专利名称：多轴车辆上所有轮胎id的自动定位的制作方法
技术领域：
本发明的主题涉及车轮位置定位。更具体地，本发明主题涉及多 轴车辆的所有车轮(轮胎)位置的自动确定的系统和方法。
背景技术：
电子装置与充气轮胎结构的结合显示了很多实际的优点。轮胎电 子设备可包括传感器和用于获得关于轮胎的各个物理参数的信息的其 他部件，所述物理参数例如为温度、压力、轮胎转数、车速等等。这 些性能信息可用在轮胎监控和警报系统中，甚至可用于反馈系统以监 控适当的轮胎压力水平。
第5,749,984号美国专利(Frey等人)公开了一种轮胎监控系统和 方法，能够确定例如轮胎挠度、轮胎速度、以及轮胎转数等信息。第 4,510,484号美国专利(Snyder)公开了另一轮胎电子系统的实例，其 涉及一种异常轮胎状态警报系统。
第4，862，486号美国专利(Wing等人)也涉及轮胎电子设备，更 具体地公开了一种与汽车或卡车轮胎结合使用的示例性的转动计数 器。
第7,006,946号美国专利(Tyndall)涉及对包括振动传感器的轮胎 的特殊振动的故意诱导，.用于将信息发送给与该传感器相关联的电子 设备。
电子系统与轮胎结构结合的另一潜在能力在于对商业车辆应用的 资产追踪和性能评价。商业卡车编队、航空飞机和重型推土机/采矿车 辆都是可利用轮胎电子系统和相关信息传输的可行的工业。轮胎传感 器可确定车辆中的每个轮胎已行驶的距离，因此有助于为这些商业系 统制定维护计划。可针对更昂贵的应用最优化车辆位置和性能，例如 涉及重型采矿设备的应用。可用RP标签传输跟踪整个车辆编队，第 5,457,447号美国专利(Ghaem等人)公开了其示例性的方面。
5在商业卡车编队的运行中，车辆的中断时间成本很高，对于时间 紧迫的装运来说可能导致全部有效载荷的损失。轮胎管理是卡车编队 管理的主要挑战之一。充气压力保持对轮胎寿命影响很大。如果已知 轮胎ID在车辆上的位置，以及充气压力，那么可以更有效率地计划和 执行维修及替换。
如果可以自动检测压力损失并把该信息发送到编队操作管理人
员，这对于轮胎车辆编队系统是非常有益的。已知轮胎ID、压力损失
率以及在车辆上的位置，编队运行管理人员就能有效率地在车辆路线 上的适当时段安排正确的替换轮胎尺寸和类型，因此使中断时间最小 化。
尽管已经开发了多种车轮位置系统的实施方式，并且利用现有技 术从轮胎或车轮组件无线地转播信息的各种组合，但是没有设计能够 整体上涵盖所有需要的性能，如根据本主题技术的下文所述。
发明内容
结合现有技术中出现的以及本主题涉及的公知的特征，提出了一 种用于自动定位安装在车辆上的每个轮胎的位置的改进技术。
在一个示例性配置中，提出了为安装在车辆上的每个轮胎自动识 别安装位置的方法。
在其更简化的形式之一中，可将障碍物样本放置在车辆行驶路径 上，使得车辆在该障碍物上通过，与各自轮胎相关联的传感器产生信 号，此后分析该信号以确定轮胎在车辆上的位置。
通过本文的详细描述，本主题的其他目的和优点将被阐明或呈现 给本领域技术人员。同时，应进一步理解，对于本主题特别描述的、 涉及的和讨论的特征和元件的修改和变化可应用于本发明的各个实施
例和应用，而不背离本主题的实质和范围。变化可包括但不限于对 于那些描述的、涉及的或讨论的等价装置、特征或步骤的替换，以及 对于各个部分、特征、步骤等等的功能的、操作的或位置的反转。
进一步地，应该明白，本主题的不同的实施例，以及不同的目前 优选的实施例可包括目前公开的特征、步骤、或元件、或其等价物的 各种组合或配置(未在图中明确画出的或未在该图的细节描述中陈述的，包括特征、部分或步骤的组合，或其配置)。本主题的没必要在发 明内容部分表达的其他实施例可包括及合并上述总结的目标中涉及的 特征、部件或步骤，和/或在本申请中另外讨论的其他特征、部件或步 骤的各种组合。本领域技术人员可通过阅读说明书的其他部分更好地 了解这些实施例的特征和方面。
本说明书参考以下附图，为本领域技术人员阐述了本发明的全部 及授权内容，包括其最佳模式，其中
图1描述了根据本主题的第一示例性实施例的轧过楔子阵列的拖 拉机；
图2图示了轮胎通过楔子产生的信号图形； 图3图示了拖拉机-拖车组合的所有车轮位置中的机械串扰； 图4图示了图1所示的拖拉机的第二驱动车轴上的机械串扰； 图5图示了现有的18轮拖拉机-拖车组合的一部分中的相关车轮位 置；以及
图6总体上表示了轮胎以及与该轮胎相关的关联测量方面。 本说明书及附图中重复使用的附图标记代表本发明相同或类似的 特征或元件。
具体实施例方式
如发明内容部分所述，本主题具体涉及用于多轴车辆上所有车轮 (轮胎)的位置的自动确定的方法和系统。
所选的公开技术的方面的组合对应于本发明的多个不同的实施 例。应注意，本文所呈'现和讨论的每个示例性实施例不应暗示为对本 主题的限制。所图示或描述的特征或步骤作为一个实施例的一部分可 用于与其他实施例的方面相结合，以产生其他实施例。此外，某些特 征可与未明确提到的，执行相同或相似的功能的相似的装置或特征交 换。
本主题公开了用于在车辆上自动定位每个轮胎的车轮位置的方 法。总的来说，本主题的方法可描述为通过楔子自动定位。根据本主 题，车辆相对缓慢地轧过设计好的小障碍物或楔子的阵列。根据本主题，至少一个压电传感器与每个车辆轮胎相关联。该压 电传感器可附着于轮胎内部衬垫并与轮胎内部衬垫集成，从而随着轮 胎形状在轧过过程中在时间上的改变来反映轮胎的形状。在解析压电 传感器信号时应考虑压电传感器在轮胎中的位置的选择。
根据本主题；也就是说，通过楔子自动定位，需分析接触片外的 轮胎反挠度。反挠度响应于变化的负载而变化，例如轮胎轧过楔子， 导致轮胎形状改变。 .
下面将具体参考本主题的车轮自动定位(autolocation)系统和方 法的优选实施例。现在参考附图，图1描述了根据本主题的拖拉机100 轧过楔子阵列102， 104。如前文所述，本主题的技术可称为"通过楔子 自动定位"。
本领域技术人员应理解，每个安装在拖拉机100上的轮胎，或者 安装在相关联的拖车上的轮胎具有轮胎内电子模块(ITEM)，分别表 示为142、 144，其包括至少一个压电传感器。基于压电传感器产生的 信号，每个ITEM产生并发送至少部分基于与之相关联的轮胎的形状 变化的信息。此外，每个ITEM可具有在车载存储器中的其他信息。 该其他信息可以是关于特别针对传感器所关联的轮胎的信息，该信息 包含但不限于唯一标识符(ID)、包括制造数据和位置的制造信息、轮 胎类型、以及其他相关信息。为了本公开的目的，假设传感器至少具 有相关联的ID，该ID可与收集的数据以及其他数据一起发送，其他数 据包括，例如车载时钟数据。该已知传感器类型的更具体的讨论是不 必要的，但是可参见上文提及的专利，这些专利就各方面目的合并于 此。
根据本主题，车辆100可缓慢地轧过所设计的小障碍物或楔子 102、 104的阵列，这导致了可预计的反挠度，和来自每个轮胎的相应 的压电信号或"楔子波形"。这些信号，或这些信号的简化描述符，可 由ITEM记录，使得允许对车辆100上的电子控制单元(ECU) 108进 行后续的传输以用于在公共时间窗中分析和比较，例如采用各个信号 的后门同步。该公共时间窗与楔子阵列的几何形状知识相结合，允许 车辆上的所有轮胎位置的时间间隔。
可以通过将来自每个ITEM中的时钟的时间信号与存储的数据相关联，来实现存储的数据的后门同步。 一旦数据被收集，则基于预定 标准产生开始点。随后将收集的数据发送到ECU 108，使得来自每个
ITEM的数据可在精确相同的时将窗内被比较。开启测量时段的预定标 准可与来自ECU 108的开始信号相对应，或也与来自与楔子阵列相关 联的发信号装置的信号相对应。
根据本主题，通过楔子自动定位的过程假设车辆100进入或离开 客户场地或其他指定位置，并将通过楔子自动定位阵列102、 104。车 辆ECU 108将接收来自位于阵列102、 104附近的控制器118的自动定 位开始信号或信标。然后，ECU 108将命令发送给所有ITEM以启动 根据楔子自动定位模式fe]操作。在一些实例中，可快速重复从车辆ECU 108的传输以保证每个ITEM在轮胎接触楔子之前启动自动定位模式。 一旦接收到一个传输并且通过ITEM启动了自动定位模式，其他的传 输可以忽略。车辆IOO可沿箭头方向106相对缓慢地轧过楔子阵列102、 102，以使车辆摇动最小化，并最优化楔子事件之间的时间。所述事件 之间的时间是区分车轮位置的主要变量。
在车轮遇到楔子时，由压电传感器检测到的车轮的形状变化产生 的波形(楔子波形)通常被分组记录，对应于楔子阵列号和间距。如 图1所示，每个路线中有三个倾斜楔子，对应于左路线中的阵列104 中的楔子110、 112、 114,以及右路线中的阵列102中的楔子120、 122、 124。由于压电传感器在轮胎中的位置与楔子接触轮胎胎面的位置一 致， 一些楔子事件可能在反挠度波形中不可见。这种一致性干扰可能 在某种情况下通过限制压电传感器形状变化的幅度而使压电传感器信 号消失。而通过适当地选择楔子间隔，可以将这种一致性限制到不超 过一个楔子信号。
当车辆100被驶过或控制通过楔子阵列102、 104时，每个ITEM 将针对轮胎检测并记录至少一个楔子波形，以及楔子波形检测出现的 时间。可通过多个设计因数或变量的控制来提高楔子波形的识别，其 中因数或变量包括但不限于楔子形状和尺寸、楔子尺寸的变化、阵 列中的间隔和数量、路线之间的阵列间隔、以及楔子倾斜角。根据楔 子构成材料，可能需要考虑其他变量，例如包括硬度和/或楔子材料的 可压縮性。
9根据本主题的示例性实施例，已知具有圆形横截面的楔子不同于 其他形状，例如包括三角形或矩形的楔子，其产生最一致的且可预计 的楔子波形。相似地，亩根据楔子波形振幅随楔子高度增大的事实来 确定适当的楔子尺寸。可通过观测机械串扰来确定楔子高度的适当的 上限。本领域技术人员应理解，可通过观测传感器信号水平来确定楔 子高度的适当的下限。
可通过上升-下降的楔子尺寸的检测来确定路线指定。此外应选择 路线中楔子的间隔和楔子的数量使得轮胎或轮胎对每次只与一个楔子 接触。路线之间的阵列间隔应被配置为使得任何一个轴都不会在相同 的时刻与两个路线中的楔子接触。
最后，楔子相对于车辆100的移动方向的角度或倾斜的选择增加 了双重交变负载效应，其产生可识别的双重轮胎特征波形对，以下将 参考附图2进一步描述。
如图2所示的楔子波形可通过测量相对于零的反挠度信号峰值来 检测，同时忽略任何相反极性接触片压电传感器信号。也可通过在轧 过过程中即将接触楔子之前建立的幅度阈值限制来实现接触片信号的 消除，如果需要，可与期望时间窗相结合。可基于第一转向轮接触和 速度测量结合车辆几何形状和楔子接触布图的知识来确定该期望时间 窗。
由于压电传感器信号可能有噪声，也可通过信号的电压-时间积分
来辅助检测，以改善信噪比(SNR)。信号脉冲的电压-时间面积与电压 峰值幅度成比例。应用于复杂波形SNR的降低的电压-时间积分的实例 是已知的，并可在关于例如EKG信号分析的应用中找到，因此这里不 再进一步描述。
参考图2和6，可以看到图2图示了轮胎通过楔子时产生的信号图 形，而图6总体上示范了轧过楔子的轮胎的机械遭遇。更具体地，图 示的信号图形描述了当车辆100被驱动通过楔子阵列104时，由例如 安装在车辆100上的双轮胎对130、 132的通过而产生的信号。双轮胎 对130、 132被栓在一起，因此当一个轮胎的负载即刻增加时，另一个 轮胎的负载中出现时间上相对应的减少。例如当轮胎130轧过与行驶 路径610相关联的楔子114时，该轮胎的负载增加，如在230 (图2)处所图示的，并机械地描绘于640处(图6)，直到在接触路径620 (图 6)内在630处该楔子被完全包覆。
在这段时间中，在232处可以看到，楔子114被轮胎130完全包 覆，该轮胎负载是恒定的，直到轮胎轧过离开该楔子。在恒定的轮胎 负载期间，压电信号释放。当轮胎130轧过离开楔子114时，如234 处所示，其负载减小，因此压电传感器感测到反挠度减小。信号轨迹 236的剩余的图示部分表示在轮胎130通过阵列104中的其他楔子时产 生的信号。
由于，如前文所述，轮胎130、 132是栓在一起的，以形成双对， 其各自相关联的压电传感器产生的信号彼此充分镜像。在这一点上， 可以注意到，信号轨迹240表示来自与轮胎132相关联的压电传感器 与来自与轮胎130相关联的压电传感器的前述信号基本镜像。
在车辆离开楔子阵列102、 104之后，开始楔子波形分析和对比。 每个ITEM向ECU 108发送描述其楔子阵列遭遇的数据包。该数据包 包括时间，即每个检测的波形的ITEM时钟时间，检测和传输之间流 逝的时间(ITEM时钟时间)，以及ITEMID。该数据包使ECU在ECU 标准化时间框中，即在公共测量时间窗中比较所有ITEM的楔子事件 时间。
此外，由于可能检测到超过一个波形，因此发送每个脉冲的峰值 或电压-时间面积。ECU可对比接收自所有ITEM的所有脉冲面积，并 删除任何与平均脉冲面积相差多于预定值的脉冲。ECU也可通过幅度 对比和排列每个ITEM的所有电压-时间面积。楔子事件的上升或下降 面积可用于提供左或右路线识别的确认证据。
"楔子事件时间"可以是单个的楔子时间，或由ITEM检测到的所有 楔子时间的平均值。可简单地通过考虑两个路线的阵列几何形状知识 来排列所发送的楔子事件时间，从而确定轮胎位置。其他的通常的事 件变量包括但不限于轮胎尺寸、压力、双对压力差、以及轮胎磨损， 其对轮胎位置确定没有显著影响。本领域技术人员应从前文理解，应 该考虑对于各种多轴车辆的在楔子间隔和路线纵向间隔中的变化，例 如调度车上的三个小轮胎双轴可能需要与典型的18轮拖拉机-拖车不 同的楔子配置。然而在任一情况下，左和右路线阵列之间的纵向间隔必须仅限制每次在一个轴上接触。
参考图3，图示了由拖拉机-拖车组合的所有车轮位置中的机械串 扰产生的信号。机械串扰表示为通过车辆悬挂系统的负载转移，同一 时刻的另一车轮位置上出现的楔子信号，但限制于一个轴。
简要参考图5，拖拉机-拖车组合上的各个车轮位置可被识别为转
向车轮500、驱动车轮一510，驱动车轮二 520、拖车轮一 530和拖车 轮二 540。拖拉机-拖车组合的左和右侧可被分别识别为550和560。根 据这些标记并参照附图3，机械串扰信号可识别为左转向302、右转 向304、左驱动一312、右驱动一314、左驱动二322、右驱动二 324、 左拖车一 332、右拖车一 334、左拖车二 342、右拖车二 344。在该描 述中，应理解识别为右驱动二 324的位置的车轮正通过楔子。
由于相同轴上的双对信号与同一时刻出现的双交互负载效应相 反，即幅度相似，但是相位与双交互相反，因此串扰可能是有利的。 例如，如图4所示，可以看到车轮位置520处的驱动轴二的串扰与表 示来自右双对的第一轮胎的示例性信号的信号轨迹414、表示来自左双 对的第一轮胎的示例性信号的信号轨迹412、表示来自右双对的第二轮 胎的示例性信号的信号轨迹424、以及表示来自左双对的第二轮胎的示 例性信号的信号轨迹422相对应。在该示例性配置中，右双对的轮胎 一 (由信号轨迹414表示)遭遇楔子。
尽管参照本主题的特定实施例详细描述了本主题，但本领域技术 人员可基于对上文的理解，很快生产出这些实施例的改造、变化和等 价物。因此，本公开的范围是示例性的，而非限制性的，本主题公开 不排除包含对本主题的这样的修改、变化和/或增加，这些对于本领域 的技术人员来说是显而易见的。
权利要求
1、一种用于自动确定安装在车辆上的轮胎的车轮安装位置的方法，每个轮胎包括与唯一标识相关联的形状变化感测传感器，该方法包括沿预定的行驶路径引导车辆；在该预定行驶路径上提供轮胎形状变化引发障碍物；从每个传感器获得数据；将获得的数据与各自的传感器的唯一标识相关联；以及分析获得的数据以确定轮胎在车辆上的安装位置。
2、 根据权利要求1所述的方法，进一步包括-在轮胎与轮胎形状变化弓I发障碍物接触之前，启动从每个形状变化感测传感器获得数据。
3、 根据权利要求2所述的方法，其中提供轮胎形状变化引发障碍 物包括在所述行驶路径的左路线和右路线的每一个中提供多个障碍物。
4、 根据权利要求3所述的方法，其中所述车辆包括多个轴，在每 个轴上安装至少两个轮胎，该方法进一步包括 校正所述多个障碍物，从而使安装在任一轴上的轮胎不会在同一 时刻在所述行驶路径上的左路线和右路线中都接触障碍物。
5、 根据权利要求4所述的方法，进一步包括在与行驶路径方向非垂直的角度上放置所述多个形状变化引发障 碍物。
6、 根据权利要求4所述的方法，进一步包括提供的多个形状变化引发障碍物为非统一尺寸的障碍物。
7、 根据权利要求1所述的方法，进一步包括将电子控制单元与所述车辆相关联，该电子控制单元包括处理器 部分、存储器部分、接收器部分和发送器部分；其中在该电子控制单元的存储器部分中聚集来自每个形状变化感 测传感器的数据。
8、 一种用于自动确定安装在车辆上的轮胎的车轮安装位置的系统，该系统包括包括多个轴的车辆；每个轴具有至少两个安装在该轴上的轮胎； 与所述车辆相关联的电子控制单元； 包括多个障碍物的行驶路径；与安装在所述车辆上的每个轮胎相关联的形状变化感测传感器； 与每个形状变化感测传感器相关联的存储器装置，所述存储器装置存储唯一标识并用于存储来自所述形状变化感测传感器的数据；以及启动装置，用于启动从与每个轮胎相关联的所述形状变化感测传 感器获取数据。
9、 根据权利要求8所述的系统，其中启动装置包括与所述行驶路 径相关联的信号发送器。
10、 根据权利要求9所述的系统，进一步包括 与所述电子控制单元相关联的存储器，以及 与所述电子控制单元相关联的处理器，其中与所述电子控制单元相关联的存储器用于接收和存储来自与 每个形状变化感测传感器相关联的所述存储器的数据，以及其中所述 处理器用于分析存储在与所述电子控制单元相关联的所述存储器中的 数据以确定安装在所述车.辆上的每个轮胎的安装位置。
11、 根据权利要求.8所述的系统，其中多个形状变化引发障碍物 被放置成与行驶路径方向成非垂直的角度。
12、根据权利要求8所述的系统，其中多个形状变化引发障碍物是非统一尺寸的障碍物。
全文摘要
本发明公开了一种用于识别与车辆相关联的轮胎位置的装置和方法。当车辆在已知或可确定的行驶路径上行驶时，测量轮胎相关参数中可测量的变化。可以分析在一个或多个测量窗中聚集的数据，以确定每个与车辆相关联的各个轮胎的位置。当检测到固定的车辆状态超过预定的时间、预定的横向加速、和/或预定的车速时，可以启动数据的测量和聚集。
文档编号G01M17/00GK101680819SQ200780053408
公开日2010年3月24日 申请日期2007年6月20日 优先权日2007年6月20日
发明者D·A·韦斯顿 申请人:米其林研究和技术股份有限公司;米其林技术公司