CN107399207A - 轮胎监测方法 - Google Patents

Abstract

一种轮胎监测方法，包含有下列步骤：在车辆行驶中侦测一轮胎的转速；在转速到达一预定转速范围时，通过至少一传感器侦测该轮胎转动时的状态，以形成一第一状态数据；将该第一状态数据与多个路面特征数据比对，以取得对应的该些路面特征数据的其中之一；依据所取得的路面特征数据与该第一状态数据进行运算，以滤除该第一状态数据中所具有的路面特征，得到一第二状态数据；依据该第二状态数据，判断该轮胎的状态是否异常，并在异常时发出一警示信息。藉此，增加行车的安全性。

Description

轮胎监测方法

技术领域

本发明涉及轮胎监测；特别是涉及一种在车辆行驶中监测轮胎状态的轮胎监测方法。

背景技术

现有技术的车辆的无线监测系统多是用于监测胎压、胎温，该无线监测系统包括有多个监测器与一接收器，该些监测器分别安装于车辆的各个轮胎上，用以侦测轮胎的胎压、胎温及发送载有胎压、胎温数据的无线信号至该接收器。该接收器接收各该监测器所发送的胎压后，对胎压、胎温进行监测，在轮胎胎压、胎温发生异常的初期，即发出警告，以达到预防爆胎的效果，避免伤亡事故发生。

现有技术的无线监测系统仅限于侦测胎压、胎温，如何在无线监测系统的架构之下再增添进一步的功能，以提高车辆行驶的安全性，是开发无线监测系统的业者努力的目标。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种轮胎监测方法，可藉由侦测轮胎转动时的状态来判断轮胎是否异常。

为达成上述目的，本发明提供的一种轮胎监测方法应用于一车辆，包含有下列步骤：

A、在该车辆行驶中侦测该车辆的至少一轮胎的转速；

B、在测得的转速到达一预定转速范围时，通过至少一传感器侦测该轮胎转动时的状态，以形成至少一第一状态数据，其中该第一状态数据具有一路面特征；

C、将该第一状态数据与一数据库中的多个路面特征数据比对，以取得与该第一状态数据对应的该些路面特征数据的其中之一，其中该些路面特征数据分别对应多种不同的路面；

D、依据所取得的路面特征数据与该第一状态数据进行运算，以滤除该第一状态数据中所具有的路面特征，得到一第二状态数据；

E、依据该第二状态数据，判断该轮胎的状态是否异常，并在异常时发出一警示信息。

本发明的效果在于，藉由传感器侦测轮胎在转动时的状态，并滤除路面特征后，可得到传感器的原始数据，藉由原始数据可精准地判断轮胎转动时的状态是否异常，增加行车的安全性。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例所应用的无线监测系统。

图2为本发明上述较佳实施例的监测器方块图。

图3为本发明上述较佳实施例的接收器及震动侦测装置方块图。

图4为本发明上述较佳实施例的轮胎监测方法流程图。

图5为一示意图，显示右前轮不平衡造成的晃动。

图6为一示意图，显示右前轮产生外倾角。

图7为一示意图，显示右前轮向外偏转的前束角。

【符号说明】

[本发明]

100无线监测系统

10监测器

122胎压传感器 124震动传感器 126拾音器

128第一重力加速度传感器 14第一处理器

16无线信号发送电路

20接收器

22无线信号接收电路

24第二处理器 242内存

26第二重力加速度传感器

28陀螺仪

200车辆

202轮胎 204车体 206车用计算机

208显示器

θ1偏斜角度 θ2倾角 θ3前束角

D行进方向

i中心线

L铅垂线

P参考平面

具体实施方式

为能更清楚地说明本发明，现列举一较佳实施例并配合附图详细说明如后。请参图1所示，为本发明一较佳实施例轮胎平衡的检测方法所应用的为无线监测系统100，该无线监测系统100设置在一车辆200上，且包含有多个监测器10与一接收器20。

该些监测器10分别装设在该车辆200不同的轮胎202中。该些监测器10的结构都相同，现列举其中一该监测器10为例说明。

请参阅图2，该监测器10包含一胎压传感器122、一以震动传感器(shock sensor)124为例的传感器、一以拾音器126为例的传感器、一以第一重力加速度传感器(G-sensor)128为例的传感器、一第一处理器14与一无线信号发送电路16。该胎压传感器122用于感测轮胎的胎压。该震动传感器124感测轮胎202的转动频率，并输出对应轮胎202转动频率的一电信号，由于该震动传感器124随该轮胎202转动，因此该震动传感器124输出的电信号的频率即为该轮胎202的转动频率。此外，该震动传感器124也用以侦测该轮胎202转动时所产生的震动。该拾音器126用以侦测该轮胎202转动时所产生的震动的声音。该第一重力加速度传感器128用于侦测该轮胎202转动时所产生的重力加速度，本实施例中，该第一重力加速度传感器128为三轴重力加速度传感器，Y轴侦测轮胎在圆周上的切线的轴向的重力加速度，X轴侦测轮胎横向的轴向的重力加速度，Z轴为侦测轮胎在垂直X轴与Y轴的轴向(即垂直于地面方向)的重力加速度。该第一处理器14通过该无线信号发送电路16以无线信号发送胎压数据。

请配合图3，该接收器20设置在该车辆200的车体204中，包括一无线信号接收电路22与一第二处理器24、第二重力加速度传感器26与一陀螺仪28。该无线信号接收电路22接收各该监测器10所发送的无线信号，以取得胎压信息。该接收器20电性连接该车辆200的一车用计算机206，该接收器20将所接收的胎压信息传送至该车用计算机206并通过一显示器208显示。该车用计算机206也接收车辆200行驶中的信息，例如车速、引擎转速、方向盘的转动方向。该第二重力加速度传感器26用以侦测该车体204振动时所产生的重力加速度。该陀螺仪28用以侦测该车体204的行进方向。

藉由上述的结构，即可执行图4所示的轮胎监测方法。

首先，建立一数据库并储存在该第二处理器24的一内存242中，该数据库包括有多个路面特征数据，该些路面特征数据分别对应多种不同的路面(例如柏油路面、水泥路面、砖头路面等)。各该路面特征数据于该车辆200使用新轮胎，并进行平衡校正、四轮定位后，将该车辆200分别行驶在前述各种不同的路面，并实际以该些传感器(震动传感器124、拾音器126、第一重力加速度传感器128)测量的轮胎202的状态而取得。各该路面特征数据包括该些传感器所测的轮胎状态数据，即震动传感器124测得的震动数据、拾音器126测得的声音数据、第一重力加速度传感器128所测得的加速度数据。在不同的路面上所取得的路面特征数据各不相同，藉此，作为一个比对的基础。

接着，在该车辆200行驶中侦测至少一该轮胎202的转速，本实施例各该监测器10的该第一处理器14由该震动传感器124所输出的电信号的频率对应轮胎202的转速，该电信号可以是模拟信号或数字信号。在转速达一预定转速范围时，通过该些传感器(震动传感器124、拾音器126、第一重力加速度传感器128)侦测该轮胎202转动时的状态，以形成一第一状态数据，该第一状态数据包含一第一震动数据、一第一声音数据、一第一加速度数据，且该第一震动数据、该第一声音数据、该第一加速度数据各别具有当前该车辆200所行驶的路面的路面特征。而后，各该第一处理器14将各该第一状态数据通过无线信号发送电路16发送。实务上，可设定在达到该预定转速范围后的一预定时段内侦测该轮胎202转动时的状态及发送第一状态数据，该预定时段可设定为10分钟，超过该预定时段则停止侦测，以节省监测器的电力。

由该接收器20的无线信号接收电路22接收各该第一状态数据并传输至该第二处理器24，该第二处理器24将所接收的任一该第一状态数据与该数据库中的该些路面特征数据比对，例如分别析第一状态数据的该第一震动数据、该第一声音数据、该第一加速度数据与该些路面特征数据的震动数据、声音数据、加速度数据的相似程度，进而找出该些路面特征数据之中与该第一状态数据最相近的一者，以取得与该第一状态数据所对应的路面特征数据。前述的分析方式可以频域及/或时域来分析，藉以找出相近者。较佳者，是震动、声音、加速度三者的数据都进行分析，三者都为最相近的，即是与目前车辆200行驶的路面对应的路面特征数据。当然也可比对震动、声音、加速度的其中之一或其中之二。

而后，该第二处理器24依据所取得的路面特征数据与该第一状态数据进行运算，以滤除该第一状态数据中所具有的路面特征，得到一第二状态数据，该第二状态数据包含一第二震动数据、一第二声音数据、一第二加速度数据。换言之，该第二震动数据、该第二声音数据、该第二加速度数据已不具有当前该车辆所行驶的路面的路面特征，即对应轮胎202的状态。藉由该第二状态数据即可精确地作为判断轮胎202是否为异常的依据。

该第二处理器依据该第二状态数据可至少判断出轮胎平衡、轮胎定位与轮胎老化三种情况的异常，在后说明此三种情况的判断方法。

一、轮胎平衡

轮胎平衡是轮胎202在高速转动的过程中，由于配重不良造成的晃动，其晃动将会使轮胎产生于横向上相对于一参考平面的一偏摆角度θ1的改变(如图5所示以右前轮为例说明)，其中该参考平面P轮胎经平衡调校后平行于胎面的平面。

该第二处理器24依据该第二状态数据中的第二加速度数据判断该轮胎202转动时在X轴的重力加速度(轮胎202横向上的重力加速度)，再依据该第二状态数据中X轴的重力加速度进行运算以对应该轮胎202的该偏摆角度θ1，且在该偏摆角度θ1大于一预定角度时，判断该轮胎202的状态为异常。举例而言，在轮胎202平衡时，轮胎202在横向上与该参考平面P平行时，藉由在该内存242中预先建立平衡时的一参考重力加速度数据，而后再与第二加速度数据比对，即可推算出轮胎202在横向上相对于该参考平面P的偏摆角度θ1。计算时可以第二加速度数据中的X轴加速度数据运算，或以Y轴及Z轴加速度数据运算推算出在X轴上的重力加速度，进而进行运算。除了以重力加速度的变化推算偏摆角度θ1之外，实务上，也可直接以该第二状态数据中的第二加速度数据的X轴重力加速度直接进行运算，以判断偏摆角度θ1是否异常，例如正常状态下，横向上重力加速度是在+/-1G的间周期性变化，偏摆角度θ1异常时，横向上重力加速度大于+/-3G。当该轮胎202转动时横向上的重力加速度大于+/-3G时，判断为异常。

此外，当轮胎202不平衡而在转动过程中产生上、下跳动的情形时，也可由该第二状态数据中的第二加速度数据的Z轴(即垂直于地面方向)重力加速度判断Z轴重力加速度的振幅大小，且在振幅大于一预定范围时，判断该轮胎的状态为异常。举例而言，正常状态下，Z轴重力加速度的振幅是在+/-1G之间周期性变化，当轮胎202不平衡而在转动过程中产生上、下跳动的情形时，Z轴向上的重力加速度的振幅大于预定振幅范围(如+/-3G)时，判断为异常。

由于车辆200行驶中轮胎202晃动所伴随的是轮胎202产生震动，因此，该第二处理器24也可依据该第二状态数据中的第二声音数据判断该轮胎202转动时所产生的声音是否异常。本实施例中，该第二处理器24依据该第二状态数据中的第二声音数据与该内存242中预先储存的一参考声音数据比对，以判断该轮胎202的状态是否为异常，其中该参考声音数据是轮胎202经平衡调校后，行驶在平坦路面上的且经滤除平坦路面的路面特征而得，因此，第二声音数据相对于该参考声音数据有出现噪音，即可得知该轮胎202的状态为不平衡。实务上，也可将该第二声音数据以带通滤波滤除一音频范围以外的声音，以排除非必要的音频。

此外，该第二处理器24也可依据该第二状态数据中的第二震动数据判断该轮胎202转动时所产生的震动是否异常。本实施例中，该第二处理器24依据该第二状态数据中的第二震动数据与该内存242中预先储存的一参考震动数据比对，以判断该轮胎202的状态是否为异常，其中该参考震动数据是轮胎经平衡调校后，行驶在平坦路面上的且经滤除平坦路面的路面特征而得，因此，第二震动数据相对于该参考震动数据有出现异常震动时，即可得知该轮胎202的状态为不平衡。实务上，也可将该第二声音数据以带通滤波滤除一特定频范围以外的震动频率，以排除非必要的震动频率。

在实务上，为了更进一步排除路面的因素，确保轮胎202为不平衡，该第二处理器24更通过该第二重力加速度传感器26侦测车体204的振动频率，依据该振动频率与该内存242预先储存的一参考振动频率比对，以判断该车体204的振动是否为正常振动。本实施例以该振动频率与该参考振动频率相符时，判断该车体204为正常振动，在车体204正常振动且下列任一情况发生时，判断该轮胎202的状态为异常，其中：

在车体204正常振动且该偏摆角度θ1大于该预定角度时，判断该轮胎202的状态为异常；在车体204正常振动且第二加速度数据中Z轴向的垂直加速度的振幅大于预定振幅范围时，判断该轮胎202的状态为异常；在车体204正常振动且第二声音数据相对于该参考声音数据有出现噪音时，判断该轮胎202的状态为异常；在车体204正常振动且第二震动数据相对于该参考震动数据有出现异常震动时，判断该轮胎202的状态为异常。

二、轮胎定位

轮胎定位藉由侦测轮胎的倾角与前束角(toe)来判断是否异常。请配合图6，倾角θ2的定义为轮胎202的中心线i与垂直于地面的铅垂线L之间的夹角，图6所示为右前轮向外倾斜。请配合图7，前束角

θ3的定义为轮胎202的中心线i与车体204行进方向D之间的夹角，图7所示为右前轮向外偏转的前束角θ3。

该第二处理器24依据该第二状态数据中的第二加速度数据判断该轮胎202转动时Z轴向的重力加速度，再依据该第二状态数据中Z轴的重力加速度进行运算以对应该轮胎202的倾角θ2，且在该倾角θ2超出一第一预定角度范围之外时，判断该轮胎的状态为异常，其中该第一预定角度范围是指轮胎202定位完成后，正常状态下的倾角的范围，例如以0度(轮胎202的中心线i与地面垂直)～+10度(轮胎202外倾10度)为该第一预定角度范围。前述是以轮胎202外倾为例说明，但不以此为限，实务上，第一预定角度范围也可以是轮胎202向内倾的角度，或是轮胎202向内倾及向外倾加总的角度范围。举例而言，以轮胎定位完成时，轮胎在Z轴上所测得的重力加速度变化为基础并建立在该内存242中，当轮胎202倾角θ2改变时，重力加速度的变化随之改变，藉由两者重力加速度的变化即可推算出轮胎202的倾角θ2。除了以重力加速度的变化推算倾角θ2之外，实务上，也可直接以测得的重力加速度直接进行运算，以判断倾角θ2是否异常，例如正常状态下，Z轴上重力加速度是在+/-1G之间周期性变化，倾角θ2异常时，Z轴上重力加速度大于+/-3G时。当该轮胎202转动时Z轴的重力加速度大于+/-3G时，判断为异常。

由于左、右轮的倾角θ2不对称也会造成定位不良，因此，也可利用左、右两个相对轮胎202(以左前轮和右前轮为例)上监测器10的第一重力加速度传感器128所测得的第一状态数据中的第一加速度数据之中的一者与该些路面特征数据中的加速度数据比对，以取得对应的路面特征数据中的加速度数据，并进行运算，以滤除第一加速度数据中的路面特征，而分别得到两个第二状态数据的第二加速度数据。而后依据该两个第二加速度数据推算出左前轮和右前轮的的倾角θ2，且在两个轮胎202的倾角θ2不对称时，判断该两个轮胎202的状态为异常。例如，一个轮胎外倾，一个轮胎内倾，则判断为异常。

此外，也可利用第一重力加速度传感器128所测得的第一加速度数据滤除路面特征后，由第二加速度数据推算Y轴的重力加速度。同时，第二处理器24读取该陀螺仪28所测得的数据，而取得车体的行进方向D，并依据第二加速度数据中Y轴的重力加速度与行进方向D进行运算以对应该轮胎202的前束角θ3，在前束角θ3超出一第二预定角度范围之外时，判断该轮胎202的状态为异常，其中该第二预定角度范围是指轮胎202定位完成后，正常状态下的前束角θ3的范围，例如以0度(轮胎202的中心线i与行进方向D平行)～+10度(轮胎202中心线i相对于行进方向D外倾10度)为该第二预定角度范围。前述是以轮胎202相对于行进方向D外倾为例说明，但不以此为限，实务上，第二预定角度范围也可以是轮胎202相对于行进方向D向内倾的角度，或是轮胎202相对于行进方向D向内倾及向外倾加总的角度范围。除了以重力加速度的变化推算前束角θ3之外，实务上，也可直接以测得的重力加速度直接进行运算，以判断前束角θ3是否异常，例如正常状态下，Y轴上重力加速度是在+/-1G之间周期性变化，前束角θ3异常时，Y轴上重力加速度大于+/-3G时。当该轮胎202转动时Y轴向的重力加速度大于+/-3G时，判断为异常。

除了以该陀螺仪28取得该车体204的行进方向，也可由该车用计算机206或由车身网络上取得方向盘的转动方向，方向盘的转动方向即对应车体204的行进方向D。

三、轮胎老化

该第二处理器24藉由该拾音器126所测得的第一声音数据，经滤除路面特征得到第二声音数据后，将该第二声音数据与该内存242所储存的该参考声音数据比对，以判断轮胎202的状态是否为异常。例如，因轮胎的橡胶硬化，导致轮胎202转动时的声音频率改变，藉由比对第二声音数据的频率相对于该参考声音数据的声音频率，相差一定的程度时判断为异常。

此外，该第二处理器24也可藉由该震动传感器124所测得的第一震动数据，经滤除路面特征得到第二震动数据后，将该第二震动数据与该内存242所储存的该参考震动数据比对，以判断轮胎的状态是否为异常。例如，因轮胎的橡胶硬化，导致震动频率改变，藉由比对第二震动数据的频率相对于该参考震动数据的震动频率，相差一定的程度时判断为异常。

无论是轮胎平衡异常、轮胎定位异常或轮胎老化异常，该第二处理器24在判断轮胎异常时，将发出一警示信息，藉以提示用户轮胎202的状态发生异常。该警示信息可通过车用计算机206或是通过车身网络显示在该显示器208上，或是以声音或灯光的形式发出，也可对应不同的异常而发出不同的警示信息。

据上所述，本发明藉由监测器通过传感器侦测轮胎转动时的状态，并滤除路面特征后，可得到传感器的原始数据，藉由原始数据可精准地判断轮胎转动时的状态是否异常，有效增加行车的安全性。

以上所述仅为本发明较佳的可行实施例而已，凡应用本发明说明书及权利要求书所作的等效变化，理应包含在本发明的专利范围内。

Claims (12)

1.一种轮胎监测方法，应用于一车辆，包含有下列步骤：

A、在该车辆行驶中侦测该车辆的至少一轮胎的转速；

B、在测得的转速到达一预定转速范围时，通过至少一传感器侦测该轮胎转动时的状态，以形成至少一第一状态数据，其中该第一状态数据具有一路面特征；

C、将该第一状态数据与一数据库中的多个路面特征数据比对，以取得与该第一状态数据对应的该些路面特征数据的其中之一，其中该些路面特征数据分别对应多种不同的路面；

D、依据所取得的路面特征数据与该第一状态数据进行运算，以滤除该第一状态数据中所具有的路面特征，得到一第二状态数据；

E、依据该第二状态数据，判断该轮胎的状态是否异常，并在异常时发出一警示信息。

2.如权利要求1所述的轮胎监测方法，其中步骤B中该传感器为一重力加速度传感器，用以侦测该轮胎转动时在横向上的重力加速度，以形成该第一状态数据所包括的一第一加速度数据；步骤C中，各该路面特征数据包括一加速度数据；步骤D中该第二状态数据包括一第二加速度数据；步骤E中依据该第二状态数据的第二加速度数据进行运算，以判断该轮胎的状态是否为异常。

3.如权利要求2所述的轮胎监测方法，其中步骤D中依据第二状态数据的第二加速度数据进行运算以对应该轮胎的一偏摆角度，且在该偏摆角度大于一预定角度时，判断该轮胎的状态为异常。

4.如权利要求3所述的轮胎监测方法，其中步骤E中包含侦测该车辆的车体的振动频率，依据该振动频率与一参考振动频率比对，以判断该车体的振动是否为正常振动，在该偏摆角度大于该预定角度且该车体为正常振动时，判断该轮胎的状态为异常。

5.如权利要求1所述的轮胎监测方法，其中步骤B中该传感器为一重力加速度传感器，用以侦测该轮胎转动时垂直于地面的方向的重力加速度，以形成该第一状态数据所包括的一第一加速度数据；步骤C中，各该路面特征数据包括一加速度数据；步骤D中该第二状态数据包括一第二加速度数据；步骤E中依据该第二状态数据的第二加速度数据判断垂直于地面的方向的重力加速度的振幅，且在振幅大于一预定振幅范围时，判断该轮胎的状态为异常。

6.如权利要求5所述的轮胎监测方法，其中步骤E中包含侦测该车辆的车体的振动频率，依据该振动频率与一参考振动频率比对，以判断该车体的振动是否为正常振动，在垂直于地面的方向的重力加速度的振幅大于该预定振幅范围且该车体为正常振动时，判断该轮胎的状态为异常。

7.如权利要求1所述的轮胎监测方法，其中步骤B中该传感器为一重力加速度传感器，用以侦测该轮胎转动时的重力加速度，以形成该第一状态数据所包括的一第一加速度数据；步骤C中，各该路面特征数据包括一加速度数据；步骤D中该第二状态数据包括一第二加速度数据；步骤E中依据该第二状态数据的第二加速度数据进行运算，以判断该轮胎的状态是否为异常。

8.如权利要求7所述的轮胎监测方法，其中步骤E中包含判断该车辆的车体的行进方向，并依据该行进方向与该第二状态数据的第二加速度数据进行运算以对应该轮胎的前束角，且在该轮胎的前束角超出一预定角度范围之外时，判断该轮胎的状态为异常。

9.如权利要求7所述的轮胎监测方法，其中步骤E中依据该第二状态数据的第二加速度数据进行运算以对应该轮胎的倾角，且在该轮胎的倾角超出一预定角度范围之外时，判断该轮胎的状态为异常。

10.如权利要求1所述的轮胎监测方法，其中步骤B中通过两个该传感器分别侦测该车辆左、右相对的两个该轮胎转动时的状态，以分别形成两个该第一状态数据，其中各该传感器为重力加速度传感器，各该第一状态数据包括一第一加速度数据，各该第一加速度数据对应各该重力加速度传感器所测得的重力加速度；步骤C中，各该路面特征数据包括一加速度数据，且将该两个第一状态数据之中的一者与该些路面特征数据比对；步骤D中依据所取得的路面特征数据分别与该两个第一状态数据进行运算，以滤除该两个第一状态数据中所包含的路面特征，分别得到两个该第二状态数据，各该第二状态数据包括一第二加速度数据；步骤E中依据该两个第二状态数据的第二加速度数据对应该两个轮胎各别的倾角，且在该两个轮胎的倾角不对称时，判断该两个轮胎的状态为异常。

11.如权利要求1所述的轮胎监测方法，其中步骤B中该传感器为一拾音器，用以侦测该轮胎转动时产生的声音，该第一状态数据包括一第一声音数据；步骤C中，各该路面特征数据包括一声音数据；步骤D中该第二状态数据包括一第二声音数据；步骤E中依据该第二状态数据的第二声音数据与该数据库中的一参考声音数据比对，以判断该轮胎的状态是否为异常。

12.如权利要求1所述的轮胎监测方法，其中步骤B中该传感器为一震动传感器，用以侦测该轮胎转动时产生的震动，该第一状态数据包括一第一震动数据；步骤C中，各该路面特征数据包括一震动数据；步骤D中该第二状态数据包括一第二震动数据；步骤E中依据该第二状态数据的第二震动数据与一参考震动数据比对，以判断该轮胎的状态是否为异常。