步包括
将估算气压P与基准气压进行比较；并且确定轮胎的气压是否下降。为了实现又一目的，所述方法进一步包括利用在第二安装位置处安装在轮胎上的第二传感器，其中，第二安装位置是使得当第二安装位置到达第二测量位置时待测量的应变的量值t'与纵向力&大致线性相关而量值t'大致不会受到竖向载荷内影响的位置；通过利用所述第二传感器测量在所述第二测量位置处的应变从而获得其量值 t'；并且
计算以下方程从而判定出纵向力&，Fx = t' /a'其中“a' ”为特别针对于第二测量位置的系数。本发明还提供一种充气轮胎，包括胎面部分、一对胎侧部分以及一对胎圈部分。其中，所述胎侧部分中的一个设置有突出部和应变传感器；所述突出部沿所述轮胎的周向连续延伸并且轴向朝外突出，使得所述胎侧部分的外轮廓设置有在所述突出部的径向外侧的弯曲线；在所述轮胎的子午线截面中，所述弯曲线由通过拐点彼此连接的径向朝外凸起部分和径向朝内凹入部分组成；并且所述应变传感器设置所述拐点的附近。通过对以下实施方式的描述并参照附图，本发明的其他目的和方面将变得清楚。
图1是设置有用来与估算轮胎受力的装置一同使用的应变传感器的充气轮胎的横截面图。图2是具有特殊外轮廓的胎侧部分的示意性横截面放大图。图3、4和5是分别示出传感器单元的图示。图6是用于说明轮胎上的传感器的安装角度的示意图。图7是示出具有典型外轮廓的胎侧部分的示意图，该图用于说明传感器的布置方式以及应变测量位置的布置方式。图8是示出从如图7所示的状态顺时针移动30度的轮胎的示意性侧视图。图9是用于说明在具有特殊外轮廓的轮胎胎侧部分上存在的应力中性位置的图示，其中所述外轮廓设置有轴向突出部分。图10是示出具有特殊外轮廓的轮胎胎侧部分的示意图，该图用于说明传感器的布置方式以及说明应力中性位置存在的角度范围。
具体实施例方式现将结合附图详细描述本发明的实施方式。[轮胎结构]在附图中，根据本发明的充气轮胎1包括胎面部分2 ；—对沿轴向间隔开的胎圈部分4，每个胎圈部分4中具有胎圈芯5 ；—对胎侧部分3(3i、3o)，胎侧部分3在胎面边缘 Te和胎圈部分4之间延伸；胎体6，其在胎圈部分4之间延伸；胎面补强带束层7，其设置在胎体6的径向外侧；以及应变传感器S，应变传感器S固定到至少一个胎侧部分3。例如，轮胎1是型号为225/55R17的轿车用子午线轮胎。胎体6由至少一层帘布层6A组成，所述帘布层6A的帘线以相对于轮胎子午线成 70至90度范围的角度沿径向设置，所述胎体6经过胎面部分2和胎侧部分3在胎圈部分4 之间延伸并且在每个胎圈部分4从轮胎的轴向内侧到轴向外侧绕着胎圈芯2反包，从而形成一对反包部6b和位于所述反包部6b之间的主体部6a。在主体部6a和每个反包部6b之间，由硬质橡胶制成的胎圈三角胶8设置成使其从胎圈芯沿径向朝外延伸同时朝向其径向外端渐缩。带束层包括缓冲层7并且可选地包括冠带层9。缓冲层7包括至少两层具有高
5模量帘线的交叉帘布层7A和7B，所述帘线铺设成相对于轮胎子午线成10至35度的角度。 冠带层9设置在缓冲层7的径向外侧并且由以相对于轮胎子午线成至多大约5度的小角度缠绕的帘线组成。[轮胎胎侧的轮廓]在图1中，一个胎侧部分3i具有典型的外轮廓，而另一胎侧部分3ο则具有特殊的外轮廓。文中，轮廓指的是在常规充气未加载条件下的轮胎的轮廓。常规充气未加载条件是使轮胎安装到标准轮辋上并充气到标准压力但是并未加载轮胎负荷。标准轮辋是由标准组织官方认可用于轮胎的轮辋，所述标准组织即JATMA(日本和亚洲)、T&RA(北美)、 ETRTO(欧洲)、STR0(斯堪的纳维亚)等。标准压力和标准轮胎负荷是由相同组织在气压 /最大负荷表或类似列表中指定的用于轮胎的最大气压和最大轮胎负荷。例如，标准轮辋是JATMA中指定的“标准轮辋(standard rim) ”、ETRT0中的“测量轮辋(Measuring Rim)”、 TRA中的“设计轮辋(Design Rim)”等。标准压力是JATMA中的“最大气压(maximum air pressure) ”、ETRTO中的“充气压力Qnflation Pressure) ”、TRA的“不同冷充压力下的轮胎负荷极限(Tire Load Limits at Various Cold Inflation Pressures) ”表中所给出的最大压力等。标准负荷是JATMA中的“最大负荷量(maximum load capacity) ”、ETRTO中的“负荷量(Load Capacity)”、在TRA的上述表中给出的最大值等。然而，在轿车用轮胎的情况下，标准压力则一致以lSOltfa来限定。在胎侧部分3i的情况下，除了可能存在的各种标志、装饰性小沟槽、装饰线等以外，外轮廓11是大致连续弯曲的凸线。通常，外轮廓与胎体主体部6a的轮廓几乎平行或类似。另一方面，在胎侧部分3ο的情况下，轴向朝外突出部14形成于下胎侧部分。当与可能存在的小装饰线等相比较时，突出部14从上述的典型外轮廓11较大程度地突出，从而形成特殊的外轮廓，如下文所述。在任何情况下，胎侧部分3i和3ο中的至少一个设置有用以感测外表面(表面层) 的应变的多个传感器S。[应变传感器]至于传感器S的类型，能够使用多种不同类型，只要传感器S能够感测表面应变ε 并且将指示所感测到的应变ε的量值(t)的电子数据输出。传感器应当热稳定、机械稳定且耐用。尽管压电元件、钢丝抗力应变仪等能够用作传感器S，但是优选地使用磁体11和磁感应元件12的组合。在这种组合中，至少一个磁体11和至少一个磁感应元件12嵌置在模制的弹性主体13中而成为一个单元20。弹性主体13必须随着轮胎胎侧部分3的变形而变形，因此使用了弹性体材料。考虑到例如浇注和注射成型的模制方法的简便易行，而尤其优选地使用热塑性弹性体(TPE)。至于磁感应元件12，能够使用例如霍尔元件、MR元件、 TMF-MI传感器、TMF-Ri传感器、非晶传感器等的多种不同类型的元件。例如，使用霍尔元件。图3至5示出这种磁性传感器单元20的示例。在图3中，传感器单元20包括单个磁感应元件12和单个磁体11。在图4中，传感器单元20包括多个磁感应元件12和单个磁体11。在图5中，传感器单元20包括单个磁感应元件12和多个磁体11。每个传感器单元20均具有方向灵敏度，并且沿方向N呈现最大灵敏度。如图6所示，在每个传感器安装位置，传感器S或传感器单元20定向成使得当从轮胎侧面观察时在最大灵敏度方向N和轮胎径向之间的角θ处在10至80度的范围中，考虑到总体精度则优选为20至70度、更优选为30至60度、更进一步优选为40至50度。例如，角θ设定为45度。因此，上述的所感测到的应变ε的量值⑴指的是通过定向成朝向特定方向的、 具有特定方向灵敏度的传感器S测量所得的应变ε的量值，因而，所述感测到的应变ε并不总是与大概沿某一方向产生的最大应变的量值相同。为了简化由数据处理器执行的随后的数据处理，期望使用全部具有相同的灵敏度并且以相同的角θ朝向相同的方向定向的传感器S。基于这样的假设，将在下文对该方法进行描述。为了将传感器输出数据从滚动轮胎传输到安装在车辆主体侧的电控单元，使用了无线连接方式。因此，上述传感器单元20可以包含应答器，该应答器能够响应来自电控单元的经由电磁波发送的查询信号而朝向安装在车辆主体侧的电控单元传输指示量值(t)的数据。这种应答器包括形成在半导体芯片上的接收器、传输器、控制电路、数据存储器等并且包括天线。此外，为了将上述电磁波作为电能源来利用，在单元20中还结合有转换器以及蓄电池/电容器。此外，还能够使应答器16相对于传感器单元20单独形成并且使其附连到轮胎的稳定部分，例如胎圈部分的内侧或者轮胎安装于其上的轮辋的轮辋槽中。并且，通过当制造轮胎时嵌置在轮胎中的电线17将应答器16连接到传感器单元20。[用于估算轮胎分力的量值的方法]在具有典型外轮廓的胎侧部分3i的情况下，在如图1所示中间胎侧区域Y中，应变ε的量值与七个分力(纵向力&、侧向力Fy、竖向载荷Fz、倾覆力矩Μχ、滚动阻力矩My、 自位转矩Mz和气压P)中的每个分力的量值均大致线性相关。上述区域Y可以从中点M以最大轮胎截面高度H的25%的径向距离L沿径向朝内并朝外延伸。为确保线性相关和灵敏度，优选地考虑使距离L不大于轮胎截面高度H的 20%、更优选为不大于15%。这里，上述中点M位于轮胎截面高度H的50%处，并且轮胎截面高度H为在轮胎子午线C处从胎圈基线BL到胎面表面测量而得。因此，在区域Y中，由纵向力&产生的表面应变ε χ能够由!7X的线性函数f (Fx) 近似估算ε χ = f (Fx) = a · Fx由侧向力Fy产生的表面应变ε y能够由Fy的线性函数f (Fy)近似估算ε y = f (Fy) = b · Fy由竖向载荷Fz产生的表面应变ε ζ能够由Fz的线性函数f (Fz)近似估算ε ζ = f (Fz) = c · Fz由倾覆力矩Mx产生的表面应变ε mx能够由Mx的线性函数f (Mx)近似估算ε mx = f (Mx) = d · Mx由滚动阻力矩My产生的表面应变ε my能够由My的线性函数f (My)近似估算
e my = f (My) = e My由自位转矩Mz产生的表面应变e mz能够由Mz的线性函数f (Mz)近似估算e mz = f (Mz) = g Mz由气压P产生的表面应变￡ P能够由P的线性函数f (P)近似估算e P = f (P) = h P总表面应变e为上述基本表面应变的ex、￡ y、￡ z、￡ mx、￡ my、￡ mz禾ロ eP的 叠加e = a Fx+b Fy+c Fz+d Mx+e My+g Mz+h P—Eq. 1其中，“ a”、“b”、“C”、“d”、“e”、“g”和“h”为特别针对于产生应变e的位置——
即应变測量位置——的系数。存在七个待判定的变量P、Fx、Fy、FZ、Mx、My_MZ。需要解七个变量的七个联立 方程。因此，总表面应变￡必须在轮胎滚动过程中的某ー时间点在七个不同位置J1-J7 进行同时测量。測量位置J1-J7的详细描述将在下文给出。如果将指示測量位置J1-J7的下标“1”- “7”加入到上述方程Eq. 1，则形成在相 应测量位置J1-J7处的以下方程e 1 = al Fx+bl Fy+cl Fz+dl Mx+el My+gl Mz+hi Pe 2 = a2 Fx+b2 Fy+c2 Fz+d2 Mx+e2 My+g2 Mz+h2 Pe 3 = a3 Fx+b3 Fy+c3 Fz+d3 Mx+e3 My+g3 Mz+h3 Pe 4 = a4 Fx+b4 Fy+c4 Fz+d4 Mx+e4 My+g4 Mz+h4 Pe 5 = a5 Fx+b5 Fy+c5 Fz+d5 Mx+e5 My+g5 Mz+h5 Pe 6 = a6 Fx+b6 Fy+c6 Fz+d6 Mx+e6 My+g6 Mz+h6 Pe 7 = a7 Fx+b7 Fy+c7 Fz+d7 Mx+e7 My+g7 Mz+h7 P由此，系数组“al、bl、Cl、dl、el、gl和hi”限定用于测量位置Jl。另一系数组 “a2、b2、c2、d2、e2、g2和h2”限定用于测量位置J2。相似系数组则应用于其它測量位置J3寸。从这些方程导出以下方程Eq. 2
权利要求
1.一种充气轮胎，包括 胎面部分；一对胎侧部分；以及一对胎圈部分，其中，所述胎侧部分中的一个设置有突出部和应变传感器，所述突出部沿所述轮胎的周向连续延伸并且轴向朝外突出，使得所述胎侧部分的外轮廓设置有在所述突出部的径向外侧的弯曲线，在所述轮胎的子午线截面中，所述弯曲线由通过拐点彼此连接的径向朝外凸起部分和径向朝内凹入部分组成，并且所述应变传感器设置所述拐点的附近。
2.根据权利要求1所述的充气轮胎，其中，所述突出部仅设置在所述胎侧部分中的一个所述胎侧部分之上，并且另一所述胎侧部分也设置有应变传感器。
全文摘要
本发明涉及一种充气轮胎，包括胎面部分、一对胎侧部分以及一对胎圈部分。其中，所述胎侧部分中的一个设置有突出部和应变传感器；所述突出部沿所述轮胎的周向连续延伸并且轴向朝外突出，使得所述胎侧部分的外轮廓设置有在所述突出部的径向外侧的弯曲线；在所述轮胎的子午线截面中；所述弯曲线由通过拐点彼此连接的径向朝外凸起部分和径向朝内凹入部分组成；并且所述应变传感器设置所述拐点的附近。
文档编号B60C23/06GK102358117SQ201110251950
公开日2012年2月22日 申请日期2008年4月3日 优先权日2007年4月6日
发明者三好明宏 申请人:住友橡胶工业株式会社