监测运动轮胎形变的方法和系统的制作方法

文档序号:6101959阅读:426来源:国知局
专利名称:监测运动轮胎形变的方法和系统的制作方法
技术领域
本发明涉及监测运动轮胎形变的方法和系统。
具体地说,本发明涉及从结构内部确定轮胎胎体结构形变的可能性,例如,为了在车辆的驱动和/或控制系统中自动干预驾驶员的操纵或命令,以便根据轮胎上的测量结果改变车辆的运行状况。
存在各种现有技术的测量装置,用于测量诸如轮胎内压力和温度的特征参数。
专利申请EP 887211描述一种包括传感器的轮胎监测系统,传感器置于轮胎内部,并在轮胎滚动期间所述传感器经过轮胎与地面接触形成的触地面积时,它能够产生一个电脉冲。这个专利中描述的系统还包括探测装置,用于探测所述电脉冲与轮胎转动一周所需时间的比率;和发射装置,用于发射所述比率到车辆内的处理单元。
具体地说,传感器是按照这样方式放置在轮胎的胎面内,所述电脉冲在传感器进入触地面积时有第一峰值和在离开触地面积时有第二峰值。
按照这个专利的内容,两个峰值之间经过的时间与一个完整转动的周期之比率就可以确定车辆在行进过程中轮胎的压扁范围。
这是因为传感器确定进入触地面积的时刻和离开触地面积的时刻。因此,若已知轮胎的角速度和它的半径,则可以测量这个面积的长度。于是,触地面积的长度是与轮胎的压扁有关,轮胎的压扁是运动轮胎的一个重要参数,特别是在重型汽车运输的轮胎中。
专利申请EP 689950描述另一种监测轮胎参数的方法,例如,它的压力和温度。具体地说,利用轮胎内表面上或其固定轮圈上放置的自供电可编程电子装置。可以利用这个装置监测和存储轮胎的压力,温度和转动次数,且可以包括形变测定仪或加速度计,形变测定仪的输出信号测量胎面内表面的弯曲,而加速度计测量胎面经受的加速度值。此外,该装置是由外部射频信号激励的,若超过测量值的预定限度,则发射一个报警信号。
还有一些其他熟知的测量方法,用于测量运动轮胎的胎面形变,并发射它到位于车辆上的接收器。
专利申请WO 93.25400描述包括谐振电路的传感器,谐振电路以预定的特征频率振荡,它位于轮胎的胎面内,并能够发射一个与上述形变直接有关的信号。这个谐振频率是受运动时胎面形变的影响,而传感器发射与这些谐振频率变化成正比的电磁波。这些电磁波被连接到位于车辆内接收器的处理单元所接收。
美国专利5,247,831描述一种监测方法,用于监测车辆行驶期间轮胎触地面积的状况以便优化车辆的行驶。具体地说,纵向压阻橡胶带制成的压电传感器插入到胎面中。这个传感器能够测量胎面的形变,因为橡胶带改变其电阻作为所述形变的函数。
还有其他一些已知的方法和装置,作用在车辆的驱动和/或控制系统上,特别是作用在控制车辆悬架的装置上,以便根据从车辆轮轴或车辆轮毂上得到的信息控制它的运行状况。
Societa Pneumatic Pirelli S.p.A.出版的“A Method for theevaluation of the lateral stability of vehicles and tires”,1974年10月22日发表在International Automobile Tire Conference,Toronto,Canada,描述一种确定车辆动态性能的方法,动态性能作为各种类型轮胎集合和道路表面状况形成多个力的函数。
该文章主要说明确定轮胎动态状况的三种力,即,垂直力,纵向力和横向力。
垂直力是由于轮胎经受动态负载形成的力。纵向力是由于车辆加速或制动时轮胎轴上所受力矩形成的力。横向力也出现在直线运动的正常行驶条件下,它是由于车辆悬架的特征角(前轮外倾和前轮前束)和轮胎带状结构中斜线帘布层形成来回转向产生的力以及侧移时离心力产生的推力。四个轮胎上经受的诸力之和产生一个加到车辆重心上的合力系,它平衡惯性力并确定车辆的状态,作为每个车轴悬架系统特征的函数。这个合力系是借助于两个合适的加速计测定的,一个加速计置于车辆的前车轴,另一个加速计置于车辆的后车轴。该文章中画出一组曲线,表示向心加速度或车辆重心上所受向心力作为对应车轴滑动角的函数。根据不同地面条件和不同类型轮胎画出的曲线,可以确定有预定轮胎集合的车辆状况,并可以确定车辆转弯时前轮轴或后轮轴的横向滑动。
申请人观察到,上述控制车辆状况的已知系统是基于在车辆轮毂上测得的力系,而测量轮胎形变的系统是基于轮胎触地面积中胎面所经受形变的测量结果。
申请人观察到,在这些系统中测得的各个值与轮胎运行状况之间没有一一对应的关系,更精确地说,测得的各个值与每种运行状况中轮胎所经受的力系没有一一对应的关系。
本发明是基于申请人的认识,测定胎面的形变,具体地说,测定轮胎触地面积中的形变,不可能识别轮胎经受的力系或与它有关的轮胎胎体形变,胎面的形变代表轮胎的状况。这种状况是相当重要的,特别是某些特殊的事件中,例如,车辆的制动或加速,侧移,和轮胎负载的变化。
如上所述,本发明起源于申请人的认识,轮胎胎体形变的测定,它与运动轮胎经受的力系之间有一一对应的关系,就可以在轮胎任何运动条件下确定轮胎的状况。
我们发现,轮胎胎体结构形变的测定,在给定的充气压力下,根据一组三个直角坐标轴,换句话说,垂直方向的形变,横向的形变和纵向的形变分别与作用在轮胎上的垂直方向力,横向力和纵向力(或者说,轮胎与地面之间交换的力)有一一对应的关系,即,在任何情况下可以重现这种关系。
本申请人在专利申请99EP-114962.6中已经描述过这个技术方案以及与此相关的测量结果,应当参照这个专利申请以获得更详细的信息,为了便于理解把它的全文合并在这个描述中。
本发明具体涉及实施上述测定的具体方法和具体类型装置。
具体地说,本申请人发现一种测定运动轮胎形变的方法,它包括借助于送信号到轮胎内表面上一个点的运动站,在轮胎内测量这些特征值,最好是,这个点是在轮胎的触地面积内的时刻进行测量。这个信号是从上述的表面反射并被运动站俘获,运动站发送这个读出信号到位于车辆上的固定站,轮胎安装在该车辆上。反射信号的特征是正比于发射点与反射点之间的距离。
这组测量结果是测量上述特征方向上的轮胎形变,换句话说,垂直方向的形变,横向的形变和纵向的形变。
在第一方面,本发明涉及监测车辆轮圈上安装的运动轮胎形变的系统,其特征在于,它包括-运动站,位于所述轮圈上的预定位置并能测量至少一个方向上所述预定位置与轮胎内表面之间的距离,-固定站,位于所述车辆上并能从所述运动站接收所述测量结果。
最好是,所述固定站能够启动所述运动站进行所述测量。
具体地说,所述固定站至少包括一个传感器,它能够在轮胎内沿预定方向发送一个信号并能够接收反射的信号。
具体地说,所述传感器包括与光束发射装置,第一透镜,光束接收装置和第二透镜相联系的电子线路板。
具体地说,所述固定站包括支承元件和固定到所述支承元件的电子线路板,支承元件的一端固定到安装所述轮圈的轮毂。
具体地说,固定站的所述电子线路板包括给第一天线的驱动电路供电的振荡器电路;连接到所述第一天线的射频接收器;和连接到所述射频接收器的电解调器装置。
最好是,所述固定站是由车辆上电池供电,轮胎安装在该车辆上。
具体地说,传感器的所述电子线路板包括连接到电源单元的第二天线,它给所述光束发射器的驱动电路和所述光束接收器的驱动电路供电;和读出电路,用于读出所述光束接收器发射的电信号。
最好是,所述光束发射器包括LED。
最好是,所述光束接收器包括一对p-i-n二极管。
在第二方面,本发明涉及一种监测车辆轮圈上安装的运动轮胎形变的方法,其特征在于,它包括以下的步骤-沿轮胎内至少一个预定方向,从所述轮圈上的预定位置发射一个信号,-从轮胎内表面反射这个信号,-接收这个反射的信号,-按照这样的方式处理接收的信号,沿所述至少一个预定方向,产生一个与所述预定位置到轮胎上反射点距离成正比的处理信号。
具体地说,发射信号的所述步骤包括-当所述运动站经过轮胎的触地面积时,启动位于所述轮圈上的运动站发射所述信号。
最好是,所述方法还包括转移步骤把所述运动站处理的所述信号转移到位于所述车辆上的固定站。
最好是,启动运动站的所述步骤是由所述固定站实施的。
最好是,启动运动站的所述步骤包括在从所述运动站转移处理信号到所述固定站步骤的时间间隔内,还实施给运动站提供电功率的步骤。
具体地说,启动运动站的所述步骤包括沿所述运动站的方向,在所述固定站中产生磁场,并在所述运动站中借助于所述磁场给光束发射器的驱动电路提供电功率。
最好是,从所述运动站转移所述处理信号到所述固定站的所述步骤包括以下步骤-沿所述固定站的方向,在所述运动站中产生对应于所述处理信号的磁场,-把所述磁场转换成电信号,-按照这样的方式解码所述电信号,可以得到对应的处理信号。
在另一方面,本发明涉及车辆的车轮,包括支承轮圈上安装的轮胎,其特征在于,包括运动站,它位于所述轮圈上的预定位置并能够测量至少一个方向上所述预定位置与轮胎内表面之间的距离,以及能够发射所述测量结果到安装所述车轮的车辆。
参照附图更详细地解释本发明的其他特征和优点,这些附图仅仅用于说明,而没有任何限制性意图,其中

图1是在静态负载下支承轮圈上安装的轮胎横截面图;图2是充气轮胎的细节图,按照本发明,包括运动站和固定站的系统用于确定轮胎的形变;图3是图2所示固定站内的电子线路方框图;图4是展示其电路和光路元件部分的运动站细节图5是图4所示运动站内的电子线路方框图;图6是按照本发明的车轮细节图,具体展示固定站中天线与运动站中天线之间的耦合区;图7a-7b是按照本发明运动站中所用光测量系统的工作图;图8是充气轮胎的示意图;图9是支承轮圈上安装的轮胎横截面图,展示按照本发明监测垂直方向(换句话说,压扁方向)形变的系统;图10是在横向位移条件下支承轮圈上安装的轮胎纵向截面图,展示按照本发明监测横向(换句话说,横向位移方向)形变的系统;图11是在制动条件下支承轮圈上安装的轮胎纵向截面图,展示按照本发明监测纵向(换句话说,纵向位移方向)形变的系统;图12表示在侧移过程中改变成豆状的轮胎触地面积,以及胎圈钢丝路径,胎面中线和一组子午线平面,展示其中每个对应的形变值;图13是固定站内电子线路的电路图例子;图14是运动站内电子线路的电路图例子。
作为举例,图1表示包括轮胎1和支承轮圈2的车轮,通常称之为“无内胎”型车轮,换句话说,没有内胎。按照已知的方法,这种轮胎1的充气是借助于所述轮圈槽上的充气阀门3。
轮胎1是由多个部件形成的空心圆环结构组成,主要是由纤维或金属胎体制成,它有两个胎圈5和5′,每个胎圈形成在胎体的内圆周边缘,用于固定轮胎到对应的支承轮圈2上。所述胎体至少包括一对环状强化线芯,称之为胎圈钢丝6和6′,胎圈钢丝6和6′是环状不可伸长的,并插入在所述胎圈中(通常是每个胎圈至少有一根胎圈钢丝)。
胎体包括强化帘布层4制成的支承结构,帘布层4包含纤维或金属帘线,按照圆环状轮廓从一个胎圈沿轴向延伸到另一个胎圈,且它的每个末端与对应的胎圈钢丝相联系。
在称之为“辐射状”类型的轮胎中,上述帘线基本是在包含轮胎转动轴的平面内。
在这个胎体的顶部放置一个环形结构8,称之为带状结构,通常是由一条或多条橡胶织带制成,互相缠绕在上面以形成所谓的“带状封壳(belt package)”,弹性材料制成的胎面9缠绕在带状封壳上,且模压成的凸纹图案便于轮胎与路面的滚动接触。弹性材料制成的两个轮胎侧壁10和10′也置于胎体上,在横轴方向的两个相对位置,每个轮胎侧壁沿径向从对应胎圈的外部边缘向外延伸。
在称之为“无内胎”型的轮胎中,胎体的内表面通常覆盖称之为“衬面”111,换句话说,一层或多层气密的弹性材料。最后,根据轮胎的特定设计,胎体还可以包括其他已知的部件,例如,镶边,簧片,和油嘴。
所有这些元件的组合确定轮胎弹性,刚度和抗轮胎形变的机械特性,它们构成轮胎上所加力系与轮胎经受力系所对应的形变范围之间的联系。
在本发明的一个优选实施例中,图2表示监测图1中轮胎外形的系统,轮胎安装在车辆的支承轮圈2上;该系统包括运动站30,安装在支承轮圈2的壁上并包含传感器/发射器11(为了简化,以下称之为“传感器”),传感器位于轮胎与轮圈之间空腔内,最好是,沿所述轮圈的中线平面。
这个运动站30包括发射器,它发送测量结果到固定站20,固定站20位于所述车辆上并有合适的接收器。
借助于以下描述的适当支承结构,固定站最好是与车辆的对应轮毂相联系。
运动站和固定站之间以方便的形式互相通信,例如,借助于两个站之间的磁耦合或无线电波,最好是高频无线电波。
在一个优选实施例中,固定站20包括支承元件21,它的一端固定到车轮的轮毂;和电子线路板22,它最好放置在所述支承元件的另一端,图3表示这个电路板的方框图。
具体地说,所述电子线路板包括振荡器电路23,它给第一天线25的驱动电路24供电,以下称第一天线为固定天线。所述电路板还包括连接到所述天线的射频接收器26和电解调器装置27。所述固定站所需的电功率可以由车辆上电池通过适当的驱动电路(未画出)直接提供。
图13表示固定站20中电子线路板的电路图例子。具体地说,图示的振荡器23包括逻辑门231和电容器232和可变电阻器233组成的振荡频率控制部分;天线25的驱动电路24包括触发器组成的方波电路241和MOSFET放大器242,用于产生方波。该电路还包括天线信号的射频接收器26和电解调器装置27,射频接收器26包含多个电容滤波器261和差分放大器262,而电解调器装置27包含合适的集成元件271。
本领域专业人员应当注意到,在本发明的范围内,可以利用任何其他相同的方式构成图3中方框图所示的电路,例如,改变图13中所示元件的那些元件。
在一个优选实施例中,图4所示的运动站30基本上是由传感器11构成,包括空心支承12,最好是由塑性材料制成,利用拧螺钉方式使外螺纹管13插入到这个塑性材料中。外螺纹管13的外螺纹14用于插入螺纹管13到空心支承12并把整个运动站固定在车轮支承轮圈2的壁内。或者,支承壁可以是从外部拧紧螺钉以固定该站到轮圈壁,和从内部固定螺纹管13。支承12的主要功能是形成气密的插头,用于密封轮圈2体中形成的空洞。
与光束发射装置16,第一透镜17,光束接收装置18和第二透镜19相联系的电子线路板15插入到螺纹管13。
图5表示电子线路板15的方框图,它还包括第二天线31,以下称之为“运动天线”,连接到电源单元32,电源单元32给光束发射装置16和光束接收装置18提供电功率。为此目的,运动站包括所述发射装置16的驱动电路33和所述接收装置18的驱动电路35。这个电子线路板还包括读出电路37,用于读出所述接收装置18接收的信号,这个电路的输出端连接到所述运动天线31。
最好是,光束发射装置16是发射红外光光束的LED34。
最好是,光束接收装置18是由一对互相靠近的p-i-n二极管P1和P2构成。
图14表示运动站30中电子线路板15的电路图例子。具体地说,它包括二极管电桥321和稳压器电路322构成的电源32;所述LED34的驱动电路33,它包含晶体管放大器331;和所述p-i-n二极管P1和P2的驱动电路35,它包含集成稳压器351和负载电容器352。该电路图还包括读出电路37,用于读出p-i-n二极管接收的信号,它包含差分放大器371,振荡器372,和晶体管放大器373,用于放大差分放大器371接收的信号并发送它到天线31。
在此情况下,本领域专业人员还应当注意到,在本发明的范围内,可以利用任何其他相当的方式构成图5中方框图规定的这个电路,例如,改变图14中所示元件的那些元件。
在上述的优选实施例中,所述运动站与所述固定站之间的通信是借助于磁耦合方式进行的换句话说,固定天线25和运动天线31中的每个天线最好包含一个感应电路,两个天线之间交换的信号是磁信号。具体地说,参照图6,固定天线25包含固定线圈251,给它提供驱动电路24产生的交变射频电流,而运动天线31包含运动线圈311,它与车轮的轮圈2形成整体。
充气轮胎的每次转动,使运动线圈311进入到面向固定线圈251的位置,因此截断上述线圈产生的磁场。在运动线圈311中感应对应的电压,这个电压给运动站的工作提供所需的全部能量。
按照本发明,在最初的方法中,在运动线圈与固定线圈运动站面对面的时间间隔内,运动站在轮胎中至少实施一次特定的测量,并借助于运动线圈发送一个对应测量结果的信号。如以下更详细的解释,在固定线圈中感应对应于测量结果的电压。
更精确地说,这对天线在固定站与运动站之间产生电功率的转移,给运动站提供所需的电功率,还在固定站与运动站之间产生轮胎中测量数据的转移。具体地说,发射的信息形式是信号调制固定线圈中的交变电压。
或者,运动站可以是由电池提供电功率,在此情况下,最好是,运动站还包括加速度计或其他相当的装置,当车辆停止的时间超过预定值时,它切断运动站的电源以延长电池寿命。
显而易见,还可以利用许多其他相当系统实施信息转移。
如上所述,在上述的实施例中,传感器包括信号发射装置和接收反射信号的单元。应当明白,根据采用的特定技术,这两个功能可以由两个互相分开的独立单元来实施,或由这两个单元组合成的一个单元来实施。
传感器11发射的信号可以选自各种类型的可用信号最好是,使用声波形式的信号,例如,超声波,或电磁波,这种波是从轮胎的内表面反射。轮胎内表面产生的反射是特别适宜的,因为它不需要改动轮胎的结构或它的制造过程,这是由于不需要在上述表面上形成附加的反射元件。
作为例子,上述的监测系统是按照以下方法工作的。
在固定站20内,振荡器23产生的电流并由驱动电路24转换成正弦电流连续地提供给线圈251以产生磁场。
每当车轮转动而使运动线圈311跨越固定线圈时,位于运动站30中的运动线圈311截断这个磁场。截断磁场就在运动线圈中感应一个电流。这个电流与固定线圈中的功率电流有相同的正弦形式,并发送到电源装置32。按照熟知的方式,这个装置最好包含二极管电桥或相当的装置,它能够把正弦电流转换成直流电。按照这种方法产生的电流提供给光束发射装置和光束接收装置。具体地说,这个电流提供给LED的驱动电路33和这对p-i-n二极管的驱动电路35。
参照附图7a和7b,光束发射装置(LED)发射第一透镜17准直的光束R,它指向衬面表面的预定点,最好是选自轮胎触地面积内的预定点。从轮胎衬面表面L反射的光线RR以角度α射到光束接收装置18(这对p-i-n二极管),角度α与发射点到衬面表面的距离d有关。
光束接收装置包括第二透镜19和一对相邻的p-i-n二极管P1和P2,如图7b所示。透镜19准直的光束会聚到这些二极管。随着衬面表面与透镜19之间距离d的变化,反射光线RR的角度就发生变化,光束入射到二极管的表面区域也发生变化。具体地说,入射到一个二极管的光量与入射到另一个二极管的光量之比率发生变化。所以,这个比率正比于透镜与产生反射的表面之间距离,在此情况下,反射的表面就是衬面表面。
具体地说,在图7a中,s代表发射装置(LED)的位置(L)与反射光束RR到达p-i-n二极管表面上一点(F)之间的距离,b代表发射装置与透镜19位置之间的距离,而d1代表这对p-i-n二极管与透镜19位置之间的距离。假设距离d-d0<<d,换句话说,距离d的变化远远小于距离d的初始值,则以下的公式成立d-d0=(s-s0)*d/b*d/d1(1)所以得到s-s0=(d-d0)/d*d1/d*b (2)p-i-n二极管中的每个二极管产生一个电信号,这两个电信号之差值正比于距离s-s0,因此,它正比于距离d的变化。
读出p-i-n二极管产生的电信号的装置37确定这个差值,并经天线31发送对应的电信号到固定站。实际上,传输这个信号是因为对应于上述差值的信号幅度调制运动线圈中感应的正弦电流。这个幅度调制建立磁场的变化,固定线圈借助于射频接收器26检测这个磁场的变化。利用解调器27从这个线圈中提取对应于上述幅度调制的信号,并发送到指定目的的车辆。
现在,我们知道一个优选实施例中监测系统的更一般特性,按照本发明识别运动轮胎状况的方法是更加显而易见。
图8是充气轮胎结构的示意图,在车辆轮毂M与地面G之间以串联方式安装两个弹簧m1和m2。
弹簧m1代表轮胎的胎体结构,而弹簧m2代表有特定弹性的胎面结构,弹性取决于混合物的粘弹性特征和胎面设计的几何特征。
加到轮胎触地面积上的力F与加到车辆轮毂上相等和相反的力F平衡。除非m1(m2)的性能是已知的,我们不可能知道作用在m1(m2)上的力所产生的形变值,反之亦然。
在给定情况下,静态或动态,轮胎作用到地面上的力是与轮胎的形变有关,换句话说,与运行中胎体外形与胎体中单纯充气外形之间偏差有关。
此处运行中胎体的外形也用术语“胎体形变状态”定义,而胎体中单纯充气的外形,换句话说,使用时轮圈上安装的轮胎并充气到标称工作压力下的胎体在没有负载时的外形,此处定义为平衡外形,虽然这个定义不是太准确。
在本发明中,胎体外形定义为在轮胎横截面中沿胎体帘布层中间轴方向的外形。具体地说,胎体外形描述所述轮胎在力系作用下产生的形变状态。
根据触地面积上的测量结果,不可能唯一地推测胎体的形变状态。类似地,根据胎体的形变状态,不可能唯一地确定触地面积的形变,因为形变取决于通常未知的诸多参数,特别是,轮胎与地面之间的摩擦系数值。
本申请人已经觉察到,在给定的充气压力下,形变的胎体外形本身就给出运动轮胎实际状况的描述。解释轮胎形变测量结果的其他重要参数是轮胎的充气压力值,轮胎内的流体温度,以及它的速度或加速度。
以下定义本发明中所考虑的胎体外形的形变·压扁形变(X1)沿垂直轴方向的形变或在任何情况下沿垂直于路面的轴方向形变;·横向位移,或侧移,或漂移(X2)沿轮胎转动轴方向的形变;·纵向蠕变或扭转(X3)沿圆周方向的形变,换句话说,轮胎滚动方向的形变。
本申请人名义下的上述专利申请99EP-114962.6更详细描述所述各值与轮胎状况之间关系。
这些形变的测量结果表示成X1,X2,X3相对于对应值的变化,对应值的确定是基于特定充气压力下轮胎的平衡外形。
轮胎内表面,特别是称之为“衬面”的部件,与传感器11的相互作用确定图9,10,11中所示的X1,X2和X3。
在图9中,距离X1对应于沿轮胎滚动半径方向上衬面111的表面与传感器11之间的距离。
在图10中,距离X2对应于传感器11沿横向方向投影到衬面111表面上的点相对于该表面与赤道面E相交点的位移。
在图11中,距离X3对应于传感器11沿圆周方向投影到衬面111表面上的点相对于触地面积中心的衬面表面上的点沿赤道面的位移。
为了测量这些距离,传感器11发射一个信号,从衬面反射的信号强度随它相对于传感器的位置而不同。与强度的测量相结合,可以测量信号的反射时间,或另一种方案。根据反射角和/或与预定值的强度差和/或反射时间差,恰当地编码传感器接收的反射信号,以确定X1,X2和X3的值。
有利的是,可以在传感器中编码反射的信号。例如,传感器可以发射两个光束,每个光束指向衬面表面上的一个预定点。
在图10中,第一个光束指向轮胎侧壁10上的一个点S1,而第二个光束指向相对轮胎侧壁10′上的一个点S2。这两个光束是按照这样的方式取向,点S1和点S2是在相同的水平面上。两个测量距离中的每个距离代表光束发射方向上传感器11与对应轮胎侧壁之间的距离,若光束的发射角是已知的,则通过比较这两个距离的测量结果可以计算X2。
图12表示在侧移过程中轮胎触地面积的豆状形变,其中画出胎圈钢丝6,6′的路径和胎面中线k的路径,说明X如何2随横截面(径向平面r1,r2,r3,r4)的位置相对于所述面积而变化,测定是在这些平面上进行,沿触地面积的纵向延伸方向,从值t1到t2,然后到t3,最后到达tn。借助于一系列相继的测定,可以测量这些变化,这些测定分布在一个时间周期内或沿所述纵向延伸方向呈圆环状分布。
在图11中,第一个光束指向轮胎赤道平面的衬面表面上的点Y1。这个点Y1接近于沿轮胎前进方向触地面积的起点。第二个光束指向轮胎赤道平面的衬面表面上的点Y2。这个点Y2接近于触地面积的终点,换句话说,沿轮胎前进方向的相反方向。此外,这两个光束是按照这样方式取向,点Y1和点Y2是在相同的水平面上。
两个测量距离中的每个距离代表沿发射光束方向上传感器11到对应点Y1或Y2的距离。
若光束的发射角是已知的,则通过比较这两个距离的测量结果可以计算X3。
或者,取代测量这两个点之间的距离,传感器可以实施相邻点之间不同测量结果的积分,因此,重建轮胎内表面延伸部分的形状。
应当明白,在本发明的范围内,上述的传感器和反射元件可以用具有相当效果的其他类型传感器和反射元件代替,利用轮胎内的信号反射,这些传感器和反射元件能够测定上述的参数。
或者,可以安装多个传感器到轮圈上,最好是,这些传感器位于互相之间等距离的位置,以便使车轮的质量保持均匀分布,且每个传感器仅能测量一个特征距离。此外,传感器的数目可以是这样的,在车轮的一次完整转动期间,允许多次测量每个特征值。最好是,轮毂上的固定线圈数目等于轮圈上的传感器数目。
或者,单个传感器能够同时测量X1,X2和X3,并发送这样一个信号,例如,该信号包括第一时间间隔内X1的第一幅度调制,第二时间间隔内X2的第二幅度调制和第三时间间隔内X3的第三幅度调制。这一组三个时间间隔是在测量所用的时间间隔内。
监测轮胎形变外形的系统还包括压力测量装置和/或速度测量装置和/或加速度测量装置。
或者,运动站可以是自供电的,利用它内置的电池,能够测量特征距离的合适定时器,最好是在传感器经过轮胎的触地面积时刻进行。
在一个不同的实施例中,运动站与固定站之间的通信是借助于无线电波,运动站有一个合适的发射器,而固定站有一个合适的接收器。
最好是,运动站与轮胎的轮圈相联系,轮圈构成测定轮胎形变的一个重要元件。应当注意,轮圈通常仅用作安装能够测量轮胎内压力和/或温度装置的支承,在测量轮胎的形变中没有任何作用,具体地说,测量胎面的形变。在按照本发明测定形变的系统中,轮圈成为基准点的参照元件,换句话说,它是直角坐标系的中心,在它的三个方向上测量轮胎的尺寸变化。选择轮圈作为参考基准是特别有利的,因为轮圈是充气轮胎的刚性部件,所以,它的结构在轮胎转动期间基本上没有尺寸变化。换句话说,轮圈的刚性是它被允许选作固定参考点的特征,基于这个参考点进行测量。此外,轮圈的表面方便地进入轮胎的内腔,因此,便于测定轮胎内的形变。
测量例子仅仅用于举例说明,参照图7a和7b,我们描述确定本申请人制作的轮胎中特定值的方法。具体地说,待测量的值是压扁形变X1,它对应于图7a中距离d,在195/65R15类型的轮胎中,速度级为V,换句话说,速度高达240km/hr,充气到2.2巴的压力。
测量的距离d是60mm量级,距离b约为15mm,而距离d1约为9mm。
对于距离d的每豪米变化,换句话说,压扁形变X1的变化,得到s-s0的值约为40μm。这个值确定这对二极管必须具有的位移灵敏度,为的是确定距离d的变化是豪米量级。
固定站的功率源是由电池提供的,具体地说,电压为12V,选取固定线圈的功率源信号频率约为1MHz。
轮胎的最大转动速度可以是2500r.p.m.,测量是在这个速度下进行的。选取直径约为10cm的固定线圈和直径约为2cm的运动线圈,两个线圈之间的间隙约为7mm。固定线圈的形状为椭圆形,两个线圈完全面对面时的弧长约为12cm。在速度为2500r.p.m.下,有用的测量间隔,换句话说,固定线圈产生的磁场作用在运动线圈上的测量间隔,约为720μs。
运动站30的电源电路32是这样设计的,充电时间不超过100μs。在下一个200μs中,正确电压下LED发射红外光的光束。
在下一个100μs中,LED发射的光束从轮胎的表面反射,并被这对p-i-n二极管俘获,在此之后,读出电路37读出从所述对二极管接收的测量结果。
轮胎空腔中的完全黑暗便于光束的反射和p-i-n二极管对它的接收。从轮胎表面反射的光量约为LED发射光量的10%;这对p-i-n二极管接收的光量约为从轮胎表面反射光量的10%。LED的发射功率约为1.5mW。使用的这对p-i-n二极管的灵敏度约为0.5A/W,因此,所述二极管产生的电流约为0.75μA。
通过改变电源电路32的功率,可以方便地控制LED发射的光量,从而使p-i-n二极管接收最适宜的光量。
在进行测量时使用最后的200μs时间周期中,读出电路发射的信号借助于天线发送到固定站,并在固定站中借助于解调器27使该信号与载波分开。
最好是,车辆上安装的计算机解释接收的信号,使它成为用户可以明白的语言,激励任何的信息或报警装置,并利用它激励任何的自动化装置以控制车辆的状态。
最后,本领域专业人员应当注意这个事实,在所描述的实施例中,运动站是高度为几厘米的圆柱形状。由于这个圆柱从轮圈的表面沿辐射方向投影到车轮空腔的内部,在安装轮胎到轮圈的阶段,它成为与所述轮胎胎圈发生干扰的元件。换句话说,在轮胎圈到达对应的胎圈底面和挤压到轮圈凸缘上之前,运动站不允许轮胎圈沿轮圈表面轴向滑动。
所以,在轮胎安装到轮圈的操作中,必须去掉运动站实际上,按照本发明安装轮胎到轮圈上设计成至少包含一个运动站的阶段包括以下的步骤-气密密封元件插入到安装运动站的轮圈上每个空洞,这个元件通常是可以与所述运动站互换的;-让轮胎的胎圈相继越过轮圈的相同凸缘并使所述胎圈到达锥形表面的起端,从而使轮胎安装到轮圈上,该锥形表面沿轴向限定胎圈座面的内边缘;-按照这样的方式使压缩空气进入轮胎,每个胎圈是在对应的胎圈座面上,并挤压到轮圈的轴向相对边缘处的所述凸缘;-使轮胎放气,并用运动站置换密封元件;-轮胎充气到所需的压力。
仅要求密封元件保证气密性,以迫使胎圈进入对应的胎圈座面,所以,它们不需要沿径向投影到轮胎的空腔中因此,在轮胎的胎圈到达特定的安装位置之前,轮胎的胎圈不会容易地在轮圈表面上滑动。
权利要求
1.一种监测安装在车辆轮圈(2)上运动轮胎(1)形变的系统,其特征在于,它包括-运动站(20),位于所述轮圈(2)上的预定位置并能测量至少一个方向上所述预定位置与轮胎(111)内表面之间的距离,-固定站(30),位于所述车辆上并能从所述运动站接收所述测量结果。
2.按照权利要求1的系统,其特征在于,所述固定站(30)能够启动所述运动站(20)进行所述测量。
3.按照权利要求1的系统,其特征在于,所述运动站至少包括一个传感器(11),它能够在轮胎内沿预定方向发送信号,并能够接收反射后的这个信号。
4.按照权利要求3的系统,其特征在于,所述传感器(11)包括与光束发射装置(16),第一透镜(17),光束接收装置(18),和第二透镜(19)相联系的电子线路板(15)。
5.按照权利要求1的系统,其特征在于,所述固定站(20)包括支承元件(21)和固定到所述支承元件的电子线路板(22),支承元件(21)的一端固定到安装所述轮圈的轮毂。
6.按照权利要求5的系统,其特征在于,固定站(20)的所述电子线路板(22)包括振荡器电路(23),它给第一天线(25)的驱动电路(24)供电;连接到所述第一天线的射频接收器(26),和连接到所述射频接收器的电解调器装置(27)。
7.按照权利要求1的系统,其特征在于,所述固定站是由车辆上电池供电,轮胎安装在该车辆上。
8.按照权利要求4的系统,其特征在于,所述传感器(11)的所述电子线路板(15)包括连接到电源单元(32)的第二天线(31),电源单元(32)给所述光束发射器(16)的驱动电路(33)和所述光束接收器(35)的驱动电路供电;和读出电路(37),用于读出所述光束接收器发射的电信号。
9.按照权利要求4的系统,其特征在于,所述光束发射器(16)包括LED。
10.按照权利要求4的系统,其特征在于,所述光束接收器(35)包括一对p-i-n二极管。
11.一种监测车辆轮圈上安装的运动轮胎形变的方法,其特征在于,它包括以下的步骤沿轮胎内至少一个预定方向,从所述轮圈上的预定位置发射一个信号,从轮胎内表面反射这个信号,接收这个反射的信号,按照这样的方式处理接收的信号,沿所述至少一个预定方向,产生一个与所述预定位置到轮胎上反射点距离成正比的处理信号。
12.按照权利要求11的方法,其特征在于,所述发射信号的步骤包括-当运动站(30)经过轮胎的触地面积时,使位于所述轮圈上的所述运动站发射所述信号。
13.按照权利要求11的方法,其特征在于,它还包括转移步骤,把所述运动站处理的所述信号转移到位于所述车辆上的固定站(20)。
14.按照权利要求12的方法,其特征在于,启动运动站号的所述步骤是由所述固定站(20)实施的。
15.按照权利要求11至14的方法,其特征在于,启动运动站的所述步骤包括在从所述运动站转移处理信号到所述固定站步骤的时间间隔内,还实施给运动站提供电功率。
16.按照权利要求12的方法,其特征在于,启动运动站的所述步骤包括沿所述运动站的方向,在所述固定站(20)中产生磁场,并在所述运动站(30)中借助于所述磁场给光束发射器(16)的驱动电路(33)提供电功率。
17.按照权利要求13的方法,其特征在于,从所述运动站转移所述处理信号到所述固定站的所述步骤包括-沿所述固定站(20)的方向,在所述运动站(30)中产生对应于所述处理信号的磁场,-把所述磁场转换成电信号,-按照这样的方式解码所述电信号,可以得到对应的处理信号。
18.一种车辆的车轮,包括支承轮圈(2)上安装的轮胎(1),其特征在于,包括运动站(20),它位于所述轮圈(2)上的预定位置并能够测量至少一个方向上所述预定位置与轮胎(111)内表面之间的距离,以及能够发射所述测量结果到安装所述车轮的车辆。
全文摘要
一种监测轮圈(2)上安装的运动轮胎(1)形变的系统,包括运动站(20),位于所述轮圈(2)上的预定位置并能测量至少一个方向上所述预定位置与轮胎(111)内表面之间的距离;和固定站(30),位于所述车辆上并能从所述运动站接收所述测量结果。固定站(30)能够在轮胎转动循环的特定时刻启动运动站(20)进行测量。
文档编号G01B21/32GK1413150SQ00817568
公开日2003年4月23日 申请日期2000年12月12日 优先权日1999年12月22日
发明者雷纳多·卡雷塔 申请人:倍耐力轮胎公司
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