專利名稱：多軸車輛上所有輪胎id的自動定位的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的主題涉及車輪位置定位。更具體地，本發(fā)明主題涉及多 軸車輛的所有車輪(輪胎)位置的自動確定的系統(tǒng)和方法。
背景技術：
電子裝置與充氣輪胎結(jié)構(gòu)的結(jié)合顯示了很多實際的優(yōu)點。輪胎電 子設備可包括傳感器和用于獲得關于輪胎的各個物理參數(shù)的信息的其 他部件，所述物理參數(shù)例如為溫度、壓力、輪胎轉(zhuǎn)數(shù)、車速等等。這 些性能信息可用在輪胎監(jiān)控和警報系統(tǒng)中，甚至可用于反饋系統(tǒng)以監(jiān) 控適當?shù)妮喬毫λ健?br> 第5,749,984號美國專利(Frey等人)公開了一種輪胎監(jiān)控系統(tǒng)和 方法，能夠確定例如輪胎撓度、輪胎速度、以及輪胎轉(zhuǎn)數(shù)等信息。第 4,510,484號美國專利(Snyder)公開了另一輪胎電子系統(tǒng)的實例，其 涉及一種異常輪胎狀態(tài)警報系統(tǒng)。
第4，862，486號美國專利(Wing等人)也涉及輪胎電子設備，更 具體地公開了一種與汽車或卡車輪胎結(jié)合使用的示例性的轉(zhuǎn)動計數(shù) 器。
第7,006,946號美國專利(Tyndall)涉及對包括振動傳感器的輪胎 的特殊振動的故意誘導，.用于將信息發(fā)送給與該傳感器相關聯(lián)的電子 設備。
電子系統(tǒng)與輪胎結(jié)構(gòu)結(jié)合的另一潛在能力在于對商業(yè)車輛應用的 資產(chǎn)追蹤和性能評價。商業(yè)卡車編隊、航空飛機和重型推土機/采礦車 輛都是可利用輪胎電子系統(tǒng)和相關信息傳輸?shù)目尚械墓I(yè)。輪胎傳感 器可確定車輛中的每個輪胎已行駛的距離，因此有助于為這些商業(yè)系 統(tǒng)制定維護計劃?？舍槍Ω嘿F的應用最優(yōu)化車輛位置和性能，例如 涉及重型采礦設備的應用?？捎肦P標簽傳輸跟蹤整個車輛編隊，第 5,457,447號美國專利(Ghaem等人)公開了其示例性的方面。
5在商業(yè)卡車編隊的運行中，車輛的中斷時間成本很高，對于時間 緊迫的裝運來說可能導致全部有效載荷的損失。輪胎管理是卡車編隊 管理的主要挑戰(zhàn)之一。充氣壓力保持對輪胎壽命影響很大。如果已知 輪胎ID在車輛上的位置，以及充氣壓力，那么可以更有效率地計劃和 執(zhí)行維修及替換。
如果可以自動檢測壓力損失并把該信息發(fā)送到編隊操作管理人
員，這對于輪胎車輛編隊系統(tǒng)是非常有益的。已知輪胎ID、壓力損失
率以及在車輛上的位置，編隊運行管理人員就能有效率地在車輛路線 上的適當時段安排正確的替換輪胎尺寸和類型，因此使中斷時間最小 化。
盡管已經(jīng)開發(fā)了多種車輪位置系統(tǒng)的實施方式，并且利用現(xiàn)有技 術從輪胎或車輪組件無線地轉(zhuǎn)播信息的各種組合，但是沒有設計能夠 整體上涵蓋所有需要的性能，如根據(jù)本主題技術的下文所述。

發(fā)明內(nèi)容
結(jié)合現(xiàn)有技術中出現(xiàn)的以及本主題涉及的公知的特征，提出了一 種用于自動定位安裝在車輛上的每個輪胎的位置的改進技術。
在一個示例性配置中，提出了為安裝在車輛上的每個輪胎自動識 別安裝位置的方法。
在其更簡化的形式之一中，可將障礙物樣本放置在車輛行駛路徑 上，使得車輛在該障礙物上通過，與各自輪胎相關聯(lián)的傳感器產(chǎn)生信 號，此后分析該信號以確定輪胎在車輛上的位置。
通過本文的詳細描述，本主題的其他目的和優(yōu)點將被闡明或呈現(xiàn) 給本領域技術人員。同時，應進一步理解，對于本主題特別描述的、 涉及的和討論的特征和元件的修改和變化可應用于本發(fā)明的各個實施
例和應用，而不背離本主題的實質(zhì)和范圍。變化可包括但不限于對 于那些描述的、涉及的或討論的等價裝置、特征或步驟的替換，以及 對于各個部分、特征、步驟等等的功能的、操作的或位置的反轉(zhuǎn)。
進一步地，應該明白，本主題的不同的實施例，以及不同的目前 優(yōu)選的實施例可包括目前公開的特征、步驟、或元件、或其等價物的 各種組合或配置(未在圖中明確畫出的或未在該圖的細節(jié)描述中陳述的，包括特征、部分或步驟的組合，或其配置)。本主題的沒必要在發(fā) 明內(nèi)容部分表達的其他實施例可包括及合并上述總結(jié)的目標中涉及的 特征、部件或步驟，和/或在本申請中另外討論的其他特征、部件或步 驟的各種組合。本領域技術人員可通過閱讀說明書的其他部分更好地 了解這些實施例的特征和方面。


本說明書參考以下附圖，為本領域技術人員闡述了本發(fā)明的全部 及授權內(nèi)容，包括其最佳模式，其中
圖1描述了根據(jù)本主題的第一示例性實施例的軋過楔子陣列的拖 拉機；
圖2圖示了輪胎通過楔子產(chǎn)生的信號圖形； 圖3圖示了拖拉機-拖車組合的所有車輪位置中的機械串擾； 圖4圖示了圖1所示的拖拉機的第二驅(qū)動車軸上的機械串擾； 圖5圖示了現(xiàn)有的18輪拖拉機-拖車組合的一部分中的相關車輪位 置；以及
圖6總體上表示了輪胎以及與該輪胎相關的關聯(lián)測量方面。 本說明書及附圖中重復使用的附圖標記代表本發(fā)明相同或類似的 特征或元件。
具體實施例方式
如發(fā)明內(nèi)容部分所述，本主題具體涉及用于多軸車輛上所有車輪 (輪胎)的位置的自動確定的方法和系統(tǒng)。
所選的公開技術的方面的組合對應于本發(fā)明的多個不同的實施 例。應注意，本文所呈'現(xiàn)和討論的每個示例性實施例不應暗示為對本 主題的限制。所圖示或描述的特征或步驟作為一個實施例的一部分可 用于與其他實施例的方面相結(jié)合，以產(chǎn)生其他實施例。此外，某些特 征可與未明確提到的，執(zhí)行相同或相似的功能的相似的裝置或特征交 換。
本主題公開了用于在車輛上自動定位每個輪胎的車輪位置的方 法?？偟膩碚f，本主題的方法可描述為通過楔子自動定位。根據(jù)本主 題，車輛相對緩慢地軋過設計好的小障礙物或楔子的陣列。根據(jù)本主題，至少一個壓電傳感器與每個車輛輪胎相關聯(lián)。該壓 電傳感器可附著于輪胎內(nèi)部襯墊并與輪胎內(nèi)部襯墊集成，從而隨著輪 胎形狀在軋過過程中在時間上的改變來反映輪胎的形狀。在解析壓電 傳感器信號時應考慮壓電傳感器在輪胎中的位置的選擇。
根據(jù)本主題；也就是說，通過楔子自動定位，需分析接觸片外的 輪胎反撓度。反撓度響應于變化的負載而變化，例如輪胎軋過楔子， 導致輪胎形狀改變。 .
下面將具體參考本主題的車輪自動定位(autolocation)系統(tǒng)和方 法的優(yōu)選實施例。現(xiàn)在參考附圖，圖1描述了根據(jù)本主題的拖拉機100 軋過楔子陣列102， 104。如前文所述，本主題的技術可稱為"通過楔子 自動定位"。
本領域技術人員應理解，每個安裝在拖拉機100上的輪胎，或者 安裝在相關聯(lián)的拖車上的輪胎具有輪胎內(nèi)電子模塊(ITEM)，分別表 示為142、 144，其包括至少一個壓電傳感器?；趬弘妭鞲衅鳟a(chǎn)生的 信號，每個ITEM產(chǎn)生并發(fā)送至少部分基于與之相關聯(lián)的輪胎的形狀 變化的信息。此外，每個ITEM可具有在車載存儲器中的其他信息。 該其他信息可以是關于特別針對傳感器所關聯(lián)的輪胎的信息，該信息 包含但不限于唯一標識符(ID)、包括制造數(shù)據(jù)和位置的制造信息、輪 胎類型、以及其他相關信息。為了本公開的目的，假設傳感器至少具 有相關聯(lián)的ID，該ID可與收集的數(shù)據(jù)以及其他數(shù)據(jù)一起發(fā)送，其他數(shù) 據(jù)包括，例如車載時鐘數(shù)據(jù)。該已知傳感器類型的更具體的討論是不 必要的，但是可參見上文提及的專利，這些專利就各方面目的合并于 此。
根據(jù)本主題，車輛100可緩慢地軋過所設計的小障礙物或楔子 102、 104的陣列，這導致了可預計的反撓度，和來自每個輪胎的相應 的壓電信號或"楔子波形"。這些信號，或這些信號的簡化描述符，可 由ITEM記錄，使得允許對車輛100上的電子控制單元(ECU) 108進 行后續(xù)的傳輸以用于在公共時間窗中分析和比較，例如采用各個信號 的后門同步。該公共時間窗與楔子陣列的幾何形狀知識相結(jié)合，允許 車輛上的所有輪胎位置的時間間隔。
可以通過將來自每個ITEM中的時鐘的時間信號與存儲的數(shù)據(jù)相關聯(lián)，來實現(xiàn)存儲的數(shù)據(jù)的后門同步。 一旦數(shù)據(jù)被收集，則基于預定 標準產(chǎn)生開始點。隨后將收集的數(shù)據(jù)發(fā)送到ECU 108，使得來自每個
ITEM的數(shù)據(jù)可在精確相同的時將窗內(nèi)被比較。開啟測量時段的預定標 準可與來自ECU 108的開始信號相對應，或也與來自與楔子陣列相關 聯(lián)的發(fā)信號裝置的信號相對應。
根據(jù)本主題，通過楔子自動定位的過程假設車輛100進入或離開 客戶場地或其他指定位置，并將通過楔子自動定位陣列102、 104。車 輛ECU 108將接收來自位于陣列102、 104附近的控制器118的自動定 位開始信號或信標。然后，ECU 108將命令發(fā)送給所有ITEM以啟動 根據(jù)楔子自動定位模式fe]操作。在一些實例中，可快速重復從車輛ECU 108的傳輸以保證每個ITEM在輪胎接觸楔子之前啟動自動定位模式。 一旦接收到一個傳輸并且通過ITEM啟動了自動定位模式，其他的傳 輸可以忽略。車輛IOO可沿箭頭方向106相對緩慢地軋過楔子陣列102、 102，以使車輛搖動最小化，并最優(yōu)化楔子事件之間的時間。所述事件 之間的時間是區(qū)分車輪位置的主要變量。
在車輪遇到楔子時，由壓電傳感器檢測到的車輪的形狀變化產(chǎn)生 的波形(楔子波形)通常被分組記錄，對應于楔子陣列號和間距。如 圖1所示，每個路線中有三個傾斜楔子，對應于左路線中的陣列104 中的楔子110、 112、 114,以及右路線中的陣列102中的楔子120、 122、 124。由于壓電傳感器在輪胎中的位置與楔子接觸輪胎胎面的位置一 致， 一些楔子事件可能在反撓度波形中不可見。這種一致性干擾可能 在某種情況下通過限制壓電傳感器形狀變化的幅度而使壓電傳感器信 號消失。而通過適當?shù)剡x擇楔子間隔，可以將這種一致性限制到不超 過一個楔子信號。
當車輛100被駛過或控制通過楔子陣列102、 104時，每個ITEM 將針對輪胎檢測并記錄至少一個楔子波形，以及楔子波形檢測出現(xiàn)的 時間?？赏ㄟ^多個設計因數(shù)或變量的控制來提高楔子波形的識別，其 中因數(shù)或變量包括但不限于楔子形狀和尺寸、楔子尺寸的變化、陣 列中的間隔和數(shù)量、路線之間的陣列間隔、以及楔子傾斜角。根據(jù)楔 子構(gòu)成材料，可能需要考慮其他變量，例如包括硬度和/或楔子材料的 可壓縮性。
9根據(jù)本主題的示例性實施例，已知具有圓形橫截面的楔子不同于 其他形狀，例如包括三角形或矩形的楔子，其產(chǎn)生最一致的且可預計 的楔子波形。相似地，畝根據(jù)楔子波形振幅隨楔子高度增大的事實來 確定適當?shù)男ㄗ映叽纭？赏ㄟ^觀測機械串擾來確定楔子高度的適當?shù)?上限。本領域技術人員應理解，可通過觀測傳感器信號水平來確定楔 子高度的適當?shù)南孪蕖?br> 可通過上升-下降的楔子尺寸的檢測來確定路線指定。此外應選擇 路線中楔子的間隔和楔子的數(shù)量使得輪胎或輪胎對每次只與一個楔子 接觸。路線之間的陣列間隔應被配置為使得任何一個軸都不會在相同 的時刻與兩個路線中的楔子接觸。
最后，楔子相對于車輛100的移動方向的角度或傾斜的選擇增加 了雙重交變負載效應，其產(chǎn)生可識別的雙重輪胎特征波形對，以下將 參考附圖2進一步描述。
如圖2所示的楔子波形可通過測量相對于零的反撓度信號峰值來 檢測，同時忽略任何相反極性接觸片壓電傳感器信號。也可通過在軋 過過程中即將接觸楔子之前建立的幅度閾值限制來實現(xiàn)接觸片信號的 消除，如果需要，可與期望時間窗相結(jié)合?？苫诘谝晦D(zhuǎn)向輪接觸和 速度測量結(jié)合車輛幾何形狀和楔子接觸布圖的知識來確定該期望時間 窗。
由于壓電傳感器信號可能有噪聲，也可通過信號的電壓-時間積分
來輔助檢測，以改善信噪比(SNR)。信號脈沖的電壓-時間面積與電壓 峰值幅度成比例。應用于復雜波形SNR的降低的電壓-時間積分的實例 是已知的，并可在關于例如EKG信號分析的應用中找到，因此這里不 再進一步描述。
參考圖2和6，可以看到圖2圖示了輪胎通過楔子時產(chǎn)生的信號圖 形，而圖6總體上示范了軋過楔子的輪胎的機械遭遇。更具體地，圖 示的信號圖形描述了當車輛100被驅(qū)動通過楔子陣列104時，由例如 安裝在車輛100上的雙輪胎對130、 132的通過而產(chǎn)生的信號。雙輪胎 對130、 132被栓在一起，因此當一個輪胎的負載即刻增加時，另一個 輪胎的負載中出現(xiàn)時間上相對應的減少。例如當輪胎130軋過與行駛 路徑610相關聯(lián)的楔子114時，該輪胎的負載增加，如在230 (圖2)處所圖示的，并機械地描繪于640處(圖6)，直到在接觸路徑620 (圖 6)內(nèi)在630處該楔子被完全包覆。
在這段時間中，在232處可以看到，楔子114被輪胎130完全包 覆，該輪胎負載是恒定的，直到輪胎軋過離開該楔子。在恒定的輪胎 負載期間，壓電信號釋放。當輪胎130軋過離開楔子114時，如234 處所示，其負載減小，因此壓電傳感器感測到反撓度減小。信號軌跡 236的剩余的圖示部分表示在輪胎130通過陣列104中的其他楔子時產(chǎn) 生的信號。
由于，如前文所述，輪胎130、 132是栓在一起的，以形成雙對， 其各自相關聯(lián)的壓電傳感器產(chǎn)生的信號彼此充分鏡像。在這一點上， 可以注意到，信號軌跡240表示來自與輪胎132相關聯(lián)的壓電傳感器 與來自與輪胎130相關聯(lián)的壓電傳感器的前述信號基本鏡像。
在車輛離開楔子陣列102、 104之后，開始楔子波形分析和對比。 每個ITEM向ECU 108發(fā)送描述其楔子陣列遭遇的數(shù)據(jù)包。該數(shù)據(jù)包 包括時間，即每個檢測的波形的ITEM時鐘時間，檢測和傳輸之間流 逝的時間(ITEM時鐘時間)，以及ITEMID。該數(shù)據(jù)包使ECU在ECU 標準化時間框中，即在公共測量時間窗中比較所有ITEM的楔子事件 時間。
此外，由于可能檢測到超過一個波形，因此發(fā)送每個脈沖的峰值 或電壓-時間面積。ECU可對比接收自所有ITEM的所有脈沖面積，并 刪除任何與平均脈沖面積相差多于預定值的脈沖。ECU也可通過幅度 對比和排列每個ITEM的所有電壓-時間面積。楔子事件的上升或下降 面積可用于提供左或右路線識別的確認證據(jù)。
"楔子事件時間"可以是單個的楔子時間，或由ITEM檢測到的所有 楔子時間的平均值。可簡單地通過考慮兩個路線的陣列幾何形狀知識 來排列所發(fā)送的楔子事件時間，從而確定輪胎位置。其他的通常的事 件變量包括但不限于輪胎尺寸、壓力、雙對壓力差、以及輪胎磨損， 其對輪胎位置確定沒有顯著影響。本領域技術人員應從前文理解，應 該考慮對于各種多軸車輛的在楔子間隔和路線縱向間隔中的變化，例 如調(diào)度車上的三個小輪胎雙軸可能需要與典型的18輪拖拉機-拖車不 同的楔子配置。然而在任一情況下，左和右路線陣列之間的縱向間隔必須僅限制每次在一個軸上接觸。
參考圖3，圖示了由拖拉機-拖車組合的所有車輪位置中的機械串 擾產(chǎn)生的信號。機械串擾表示為通過車輛懸掛系統(tǒng)的負載轉(zhuǎn)移，同一 時刻的另一車輪位置上出現(xiàn)的楔子信號，但限制于一個軸。
簡要參考圖5，拖拉機-拖車組合上的各個車輪位置可被識別為轉(zhuǎn)
向車輪500、驅(qū)動車輪一510，驅(qū)動車輪二 520、拖車輪一 530和拖車 輪二 540。拖拉機-拖車組合的左和右側(cè)可被分別識別為550和560。根 據(jù)這些標記并參照附圖3，機械串擾信號可識別為左轉(zhuǎn)向302、右轉(zhuǎn) 向304、左驅(qū)動一312、右驅(qū)動一314、左驅(qū)動二322、右驅(qū)動二 324、 左拖車一 332、右拖車一 334、左拖車二 342、右拖車二 344。在該描 述中，應理解識別為右驅(qū)動二 324的位置的車輪正通過楔子。
由于相同軸上的雙對信號與同一時刻出現(xiàn)的雙交互負載效應相 反，即幅度相似，但是相位與雙交互相反，因此串擾可能是有利的。 例如，如圖4所示，可以看到車輪位置520處的驅(qū)動軸二的串擾與表 示來自右雙對的第一輪胎的示例性信號的信號軌跡414、表示來自左雙 對的第一輪胎的示例性信號的信號軌跡412、表示來自右雙對的第二輪 胎的示例性信號的信號軌跡424、以及表示來自左雙對的第二輪胎的示 例性信號的信號軌跡422相對應。在該示例性配置中，右雙對的輪胎 一 (由信號軌跡414表示)遭遇楔子。
盡管參照本主題的特定實施例詳細描述了本主題，但本領域技術 人員可基于對上文的理解，很快生產(chǎn)出這些實施例的改造、變化和等 價物。因此，本公開的范圍是示例性的，而非限制性的，本主題公開 不排除包含對本主題的這樣的修改、變化和/或增加，這些對于本領域 的技術人員來說是顯而易見的。
權利要求
1、一種用于自動確定安裝在車輛上的輪胎的車輪安裝位置的方法，每個輪胎包括與唯一標識相關聯(lián)的形狀變化感測傳感器，該方法包括沿預定的行駛路徑引導車輛；在該預定行駛路徑上提供輪胎形狀變化引發(fā)障礙物；從每個傳感器獲得數(shù)據(jù)；將獲得的數(shù)據(jù)與各自的傳感器的唯一標識相關聯(lián)；以及分析獲得的數(shù)據(jù)以確定輪胎在車輛上的安裝位置。
2、 根據(jù)權利要求1所述的方法，進一步包括-在輪胎與輪胎形狀變化弓I發(fā)障礙物接觸之前，啟動從每個形狀變化感測傳感器獲得數(shù)據(jù)。
3、 根據(jù)權利要求2所述的方法，其中提供輪胎形狀變化引發(fā)障礙 物包括在所述行駛路徑的左路線和右路線的每一個中提供多個障礙物。
4、 根據(jù)權利要求3所述的方法，其中所述車輛包括多個軸，在每 個軸上安裝至少兩個輪胎，該方法進一步包括 校正所述多個障礙物，從而使安裝在任一軸上的輪胎不會在同一 時刻在所述行駛路徑上的左路線和右路線中都接觸障礙物。
5、 根據(jù)權利要求4所述的方法，進一步包括在與行駛路徑方向非垂直的角度上放置所述多個形狀變化引發(fā)障 礙物。
6、 根據(jù)權利要求4所述的方法，進一步包括提供的多個形狀變化引發(fā)障礙物為非統(tǒng)一尺寸的障礙物。
7、 根據(jù)權利要求1所述的方法，進一步包括將電子控制單元與所述車輛相關聯(lián)，該電子控制單元包括處理器 部分、存儲器部分、接收器部分和發(fā)送器部分；其中在該電子控制單元的存儲器部分中聚集來自每個形狀變化感 測傳感器的數(shù)據(jù)。
8、 一種用于自動確定安裝在車輛上的輪胎的車輪安裝位置的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括包括多個軸的車輛；每個軸具有至少兩個安裝在該軸上的輪胎； 與所述車輛相關聯(lián)的電子控制單元； 包括多個障礙物的行駛路徑；與安裝在所述車輛上的每個輪胎相關聯(lián)的形狀變化感測傳感器； 與每個形狀變化感測傳感器相關聯(lián)的存儲器裝置，所述存儲器裝置存儲唯一標識并用于存儲來自所述形狀變化感測傳感器的數(shù)據(jù)；以及啟動裝置，用于啟動從與每個輪胎相關聯(lián)的所述形狀變化感測傳 感器獲取數(shù)據(jù)。
9、 根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其中啟動裝置包括與所述行駛路 徑相關聯(lián)的信號發(fā)送器。
10、 根據(jù)權利要求9所述的系統(tǒng)，進一步包括 與所述電子控制單元相關聯(lián)的存儲器，以及 與所述電子控制單元相關聯(lián)的處理器，其中與所述電子控制單元相關聯(lián)的存儲器用于接收和存儲來自與 每個形狀變化感測傳感器相關聯(lián)的所述存儲器的數(shù)據(jù)，以及其中所述 處理器用于分析存儲在與所述電子控制單元相關聯(lián)的所述存儲器中的 數(shù)據(jù)以確定安裝在所述車.輛上的每個輪胎的安裝位置。
11、 根據(jù)權利要求.8所述的系統(tǒng)，其中多個形狀變化引發(fā)障礙物 被放置成與行駛路徑方向成非垂直的角度。
12、根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其中多個形狀變化引發(fā)障礙物是非統(tǒng)一尺寸的障礙物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于識別與車輛相關聯(lián)的輪胎位置的裝置和方法。當車輛在已知或可確定的行駛路徑上行駛時，測量輪胎相關參數(shù)中可測量的變化?？梢苑治鲈谝粋€或多個測量窗中聚集的數(shù)據(jù)，以確定每個與車輛相關聯(lián)的各個輪胎的位置。當檢測到固定的車輛狀態(tài)超過預定的時間、預定的橫向加速、和/或預定的車速時，可以啟動數(shù)據(jù)的測量和聚集。
文檔編號G01M17/00GK101680819SQ200780053408
公開日2010年3月24日 申請日期2007年6月20日 優(yōu)先權日2007年6月20日
發(fā)明者D·A·韋斯頓 申請人:米其林研究和技術股份有限公司;米其林技術公司