[发明专利]一种轮胎形变的实时测量方法和装置

说明书

一种轮胎形变的实时测量方法和装置，该方法包括以下步骤：S1双目相机对胎内观测区域成像；S2判断是否为第一次运行，若“是”则进入S3，否则进入S6；S3对轮胎形变测量功能模块进行初始化；S4标定相机相对于车轮中心的外参；S5将初始化得到的特征信息和外参数据存储到特征文件；S6对观测区域进行形变测量，得到当前状态下观测区域的形变特征信息；S7判断是否满足外参自标定的条件，若“是”，则进入S8；否则进入S9；S8重新标定相机外参，并用当前的观测区域特征和外参更新特征文件中的数据内容；S9提取S6中得到的测量结果。该方法能得到更加准确的轮胎形变，简单、易实现、便于产品化。

技术领域

本发明属于车辆工程和自动驾驶汽车技术领域，具体涉及一种轮胎形变的实时测量方法和装置。

背景技术

轮胎是车辆可以正常行驶的关键部件之一，其结构复杂，涉及非线性力学领域，轮胎受力分析是车辆动力学建模的基础。充气轮胎是一个受力非常复杂的系统，在内压和地面载荷作用下几何形状明显变化；橡胶具有超弹性和粘弹性，在动态下还有热应力等，给轮胎受力分析带来很大困难。因此，如果可以实时监测轮胎的形变，可为底盘综合控制提供更准确的轮胎-路面摩擦系数信息，对于轮胎的建模和受力分析以及车辆动力学建模都具有重要意义，为车辆主动安全性的提高提供更可靠的手段。

当前，测量轮胎形变的方式主要有两种：一种是在轮胎外部，基于车架固定安装特定传感器，监测轮胎的形状变化，但从外部观察，角度单一，无法全面反映轮胎在接地时的变化；另一种是在轮胎内部安装传感器，从内部观察轮胎的形变，这种方式可以直接地观察到轮胎在接地时的形态变化。

目前的胎内传感器已有多种，包括接触式的传感器和非接触式的传感器，接触式的传感器包括胎侧扭转传感器、加速度传感器等；其中，胎侧扭转传感器，在轮胎制造过程中向轮胎胎侧掺入磁粉，同时在悬架上固定磁场传感器，通过磁场信号变化，分析轮胎变形量；它无法测量垂直载荷变化，因此无法估计轮胎-路面摩擦系数；加速度传感器，在胎内安装加速度传感器，通过测得不同位置的加速度信号来分析轮胎变形；然而，当前如何解析这些加速度信号仍然是一个难题。

关于胎内的非接触方式监测轮胎形变当前主要采用下述几种方式：

(1)论文《On-line determination of tyre deformation,a novel sensorprinciple》(1998,Valentin et al.)，涉及一种安装于轮辋上、位于轮胎内侧的超声波传感器装置，通过检测胎内表面的距离，分析轮胎的变形，如图1所示。该方案仅能对轮胎单点位置的垂向变形及载荷进行分析，无法实现纵向和侧向的形变测量。

(2)中国专利CN107817117 A公开了《一种轮胎力学特性实时测量装置及其测量方法》，该测量装置在轮胎上嵌入多组超声波厚度测量仪和形态位置发射器，轮辋上安装对应的形态位置接收器，从而实时测量轮胎厚度和轮胎形变，如图2所示。该方案需要在轮胎内表面嵌入传感器，可能对于轮胎形变施加影响；另外，对于轮胎局部形变细节，该方案无法做出确切描述。

(3)论文《An in-wheel sensor for monitoring tire-terrain interaction:Development and laboratory testing》(2019，Longoria et al.)，涉及胎内并列摆放于轮辋之上的三个超声波传感器，如图3所示。该方案可以有效地测量轮胎不同位置在垂向上的变形，从而估计车轮侧倾角，及通过三个信号相位差别估计侧偏角等，但对于侧向变形不灵敏，且无法检测印迹区域在地面平面内的变形。