1.本发明涉及轮胎下沉量和负载计算技术领域，特别涉及一种基于图像法计算滚动轮胎下沉量和负载的方法。
背景技术：2.轮胎是汽车与地面接触的唯一部件，因此分析汽车运动过程中轮胎上的信息对提高整车的安全性有重要意义，而轮胎智能化是轮胎行业发展的重要趋势，目前已经有较为成熟的胎温胎压检测技术，但相对来说，轮胎动态负载的实时检测难度较大，且暂未实现商业化，而轮胎的负载可由轮胎下沉量及胎压等轮胎数据计算得到，亦可通过测量接地印痕的长度与胎压等数据计算得到。
3.现有技术的不足之处在于，通过在轮胎内侧布置加速度传感器，利用传感器的信号变化规律推算轮胎接地印痕长度，从而推算轮胎垂向负载。缺点在于方案复杂，成本高昂，无法实时查看数据，多采用先采集、后处理的方式，其间需要轮胎停止运行甚至需要拆除设备，而在实车运行条件下难以实现。且适用性有限，无法适应多种环境下的复杂车况处理，易导致数据不准确。
技术实现要素：4.本发明的目的克服现有技术存在的不足，为实现以上目的，采用一种基于图像法计算滚动轮胎下沉量和负载的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.一种基于图像法计算滚动轮胎下沉量和负载的方法，包括轮胎和轮辋，所述轮胎的内表面设置有标记区域，所述轮辋设置有用于实时监测标记区域的相机组件，且所述标记区域设置有标尺，以及与所述标尺垂直的条形区域；
6.所述下沉量和负载的计算方法的具体步骤包括：
7.在轮胎和轮辋预先设置相机组件；
8.驱动车辆运行，通过相机组件拍摄标记区域在不同状态下的图像数据，其中记录轮胎标记区域的条形区域达到最高点位置的图像数据；
9.利用相机组件同时记录标尺的初始位置，用于计算当驱动车辆运行时轮胎与轮辋发生滑移后的相对滑移量，以及修正所述条形区域的形变量；
10.获取车辆运行过程中多次记录的数据，计算轮胎下沉量以及轮胎负载。
11.作为本发明的进一步的方案：所述条形区域采用荧光材料绘制。
12.作为本发明的进一步的方案：所述相机组件包括红外夜视模块、无线信号发射模块、存储模块及供电模块。
13.作为本发明的进一步的方案：所述轮胎和轮辋预先设置相机组件的具体方法为：在轮辋内表面布置相机组件，且所述相机组件的拍摄方向垂直于相机组件与轮辋中心的连线。
14.作为本发明的进一步的方案：所述驱动车辆运行，通过相机组件拍摄标记区域在
不同状态下的图像数据，其中记录轮胎标记区域的条形区域达到最高点位置的图像数据的具体步骤包括：
15.当条形区域对应的轮胎位置未接触地面时，保持条形区域的视频图像静止；
16.当条形区域对应的轮胎位置接触地面时，记录整个运行状态的视频图像；以及
17.记录条形区域在视频图像中上升到最高点位置的视频图像。
18.作为本发明的进一步的方案：所述获取车辆运行过程中多次记录的数据，计算轮胎下沉量以及轮胎负载的具体步骤包括：
19.获取多次记录的数据；
20.根据相机组件与轮辋中心的连线与条形标记与轮辋中心的连线所成的夹角，计算得到图像所与对应的实际尺寸之间的比例系数；
21.记录一段时间内轮胎转动过程中，形成条形标记a、条形标记b在相机组件所成的图像中的位置，记录每一帧图像中该位置的信息，取条形标记a的位置中的最大值、最小值及其对应的图像中条形标记b的位置；
22.根据上述获取数据，计算得到该段时间内轮胎的下沉量；
23.同时，根据比例系数计算得到修正后的轮胎的下沉量；
24.最后根据下沉量，以及获取的车速、胎压，计算得到轮胎负载。
25.与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
26.通过采用上述的技术方案，利用在轮胎及轮辋预先设置相关的相机组件和标记区域。在实际驱动车辆行驶过程中，实时采集轮胎的标记区域的视频图像信息。再通过无线信号发射模块进行数据信息的传输，在后台的算法处理下，实时计算出滚动状态下轮胎的下沉量及负载。本发明采用图像处理、无线传输的方式，以算法为核心，降低硬件需求，简化系统、降低成本，且实现即时处理与高适用性。
附图说明
27.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：
28.图1为本技术公开的一些实施例的基于图像法计算滚动轮胎下沉量和负载的结构示意图；
29.图2为本技术公开的一些实施例的条形区域及标尺的机构示意图；
30.图3为本技术公开的一些实施例的相机组件的示意图；
31.图4为本技术公开的一些实施例的流程框图。
32.图中：1、轮辋；2、轮胎；3、相机组件；31、红外夜视模块；32、无线信号发射模块；33、存储模块；34、供电模块；4、标记区域；5、移动端；6、条形区域；7、标尺。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.请参考图1和图2，本发明实施例中，一种基于图像法计算滚动轮胎下沉量和负载
的方法，包括轮胎2和轮辋1，所述轮胎2的内表面设置有标记区域4，所述轮辋1设置有用于实时监测标记区域4的相机组件3，且所述标记区域4设置有标尺7，以及与所述标尺7垂直的条形区域6；
35.具体的，包括轮辋1、轮胎2、相机组件3、标记区域4以及移动端5，所述相机组件3安装在轮辋1上，所述标记区域4位于轮胎2内表面，所述相机组件3可以拍摄到标记区域4。
36.如图2所示，所述标记区域4由数条荧光涂料制成的条形区域6及标尺7构成，该标尺7与轮胎2内部中心线重合，所述条形区域6垂直于标尺7，汽车在运动过程中轮胎2接地时，标记区域4会发生高低起伏的形变，可被相机组件3记录，标尺7用于识别车辆运动过程中轮胎2相对于轮辋1的滑移导致标记区域4相对于相机组件3的位置变化量。
37.具体的，移动端5预先安装有系统软件，用于接收到相机组件3发射的无线信号后，在实时监测的同时进行计算，得到滚动轮胎2的下沉量及负载。
38.具体的实施方式中，所述条形区域6采用荧光材料绘制。
39.具体的实施方式中，如图3所示，所述相机组件3包括用于没有光亮环境下拍摄作用的红外夜视模块31、用于发射信号的无线信号发射模块32、用于存储视频图像数据的存储模块33及用于提供电力能源的供电模块34。
40.如图4所示，所述下沉量和负载的计算方法的具体步骤包括：
41.步骤一：在轮胎2和轮辋1预先设置相机组件3；
42.具体为：在轮胎2内部轮辋1表面布置相机组件3，该相机组件3的拍摄方向垂直于相机组件3与轮辋1中心的连线。在轮胎2内部用荧光涂料绘制标记区域4中条形区域6，具体包括与轮胎2内部中心重合的标尺7及与标尺7垂直的条形区域6，该标记区域4可被相机组件3拍摄到。
43.步骤二：驱动车辆运行，通过相机组件3拍摄标记区域4在不同状态下的图像数据，其中记录轮胎2标记区域4的条形区域6达到最高点位置的图像数据；
44.具体为：车辆运动时，相机组件3拍摄到标记区域4，当条形区域6对应的轮胎2位置未接地时，条形区域6在视频中应当保持静止，而当条形区域6对应的轮胎2位置接地时，条形区域6会有高低起伏的形变，相机组件3记录下整个由静到动的过程，尤其是条形区域6对应的轮胎2位置完全接地时，条形区域6在视频中上升到最高点的时刻。
45.具体的实施方式中，所述驱动车辆运行，通过相机组件3拍摄标记区域4在不同状态下的图像数据，其中记录轮胎2标记区域4的条形区域6达到最高点位置的图像数据的具体步骤包括：
46.当条形区域6对应的轮胎2位置未接触地面时，保持条形区域6的视频图像静止；
47.当条形区域6对应的轮胎2位置接触地面时，记录整个运行状态的视频图像；以及
48.记录条形区域6在视频图像中上升到最高点位置的视频图像。
49.步骤三：利用相机组件3同时记录标尺7的初始位置，用于计算当驱动车辆运行时轮胎2与轮辋1发生滑移后的相对滑移量，以及修正所述条形区域6的形变量；
50.具体的，在步骤二中，相机组件3同时记录标尺7所处的初始位置，当车辆驱制动时，轮胎2与轮辋1可能会发生相对滑移，可以通过标尺7的位置变化推算滑移量，从而修正条形区域6的形变量。
51.步骤四：获取车辆运行过程中多次记录的数据，计算轮胎2下沉量，以及轮胎2负
载。
52.具体通过相机组件3发射无线信号，移动端5可接收无线信号并通过软件监测和存储视频，同时，将后处理软件集成在移动端5中，可由视频中标记区域4的形变量计算出车辆运动过程中轮胎2的下沉量，进而结合胎压、车速等车辆数据推算出轮胎2负载。且由于相机组件3帧率有限，可通过多次多圈采集的方式对数据进行校准。
53.具体的实施方式中，所述获取车辆运行过程中多次记录的数据，计算轮胎2下沉量，以及轮胎2负载的具体步骤包括：
54.①
已知轮胎2充气后未接地状态下的半径r、轮辋1半径r、相机焦距f等信息，记录相机组件3相对于标记区域4中标尺7所处的位置y_0；
55.②
使轮胎2静止，记录标记区域4中能使相机组件3清晰成像的相邻的条形标记a、条形标记b，在相机组件3所成的图像中的位置x_a1、x_b1，以及条形标记a、条形标记b相对于标记区域4中标尺7所处的位置y_a1、y_b1；
56.③
并由y_0与y_a1计算相机组件3与轮辋1中心的连线与条形标记a与轮辋1中心的连线所成的夹角θ，因此相机组件3所成的图像所与对应的实际尺寸之间的比例系数ε可由公式(1)计算得出
57.ε＝(x_a1
‑
x_b1)/(y_a1
‑
y_b1)*f1(θ，r，r，f)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(1)；
58.④
驱动车辆运行，相机组件3拍摄视频，并进行图像处理，记录一段时间内轮胎2转动过程中条形标记a、条形标记b在相机组件3所成的图像中的位置，令每一帧图像中该位置记为x_a2_1、x_a2_2
···
x_a2_n，x_b2_1、x_b2_2
···
x_b2_n，取条形标记a的位置中的最大值、最小值分别为x_a2_max、x_a2_min，其对应的图像中条形标记b的位置记为x_b2_max、x_b2_min；
59.⑤
该段时间内轮胎2的下沉量h可由公式(2)计算得出
60.h＝(x_a2_max
‑
x_a1)/ε
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(2)；
61.⑥
由轮胎2接地带来的变形系数λ可由公式(3)计算得出
62.λ＝f2[(x_a2_max
‑
x_a1)/(x_b2_max
‑
x_b1)，ε]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(3)；
[0063]
⑦
由轮胎2驱制动及其他情况带来的滑移系数ω可由公式(4)计算得出
[0064]
ω＝(x_a2_min
‑
x_a1)/ε
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(4)；
[0065]
⑧
公式(3)、公式(4)对公式(2)进行修正，得公式(5)，计算出修正后轮胎2的下沉量
[0066]
h＝(x_a2_max
‑
x_a1)ωλ/ε
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(5)；
[0067]
⑨
结合车速v、胎压p等信息，轮胎负载l可由公式(6)计算得到
[0068]
l＝f3(h，v，p)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式(6)。
[0069]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定，均应包含在本发明的保护范围之内。