车轮及用于车轮的参数测量方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及一种车轮及用于车轮的参数测量方法。
背景技术
[0002]
现有技术只能测量车轮转速，不能测量轮胎的
滚动半径，因此不能准确计算出轮胎在接地处的线速度。
[0003] 这些缺点和问题产生的原因如下：
[0004] 车辆在运动时，轮胎在车辆的
载荷下发生
变形，导致轮胎的滚动半径不等于其自由状态下的充气半径。因此用自由状态下的充气半径来代替滚动半径误差较大。
[0005] 现阶段由于
汽车行驶过程中不能适时掌握轮胎的接地状况及受
力情况，导致汽车
操纵性控制
精度不高，诸多危险工况不能提前预警。尤其是在车轮发生侧滑的危险工况下，汽车不能提前预警，只能被动处置。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于提供一种车轮，以解决现有技术中存在的上述技术问题。
[0007] 本发明提供的车轮，包括
轮辋以及安装在所述轮辋上的轮胎，所述轮辋的外表面上安装有测距仪，通过所述测距仪实时测量所述轮辋外表面和所述轮胎内表面的径向距离。
[0008] 进一步地，所述轮辋、所述轮胎和所述测距仪同轴转动。
[0010] 进一步地，所述测距仪采用粘接的方式安装在所述轮辋的外表面上。
[0011] 进一步地，所述测距仪采用机械连接的方式安装在所述轮辋的外表面上。
[0012] 进一步地，所述测距仪采用连接件安装在所述轮辋的外表面上。
[0014] 进一步地，所述轮辋的外表面的中心
位置安装有所述测距仪。
[0015] 本发明提供的车轮，具有如下优点：
[0016] 在车辆运动的过程中，测距仪随轮辋一起滚动，并以一定的
频率实时测量轮辋外表面和轮胎内表面的距离，并将该距离数值实时传输给车辆的
控制器，为车辆动力学控制提供轮胎滚动半径参数。
[0017] 而且轮胎在滚动过程中会发生周期性的变形，因此测距仪在转过一周的过程中，测得的轮辋外表面和轮胎内表面距离的数值会发生周期性变化，该周期即为轮胎的转动周期，据此可以计算出车轮的转速。
[0018] 此外，本
申请还提供了一种用于上述车轮的参数测量方法，包括如下步骤：
[0019] 在车轮的一个转动周期内对轮辋外表面和轮胎内表面的径向距离进行测量，以获得多个距离参数和相对应的轮胎转动
角度；
[0020] 根据轮胎转动角度关于时间的函数以及所述多个距离参数和相应的轮胎转动角度，获得轮辋外表面和轮胎内表面的径向距离关于时间的函数；
[0021] 根据轮辋的固定半径以及函数，可获得轮胎的滚动半径关于时间的函数，从而获得轮胎的实时滚动半径。
[0022] 进一步地，根据轮胎的自由半径与轮胎的滚动半径之间的差值，得到轮胎在当前载荷下的下沉量；
[0023] 所述轮胎的自由半径是所述轮胎在标准充气压力下，承受载荷为零的状态下的轮廓半径。
[0024] 进一步地，根据轮胎的自由半径以及轮胎的滚动半径，计算得到轮胎
接地印痕长度。
[0025] 进一步地，在轮胎转动一周内，对轮辋外表面和轮胎内表面的径向距离进行测量的频率为f0,根据频率f0计算得到连续两次测量之间的时间间隔；
[0026] 根据所述接地印痕长度以及时间间隔，计算得到轮胎
滚动速度。本发明提供的用于上述车轮的参数测量方法，具有如下优点：
[0027] 通过一种简单的传感器集成系统，能够实现汽车控制中轮胎滚动半径、轮胎下沉量、轮胎接地印痕、轮胎滚动速度和轮胎的垂向载荷的计算，尤其是实现了轮胎滚动半径的实时精确测量，大大提高了汽车动力学控制精度。
[0028] 此外，本申请还提供了一种汽车，包括上述的车轮。
附图说明
[0029] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030] 图1为本发明
实施例提供的车轮的结构示意图。
[0031] 图2为本发明实施例提供的用于车轮的参数测量方法的参数几何关系示意图。
[0032] 图3为本发明实施例提供的用于车轮的参数测量方法的理论上的测距仪输出
信号图。
[0033] 附图标记：1-地面；2-轮胎；3-轮辋；4-测距仪；5-连接件。
具体实施方式
[0034] 下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
[0035] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“
水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0036] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0037] 实施例一：
[0038] 图1为本发明实施例提供的车轮的结构示意图；如图1所示，本发明实施例一提供的车轮，包括轮辋3以及安装在所述轮辋3上的轮胎2，所述轮辋3的外表面上安装有测距仪4，通过所述测距仪4实时测量所述轮辋3外表面和所述轮胎2内表面的径向距离。
[0039] 具体地，所述轮辋3、所述轮胎2和所述测距仪4同轴转动。
[0040] 具体地，所述测距仪4为测距传感器。
[0041] 具体地，所述测距仪4采用粘接或机械连接的方式安装在所述轮辋3的外表面上。
[0042] 优选地，所述测距仪4采用连接件5安装在所述轮辋3的外表面上。
[0043] 具体地，所述连接件5为螺栓或销钉。
[0044] 需要说明的是，连接件5为螺栓或销钉只是用于举例说明，还可采用其它的连接件，在此就不一一举例。
[0045] 具体地，所述轮辋3的外表面的中心位置安装有所述测距仪4。
[0046] 本实施例提供的车轮，具有如下优点：
[0047] 在车辆运动的过程中，测距仪4随轮辋3一起滚动，并以一定的频率实时测量轮辋3外表面和轮胎2内表面的距离，并将该距离数值实时传输给车辆的控制器，为车辆动力学控制提供轮胎滚动半径参数，也就提供了车轮的实时滚动半径。
[0048] 而且轮胎2在滚动过程中其半径会发生周期性的变形，因此测距仪4在转过一周的过程中，测得的轮辋3外表面和轮胎2内表面距离的数值会发生周期性变化，该周期即为轮胎2的转动周期，据此可以计算出车轮的转速。
[0049] 另外，根据转速以及车轮的实时滚动半径，则可获得车轮的实时线速度。还可以根据轮胎的半径的变化，通过计算获得轮胎的充气压力状态。
[0050] 实施例二：
[0051] 图2为本发明实施例提供的用于车轮的参数测量方法的参数几何关系示意图；图3为本发明实施例提供的用于车轮的参数测量方法的测距仪
输出信号图；如图2-图3所示，本实施例二提供的用于车轮的参数测量方法，包括如下步骤：
[0052] 在车轮的一个转动周期内对轮辋外表面和轮胎内表面的径向距离进行测量，以获得多个距离参数和相对应的轮胎转动角度；
[0053] 根据轮胎转动角度关于时间的函数以及所述多个距离参数和相应的轮胎转动角度，获得轮辋外表面和轮胎内表面的径向距离关于时间的函数；
[0054] 根据轮辋的固定半径以及函数，可获得轮胎的滚动半径关于时间的函数，从而获得轮胎的实时滚动半径。
[0055] 还可以，根据轮胎的自由半径与轮胎的滚动半径之间的差值，得到轮胎在当前载荷下的下沉量；
[0056] 所述轮胎的自由半径是所述轮胎在标准充气压力下，承受载荷为零的状态下的轮廓半径。
[0057] 还可以，根据轮胎的自由半径以及轮胎的滚动半径，计算得到轮胎接地印痕长度。
[0058] 还可以，在轮胎转动一周内，对轮辋外表面和轮胎内表面的径向距离进行测量的频率为f0,根据频率f0计算得到连续两次测量之间的时间间隔；
[0059] 根据所述接地印痕长度以及时间间隔，计算得到轮胎滚动速度。
[0060] 具体地，所述测距仪4的测量频率为f0，由于所述轮胎2在地面1上周期性的滚动，因此测量的距离参数为一组离散
采样数据d(t)，
采样频率为f0，周期为T；
[0061] 通
过采样频率可以求出连续两次采样之间的时间间隔Δt＝1/f0；
[0062] 轮胎2与轮辋3之间的实时径向距离定义为，轮辋3上的测距仪4安装点中心D和轮辋3中心点O的连线与轮胎2交叉点P，线段PD的距离定义为该时刻轮辋3与轮胎2之间的距离d(t)，该值随轮胎2的滚动变形不断变化，即为轮胎2转动角度 的函数，由于 所以d(t)为测量时间的函数；
[0063] 计算过程中必要的轮胎2、轮辋3已知设计参数定义如下：
[0064] 轮胎2垂向
刚度参数Cz，轮胎2垂向刚度定义为：在标准充气压力下，轮胎2所受垂向载荷Fz与轮胎2下沉量ds比值，Cz＝Fz/ds。
[0065] 轮胎2自由半径R，轮胎2在标准充气压力下，承受载荷为0的状态下的轮廓半径，此时轮胎2为一个近似理想的圆周，自由半径R处处相等；
[0066] 轮辋3半径r，轮胎2配套使用的轮辋3的外半径，该参数处处相等；
[0067] 目标计算参数定义如下：
[0068] 轮胎2滚动半径Rd，轮胎2在标准气压Pr下和一定载荷Fz工况下，滚动过程中，轮辋3中心点距离地面1的垂直距离；
[0069] 轮胎2滚动速度V，轮胎2中心的前进速度V，由下式定义：V＝Rd*ω；
[0070] 轮胎2下沉量ds，轮胎2在标准气压和一定载荷Fz工况下，轮胎2自由半径R与其滚动半径Rd的差值，即承受载荷后所述轮胎2中心点下降的距离ds，其满足方程：ds＝R-Rd；
[0071] 接地印痕长度L，轮胎2接地所形成的印痕在轮胎2滚动方向上的最大度值；
[0072] 轮胎2垂向载荷Fz，轮胎2所受的垂向载荷，单位N，轮胎2安全行驶情况下该载荷应设计在一定范围以内，该载荷过大说明轮胎2超载，有爆胎等安全隐患，该载荷过小或者接近0，说明此时该轮胎2将脱离地面1，有侧翻或失去控制力的安全隐患；
[0073] 目标参数计算方法。
[0074] 测距仪4测距信号数值d(t)理论曲线推导；
[0075] 假设初始时刻测距仪4位于轮辋3正下方，则：
[0076]
[0077] 测距仪4与轮辋3中心连线的延长线与轮胎2交点P离开地面1与进入地面1时的角度分别为 时间分别为t0,t1，轮胎2旋转一周过程中测距仪4测量距离d(t)的理论方程如下：
[0078]
[0079]
[0080]
[0081] d(t)＝R-r；t∈[t0,t1]
[0082] 计算方法说明：
[0083] 图3给出了理论上的测距仪4输出信号图，实际测试过程中，测距仪4输出的信号包含了大量的噪声成分，因此在进行后续参数的计算之前，必须对输出的距离信号d(t)进行滤波处理，从中识别出理想的近似图3所示的信号曲线，然后以此为
基础进行后续参数的计算；
[0084] 滚动半径Rd计算方法：
[0085] 由轮胎2转动规律可知，当轮胎2气压和载荷不变时，上述测距仪4测得的数据d(t)周期型变化，当测距仪4位于轮辋3正下方时，此时测得的距离d为测距信号d(t)的最小值dmin，轮胎2滚动半径为轮辋3半径与轮辋3与轮胎2距离之和，即可用下式计算得到滚动半径Rd；
[0086] Rd＝r+min(d(t)),t∈[0,T]
[0087] 下沉量计算方法
[0088] 计算获得轮胎2滚动半径Rd后，由轮胎2下沉量定义即可计算出轮胎2下沉量ds，下沉量参数ds可由下式计算获得：
[0089] ds＝R-Rd
[0090] 其中R为轮胎2自由半径，Rd为轮胎2滚动半径；
[0091] 轮胎2接地印痕计算方法：
[0092]
[0093] 轮胎2滚动速度V计算方法：
[0094] 轮胎2上固定点P进入地面1和离开地面1的时间间隔为：
[0095] Δt＝t0+T-t1
[0096] 该段时间内轮胎2上一点P移动的距离等于接地印痕长度，因此可计算出轮胎2的前进速度为：
[0097] V＝L/Δt
[0098] 轮胎2的垂向载荷Fz计算方法：
[0099] Fz＝Czds。
[0100] 本发明提供的用于上述车轮的参数测量方法，具有如下优点：
[0101] 实现了汽车控制中轮胎2滚动半径、轮胎2下沉量、轮胎2接地印痕、轮胎2滚动速度和轮胎2的垂向载荷的计算，尤其是实现了轮胎2滚动半径的实时精确测量，大大提高了汽车动力学控制精度。
[0102] 实施例三：
[0103] 本申请还提供了一种汽车，包括上述的车轮。
[0104] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
