轮胎的机电转换器用的印迹-分析线路的制作方法

专利名称：轮胎的机电转换器用的印迹-分析线路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于分析轮胎的机电转换器的传感器信号以求得轮胎的印迹 (Latsch)的分析线路。此外，本发明还涉及一种用于求得轮胎的印迹的装置。本发明还涉及一种车辆。本发明还涉及一种用于分析轮胎的机电转换器的传感器信号以求得轮胎的印迹的方法。此外，本发明还涉及一种程序元件。此外，本发明还涉及一种计算机可读的存储介质。
背景技术：
现代的机动车形成了复杂的硬件和软件系统。为了调节和控制机电一体化的汽车系统，使用了大量差别极大的控制器。智能的轮胎系统将轮胎的印迹也整合到机动车的运行中。轮胎的印迹表示轮胎支承面，或者说表示指示轮胎支承面的参量。这样的参量特别是印迹的长度，也就是沿着行驶方向测量的长度，轮胎沿着该长度安放在道路上。在行驶时，轿车的轮胎支承面常常大约只有手掌般大小。对于摩托车则还要小。如果轮胎空气压力太高，那么轮胎支承面就变得比较小。这样，轮胎只在中间磨损，并只能传递较小的力到路面上。如果空气压力太低，那么轮胎只用外部的轮胎肩部滚动，只在外面磨损，同样也只能传递较小的力，此外，这还将导致轮胎加热，并且在极端情况下发生爆炸或分解。因此，在传统车辆上，会因有缺陷的轮胎印迹而造成轮胎损坏。

发明内容
本发明的任务在于，提供一种可精确求得轮胎印迹的系统。该任务通过独立权利要求的主题得以解决。本发明的有利的实施方式在从属权利要求中描述。按照本发明的第一方面，提出一种分析线路，用于分析轮胎的机电转换器(例如压电元件)的传感器信号以求得轮胎的印迹(特别是印迹长度或其它指示印迹的参量)或者说求得支座上的轮胎支承面，其中，所述分析线路具有传感器信号输入端，在该传感器信号输入端上能够提供所述机电转换器的与时间相关的电的传感器信号(比如电压)，所述传感器信号能够由于所述机电转换器(该机电转换器可安置在轮胎上或轮胎中)在轮胎的印迹通过过程(也就是在某一时间间隔中，在该时间间隔中，滚动的轮胎的安置有所述机电转换器的区段与基础接触)中的弯曲而产生。此外，所述分析线路还包含灵敏度调节装置，该灵敏度调节装置用于基于所述传感器信号的强度(例如幅值或者说最大幅度)调节所述分析线路的输入灵敏度(例如能够由分析线路无错误地处理的输入电压范围)，从而以所调节的输入灵敏度能够对完整的传感器信号(也就是在其整个强度范围内，比如在整个信号电平范围内)进行分析。所述分析线路还具有分析装置，该分析装置用于在所调节的输入灵敏度下基于提供的传感器信号产生指示轮胎印迹的分析信号。按照本发明的另一个实施例，提出一种用于求得轮胎印迹的装置，其中，该装置具有机电转换器(例如压电元件)，该机电转换器可被安置到轮胎上并且用于在轮胎的印迹通过过程中由于所述机电转换器的弯曲而产生与时间相关的电的传感器信号。此外，该装置还包含具有前述特征的分析线路，所述分析线路用于分析所述轮胎的机电转换器的传感器信号以求得轮胎的印迹。按照本发明的另一个实施例，提供一种带有具有前述特征的分析线路或具有前述特征的装置的车辆(如机动车，特别是轿车或货车或摩托车)。 按照本发明的另一个实施例，提供一种用于分析轮胎的机电转换器的传感器信号以求得轮胎的印迹的方法。在该方法中，接收所述机电转换器的与时间相关的电的传感器信号，所述传感器信号由于所述机电转换器在轮胎的印迹通过过程中的弯曲而产生。此外，基于所述传感器信号的强度调节所述用于分析传感器信号的分析线路的输入灵敏度， 使得用所调节的输入灵敏度能够在所述传感器信号的整个强度范围内分析所述传感器信号。此外，在所调节的输入灵敏度下基于所接收的传感器信号产生分析信号，使得该分析信号指示所述轮胎的印迹。按照本发明的实施例，在计算机可读的存储介质中保存用于分析轮胎的机电转换器的传感器信号以求得轮胎的印迹的程序，当处理器运行该程序时，该程序执行或控制具有前述特征的方法。按照本发明的实施例，用于分析轮胎的机电转换器的传感器信号以求得轮胎的印迹的程序元件(计算机程序元件)具有前述的方法步骤(或者说控制或者执行这些方法步骤)，如果执行所述程序元件。本发明的实施例不仅可以借助于计算机程序也就是软件实现，也可以借助于一个或多个专用的电的线路也就是硬件来实现，或者以两者任意混合的形式也就是借助于软件组件和硬件组件实现。按照本发明的示范性的实施例，考虑机电转换器的传感器信号可能会经历较大波动这个事实。出于该目的，通过分析线路对传感器信号进行无错误并且无伪影 (artifaktfrei)的分析可以通过如下方式得到保证，即分析线路可基于传感器信号的强度或幅值比如反馈性地自动调整其输入灵敏度，从而保证连接在后面的分析装置在整个信号幅值范围内都能实现对信号的分析以用于确定轮胎印迹的长度。下面进一步对分析线路的示范性的实施例进行描述。这些实施例也适用于前面提到的装置、车辆、方法、程序元件及计算机可读的存储介质。按照本发明的实施例，所述灵敏度调节装置具有可变的放大器，传感器信号可被输入所述放大器中。该可变的放大器的放大系数能够借助于控制信号改变，所述控制信号可以以所述可变的放大器的输出信号为基础。换句话说，可以实现反馈回路，该反馈回路动态地调整所述可变的放大器或变阻器的相应的放大系数，从而将所述传感器信号的目前的信号强度考虑在内。仍旧参照前述实施例，所述分析单元还可具有微控制器或另外的处理器，所述可变的放大器的输出信号可输入所述微控制器或另外的处理器中。基于这个输出信号，所述微控制器可产生分析信号。基于这个输出信号，所述微控制器可产生控制信号并且输入所述可变的放大器。因此，所述微控制器不仅可用于产生对可变的放大器进行再调整的控制信号，而且也可对处于可处理的幅值范围内的传感器信号进行预先处理，以确定表征当前的轮胎印迹的值。此外，所述微控制器还可基于所述输出信号产生分析信号，使得所述分析信号不超过能够预先设定的下阈值，并且不超过能够预先设定的上阈值。所述下阈值可如此选择， 从而避免因信号太弱而使信号不能被分析或只能具有高的信噪比地进行分析。将信号保持在上阈值以下保证了不必对处于幅值的可处理的范围之外的信号进行处理。所述灵敏度调节装置可具有采样保持元件(“sample and holcTGlied)。该采样保持元件可用于保存传感器信号的强度并可基于此在所述机电转换器中并联可变的电容， 以使输入所述分析装置的传感器信号的强度可相应变化。换句话说，所述采样保持元件可保存传感器信号的最大幅值并由此可以在电容值方面增大或者缩小可调节的电容。通过给所述机电转换器并联可变的电容，可实现对阻尼或者说时间常数的调整，从而，可为所述分析装置提供可由所述分析装置进行处理的信号。所述分析装置可具有比较器，也就是可将两个在两个输入端上提供的信号的比较结果提供给输出端的功能块。连接这种比较器可基于所述与时间相关的电的传感器信号的两个先后相随的过零点之间的距离来求得所述轮胎的印迹的长度。对于作为所述机电转换器的优选的实例的压电元件，可在印迹通过过程中探测与时间相关的信号，尤其是电荷或电压信号，该信号的两个过零点为印迹长度的尺度。为此，为了进行所述分析可考虑轮胎的当前的速度。由于压电元件的特性，有利的是，将信号输入到比较器中，以此得到具有一种脉冲长度的脉冲状的信号，而该脉冲长度正是印迹长度的尺度。所述分析线路还可具有时间常数改变单元，该时间常数改变单元可以为了改变所述机电转换器的时间常数与所述机电转换器并联。这种时间常数改变单元可以是由电容和欧姆电阻所组成的线路，由此由于该并联线路可以延长或缩短压电元件的传感器信号的特征性的时间常数。尤其为将信号无伪影地提供给比较器而可能要求延长这种时间常数。下面进一步对所述装置的设计方案进行描述。这些设计方案也同样适用于所述分析线路、车辆、方法、程序元件和计算机可读的存储介质。按照一种实施例，该装置可被设计为轮胎模块。换句话说，所述分析线路的组件以及所述机电转换器这两者可被安置到轮胎上或轮胎中，以此作为紧凑的模块类的单元来输出轮胎印迹长度作为输出信号或在已知印迹宽度的情况下下输出印迹面积。作为替代方案，也可在所述轮胎中比如只安装所述机电转换器，而所述分析线路的其余组件则可作为车辆电子模块的一部分来实现。然后，出于控制或其它类似的目的，车辆电子设备也可以使用所述印迹长度，这对机动车的安全运行以及燃料消耗最小化和从发动机到道路的力传递的最大化都具有重要意义。下面进一步对车辆的附加设计方案进行说明。这些设计方案同样适用于所述分析线路、装置、方法、程序元件及计算机可读的存储介质。车辆比如可以是一种汽车(例如机动车，尤其是轿车或货车)。但按本发明的控制系统也可以应用到火车、自行车或类似车辆中。需要指出，本发明的实施方式是参考了不同的发明主题来说明的。特别的，本发明的一些实施方式以装置权利要求描述，而本发明的其它实施方式则以方法权利要求描述。 然而，对于本领域的技术人员来说，在阅读本申请时可立即明白，只要没有另外明确说明， 除了属于一种发明主题的特征的组合以外，也可以任意组合属于不同种类的发明主题的特征。


本发明的其它优点及特征可从如下对目前优选的实施方式的示例性描述中得出。 本申请图纸中的各个附图都仅仅应该看作是示意性的而没有按照比例尺。图1示出了按照本发明示范性实施例的用于求得轮胎的印迹的装置。图2图解说明了作为机电转换器的压电元件在轮胎印迹通过过程中的弯曲。图3示出了表示压电元件的弯曲与轮胎的转角的关系的图表。图4图解说明了作为机电转换器的实施例的压电元件。图5示出了表示压电元件所产生的电荷与轮胎的转角的关系的图表。图6是表示比较器输出及输入信号作为机电转换器的传感器信号的图表。图7示出了按照本发明示范性实施例的用于求得轮胎的印迹的装置。图8示出了按照本发明另一个示范性实施例的用于求得轮胎的印迹的装置。图9示出了图表，该图表图解说明了按照示范性实施例的分析线路的灵敏度调节的影响，所述分析线路用于分析轮胎的机电转换器的传感器信号以求得轮胎的印迹。相同或相似的组件在不同的附图中具有相同的附图标记。
具体实施例方式图1示出了按照本发明的示范性实施例的装置150，该装置用于求得轮胎104的表征印迹的参数，更确切地说用于求得印迹长度1。所述装置150包含机电转换器102，该机电转换器被安置在轮胎104上，并用于在轮胎104的印迹通过过程(见箭头120，或者图2中位置2与4之间的间隔)中根据所述机电转换器102的弯曲产生与时间相关的电的传感器信号。此外，所述装置150还包括用于分析轮胎104的机电转换器102的传感器信号以求得轮胎104的印迹的分析线路100。当所述轮胎104沿120所示方向转动时，只要机电转换器102与作为轮胎104基础的道路122邻接，那么所述机电转换器102例如压电元件就在这种转动过程中发生弯曲。所述机电转换器102的弯曲会导致产生电的传感器信号，该电的传感器信号在传感器信号输入端106上提供给分析线路100。以此，将所述机电转换器102的与时间相关的电的传感器信号提供给传感器信号输入端106，所述传感器信号由于所述机电转换器102在轮胎104的印迹通过过程中的弯曲而产生。将这个与时间相关的电的传感器信号输入到分析线路100 的灵敏度调节装置108中。所述灵敏度调节装置108用于比如基于反馈信号180以及基于传感器信号的强度例如幅值来如此调节所述分析线路100的输入灵敏度，从而用所调节的输入灵敏度能够完全地在所述传感器信号的整个强度或信号电平内分析所述传感器信号。 因此，尽管传感器信号在最大幅值方面由于刚好在使用轮胎104的印迹的测量时的外部影响而会发生剧烈变化，但是所述灵敏度调节装置108能够灵活地对分析线路100的灵敏度进行调节，因而，可以在所述传感器信号的整个幅值范围内为连接在后面的分析装置110实现所提供的传感器信号的分析。所述分析装置110可在设定的处理间隔内对传感器信号进行无错误的分析。由此，借助于连接在前面的灵敏度调节装置108，能够保证即使在传感器信号的强度剧烈变化时也借助于所述灵敏度调节装置108来如此适应所述传感器信号， 使得所述分析装置110能够正确地分析所述信号。因此，分析装置110用于在所调节的输入灵敏度下基于所提供的传感器信号产生分析信号，该分析信号表征或指示轮胎104的印迹。在所述分析装置110后面连接了输出装置112，该输出装置112输出分析的结果， 也就是印迹的长度1。所述输出例如可以传递给在图1中未示出的车辆电子设备，该车辆电子设备可基于所测得的印迹对车辆的控制进行调整。也可以将比如非最优的印迹值告知使用者，使用者可基于此采取相应的预防措施，从而将印迹调节到所期望的值。优选构造为压电元件的机电转换器102可被布置在轮胎模块中，并在这种情况下用于测量印迹长度。这里，压电元件将通过轮胎104的形状而发生弯曲。轮胎104的弯曲在此可以从0%至100%地(按机械设计)传递给压电元件。图2再次示出了压电元件形式的机电转换器102，该压电元件被集成在轮胎104 中。在印迹通过过程中，所述压电元件首先从位置1处开始经历由1到2的转变，然后经历由2到3的转变，然后经历由3到4的转变，并且最后经历由4到1的转变。在状态1中，压电元件具有恒定的弯曲，从而，相应的电荷或电压信号没有上升。在由1到2转变时，由轻微弯曲过渡到剧烈弯曲，这导致传感器信号的正的上升。在由2到3转变时，由剧烈弯曲过渡到卸去应力，这相应于传感器信号的负的上升。在由3到4转变时，由卸去应力过渡到剧烈弯曲，这导致传感器信号的正的上升。在由4到1转变时，由剧烈弯曲过渡到轻微弯曲， 这导致传感器信号的负的上升。图3示出了图表300，其具有横坐标302，沿着所述横坐标302绘出了轮胎104的转角α，沿着纵坐标304可以看出压电元件的所产生的弯曲。图3也示出了按图2的点1、 2、3、4 ο图4示出了如何将压电元件作为实施例用于机电转换器102。在载体材料400上可以沉积一层压电材料402，其中，在图4中也可看出机电转换器102的中性相(neutrale Phase)404. 一旦中性相404在压电元件中不对称，就将通过压电元件的弯曲引起所述元件的长度变化。载体材料400比如可以是金属(如黄铜)或合适的线路板，在它们上面可直接施加压电材料402。若压电材料402的长度发生变化(由弯曲的变化引起)，则将发生电荷分离。由此得出的结果在图5中示出，在图5中可看到图表500，该图表具有横坐标502， 沿着所述横坐标示出了轮胎104的转角α。沿着图表500的纵坐标504绘出了压电材料中的电荷，更确切地说绘出了在图2中所定义的状态1、2、3、4中的电荷。通过压电材料的电容(或者说外部并联的电容)，可按照关系式U = Q/C从电荷求得电压。在压电元件发生弯曲时，印迹长度1介于两个在印迹进入或印迹退出(参见图3 和图5)时的过零点之间。借助于比较线路，可实现实际印迹长度的测量。在这种情况下，压电元件及与之相连的部件(如电容器或电阻)的时间常数的大小应能使压电电压即使在印迹通过过程中速度较低时也不会显著降低，并且由此不会歪曲测量信号。为此，为压电元件优选并联电容器和(比如高欧姆的)欧姆电阻。图6示出了图表600，该图表具有横坐标602，沿着该横坐标绘出了时间。沿着纵坐标604则可看出信号幅值。在图6中标记为“输入”的信号对应于比较器上的输入信号， 而相反在图6中标记为“输出”的信号则对应于比较器输出端上的信号。图6示出了带有压电元件的简单的比较线路的输出信号与输入信号的偏差。根据外部实际情况(轮胎类型、 温度、与轮胎的连接等等)，压电元件的幅值可能发生剧烈波动，因此，比较器的输入电压范围不能在所有情况下都保证无缺陷的功能。为解决该问题，有利地是提供一种可自动与实际情况(特别是压电元件的幅值)相匹配的线路。可有利地运用这样一种线路，其将其输入灵敏度与压电信号的幅值相匹配。由此， 可看出本发明的实施例的构思在于，自动地匹配(“auto range (自动范围)”)压电信号以实现尽可能宽的功能范围。图7示出了按照本发明的实施例的分析线路700。根据图7，所述机电转换器102首先为可变的放大器702提供传感器信号，其中， 所述放大器702的放大系数可借助于控制信号来改变，所述控制信号以所述可变的放大器 702的输出信号为基础。所述可变的放大器702将所述输出信号提供给微控制器704，该微控制器704基于该输出信号产生分析信号并且基于该输出信号产生控制信号并借助于反馈回路706输入所述放大器702。在比较器702的输出端提供的并且传输给微控制器704 的信号是模拟信号。通过反馈回路706将控制信号放大系数传输给放大器702。构造为压电元件的机电转换器102的传感器信号由此由可变的放大器702(变阻器)如此调整，即，使得其可由微控制器704进行处理。微控制器704调节传感器信号的放大系数，以使得幅值既不太大也不太小。图8示出了按照本发明另一示范性实施例的分析线路800。根据图8，设置有采样保持元件802，该采样保持元件用于保存传感器信号的最大幅值并基于此给机电转换器102并联可变的电容804。这是如此进行的，使得输入分析装置或者说比较器806的传感器信号的强度可相应地发生变化。因此，图8给出了另一种可能性，即，使由作为机电转换器102的压电元件所产生的压电信号的幅值可自动匹配。传感器信号的最大幅度可被保存在采样保持元件802( "sample and hold”Glied)中。用这个电压所述电容804就可被可变地(也就是说，或多或少)并联到压电元件102上。图9示出了图表900，该图表图解说明了本发明实施例的有利效果。所述图表900 包含横坐标902，沿着所述横坐标绘出了时间信号。沿着纵坐标904可以看出信号的幅值。 图表900示出了电平调整线路的输入信号及输出信号。所述输入信号首先在较短的时间内比较大。输出信号是不可信的，比较器则不受控地切换。随后，输入信号得到缓冲。大约从第四次通过起，输出信号无缺陷地起作用。需要指出，这里所阐述的实施方式仅仅是本发明可能的实施方案的有限选择。因此，可将各个实施方式的特征以合适的方式彼此组合，以使本领域的技术人员可通过在这里详尽描述的实施方案将大量不同的实施方式视为是明确公开的实施方式。
权利要求
1.用于分析轮胎(104)的机电转换器(102)的传感器信号以求得所述轮胎(104)的印迹的分析线路(100)，其中，所述分析线路(100)具有 传感器信号输入端(106)，在所述传感器信号输入端上能够提供所述机电转换器 (102)与时间相关的电的传感器信号，所述传感器信号能够由于所述机电转换器(102)在所述轮胎(104)的印迹通过过程中的弯曲产生； 灵敏度调节装置(108)，该灵敏度调节装置用于基于所述传感器信号的强度来调节所述分析线路(100)的输入灵敏度，从而能够用所调节的输入灵敏度分析完整的传感器信号； 分析装置(110)，该分析装置用于在所调节的输入灵敏度下基于所提供的传感器信号产生指示所述轮胎(104)的印迹的分析信号。
2.按照权利要求1的分析线路(700)，其中，所述灵敏度调节装置(108)具有可变的放大器(702)，能够向所述放大器(70 输入所述传感器信号，并且所述放大器(702)的放大系数能够借助控制信号改变，所述控制信号以所述可变的放大器(702)的输出信号为基石出。
3.按照权利要求2的分析线路(700)，其中，所述分析装置(110)具有微控制器(704)， 所述可变的放大器(70 的输出信号能够输入所述微控制器(704)，所述微控制器(704)基于所述输出信号产生分析信号并且基于所述输出信号产生所述控制信号并且输入所述放大器(702)。
4.按照权利要求3的分析线路(700)，其中，所述微控制器(704)基于所述输出信号产生所述分析信号，从而所述分析信号不低于能够预先设定的下阈值并且不超过能够预先设定的上阈值。
5.按照权利要求1的分析线路(800)，其中，所述灵敏度调节装置(108)具有采样保持元件(802)，所述采样保持元件用于保存所述传感器信号的强度并基于此给所述机电转换器(10 并联可变的电容(804)，使得输入到所述分析装置(110)中的传感器信号的强度能够相应地变化。
6.按照权利要求1至5中任一项的分析线路(800)，其中，所述分析装置(110)具有比较器(806)，连接所述比较器用于基于与时间相关的电的传感器信号的两个彼此先后相随的过零点之间的距离来求得所述轮胎(104)的印迹的长度。
7.按照权利要求1至6中任一项的分析线路(800)，具有时间常数改变单元(804)，该时间常数改变单元能够与所述机电转换器(10 并联从而改变所述机电转换器(10 的时间常数。
8.用于求得轮胎(104)的印迹的装置(150)，其中，所述装置(150)具有 机电转换器(102)，该机电转换器能够被安装在所述轮胎(104)上并且用于在所述轮胎(104)的印迹通过过程中由于所述机电转换器(102)的弯曲而产生与时间相关的电的传感器信号； 按照权利要求1至7中任一项的分析线路(100)，用于分析所述轮胎(104)的机电转换器(102)的传感器信号以求得所述轮胎(104)的印迹。
9.按照权利要求8的装置(150)，该装置被设计成轮胎模块或者车辆电子模块。
10.车辆，具有按照权利要求1至7中任一项的分析线路(100)或者按照权利要求8或9中任一项的装置(150)。
11.用于分析轮胎(104)的机电转换器(102)的传感器信号以求得所述轮胎(104)的印迹的方法，其中，所述方法具有以下步骤眷接收所述机电转换器(10 的与时间相关的电的传感器信号，所述传感器信号由于所述机电转换器(10 在所述轮胎(104)的印迹通过过程中的弯曲而产生； 基于所述传感器信号的强度调节用于分析所述传感器信号的分析线路(100)的输入灵敏度，从而以所调节的输入灵敏度能够分析完整的传感器信号；眷在所调节的输入灵敏度下基于所接收的传感器信号产生分析信号，使得所述分析信号指示所述轮胎(104)的印迹。
12.计算机可读的存储介质，在该存储介质中保存有用于分析轮胎(104)的机电转换器(10 的传感器信号以求得所述轮胎(104)的印迹的程序，该程序用于执行或控制按照权利要求11的方法。
13.用于分析轮胎(104)的机电转换器(102)的传感器信号以求得所述轮胎(104)的印迹的程序元件，当所述程序元件被处理器执行时，所述程序元件用于执行或控制按照权利要求11的方法。
全文摘要
轮胎的机电转换器用的印迹-分析线路分析轮胎(104)机电转换器(102)的传感器信号以求得轮胎(104)印迹，分析线路(100)具有传感器信号输入端(106)，在其上能够提供机电转换器(102)的与时间相关的电的传感器信号，传感器信号可由于机电转换器(102)在轮胎(104)的印迹通过过程中的弯曲产生。分析线路(100)还包含灵敏度调节装置(108)，其基于传感器信号的强度调节分析线路(100)的输入灵敏度，从而以所调节的输入灵敏度可对完整的传感器信号进行分析。分析线路(100)还具有分析装置(110)，其在所调节的输入灵敏度下基于所提供的传感器信号产生指示轮胎(104)的印迹的分析信号。
文档编号B60C23/06GK102180070SQ20101062502
公开日2011年9月14日 申请日期2010年12月9日 优先权日2009年12月9日
发明者S·卡曼 申请人:欧陆汽车有限责任公司