用于确定车轮轮胎轨迹的方法与流程

本发明涉及用于确定轮胎与地面接触的部分的长度的方法，所述轮胎与地面接触的部分在下文中被称作轨迹（footprint）。当该轨迹已知时，其可以提供有用的信息，特别是由轮胎支撑的负载、轮胎的磨损或轮胎中的压力降低。该轨迹的知识还可以有利地对轮胎压力监控系统（或TPMS，英语术语中的“轮胎压力监控系统”的首字母）、制动计算机帮助（ABS等）、防滑系统或其他控制系统进行补充。

背景技术：
直到当前时间，已经通过向先存在的轮胎监控系统添加传感器实现了本方法。在专利文件EP2090862中公开了该类实现的示例，其描述了一种包括使用磁传感器来确定轨迹的长度的方法。被放置在轮缘（rim）上的该磁传感器分析其接收的磁场。当该磁传感器在与地面接触的车轮的有角部分中时，磁场被更改，使轨迹能够基于磁场变化、车轮的尺寸和它的旋转被计算。在专利文件FR2944231中公开了对该解决方案的改进。该文件提出了不比使用压力传感器昂贵的解决方案。其提出了以固定方式（例如在减震器弹簧圈上）放置磁力计。每个磁力计测量被放置在磁力计附加在轮胎的胎面下的金属带的磁场。当轮胎在滚动中在地面上变平时，该磁场被更改。表示作为车轮的旋转的角度的函数的接收的磁场的曲线然后展示与和地面接触的轮胎的变形直接相关的变化。这两个示例示出了当前利用补充设备来执行轮胎轨迹的检测，所述补充设备没有被并入到诸如TPMS的轮胎管理系统或诸如TIS（英语术语中的“轮胎信息系统”）的信息系统中。因此，为了成本减少和装备简化的利益，具有提供轮胎轨迹的知识的不要求补充设备的方法是有利的。

技术实现要素：
为了这个目的，本发明提出使用已经存在于车辆中的设备来测量轮胎的接触面（contactpatch）。出于该目的，本发明使用作用于这些设备的冲击以便定义轨迹。更精确地，本发明提出一种用于确定被装备有监控系统的车辆的轮胎的轨迹的方法，所述监控系统在每个轮胎上包括一个车轮单元，所述车轮单元包括微控制器、速度传感器、发射器、具有给定频率的发射器的参考时钟以及用于系统的至少一个时间控制设备。本方法在于通过作为时间的函数连续地测量在时间控制设备的输出处提供的表示参考时钟的频率中的变化的信号；确定在其期间参考时钟的所述频率变化发生的时间间隔；以及基于轮胎的旋转速度，从其推导出对应于表示轮胎的地面接触长度的轨迹的接触的角范围。因此，本发明有利地使用了如下事实：发射器时钟的频率在轮胎与地面接触时被机械振动扰乱（perturb），以及参考时钟的频率变化因此表示轨迹的值。本方法具有不要求补充设备用于测量轮胎的轨迹的优点，因为其使用由现有设备提供的可能性。有利地，本发明的方法包括以下连续步骤：•基于所述代表性信号，作为时间的函数记录参考时钟的频率和该频率的变化；•确定在其期间所述代表性信号变化的时间间隔；•从其推导出轮胎的角接触范围，其对应于参考时钟频率的变化的时间间隔；•定义检测阈值，低于其所述频率变化被忽略；•如果频率变化大于频率阈值，则基于接触角、时间间隔和车轮速度来计算轨迹；•针对轨迹的值定义边界，超过所述边界，轨迹的被计算的值不被接受；•定义用于确定轮胎的轨迹的计算的频率；以及•在这样定义的频率处重新开始计算。在根据本发明的方法的一个实施例中，控制设备是微控制器的时钟，并且表示参考时钟的频率变化的信号是通过微控制器的时钟的频率定时的该频率的相对变化。这是因为微控制器时钟保持稳定，而发射器时钟的频率在轮胎与地面接触时被机械振动扰乱。由于微控制器时钟是低精度的，通过在位于对应于轨迹的接触角外的角范围中使用发射器参考时钟来校准它是有利的。在另一实施例中，控制设备是发射器装备的锁相环的锁相检测器，并且表示参考时钟的频率变化的信号是由锁相检测器向微控制器提供的锁相状态信息信号。在操作中，检测器信号携带被传送到微控制器的关于锁定（锁相或没有被锁相）的信息。以逻辑值的形式传送该锁定信息，所述逻辑值在指示锁相的被称为“0”值和指示缺少锁相的“1”值之间变化。当车轮单元与地面接触时，发射器时钟的操作被扰乱，并且它的频率改变，从而解锁锁相环的相。所述锁相检测器的信号然后从“0”值切换到“1”值。因此，可以使用该信号的“1”值的集合来得到轨迹的值。有利地，在锁相检测器的输出处以伪数字值的形式提供锁定状态信息信号，并且定义决策阈值使得在所述检测器的输出处的所述信息信号的值高于该阈值被认为是“1”值并且低于阈值被认为是“0”值。那么在其期间由该检测器提供的信号保持等于“1”的时间段对应于在其上车轮单元在轨迹中的时间间隔。在另一实施例中，在锁相环的输出处以在“0”和“1”之间变化的数字值的形式直接地提供锁定状态信息信号。那么在其期间由所述环提供的信号保持等于“1”的时间段对应于在其上车轮单元在轨迹中的时间间隔。附图说明参考附图，根据以下非限制性描述，本发明的其他数据、特性和优点将变得显然，所述附图分别示出：-在图1中，安装有轮胎的车轮的示意性前视图，其示出轮胎在地面上的变形和得到的该轮胎的轨迹；-在图2中，能够在车轮单元的微控制器的频率被用作时钟参考频率时实现根据本发明的方法的示例性车轮单元的框图；-在图3中，在利用微控制器的内部时钟的频率的校准之后，测量用于确定在地面上的轮胎的轨迹的车轮单元的参考时钟频率的相对变化的图的示例；-在图4中，能够在锁相检测函数被用于测量参考时钟的扰乱时实现根据本发明的方法的车轮单元的框图；-在图5a和5b中，用于确定轮胎的轨迹的锁相检测函数的测量结果的图的示例；以及-在图6中，根据依照本发明的方法的步骤的序列的示例的流程图。具体实施方式图1以前视图示意性地示出了被安装有环绕轮缘7的轮胎3且被安装有车轮单元4的（未示出的）机动车辆的车轮1，在该示例中，所述车轮单元4被放置在轮胎3内部的胎面上。该轮胎3被部分地放气，并且其在地面5上的扁平由被称作轨迹∆L的位于两个接触端A和B之间的长度∆L的区域表示。该轨迹∆L还由接触角Θ定义，所述接触角Θ由两点A和B以及在车轮1的中心C中的角的顶点形成。当车轮旋转时，车轮单元4在每个车轮旋转中位于轨迹的端A和B之间一次。车轮单元4尤其包括（图2）发射器10，其具有被定时（time）到频率F的时钟16。当该车轮单元4位于轨迹∆L中时，车轮单元4的发射器10的时钟16的频率被扰乱。然后基于如下来确定轨迹∆L的长度：•周期性地位于该轨迹区域∆L中的车轮单元4的发射器10的时钟16的频率变化，•车轮1的旋转速度，以及•该车轮1的半径。下面参考图2和4详述了实现对发射器10的时钟16的频率变化的测量的车轮单元的示例。图2的视图示出了被装备有由具有微控制器14的频率“f”的内部时钟13形成的时间控制设备的车轮单元4的示例的框图。除微控制器14和其内部时钟13外，该车轮单元4还包括经由微控制器14和发射器10之间的链路15连接到发射器10的压力传感器12和速度传感器12'。该发射器10依靠它的天线24在射频域中进行传输，并且包括锁相环（被缩写成PLL）20、分频器19、压控振荡器18（被缩写成VCO）、功率放大器22和参考时钟16。被提供有这些设备，车轮单元4如下操作：微控制器14接收并处理由传感器12和12'做出的测量结果，然后经由链路15和所述发射器10的天线24以数字化数据的形式将这些测量结果传输到（未示出的）车辆中放置的中央单元。数据初始由微控制器14基于它的内部时钟13的频率“f”数字化。然后通过其振荡被锁定到石英晶体17的参考时钟16的频率“F”对数据传输的频率定时。因此该参考时钟16是精确的，但是它的频率“F”在车轮单元4在每个车轮旋转中一次位于轮胎的地面接触的轨迹∆L的端A和B之间（参见图1）时被扰乱。在图示的示例中，参考时钟16的频率“F”大约20MHz（更一般性地，在10和30MHz之间），并且其在车轮单元4位于轨迹∆L内时经历可以达到50kHz的变化。（具有大约30MHz的频率“f”的）微控制器14的内部时钟13比参考时钟16相对地更不精确，但是其具有与参考时钟16的频率不同的在车轮单元4在轨迹∆L中时不被扰乱的频率。内部时钟13然后被有利地用作用于测量参考时钟16的频率“F”的扰乱的“基准”。因此，通过参考时钟16的频率“F”的变化的对这些扰乱的检测指示车轮单元4在地面上的轮胎的轨迹∆L中，并且该检测的持续时间的测量结果然后可以被用来计算轨迹∆L的长度。图3以频率“F”相对于F0的作为时间“t”的函数的相对变化∆F/F0的测量结果的图示出了对参考时钟16的频率“F”的扰乱的该检测，F0是参考时钟16的未被扰乱的频率。发射器10的时钟16的频率“F”的测量由微控制器14的内部时钟13的频率“f”经由分频器19定时。有利地，为了增加测量的精度，在其中参考时钟16没有被轮胎与地面的接触扰乱（换言之，在图1中的轨迹∆L外）的阶段期间由更精确的参考时钟16提前校准微控制器14的内部时钟13。相对变化∆F/F0的测量结果采取曲线30的形式。在时间间隔T∆L中，测量结果∆F/F0经历在两个时刻tA和tB之间在零值的任一侧上的——由高于阈值FMin的∆F定义（参见图6）的——值中的显著改变。这些时刻tA和tB定义了时间间隔T∆L的边界，所述时间间隔T∆L因此对应于在其期间参考时钟16的频率“F”被扰乱并且在其期间车轮单元4位于地面接触区域中的时段。给定——基于时间间隔T∆L和车轮速度计算的——接触角Θ以及车轮的半径，然后推导出对应于该区域的轨迹∆L的长度。在时间间隔T∆L外，相对变化∆F/F0是零，因为参考时钟16的频率“F”在车轮单元4位于轨迹外时不再被扰乱。图4示出了使用另一时间控制设备用于测量发射器10的参考时钟16的扰乱的框图，在该情况下所述另一时间控制设备是锁相检测器32。该检测器32属于锁相环20，所述锁相环20除该检测器32之外还包括依次链接的以下部件：相比较器29、进给泵28和低通滤波器26。在涉及图2的描述的当前描述的段中描述了其他参考元件。锁相检测器32经由有线链路34将在所述环20的输入和输出电压之间的同步测量结果传送到微控制器14。以逻辑值的形式传送这些电压测量结果，“0”指示相同步并且“1”指示反相。当车轮单元4与地面5接触时（参见图1），发射器10的时钟16的操作被扰乱，并且它的频率“F”改变，从而解锁锁相环20的相（换言之，环的输入和输出电压处于反相）。锁相检测器32然后将它的信号从“0”值切换到“1”值。在其期间由该锁相检测器32提供的信号保持等于“1”的时间段对应于在其期间车轮单元4在轨迹∆L中的时间间隔。然后可以通过简单的计算得到该轨迹∆L的值，如下面参考图5a和5b解释的那样。图5a和5b作为时间“t”的函数分别示出了由锁相检测器32发送并被用来计算轨迹∆L的信号“S”和“S'”的测量结果图的示例。在图5a中，通过作为来自该检测器的直接输出的曲线60将所述检测器32的信号“S”示出为时间“t”的函数。从检测器32输出的逻辑值是“伪数字”类型的。然后通过恒定值的水平线来定义临界阈值∆S，高于其的信号“S”的值被给定值“1”并且低于其的信号“S”的值被给定值“0”。在其处曲线60切割直线∆S的两个时刻tA和tB分别对应于针对其车轮单元4在轨迹区域∆L中的时间间隔T∆L的开始和结束。给定时间间隔T∆L的值，然后可以如上面参考图3解释的那样计算轨迹∆L。如果信号S的变化不允许以充分可用的方式定义临界阈值∆S，则在图5b中示出的替代解决方案使用在锁相环20的输出处直接提供的信号“S'”。出于该目的，相检测函数定义了两个相态“0”和“1”，它们分别是“同相”的和“反相”的。在图5b的曲线60'上再生这些相态，其中它们指示针对其相态是“1”的时间间隔T∆L的测量结果。如上面描述的那样，该时间间隔T∆L对应于针对其车轮单元4在轨迹区域∆L中的时段。为了提供对用于确定轨迹∆L的方法的连续步骤的更精确的图示，图6示出了这些步骤100到135的进展的流程图。被称作“开始”的第一步骤100用来开始本方法并以预定速率对它重新初始化。在步骤110中做出的记录是车轮的旋转速度“V”和参考时钟16的频率“F”（参见图2和4）中的——作为时间的函数的——那些。基于由车轮单元的时间控制设备传输的信号的变化来确定作为时间“t”的函数的参考时钟的频率“F”的变化∆F，所述车轮单元的时间控制设备例如如上面描述的微控制器的时钟或发射器的锁相检测器。在步骤120的测试中，将频率的变化∆F与最小阈值FMin进行比较，低于所述最小阈值FMin的变化∆F被认为是噪声并且因此被忽略。将该阈值FMin有利地定义在从1到10kHz的范围中。如果变化∆F低于阈值FMin，则过程返回到步骤100的“开始”点。否则，过程通过基于如上面定义的时间间隔T∆L计算（步骤122）轨迹∆L而继续。步骤130的测试然后检查轨迹∆L的值是否在对应于例如在10°和30°之间的接触角Θ的边界∆Lmin和∆Lmax之间定义的值的范围内。如果不满足该条件，则方法返回到步骤100的“开始”点。如果轨迹∆L的值在值∆Lmin-∆Lmax的范围内，则步骤135验证轨迹∆L的被计算的值。在验证之后，使方法重新初始化。本发明不限于描述和表示的示例性实施例。因此，如果微控制器具有分频器，如果发射器/微控制器具有耦合到混频器/减频器的频率解调器，或替代地如果微控制器具有链接到CAN（控制局域网络）网络总线的数字信号处理器（DSP），则分频器、混频器/减频器或CAN可以被用作根据本发明的控制设备。另外，可以对通常是石英振荡器的发射器的参考时钟的信号调频以根据本发明的方法改进测量结果且特别是频率的变化和轨迹的值的精度。更进一步地，可以通过任何已知手段，例如通过使用在英语中被称为“锁定检测器”的应用，来实现锁相环的相的检测。本发明还可适用于基于包括锁相环的元件的任何方法，所述锁相环的暂时的扰乱将被确定。