专利名称：用于改进轮胎几何测量量的数据质量的过滤方法
技术领域：
一般而言，本发明的主题涉及一种用于改进轮胎几何测量量的数据质量的过滤方法。具体而言，公开的技术用于轮胎参数数据的自动过滤，以消除轮胎或相关安装环境中的几何特征，例如胎面花纹沟、胎面凸纹、胎面胶边等等。
背景技术：
在轮胎制造和测试过程中，经常需要测量与轮胎相关的各种几何特征和性能参数。旋转过程中轮胎的几何特性的测量，包括但不限于诸如跳动、质量不平衡和均勻性测量的参数，经常可以用于帮助识别高速行进和低速行进时车辆振动的潜在原因。与轮胎相关的几何测量量还可以帮助给出轮胎的整个寿命中例如胎面磨损等等现象的特征。附加测量量，例如侧向跳动或胎侧变形，可以用于识别和控制诸如向外突出或凸起的情况，所述向外突出或凸起可归因于轮胎内可能出现的开口接头，或者归因于轮胎内缺少本体帘布层帘线，以及归因于向内面对的凹陷或凹痕，所述凹陷或凹痕可能源自于潜在具有太多重叠部分的轮胎接头。一些常规测量方法已经利用了接触传感器以获得轮胎几何测量量，包括但不限于径向和侧向跳动测量量。例如，胎侧变形通常已经使用接触传感器沿着“清楚路径”或沿着轮胎胎侧或轮胎胎肩位置形成的基本上光滑的表面进行测量。然而，沿着胎侧和/或胎肩表面结合了胎面特征的越野轮胎设计限制或者消除了清楚路径的可能位置。沿着轮胎胎冠形成的胎面特征和其它结构元件抑制了使用接触传感器获得径向测量量的能力。因此，可以使用诸如激光传感器的非接触传感器和相关测量装备来获得轮胎几何测量量。然而，在随后的数据处理中，仍然需要考虑如何最好地对获得的测量量进行分析，以说明胎面特征等等的存在。为了有效地分析轮胎几何测量量的数据组，获得的测量数据必须没有异常值。一般而言，轮胎可以被建模为沿着径向周边(例如，轮胎胎冠位置)、侧向周边(例如，轮胎胎侧位置)、轮胎胎肩位置等等在几何上具有基本上均勻的轨迹。然而，在相对于某些轮胎特征获得几何测量量的时候，可能会将数据异常值引入这样的均勻表面模型，所述轮胎特征例如为胎面凸纹和花纹沟、轮胎胶边和可以沿着轮胎胎冠、胎肩和/或胎侧位置形成的其它几何特征。此外，由于不常出现的错误或由非接触测量装备引入的超调量，数据异常值可能会无意地引入一组轮胎几何测量量。根据获得轮胎测量数据的纯净数据组从而最有效地对轮胎参数和相关条件随后进行分析的需求，需要实施测量后处理技术，以改进轮胎几何测量量数据的质量。虽然已经开发了用于数据过滤的已知技术，但是没有出现一般而言包含所有需要特性的设计，这种设计正如下文中根据主题技术所提出的那样。
发明内容
考虑到现有技术中遇到以及本主题处理的公知特征，已经提出了一种改进的装置和方法体系以自动过滤测量的轮胎参数(例如，径向和侧向跳动)，从而通过去除几何特征而更加准确地对轮胎进行建模，所述几何特征例如但不限于沿着轮胎的胎冠、胎侧和/或胎肩位置定位的胶边、胎面凸纹、胎面花纹沟等等。本主题的一个示例性实施方案涉及一种用于轮胎的处理几何测量量的方法。这种方法可以包括各个步骤，包括测量轮胎的表面以获得几何测量量的数据组，然后对于原始数据测量量应用数据调理(conditioning)和/或过滤，所述几何测量量的数据组由相对于给定轮胎在各个角位置处的多个参数值构成。更具体而言，数据过滤可以包括在获得的数据组中以电子方式过滤幅值大于邻近值的所选参数值，以电子方式识别过滤的参数值中处于包围整组值的凸包上的所选参数值，以及/或者以电子方式对过滤的参数值中处于凸包上的所识别的所选参数值进行插值(例如，通过线性插值、样条插值、三次样条插值、填充插值或其它插值方法)以获得过滤的跳动测量量的最终数据组。在上述技术的一些更加具体的实施方案中，轮胎的测量表面包括沿着轮胎胎侧或胎肩的至少一个位置，该方法进一步包括以下步骤以电子方式分析过滤的测量量的最终数据组，以识别形式为一个或更多胎侧突出和胎侧凹陷的胎侧变形特性。胎侧凹陷的识别可以通过以下方式而确定在过滤之前对初始调理的数据组进行反转(inverting)，随后对数据再次进行反转。在上述技术的其它更具体的实施方案中，轮胎的测量表面包括沿着轮胎胎冠的至少一个位置，该方法进一步包括将过滤的测量量的最终数据组分解为多个谐波分量(harmonic components)。在上述方法的更进一步的更具体的示例性实施方案中，以电子方式识别过滤的参数值中处于包围整组值的凸包上的所选参数值的步骤更具体地包括以下步骤将每个参数值转换为用沿着给定轮胎的表面的曲率位置表示的表面值，其是在第一和第二正交方向上测量的。在跳动测量量的数据组中，在每个角位置θ n处，对于一些预定整数值N，这样的转换可以涉及将每个参数值作为跳动值un，η = 1，2，3，…，N，并且将这样的值转换为由第一和第二参量Rnx和Rnz表示的二维形式，Rnx和Rnz由以下方程确定Rnx = (R0+un) cos θ n ;以及Rnz= (R0+un) Sinen0对于一些实施方案(例如，径向跳动测量量)，Rtl表示与测量的轮胎相关的标称半径。对于其它实施方案(例如，侧向跳动测量量)，礼表示选择的轮胎半径的常数值。除了各种方法体系之外，应该理解的是，本主题同样涉及相关系统，包括可以设置在轮胎测量系统中的各种硬件和/或软件部件。在一个示例性实施方案中，本主题涉及一种轮胎测量系统，用于测量和处理与以一个或更多预定速度旋转的给定轮胎相关的跳动。 一般而言，这样的测量机器可以包括两个不同种类的硬件部件，即测量部件和测量后处理部件。具体轮胎测量系统的测量部件可以包括一种测量机器，其适合于牢固地接纳给定轮胎并且使得该轮胎以一个或更多预定速度旋转。至少一个传感器(例如但不限于激光位移传感器)相对于给定轮胎放置，并且其沿着侧向和/或径向方向是可调理的，用于沿着轮胎的径向和/或侧向周边对一个或更多轨迹处的轮胎表面进行测量。传感器测量轮胎从激光产生的位移，该位移可以用于直接计算轮胎表面上相对于参考点(即，索引脉冲(index pulse))的各个角位置处的轮胎径向或侧向跳动值。附加测量硬件可以包括模块化部件，例如光学编码器和数据采集设备。光学编码器可以联接至测量机器，并且可以包括至少一个各自的第一和第二数据通道，用于提供适合于限定每次轮胎回转的多个数据点的控制信号，并且用于提供适合于提供每次回转一次索引脉冲的控制信号，以使数据与给定轮胎上的参考点同步。数据采集设备也可以联接至测量机器，用于将接收的传感器测量量从模拟形式转化为数字形式，并且将转化的跳动测量量存储在存储器中。在一个示例性实施方案中，轮胎测量系统的处理部件包括适合于对测量量进行存储的第一存储器/介质元件，每个测量量对应于在相对于给定轮胎的角位置获得的几何参数值；适合于对形式为计算机可执行指令的软件进行存储的第二存储器/介质元件；以及至少一个处理器，所述处理器联接至第一和第二存储器，并且配置为选择性地实施存储在第二存储器中的计算机可执行指令，以对存储在第一存储器中的跳动测量量进行处理。 还可以提供第三存储器/介质元件，用于存储提供给使用者的输出数据或者用于后续处理或反馈控制。在上述轮胎测量系统的具体实施方案中，通过实现以下功能识别几何参数值中处于包围整组值的凸包上的所选参数值以及对几何参数值中处于凸包上的所识别的所选参数值进行插值以获得过滤的测量量的最终数据组，从而所述一个或更多处理器执行存储在存储器中的计算机可执行指令，以便对存储在存储器中的原始跳动测量量进行处理。附加功能可以选择性地对应于在每个给定角位置处对于很多次轮胎回转的测量参数值进行平均，对获得的数据组中具有比邻近值更大的幅值的所选参数值进行过滤，将多个参数值转换为二维形式，在过滤之前以及之后对数据组进行反转，并且将过滤的测量量的最终数据组分解为多个谐波分量。并不一定在发明内容部分进行说明的本主题的附加实施方案可以包括并且合并在发明内容部分参考的上述实施方案的特征、部件或步骤的各方面的各种组合，以及/或者在本申请中另外讨论的其它特征、部件或步骤的各方面的各种组合。在查阅本说明书的剩余部分之后，本领域技术人员将会更好地认识到这些实施方案和其它实施方案的各个特征和方面。
针对本领域普通技术人员，在本说明书中说明了本发明的一种使得本领域技术人员能够实现本发明的完整公开，包括本发明的最佳模式，本说明以附图为参考，在附图中图1是在根据本发明的轮胎测量系统中的示例性硬件部件的框图，包括各种示例性测量部件以及测量后计算机处理部件；图2A提供了在测量和处理几何轮胎性能参数(例如径向跳动)的方法中的示例性步骤和特征的流程图；图2B提供了在测量和处理几何轮胎性能参数(例如侧向跳动)的第一方法中的示例性步骤和特征的流程图；图2C提供了在测量和处理几何轮胎性能参数(例如侧向跳动)的第二方法中的示例性步骤和特征的流程图；图3提供了轮胎径向跳动测量量(U)与角位置(θ )的关系的获取的数据组的图示，其使用了根据已知的中值过滤和移动平均值过滤技术的测量后处理应用；
图4A提供了过滤的跳动幅值与实际的跳动幅值的比率的图示，该比率是使用中值过滤技术和移动平均值过滤技术的窗口尺寸的函数；图4B提供了跳动测量量的相位角(Δ Θ)的差异的图示，该差异是使用中值过滤技术和移动平均值过滤技术的窗口尺寸的函数；图5A提供了描述用于对某些轮胎参数进行几何建模的示例性径向(r)和侧向(1) 方向的轮胎的立体图示；图5B提供了描述用于对某些轮胎参数进行几何建模的示例性第一和第二正交维度和相关测量参数的轮胎的径向周边的平面图示；图6A提供了径向表面测量量(R)的示例性数据组的图示，其是根据本发明的示例性实施方案在各个角位置(θ )处获得的；图6Β提供了初始跳动测量量(U)的示例性数据组的图示，其是根据本发明的示例性实施方案按照角位置(θ )以一个维度进行表达的；图6C提供了初始跳动测量量的示例性数据组的图示，其是按照角位置以一个维度进行表达的，包括向上的数据尖峰，所述数据尖峰的出现可能例如源自于胎面胶边等的存在；图6D提供了根据本发明的示例性实施方案在应用侵蚀预过滤之后图6C的示例性数据组的各个方面的图示；图7提供了描述用于在本发明的示例性实施方案中使用的示例性凸包算法的概念的图示，其特别地描述为多个点，从无限拉伸状态中松弛的弹性带在平衡状态下将会处于所述多个点上；图8Α提供了二维跳动测量量的示例性数据组的图示，根据本发明的示例性实施方案，选择的数据点被识别为位于与这样的数据点相关的凸包上；图8Β提供了根据本发明的示例性实施方案对位于图8Α中的凸包上的选择性识别的二维跳动测量量执行一维插值之后的示例性的过滤的数据组的图示；图9提供了根据本发明的示例性实施方案侧向跳动测量量的示例性数据组的图示；图10提供了根据本发明的示例性实施方案在应用侵蚀预过滤之后图9的示例性数据组的图示；图11提供了根据本发明的示例性实施方案在应用凸包处理之后图10的示例性数据组的图示；图12提供了根据本发明的示例性实施方案在应用插值之后图11的示例性数据组的图示；图13提供了根据本发明的示例性实施方案在数据反转之后图9的示例性数据组的图示；图14提供了根据本发明的示例性实施方案在应用侵蚀预过滤之后图13的示例性数据组的图示；图15提供了根据本发明的示例性实施方案在应用凸包处理之后图14的示例性数据组的图示；图16提供了根据本发明的示例性实施方案在应用插值之后图15的示例性数据组的图示；图17提供了根据本发明的示例性实施方案在应用数据重新反转之后图16的示例性数据组的图示；图18提供了图9的示例性数据组以及图12和图17的第一和第二过滤的数据组的图示，显示了底部和顶部迹线与测量数据的初始组的比较。本说明书以及附图中附图标记的重复使用意在表示本发明的相同或相似的特征、 元件或步骤。
具体实施例方式如同发明内容部分所讨论的那样，一般而言，本主题涉及用于改进数据测量量的质量的系统和方法，所述数据测量量是在对旋转物体(例如，轮胎)的表面进行测量时获得的。具体而言，数据质量能够通过对与轮胎相关的几何特征或者其它数据异常值进行过滤而得以改进。本文公开的一些实施方案讨论了诸如跳动的具体轮胎几何测量量的环境中的这样的步骤和特征，尽管应该认识到的是，现在公开的技术一般而言能够应用于改进任何几何测量量组的数据质量。公开的技术的各个方面的选择的组合对应于本发明的多个不同实施方案。应该注意到，本文提出并讨论的每个示例性实施方案都不会暗示对本主题进行限制。作为一个实施方案的一部分进行说明或描述的特征或步骤可以用于与另一个实施方案的多个方面进行组合，从而产生另外的实施方案。此外，某些特征可以与未明确提及的执行相同或相似功能的相似设备或特征进行互换。本文中讨论的技术参考了处理器、服务器、存储器、数据库、软件应用和/或其它基于计算机的系统，并且参考了采取的行动以及送至和来自这些系统的信息。计算机实现的处理可以通过使用单个服务器或处理器而实现，或者通过使用组合起来工作的多个这样的元件而实现。数据库和其它存储器/介质元件和应用可以在单个系统上实现，或者分布在多个系统中。分布的部件可以连续操作或并行操作。数据可以直接或间接地在系统部件之间传递，并且可以在一个或更多网络上传递，例如但不限于拨号网络、局域网(LAN)、广域网(WAN)、公共交换电话网(PSTN)、英特网、内联网或以太网类型的网络以及在硬接线的和 /或无线通信线路的任意组合上实现的其它网络。现在参考附图，将参考图1对用于获得初始轮胎几何测量量以及执行测量后处理技术的示例性硬件部件进行简单讨论。然后，在提供关于图1中的硬件部件的附加细节之前，将参考其余附图对本发明的特定处理/过滤方法进行具体讨论。一般而言，这样的讨论涉及不同种类的径向跳动(RRO)测量量(即，一般沿着轮胎胎面方向测量的跳动数据)，和 /或侧向跳动(LRO)测量量(即，一般沿着轮胎胎肩或胎侧位置测量的跳动数据)，尽管将公开的过滤和其它测量后处理技术应用于其它轮胎几何测量量也是可能的，包括但不限于胎面磨损测量量。现在参考图1，为了根据本主题而获得轮胎测量，轮胎10在测量机器12之内布置在安装夹具上，并且以一个或更多预定速度偏心地旋转。当需要进行跳动测量量时，测量机器12可以配置为作为可变速度径向或侧向跳动测量量机器进行操作。在一个实施方案中， 测量机器12 —般而言可以包括诸如基座14、安装臂16和安装夹具18这样的示例性特征。安装夹具18充当轮毂，其具有与轮胎轮辋或配置为围绕中心线20偏心地旋转的其它刚性盘相似的性质。尽管在图1中示出的测量装置显示为所包容的轮胎在基本上竖直的方向上安装和旋转(这与轮胎如何沿着道路表面旋转的情况相似)，但也应该认识到，其它安装定向也是可能的。例如，轮胎和相关测量装备能够可替代地安装为在基本上水平的配置中包容轮胎旋转。仍然参考图1的测量机器，一个或更多传感器22相对于轮胎10定位。传感器22 可以通过相对于轮胎10的接触、非接触或接近接触定位而进行操作，以便在其围绕中心线 20旋转时确定轮胎表面的位置。在一个实施方案中，传感器22是非接触激光传感器。图1 示出了三个传感器22，以便沿着相对于轮胎10的多个测量轨道而获得多组测量数据。应该认识到的是，可以利用更少或更多数量的传感器。应该进一步认识到的是，轮胎10或者传感器22都可以相对于彼此配置于不同的放置位置。尽管图1描述了相对于轮胎10的轮胎胎冠位置定位的传感器22，传感器22和相关硬件可以相对于轮胎胎侧或胎肩位置定位，以对其它轮胎表面进行测量。测量机器12和激光传感器22与附加硬件部件(包括光学编码器34、数据采集设备36和其它相关模块)配合，以共同测量轮胎参数并获得原始数据。一般而言，光学编码器34有助于对围绕轮胎外围表面位置的多个数据点上的几何测量量进行协调。这可以通过提供限定多个数据点(例如，围绕轮胎周边的不同角位置上的2048个数据点)的一个控制信号以及提供每次回转一次索引脉冲的另一个控制信号来实现，以使数据与测量轮胎上的参考点同步。一般而言，数据采集设备将从一个或多个传感器22获得的测量从模拟形式转化为数字形式，并且将转化的跳动测量量存储在存储器设备中。最后，获得的轮胎测量量提供至计算机42，用于测量后处理和过滤。计算机42可以包括一个或更多处理器44，所述处理器配置为接收包括轮胎参数的原始测量量的输入数据，处理和过滤这样的测量量，以及为使用者提供可用的输出(例如数据)或为过程控制器提供信号。通过访问存储在存储器/介质元件48中的一个或多个中的以计算机可读形式表达的软件指令，这样的计算/处理设备可以适合于提供需要的功能性。在使用软件的时候，可以使用任何合适的编程、脚本或其它类型的语言或语言的组合，来实施包含在本文中的教导。在其它实施方案中，本文中公开的方法可以可替代地通过硬接线逻辑或其它电路 (包括但不限于特定应用电路)实施。现在参考图2A、图2B和图2C，讨论通过图1的硬件部件实施的各个步骤和功能的附加描述。图2A描述了可以在径向跳动测量量的处理和分析期间采用的示例性步骤，图 6A-8B以各种方式描述了这种处理的例子。图2B和图2C描述了可以在侧向跳动测量量的处理和分析期间采用的示例性步骤。图2B提供了可以用于分析测量的数据的顶部迹线(即， 沿着胎面凸纹位置测量的数据点)的步骤，可能需要将该顶部迹线用于检测胎侧凸起。图 2C提供了可以用于分析测量的数据的底部迹线(即，沿着胎面花纹沟位置测量的数据点) 的步骤，可能需要将该底部迹线用于检测胎侧凹陷。图9-12以各种方式描述了在图2B中说明的处理的例子，而图9和图13-17以各种方式描述了在图2C中说明的处理的例子。不论跳动测量量是沿着轮胎胎冠(即，径向跳动测量量)还是沿着轮胎胎侧或胎肩(即，侧向跳动测量量)获得的，实施了很多相同的处理和过滤步骤。因此，将使用相似的附图标记来表示这样的相似特征或步骤。
现在参考图2A，一般而言，第一步骤200涉及获得与给定轮胎或一组轮胎相关的原始数据测量量(例如，如同通过图1的测量机器12所获得的)。在一个例子中，轮胎以一般高速旋转，诸如对应于典型公路速度的速度。出于当前的目的，“高速”对应于至少大约600rpm(大约IOHz)的旋转速度，而各种测量量都是在所述“高速”下获得和分析的。在其它例子中，这样的相对高旋转速度在IOHz和30Hz (ISOOrpm)或更高(例如，一个具体实施方案中的800rpm)之间。在另一些例子中，轮胎可以以低于大约IOHz (600rpm)的“低速” 进行旋转。应该认识到，每组测量量可以包括沿着轮胎的表面在一个或更多轨道上的测量量。在一个例子中，使用了两个至五个不同轨道的范围来提供更好的总体轮胎预测。在步骤200中为了改进测量质量，可以实施若干任选的质量控制步骤。例如，优选地，在安装和通过测量机器进行测量之前，可以将测量的轮胎设置于稳定位置持续某一最小时间量。将轮胎铺设在平坦表面上持续一些时间可以有助于使得由于轮胎存储造成的扭曲变形(例如，由于轮胎倚靠在源自于轮胎架的管上而造成的凹陷)最小化或消除。在轮胎安装之前，优选地对轮辋和与安装夹具18相关的凸缘孔进行清洁和润滑，并且可以没有安装峰。对于测量系统内的电子模块，例如激光传感器22，可以进行适当的预热。测量机器 12的偏心地部分也可以在预定时间量中不进行测量的情况下以某种高速进行初始操作，以帮助确保将测量的轮胎良好地安置在与安装夹具18相关的轮辋上。在不同的速度下以及在不同的测量轮胎中的轮胎测量量之间，可能需要具有时间延迟。在获得测量数据并将该测量数据用于实现诸如分级、排序、轮胎改性或处理调理的终端处理结果之前，还可以获得初始校准数据。本主题的过滤技术可以应用于测量数据或者应用于这样的初始校准数据。如上文讨论的那样，可以根据本发明的实施方案获得的一个示例性轮胎几何测量量对应于径向跳动。参考图5A，其描述了轮胎900的侧向方向(1)和径向方向(r)，应该认识到，通过测量系统获得或确定的径向跳动值一般是在这样的图中描述的径向方向(r)上获得的。另一个示例性轮胎几何测量量对应于侧向跳动。参考图5A，侧向跳动值可以沿着轮胎胎肩或胎侧获得或确定，以测量侧向方向(1)上的变化。径向和侧向跳动值可以分别获得和分析或者组合起来获得和分析，以确定轮胎几何性质的各个方面及相关参数。参考图5B可以更好的理解可以获得径向跳动测量量的方式，例如通过图1中示出的激光传感器22和相关部件。图5B中一般为圆形的虚线意图表示轮胎的标称半径(Rtl)， 其将通过本文的描述进行确定或限定。激光传感器22相对于轮胎表面定位，并且配置为围绕轮胎在多个索引点η = 1,2,3, "·Ν在轮胎表面和激光传感器22之间在不同的各个角位置(θη)对位移距离(dn)进行测量。在一个例子中，点的总数量N= 2048个数据点，尽管可以使用任何数量。当激光传感器22设置在相对于轮胎的固定位置时，图5B中的尺寸D 表示旋转轴线和激光之间的距离。可以通过获得的位移测量量来计算附加参量。例如，能够通过使用如下公式在每个点η处确定轮胎表面测量量(Rn) :I n = D-dn。然后，能够通过使用如下公式计算所有表
面测量量的平均值而确定轮胎的标称半径(Rtl)R0=1/N∑Rn。可替代地，半径OO可以简
单地是使用者输入至本主题的计算机处理装备时确定和提供的固定值。然后，能够通过如下公式来计算每个点η处的跳动(Un)或轮胎表面中与用Rtl表示的均勻圆圈的偏差un = Rn-R0。
对于侧向跳动测量量，激光传感器22仍然相对于轮胎表面定位，以测量轮胎表面和激光传感器22之间的不同的各个角位置(θη)处的位移距离(dn)。然而，沿着轮胎胎侧或胎肩的距离变化不一定相对于轮胎的标称半径进行计算，因为其是用于径向跳动测量量的。相反，Rtl简单地只是保持固定的预定值(即，选择的常数值)，用于具体某组侧向跳动测量量的分析。已经证明，与侧向跳动测量量相关的胎侧变形的成功识别对于选定的半径值(Rtl)的选择而言是充分不敏感的。在一个例子中，Rtl的选定的常数值可以从由标称轮胎半径乘以常数χ确定的范围进行选择，其中1/8 < χ < 5。在其它例子中，不同范围的χ也是可能的。然后，可以将原始数据(例如，《值)和/或上文描述的相关衍生测量量(例如， I^n和/或Un值)提供至一个或多个计算机42以及一个或多个相关处理器44，以进行测量后处理。一般而言，这样的处理可以包括如下示例性步骤，例如数据调理202、数据过滤210 以及与数据调理和过滤结合执行的其它在先或随后测量、分析和其它步骤。本主题的系统和方法对于数据过滤处理210有特别的兴趣，因为测量后处理的该部分的作用是将轮胎的某些几何特征过滤出去。一般而言，过滤210包括执行侵蚀预过滤以消除由胎面胶边、激光超调等等引起的数据尖峰的任选步骤212、将测量的数据转换为二维形式的步骤214、获取处于包围数据点的凸包上的该数据点的步骤216以及在一个维度上对其余数据点进行插值的步骤218。应该认识到，一些步骤，包括数据过滤步骤210，并不一定需要按照图2A-2C 中所示的连续排序而执行。在进一步具体讨论本发明的改进的数据处理步骤之前，先针对图3、图4A和图4B 对使用常规基于窗口的过滤技术的过滤性能进行讨论。一般而言，这样的常规技术(包括移动平均值和中值过滤)由一种数学处理构成，其中一个窗口包围感兴趣的原始数据点， 并且基于该窗口内原始数据点的集中趋势的测量量(典型地为平均值或中值)而分配过滤的值。当集中趋势测量量是平均值的时候，这种过滤称之为移动平均值过滤。考虑以下原始跳动测量量数据的一维函数形式r = g(e) ;rn= g(en);以及⑴f = h(6) ;fn = h(0n),(2)其中r和f分别表示按照径向坐标的原始测量量和过滤的测量量，θ是跳动数据点的圆周坐标。当围绕轮胎的周边对总共N个数据点进行测量的时候，通过整数η编索引从而η= 1，2，3，…，N，θ 表示每个测量点η处的角位置。当围绕轮胎的径向周边以基本上均勻的角间隔获得测量量的时候，可以使用公式θη= (η-1)/Ν。在指标标记法 (indicial notation)中，中值和移动平均值过滤表示为
/ 中值=中值广⑶
/ 移动平均值=平均⑷其中w是窗口中数据点的数量。图3显示了 9节距轮胎的模拟的1 点径向跳动测量量，该轮胎具有300mm的标称半径和13mm的胎面花纹沟深度。此外，峰对峰幅值为2. Omm的正弦跳动已经叠加在原始数据中；在所有数据处理都完成以后，正是这种跳动需要被准确地检测出来。在图中，通过各个圆点状的点来表示模拟的数据点。图3还显示了相应的中值和移动平均值过滤，每一种过滤都使用了 15°窗口。中值过滤用实线表示，移动平均值过滤用虚线表示。对中值和移动平均值过滤的数据进行分解，分别产生了 2. 93mm和2. 56mm的第一谐波跳动(Hl)值， 或者是实际值的1. 至1.46倍。图4A和图4B分别显示了作为窗口尺寸的函数的中值和移动平均值过滤的归一化第一谐波跳动(Hl)幅值和相位角。特别地，图4A的曲线图提供了过滤的第一谐波跳动(u) 幅值与实际第一谐波跳动幅值(Utl)的比率与以度表示的窗口尺寸的关系。图4B以曲线图的方式表示了以度表示的实际第一谐波跳动相位和过滤的第一谐波跳动相位之间的差值 (Δ θ )与以度表示的窗口尺寸的关系。在图4Α和图4Β中，曲线图上的实线表示中值过滤， 虚线表示移动平均值过滤。结果显示了检测正确幅值和相位中存在的误差。基于这个例子， 一般而言显而易见的是，单独使用基于窗口的过滤对于过滤轮胎测量数据而言并不总是有效的，并且可能会引入显著的虚假谐波含量。因此，已经开发了改进的数据处理技术。在应用本主题的过滤技术之前，可以在初始状态下将附加调理步骤应用至获得或确定的跳动测量量。例如，再次参考图2Α，与数据调理处理202相关的第一步骤涉及平均步骤204，通过该平均步骤204，在进行测量的所有轮胎回转中的不同测量点在一起进行平均。例如，如果轮胎测量量是对于60次轮胎回转而获得的，可以将与给定数据点(对于每 2048个数据点的每一个或者对于其它总数数据点的每一个)相关的60个测量量的每一个进行平均。这种数据平均不仅有助于实现总体更好的测量质量，而且还有助于使得对于测量数据的数据存储要求降到最低。在数据调理处理202中的另一个示例性步骤206涉及对原始测量数据(例如，跳动测量量)进行同步。一般而言，同步步骤206涉及将所有测量的数据点(例如，在轮胎表面周围测量的2048个点)与索引脉冲进行同步，索引脉冲是由光学编码器34确定的参考点。当由于存在与激光传感器22相关的内部过滤而产生时间选择的漂移(shift)的时候，可能需要实现相位或时间选择的漂移，以适当地将数据点与沿着轮胎表面的参考位置对齐。时间选择/相位的漂移的量常常作为获得轮胎测量量的旋转速度的函数而确定。应该认识到，上述数据调理步骤，包括但不限于同步和平均步骤204和206，分别可以在参考图5B进行描述的任何不同类型的几何测量量上执行。例如，数据调理步骤可以应用于在激光传感器和轮胎表面之间测量的位移距离值的数据组{《:η = 1,2, "·Ν}，应用于确定的径向或侧向表面测量量的数据组IRn :n = 1,2, "·Ν}，或者应用于确定的径向或侧向跳动测量量的数据组Iun :η = 1，2，…N}。如此，数据调理可能会出现在将位移距离测量量转化为径向或侧向表面值和/或跳动值的过程之前、之中或之后。现在参考图6Α，示出了在轮胎周围在各个角位置(θη)测量的径向表面测量量 (Rn)的调理的数据组的示例性曲线图，其中每个圆点状数据点表示N个总离散径向表面值的其中之一，虚线表示Rtl,，即轮胎的标称半径。如同前面参考图5Β描述的那样，图6Α的径向表面测量量能够转化为跳动值(U)，如图6Β中所示。在图6Β中提供了以mm表示的测量的跳动测量量(U)的调理的数据组与以度表示的测量的角位置(Θ)的关系，其中每个圆点状点表示N个总测量量的其中之一。从这样的图中能够认识到，由于存在测量过程与某些轮胎几何特征的相互作用，测量的数据有时候包括不精确的值，所述轮胎几何特征例如但不限于轮胎胎面中限定的花纹沟以及轮胎胶边的存在(即从轮胎胎面的外表面延伸的过量橡胶的较薄部分，如果没有这些较薄部分，该轮胎胎面的外表面就会是基本上光滑的)。特别地，在沿着轮胎胎冠对胎面跳动测量量进行获取的非接触测量系统的情况下，沿着胎面顶部(即，胎面凸纹)的径向跳动测量量的获取通常是相当准确的。在图6B 中，这些测量量显示为具有大约5到8mm之间的跳动值的数据点。然而，在底部胎面花纹沟位置获得的数据常常包含显著噪声，显示为具有负跳动值的分散的数据点。基于激光超调或其它虚假效果的一般稀疏的不正确数据读取可能会引入附加噪声，或者可能会将附加噪声引至沿着存在诸如胎面胶边的几何特征的轮胎表面获得的跳动测量量。这样的附加噪声在图中常常呈现为向上的数据尖峰，例如图6C的各个数据点601-608。因为原始跳动数据通常难以通过使用常规基于窗口的技术(例如移动平均值和中值过滤)进行有效过滤，本主题描述了改进的过滤步骤(一般而言为图2A-2C中的210)， 其通过对虚假轮胎胎面特征进行补偿而提供了数据的有效、自动和自然的过滤。与本发明的数据过滤处理210相关的第一示例性步骤涉及执行侵蚀预过滤步骤 212。仅仅在存在向上的数据尖峰(例如可能由胎面胶边的存在而引入)的时候，或者在对反转数据进行分析以检测胎侧凹陷或其它几何参数的时候是需要步骤212的，从这个意义上讲，步骤212可以是任选的。一般而言，预过滤步骤212涉及识别并且消除或修改在邻近测量值的上方形成尖峰的所选择的跳动测量量。数据尖峰的消除在与凸包过滤相关的随后的处理步骤中变得非常重要。从随后对凸包过滤进行的解释中将会认识到，如果这样的数据尖峰包括在测量组中而不是被过滤出去或者被消除，这些尖峰就将会被识别为处于凸包上并且会不合意地将虚假下空间频率成分引入测量数据。现在参考图6C和图6D，考虑向上的尖峰(对应于胎面胶边)存在于图6C中所示的数据中的示例性情况。图6C表示了以毫米(mm)表示的测量的跳动(u)与以度(° )表示的测量的角位置的关系。在图6C中所有的测量的数据点由图上的圆点状点表示，一般稀疏的向上数据尖峰在图6C中分别标注为数据点601-608。从而，根据图2A的步骤212，可能需要预过滤以消除或修改数据点601-608。在一个示例性实施方案中，某一值之上的识别的数据点或识别为在邻近测量值之上形成尖峰的数据点(例如，数据点601-608)能够简单地被删除或者通过选择的邻近数据点的最小值或平均值进行替换。在另一个例子中，可以对所有数据点应用侵蚀类型的过滤， 最明显的变化会影响对应于数据点601-608的跳动值。根据这样的侵蚀过滤，可以应用基于窗口的方法，其中所有数据点都通过将每个点替换为特定窗口中的所有点的最小值而进行过滤，该方法基于以下方程
/ 侵蚀=min {un_w/2. · · un+w/2}(7)在一个例子中，特定窗口是三个点。因此，与目标点相关的数据值替换为三个值的最小值，所述三个值包括目标点以及紧接目标点左边和右边的点。应该认识到，可以实施例如参考步骤212描述的侵蚀预过滤的多重迭代(例如，将测量的数据进行一次、两次、三次或更多次侵蚀预过滤)。现在参考图6D，提供了在应用如上述方程(7)中限定的侵蚀过滤之后的测量的数据点的图示。图6D也提供了以毫米(mm)表示的测量的跳动(u)与以度(° )表示的测量的角位置的关系。所有数据点都进行过滤，使得一些原始数据点(包括尖峰数据值601-608 和其它数据值)现在表现为具有负跳动值的点，这些点常常聚集为紧挨着对应于胎面花纹沟位置的邻近测量量。通过利用较窄的窗口，侵蚀过滤处理倾向于有效地消除向上的尖峰， 但是增大了花纹沟的宽度。如图6D中所示，大约8°的窗口(三个数据点)消除了胎面胶边。应该认识到，尽管上述预过滤步骤212描述为应用至跳动值的数据组IuJ，预过滤也可以应用至径向表面测量量的数据组IRJ。虽然预过滤步骤212有助于消除诸如胎面胶边的几何特征，但是也需要附加过滤以对胎面凸纹和/或花纹沟的存在进行补偿。在这样的附加过滤是部分地通过应用凸包过滤完成的。然而，二维数据组可以是优选的，以有效地执行凸包分析。正如本文中所使用的， 称为“一维”的轮胎测量量一般而言对应于按照单一矢量获得的几何测量量。例如，当以极坐标形式获得跳动测量量的时候(按照径向和圆周坐标)，仅仅使用单一矢量来限定这样的测量量。相反地，在本文中称为“二维”的轮胎测量量一般而言需要两个矢量来表示跳动测量量。二维跳动测量量的例子对应于由笛卡尔坐标限定的测量量，其需要在不同正交方向上的各自的第一和第二幅值，从而由两个不同测量矢量构成。根据图2A中的数据过滤处理210的另一个示例性步骤，步骤214涉及将一维数据 (例如在图6D中示出的)转换为二维形式，从而考虑轮胎表面的固有曲率。根据转换步骤 214，来自图6D的每个跳动值(Un)被转化回径向表面测量量(Rn)并且分解为二维形式，如图7中所示。这样的二维转换的例子涉及具有一组相互垂直的轴线的正交坐标系统的利用。二维表示的特定例子将每个径向表面测量量I^n转换为各个坐标Rnx和Rnz，其中Rnx是在第一维度(例如，前后维度χ)上的2-D测量的数据点值，Rnz是在第二维度(例如，竖直维度ζ)上的2-D测量的数据点值。用于实现将测量的数据从一维形式转换为二维形式的特定方程如下Rnx = I nC0S θ n;以及(5)Rnz = RnSin θ η。(6)再次参考图2Α，数据过滤处理210中的另一更加特殊的步骤涉及步骤216，该步骤 216识别处于包围2-D测量的凸包上的2-D径向表面测量量中的被选择的那些。步骤216 可以更特别地涉及确定点的次组(subset)，所述次组形成最小凸起几何形状的顶点以包围 2-D测量量组。在平面环境中的这样的确定能够如图7中所示以曲线图的形式进行表示。凸包能够被概念化为这样一些点如果将要到达平衡，从初始拉伸状态松弛的假设弹性带700将会处于所述点上。对于例如图7中所示的数据点组，从而凸包是包络这些点的最小多边形， 从而使得所有的点或者在周界上或者在该多边形的内部。该多边形必须是凸起的，从而使得凸包将仅仅通过那些周界点来表示，忽略任何向内的尖峰。如图8A中所示，剩余的数据点(即处于凸包上的那些数据点)被识别为处于表示标称半径Rtl的虚线圆圈之外的画圈数据点。从而，剩余数据点的数量与测量点的初始组比较大为减少了。对于计算平面组的凸包，存在若干已知的数学算法。例如，利用具有或不具有一般维度Beneath-Beyond Algorithm(下方超越算法)的二维Quickhull算法的实际凸包算法在以下文献中公开C. Bradford Barber ^Α "The quickhull algorithm for convex hulls,，，ACM Transactions on Mathematical Software(TOMS), Vol. 22, No. 4, December1996，pp. 469-483。已知凸包算法的附加解释公开于;http://www. ghull.org/和http:// mathworld. wolfram. com/ConvexHull. html。可替代地，诸如所谓的“礼品包装”方法的方法可以用于实现凸包算法。根据礼品包装技术，分析从给定象限中的最远点开始，例如数据组中最下方、最左边的点。这样的点保证处于包络数据组的凸包上。凸包上的下一个点被识别为，没有点处于由当前点和下一个点产生的线的左边。这个过程一直重复，直到其绕回初始点。再一次参考图2A，示例性数据过滤处理210中涉及的最终步骤218对应于对处于凸包上的2-D测量量的识别的所选择的测量量进行一维插值。处于凸包上的这样的识别的 2-D测量量通过图8A中的画圈数据点来表示。为了进行一维插值，图8A中所示的在径向表面测量量的二维数据组中的识别的画圈数据点转化回如图8B中所示的跳动测量量的一维数据组。图8B中的画圈的数据点是曲线图上仅有的剩余数据点，因为它们是确定为处于凸包上的仅有的数据点。一旦识别的数据点为一维形式，使用插值步骤218以填充曲线图上的数据点之间的所识别的间隙。尤其是针对步骤218，在步骤216中识别为落在凸包上的数据点(例如，图8A和图 8B中的画圈数据点)根据各个角位置处的各自的跳动值从2-D形式转化回I-D形式，如图 8B中所示。然后进行数据点的插值，如图8B中的实线所示。一般而言，插值对应于在处于凸包上的识别的数据点的离散组中以数学方式构建新的数据点的步骤。结果可能对应于基于之前识别的数据点和新构建的数据点的总组的基本上连续的函数。可以利用任何合适类型的插值，非限制性的例子包括线性插值、多项式插值、样条插值等等。在特殊例子中，可以利用称之为三次样条插值的一种类型的样条插值，其中通过对每个点确定一阶导数和二阶导数匹配的位置，一系列三次多项式能够在每个现存数据点处实现拟合。可以在步骤218中实施的插值的进一步的例子在本文中称为“填充插值”。填充插值在第一和第二现存数据点之间进行插值，这种插值的方式是用这两个现存数据点的最小值来填充这两个现存数据点之间的缺失值。例如，如果在位置五( 测量的第一点具有值七(7. 0)并且在位置十(10)测量的第二点具有值十五(15. 0)，填充插值则会将位置6、7、8 和9的值赋值为七(7. 0)，即(7. 0)和(15. 0)的最小值。仍然参考图2A，在步骤220中执行在步骤218中应用凸包过滤之后获得的结果函数的傅立叶或谐波分解。值得注意的是，本主题的过滤技术一般而言在以下方面是成功的 以非常低的误差率有效地复制第一谐波(Hl)径向跳动幅值和相位，同时在其它谐波分量 (例如，H2、H3、H4等等)中不引入不合意的噪声或误差水平。这对于其它数据过滤技术是一种显著的优点，当过滤第一水平或其它低水平谐波分量时，其它数据过滤技术有时会在轮胎几何测量量的更高水平谐波分量中引入偶然误差。基于在图8B中示出的示例性数据，凸包过滤在1.4%和0. °之内有效地分别复制了 Hl幅值和相位。基于图8B的相同示例性数据，在原始测量数据中没有向上的数据尖峰时(从而不需要应用侵蚀预过滤)在应用本主题的凸包过滤之后产生的傅立叶幅值和相位在表1中呈现。使用凸包过滤且不使用侵蚀预过滤的傅立叶幅值和相位
权利要求
1.一种处理轮胎的几何测量量的方法，包括测量轮胎的表面以获得几何测量量的电子数据组，所述几何测量量的电子数据组由相对于给定轮胎在各个角位置处的多个参数值构成；以电子方式识别所述参数值中处于包围整组值的凸包上的所选参数值；以及以电子方式对所述参数值中处于凸包上的所识别的所选参数值进行插值，以获得过滤的几何测量量的最终数据组。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在获得的数据组中以电子方式过滤幅值大于邻近参数值的所选参数值的步骤，其中所述以电子方式过滤的步骤是在所述以电子方式识别的步骤之前进行的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中轮胎的测量表面包括沿着轮胎胎侧或胎肩的至少一个位置，并且其中所述方法进一步包括以电子方式分析过滤的几何测量量的最终数据组的步骤，以识别形式为一个或更多胎侧突出和胎侧凹陷的胎侧变形特性。
4.根据权利要求1所述的方法，其中轮胎的测量表面包括沿着轮胎胎冠的至少一个位置，并且其中所述方法进一步包括将过滤的几何测量量的最终数据组分解为多个谐波分量。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在所述以电子方式识别步骤之前的对几何测量量的数据组进行反转的步骤；以及在所述以电子方式插值步骤之后的对过滤的几何测量量的最终数据组进行反转的步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述以电子方式识别步骤和以电子方式插值步骤对于初始在所述测量步骤中获得的几何测量量的数据组执行一次并且分离地对于几何测量量的反转的数据组执行一次，分别产生过滤的几何测量量的第一最终数据组和第二最终数据组。
7.根据权利要求6所述的方法，其中对过滤的几何测量量的第一最终数据组进行分析，以识别存在的任何胎侧突出，并且其中对过滤的几何测量量的第二最终数据组进行分析，以识别存在的任何胎侧凹陷。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述以电子方式识别所述参数值中处于包围整组值的凸包上的所选参数值的步骤包括将每个参数值转换为用沿着给定轮胎的表面的曲率位置表示的表面值，所述曲率位置是在第一正交方向和第二正交方向上测量的。
9.根据权利要求7所述的方法，其中在各个角位置θn处，对于一些预定整数值N，每个参数值对应于跳动值un，η = 1,2,3,…，N，并且其中在几何测量量的数据组中的每个跳动值转换为由第一参量Rnx和第二参量Rnz表示的二维形式，Rnx和Rnz由以下方程确定Rm =(Ro+Un) cos θ n ；以及 Rnz = (R0+Un) sin θ n。
10.根据权利要求8所述的方法，其中每个参数值对应于径向跳动值，并且其中Rtl包括与测量的轮胎相关的标称半径。
11.根据权利要求8所述的方法，其中每个参数值对应于侧向跳动值，并且其中Rtl包括选择的常数值。
12.根据权利要求1所述的方法，其中几何测量量的电子数据组包括径向跳动测量量和侧向跳动测量量的其中之一。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述以电子方式进行插值的步骤包括执行线性插值、三次样条插值或填充插值。
14.一种轮胎测量系统，用于对与以一个或更多预定速度旋转的给定轮胎相关的测量特性进行处理，所述轮胎测量系统更具体而言包括第一存储器，所述第一存储器适合于对测量量进行存储，每个测量量对应于在相对于给定轮胎的角位置获得的几何参数值；第二存储器，所述第二存储器适合于对形式为计算机可执行指令的软件进行存储；以及至少一个处理器，所述处理器联接至所述第一存储器和第二存储器，并且配置为选择性地实施存储在所述第二存储器中的计算机可执行指令，以对存储在所述第一存储器中的测量量进行处理；其中所述至少一个处理器实施存储在所述第二存储器中的计算机可执行指令，从而实施以下功能识别几何参数值中处于包围整组值的凸包上的所选参数值，并且对几何参数值中处于所述凸包上的所识别的所选参数值进行插值以获得过滤的测量量的最终数据组。
15.根据权利要求14所述的轮胎测量系统，其中所述至少一个处理器进一步配置对获得的数据组中具有比邻近值更大的幅值的所选几何参数值进行过滤，其中对所选几何参数值进行过滤出现在识别几何参数值中处于包围整组值的凸包上的所选参数值之前。
16.根据权利要求14所述的轮胎测量系统，其中所述至少一个处理器进一步配置为通过将几何参数值用沿着给定轮胎的表面的曲率位置表征而将多个几何参数值转换为二维形式，所述曲率位置是在第一正交方向和第二正交方向上测量的。
17.根据权利要求16所述的轮胎测量系统，其中多个几何参数值对应于跳动值，并且其中所述至少一个处理器进一步配置为，通过将测量量组中每个角位置θ n处针对一些预定整数值N的每个跳动值un，η = 1，2，3，…，N转换为由第一参量Rnx和第二参量Rnz表示的二维形式，将所述多个跳动值转换为二维形式，Rffi^PRnz由以下方程确定Rm = (R0+un) cos θ n ；以及 Rnz = (R0+un) sin θ n。
18.根据权利要求17所述的轮胎测量系统，其中所述几何参数值包括径向跳动值，并且其中R0包括与测量的轮胎相关的标称半径。
19.根据权利要求17所述的轮胎测量系统，其中所述几何参数值包括侧向跳动值，并且其中R0包括选择的常数值。
20.根据权利要求14所述的轮胎测量系统，其中存储在所述第一存储器中的测量量包括径向跳动测量量，并且其中所述至少一个处理器进一步配置为将多个跳动测量量分解为多个谐波分量。
21.根据权利要求14所述的轮胎测量系统，其中存储在所述第一存储器中的测量量包括侧向跳动测量量，并且其中所述至少一个处理器进一步配置为对过滤的跳动测量量的最终数据组进行分析，以针对侧向跳动测量量识别胎侧变形位置。
22.根据权利要求14所述的轮胎测量系统，其中所述至少一个处理器进一步配置为通过执行线性插值、三次样条插值或填充插值而对所述几何参数值的识别的所选参数值进行插值。
23.根据权利要求14所述的轮胎测量系统，其中所述至少一个处理器进一步配置为 在识别几何参数值中处于包围整组值的凸包上的所选参数值之前对测量量组中的每个几何参数值进行反转，并且在对几何参数值的识别的所选参数值进行插值之后对过滤的测量量的最终数据组进行反转。
24.根据权利要求23所述的轮胎测量系统，其中通过所述至少一个处理器实施的识别和插值对于存储在所述第一存储器中的测量量的初始数据组执行一次并且分离地对于测量量的反转的数据组再次执行一次，分别产生过滤的测量量的第一最终数据组和第二最终数据组。
25.根据权利要求24所述的轮胎测量系统，其中所述至少一个处理器进一步配置为对过滤的测量量的第一最终数据组进行分析，以识别存在的任何胎侧突出，并且配置为对过滤的测量量的第二最终数据组进行分析，以识别存在的任何胎侧凹陷。
26.根据权利要求14所述的轮胎测量系统，进一步包括测量机器，所述测量机器适合于牢固地接纳给定轮胎并且使得该轮胎以一个或更多预定速度旋转；至少一个传感器，所述传感器相对于给定轮胎放置，用于测量所述传感器和轮胎表面之间的位移距离，从而在一个或多个轨道的每一个处对于多次回转在沿着给定轮胎的径向或侧向周边的各个角位置确定由多个径向或侧向跳动值组成的数据组，并且其中在给定角位置处对于所述多次回转的每一次，所述数据组中的每个值包括测量的跳动值的平均值。
全文摘要
一种轮胎测量系统，包括具有各种存储器/介质元件的计算机，用于存储原始和转换的轮胎测量数据(例如，测量的径向或侧向跳动值的数据组)以及计算机可执行指令形式的软件，这些指令由处理器执行以对获得的数据组内在邻近测量量上方形成尖峰的所选跳动值进行过滤，识别过滤的跳动值中处于包围整组值的凸包上的所选跳动值，并且对跳动值中处于凸包上的所识别的所选跳动值进行插值，以获得过滤的跳动测量量的最终数据组。可以在反转的数据组上进行类似步骤，以更好地检测诸如胎侧凹陷的胎侧变形特征。
文档编号G01B11/02GK102292626SQ200980155089
公开日2011年12月21日 申请日期2009年12月18日 优先权日2008年12月19日
发明者A·F·托马斯, V·S·尼克尔森 申请人:米其林技术公司, 米其林研究和技术股份有限公司