专利名称：用于监控车辆轮胎的负荷的方法
技术领域：
本发明涉及用于监控车辆轮胎的负荷的方法。
背景技术：
车辆轮胎的任何过负荷会导致轮胎的弯曲度增大。在增大的弯曲度下工作会导致 车辆的燃料消耗增大以及轮胎的磨损度升高。特别地，车辆轮胎的负荷增大会是车辆单侧 加荷或不均勻加荷的结果，从而使车辆左侧的轮胎比车辆右侧的轮胎处于显著更重的负荷 下，或者反之，使车辆右侧的轮胎比车辆左侧的轮胎处于显著更重的负荷下。
发明内容
因此，本发明的目的是指出一种可靠地识别车辆轮胎的过负荷的方式。该目的是通过具有权利要求1中描述的特征的方法解决的。本发明的有利的进一 步的改进是从属权利要求的主题。在行驶期间，车辆轮胎各自用一圆周段接触路面。当轮胎在行驶期间滚动时，轮胎 在发生接触的圆周段的起点和终点都发生变形。通常，该圆周段的长度被称为轮胎接触区 域或轮胎接触长度，并且该圆周段的长度越大，轮胎的负荷就越高或者轮胎充气压力就越 低。在根据本发明的方法中，利用安装到轮胎上并且包含发射器和信号装置的监控装 置，其中信号装置在每次到达轮胎的接触路面的圆周段的起点时产生第一信号，并且在每 次到达轮胎的接触路面的圆周段的终点时产生第二信号。这样的信号装置可以例如是加速度传感器，诸如通常安装在许多轮胎充气压力监 控装置中的那些。如果安装到轮胎上的加速度传感器到达轮胎的接触路面的区段，则加速 度传感器的事先沿着圆弧延伸的路径变成与轮胎接触长度相对应的扁平区段。这种从沿着 圆弧延伸的位移的偏离导致传感器距离车轮旋转轴的距离暂时减小。这会导致作用在加速 度传感器上的力发生改变，并因此导致加速度传感器产生信号。由于传感器在经过轮胎接触长度时距离车轮旋转轴的距离发生减小，所以离心加 速度暂时减小。在根据本发明的方法中，离心加速度的减小可以因此被用作第一信号，并且 在已经经过轮胎接触长度之后，离心加速度的增大可以被用作第二信号。另外，加速度传感器的在经过轮胎接触长度时成为扁平的路径还会导致轨迹加速 度(path acceleration)发生改变。具体地，轮胎接触长度比在该时间期间在轮胎没有因 为与路面接触而成为扁平的情况下传感器所经过的圆弧的长度稍短。这就是当传感器到达 轮胎接触长度的起点或终点时切向加速度显著改变的原因。所使用的信号装置也可以是这样的发生器，其通过在车辆运转期间发生的轮胎的 弯曲来驱动，并且因此在每次载持它的轮胎区段发生变形时产生作为信号的电压脉冲。这 是恰好在发生器到达轮胎的接触路面的圆周段的起点或终点时的情况。特别适合的是压电 发生器。这样的发生器可以例如以小板或箔片的形式附着在轮胎的内侧。这样的压电发生器在轮胎弯曲时发生变形，从而产生电压脉冲。在行驶期间，信号装置因此每逢到达接触路面的圆周段的起点时就产生第一信号 或电压脉冲，并且每逢到达接触路面的圆周段的终点时就产生第二信号或电压脉冲。第一 信号和第二信号之间的时间间隔相对较短，这是因为轮胎的接触路面的圆周段仅代表整个 圆周的一小部分。相反，第二信号和第一信号之间的时间间隔相对较长，这是因为轮胎在该 时间期间必需几乎旋转一整圈以便确保信号发生器再次从接触路面的圆周段的终点返回 到发生接触的圆周段的起点。在不改变行驶速度的情况下，第一和第二信号之间的时间间隔与轮胎的接触路面 的圆周段的长度成比例。在不改变速度的情况下，相应地，第二和第一信号之间的时间间隔 越短，轮胎接触长度就越长。因此可以通过将第一或第二时间间隔与参考值进行比较来确 定危急轮胎负荷(critical tire load)。轮胎的参考值可以例如被定义为与车辆的相反一侧的轮胎的第一和第二信号之 间的时间间隔相关。在最简单的情况下，相反地安装在车辆另一侧的轮胎的第一和第二信 号之间的时间间隔可以被定义为轮胎的参考值；这意味着例如，左侧前轮轮胎的第一和 第二信号之间的时间间隔可以用作右侧前轮轮胎的参考值，反之亦然。对于均勻加荷的车辆，至少只要车辆笔直向前行驶，车辆的左侧和右侧的轮胎接 触长度具有相等的大小。如果在相反地布置在车辆的不同侧的轮胎的情况下，第一和第二 信号之间的时间间隔相互不同，则这表明车辆的不均勻加荷。如果相反布置的轮胎的时间 间隔之间的差值相互间相差大于预定义的阈值，则可以产生警告信号，该警告信号促使车 辆的驾驶者注意该事实。也可以将警告信号发送给动态驱动控制系统(例如ESC或ESP系 统)，从而可以在危急行驶状况下考虑不均勻加荷。本发明的有利改进在于参考值被定义为与车辆速度相关。具体地，第一和第二脉 冲之间的时间间隔在车辆速度给定的情况下与轮胎接触长度成比例。例如，可以根据第一 和第二信号之间的时间间隔、与轮胎旋转一整圈所需的时间T的比率来将轮胎接触长度L 近似地计算为L = 2 π rti/T，其中r为轮胎的半径。利用轮胎接触长度的目标值Ltawt，因此可以将第一和第二信号之间的时间间隔 、的参考值R定义为例如与速度相关的R = LtargetT/2 π r。如果通过例如将参考值选择为与车辆速度成反比的值而将参考值定义为与车辆 速度相关，则因此可以使用第一和第二信号之间的时间间隔、与参考值R之间的差值作为 轮胎接触长度L的度量并使该差值对例如动态驱动控制系统而言可用。如果轮胎接触长度 超过预定义的阈值，则这表明可能是由车辆的过负荷或不足的轮胎充气压力引起的轮胎过 负荷。这就是优选地在轮胎接触长度超过预定义的阈值的情况下产生警告信号的原因。该 警告信号可以例如是促使驾驶者注意轮胎过负荷的可视或可听警告信号。为了定义参考值，速度也可以有利地通过测量第二和第一信号之间的时间间隔来 确定。具体地，第一信号和第二信号之间的时间间隔、与第二信号和随后的第一信号之间 的时间间隔t2的总和对应于轮胎旋转一整圈所需的时间T。参考值可以因此通过例如将预 定义的常数乘以第二信号和第一信号之间的时间间隔而被定义为与车辆速度相关。另一种 可能的方案是例如将参考值定义为第一信号和第二信号之间的时间间隔与第二信号和下 一个第一信号之间的时间间隔的总和与常数的乘积。
将参考值定义为与速度相关的等效可能方案是使用第一和第二时间间隔来计算 商(例如、八2或、/(、+、))并将该值与预定义为参考值的常数进行比较。通过应用根据本发明的方法，不仅可以有利地确定轮胎的过负荷(即过大的轮胎 接触长度)，还可以确定轮胎离开路面。通过评估时间间隔与参考值之间的差值，因此还可 以优选地检查轮胎是否离开路面；如果检测到轮胎离地，则利用警告信号将该事实发送给 动态驱动控制系统。也就是，如果尽管从车辆一侧的轮胎仍然发送来了相继的信号但来自 车辆另一侧轮胎的信号却未能到达，则可以推断出信号未能到达的轮胎不再与路面有任何 接触。在这样的状况下，可以通过动态驱动控制系统采取适当的动作来防止事故发生或者 减轻事故的后果。用于根据本发明的方法的轮胎充气压力监控装置可以是具有用于测量轮胎充气 压力的压力传感器的轮胎充气压力监控装置。现有技术的轮胎充气压力监控装置可从例如 DE 10 2004 026 035B4 或 DE 102 17 239 Al 获知。然而，也可以应用根据本发明的方法来实现不包含任何压力传感器的轮胎充气压 力监控装置。为了实现该方案，通过评估相继信号之间的时间间隔来确定轮胎接触长度并 将该轮胎接触长度与阈值进行比较。具体地，过长的轮胎接触长度也是轮胎充气压力不足 的标志。因此，本发明还涉及通过安装到轮胎上并且包含发射器和信号装置的监控装置来 确定轮胎接触长度的方法，所述信号装置在每次到达轮胎的接触路面的圆周段的起点时产 生第一信号，并且在每次到达轮胎的接触路面的圆周段的终点时产生第二信号，其中测量 相继信号之间的时间间隔并根据该时间间隔计算轮胎接触长度。优选地，将轮胎接触长度 与参考值进行比较，在超过阈值的情况下产生警告信号。具有通过在车辆运转期间发生的轮胎弯曲来驱动的发生器的充气压力监控装置 有利地不需要任何电池，因此具有基本上不受限制的使用寿命。优选地，这样的轮胎充气压 力监控装置具有能够在加速行驶期间被充电的储能装置(例如电容器或蓄电池)，因此允 许在减速行驶期间或者即使在车辆处于停止时也允许暂时地进行更密集的测量和发射活动。通过利用轮胎充气压力监控装置，根据本发明的方法可以得到实现而无需任何额 外的硬件花费，并且因此以节省成本的方式得到实现。特别地，还有利的是，如果利用轮胎 充气压力监控装置，则参考值可以被定义为与轮胎充气压力相关。第一和第二信号之间的时间间隔与参考值的比较可以在监控装置中进行。然而， 优选的是，监控装置发射关于时间间隔的信息，并且由车辆的中央单元做出比较，所述中央 单元接收监控装置的无线电信号。为了从第一和第二时间间隔确定车辆速度，需要知道轮胎直径，所述轮胎直径常 常仅知道近似值。不准确性也可能是车辆速度在相继信号之间发生改变的结果。这可以 通过对每个车轮使用至少两个信号装置来抵消，所述信号装置布置成沿圆周方向相互间隔 开。信号装置于是将以时间延迟的方式产生第一和第二信号。车辆速度和轮胎接触长度可 以通过评估时间延迟来以增大的精确度确定而无需知道轮胎直径。由此，本发明的有利的进一步的改进在于利用在每次到达轮胎的接触路面的圆 周段的起点时产生第一信号，并且在每次到达轮胎的支撑在路面上的圆周段的终点时产生 第二信号的第二信号装置，并且评估第一信号装置的信号和第二信号装置的信号之间的时间延迟并使用该时间延迟来定义参考值或计算轮胎接触长度。优选地，两个信号装置是信号监控装置的一部分。有利地，发生器可以例如布置在 监控装置的两端，这两端位于圆周方向上的相反两侧。优选地，两个信号装置附加地被用于确定车轮的旋转方向。该信息可以用于区分 右侧车轮和左侧车轮，并因此可以用于将车轮电子系统分配给车辆的适当车轮位置。
根据本发明的方法的更多的细节和优点将通过示例性实施例并参照附图来说明。图1是示出具有监控装置的轮胎的示意图，所述轮胎接触路面。图2是示出在轮胎的一个旋转期间加速度传感器的信号时序的示意图。附图标记1 轮胎2轮胎接触长度的起点3轮胎接触长度的终点4监控装置D 箭头
具体实施例方式图1是示出轮胎1的示意图，所述轮胎1具有安装到轮胎1上的包含发射器、控制 单元和信号装置(例如发生器或加速度传感器)的监控装置4。轮胎用点2和3之间的圆 周段接触路面。通常，该圆周段被称为轮胎接触区域或轮胎接触长度。如果车辆沿箭头D的方向移动，则包含有发生器的监控装置4在点3到达轮胎接 触长度的起点。在该时间点、，产生第一电压脉冲作为第一信号。稍后，即在时间点ta，监 控装置4到达轮胎接触长度的终点即点2。在那里，轮胎重新呈现其初始形状，这意味着轮 胎再次变形，从而使监控装置4的发生器产生第二电压脉冲作为第二信号。第一电压脉冲 和第二电压脉冲之间的时间间隔是、。随着轮胎进一步旋转，监控装置4在时间间隔t2之 后重新到达轮胎接触长度的起点，从而再次产生第一电压脉冲。为了监控车辆轮胎的负荷，把对各个单独的车辆轮胎确定的时间间隔、或从其中 计算的值与参考值进行比较。在最简单的情况下，特别是在笔直向前行驶期间，参考值可以 是相反地布置在车辆另一侧的车辆轮胎的时间间隔、的值。例如，两个前轮的时间间隔、 可以相互比较。如果左侧车辆轮胎的时间间隔与相应的右侧车辆轮胎的时间间隔显著不 同，则这表明车辆的不均勻加荷。通过评估时间间隔，因此可以获得关于车辆轮胎的负荷的 信息，其中可以例如经由连接到从监控装置4接收无线电信号的中央单元的总线使所述信 息对动态驱动控制系统而言可用。时间间隔、与之比较的参考值可以特别地被定义为与车辆速度相关，以确定车辆 轮胎负荷的绝对值。例如，可以通过评估第一和第二电压脉冲之间的时间间隔、以及第二 和第一电压脉冲之间的时间间隔t2来确定车辆速度。具体地，两个时间间隔、和t2的总 和对应于车轮旋转一圈所需的时间T。轮胎接触长度L可以近似地计算为L = 2 ^irt1A, 其中r是轮胎的半径。轮胎接触长度的目标值Ltmgrt因此可以用于将第一和第二电压脉冲之间的时间间隔、的参考值R定义为例如与速度相关的R = Ltarget (、+、) /2 π r。为了监控轮胎负荷，也可以将商、八2或、/(、+、)与预定义的参考值进行比较， 这从数学观点来看是等效的。也就是，不管是将常数(例如没有预定义为与速度相关的参 考值)与这样的商值进行比较，还是将第一时间间隔、与预定义为和速度相关的参考值进 行比较，结果是相同的。优选地，监控装置4的发生器是压电发生器。这样的发生器可以例如以板或箔的 形式附着在轮胎的内侧。当轮胎发生变形时，发生器也发生变形，从而产生电压脉冲。也可以使用作为加速度传感器的信号装置来代替发生器。图2是示出在轮胎旋转 一圈期间加速度传感器的信号时序的示意图。加速度a以任意单位相对于时间t绘出。用 于测量切向加速度的传感器提供了由到达和离开轮胎接触长度时的两个峰Al、A2表征的 信号时序。这两个峰具有不同的正负号，并且因此可以分别用作第一和第二信号，而不会有 任何问题。用于测量离心加速度的传感器提供了图2中用B表示的信号时序。分别反映轮胎 接触长度的到达和离开的第一和第二信号可以例如通过对信号时序B求微分(即通过求信 号时序B关于时间的导数)来形成。作为原则问题，轮胎接触长度L可以用于获得关于轮胎充气压力的信息。然而，所 描述的方法可以最有利地应用于这样的监控装置其除了发射器、控制单元和发生器之外， 还包含压力传感器，最优选地还包含温度传感器。以这种方式，该方法可以应用于常规监控 装置，诸如例如从WO 03/095245 Al中可获知的那些。另外，第一和第二电压脉冲之间的时 间间隔、与之比较的参考值可以有利地被定义为与轮胎充气压力相关。为了提高该方法的可靠性，也可以统计地评估时间间隔。例如，轮胎的预定数目的 第一时间间隔的平均值或者轮胎的预定数目的相继的第一时间间隔的总和可以与布置在 相反一侧的轮胎的相应值进行比较。为了与速度相关地进行评估，可以从第一时间间隔和 第二时间间隔形成商，或者可以从第一时间间隔与第一和第二时间间隔的总和形成商，并 且通过计算许多这样的商并形成平均值来统计地对商进行评估。上述用于确定轮胎接触长度的方法的准确度可以通过利用第二信号装置来提高， 所述第二信号装置也在每次到达轮胎的接触路面的圆周段的起点时产生第一信号，并且在 每次到达轮胎的接触路面的圆周段的终点时产生第二信号。第一信号装置和第二信号装置 的第一信号于是以一时间延迟彼此相继出现，所述时间延迟取决于两个信号装置之间的距 离，所述距离沿圆周方向测量。两个信号装置的第二信号也以相应的方式以一时间延迟彼 此相继出现。车辆速度和轮胎接触长度可以通过评估第一信号装置的信号与第二信号装置 的信号之间的时间延迟来确定。具体地，车辆速度ν可以从两个信号装置之间的距离s (所述距离沿圆周方向测 量)以及第一和第二信号装置的信号之间的时间延迟At计算为ν = s/At。1^ = ^、可 应用于轮胎接触长度L，其中、代表信号装置的第一和第二信号之间的时间间隔。轮胎接 触长度L = s ·、/ Δ t由这两个等式产生。轮胎接触长度的目标值Ltawt可以因此用于将第一和第二电压脉冲之间的时间间 隔、的参考值R计算为例如R = Ltogrt · At/s。如果信号装置的第一和第二信号之间的 时间间隔超过该阈值，则存在车辆轮胎过负荷，其中所述过负荷可以通过警告信号指示给用户。如果利用以所定义的方式布置的两个信号装置，则附加地可以确定车轮的旋转方 向。这可以用于区分右侧和左侧车轮。由此，可以使将轮胎充气压力监控装置分配给车辆 的车轮位置变得容易。以相似的方式，车轮的旋转频率可以与车辆上可用的其它传感器数据(ABS角度 信号)结合使用以将监控装置分配给车轮位置。
权利要求
1.一种通过监控装置(4)来监控车辆轮胎的负荷的方法，所述车辆轮胎在行驶期间各 自用一圆周段接触路面，所述监控装置(4)安装在轮胎(1)上并且包含发射器和信号装置， 所述信号装置在每次到达所述轮胎(1)的接触路面的所述圆周段的起点时产生第一信号， 并且在每次到达所述轮胎(1)的接触路面的所述圆周段的终点时产生第二信号，其中测量相继信号之间的时间间隔，将所述时间间隔或从所述时间间隔计算的值与参考值进行比较，并且如果在所述比较中检测到的差值超过预定义的值，则产生警告信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述监控装置(4)是具有用于测量轮胎充气 压力的压力传感器的轮胎充气压力监控装置。
3.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，轮胎(1)的参考值被定义为 与车辆的相反一侧的轮胎⑴的相继信号之间的时间间隔相关。
4.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述参考值被定义为与车辆 速度相关。
5.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，测量第一和第二信号之间的 第一种时间间隔U1)以及第二和第一信号之间的第二种时间间隔(t2)，其中将这些时间间 隔中的一种或者从这些时间间隔中的一种计算的值与参考值进行比较，并使用这些时间间 隔中的另一种来定义所述参考值。
6.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，通过评估所述时间间隔来计 算所述轮胎(1)的接触区域的度量。
7.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，评估所述时间间隔来检查轮 胎(1)是否离开路面，并且如果检测到轮胎(1)离地，则向动态驱动控制系统通知该事实。
8.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述信号装置是通过所述轮 胎(1)的弯曲来驱动的发生器，所述弯曲在车辆运转期间发生。
9.如权利要求1至7中的任一项所述的方法，其特征在于，所述信号装置是加速度传感器。
10.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，利用第二信号装置，所述第 二信号装置在每次到达所述轮胎(1)的支撑在路面上的所述圆周段的起点时产生第一信 号，并且在每次到达所述轮胎(1)的支撑在路面上的所述圆周段的终点时产生第二信号， 并且评估所述第一信号装置的信号和所述第二信号装置的信号之间的时间延迟并使用所 述时间延迟来定义所述参考值。
全文摘要
本发明涉及一种通过监控装置(4)来监控车辆轮胎的负荷的方法，所述车辆轮胎在行驶期间各自用一圆周段接触路面，所述监控装置(4)安装在轮胎(1)上并且包含发射器和通过轮胎(1)的弯曲来驱动的发生器，所述弯曲在车辆运转期间发生，其中发生器在每次到达轮胎(1)的接触路面的圆周段的起点时产生第一电压脉冲，并且在每次到达轮胎(1)的接触路面的圆周段的终点时产生第二电压脉冲，测量第一和第二电压脉冲之间的时间间隔(t1)，将时间间隔(t1)或从时间间隔(t1)计算的值与参考值进行比较，并且如果在所述比较中检测到的差值超过预定义的值则产生警告信号。
文档编号B60W30/04GK102145639SQ20111003525
公开日2011年8月10日 申请日期2011年2月1日 优先权日2010年2月5日
发明者H·特勒格尔, M·瓦格纳 申请人:博格华纳贝鲁系统股份有限公司