轮胎高温预报系统的制作方法

1.本发明总体上涉及轮胎监测和预报系统。更具体地，本发明涉及监测轮胎中的状况并且预测未来轮胎性能的系统。特别地，本发明针对一种系统，其获取轮胎温度数据并且提供一种预报模型，如果预报温度高于阈值，则该预报模型生成警报。


背景技术：

2.车辆轮胎，并且具体是充气轮胎，通常具有某些状况或参数，这些状况或参数有益于在车辆运行期间进行监测。例如，监测充气轮胎的温度可以有助于评估轮胎的状况和/或性能，因为过度高温可以表示轮胎存在问题。监测轮胎的温度也可以有助于评估邻近轮胎的车辆部件（诸如轴或制动系统部件）的状况和/或性能，因为过度的轮胎温度可以表示这些车辆部件具有潜在问题。
3.为了监测轮胎温度，已经开发了技术来使用附接至轮胎的传感器测量在轮胎空腔内部或者在轮胎的结构部件处的温度。这些技术从传感器实时地获取温度数据。
4.所测量的轮胎温度可以与特定的轮胎相关联，并且被传输到车辆的电子控制系统。然后，所测量的轮胎温度可以被用以改善车辆系统的功能，这些车辆系统诸如防抱死制动系统（abs）、电子稳定控制系统（ecs）等。所测量的轮胎温度数据也可以被发送给车辆的操作者。
5.另外，对于商用车辆或客运车辆的车队（fleets），车队的管理者期望的是知悉轮胎温度以关于轮胎和车辆作出明智的决定。例如，在实时轮胎温度测量值超过阈值（其被称为高温）的情况下，可以将警报发送至车队管理者。然后，车队管理者可以指示车辆操作者降低车辆速度或者将车辆指引到检修中心。
6.但是，由于现有技术采用测量的实时轮胎温度，所以这些技术仅在轮胎已经达到高温后才能够生成高温警报。因为高温可以降低轮胎的寿命和/或性能，所以在已经达到高温后的警报的发送并不能实现对高温状况的主动、最佳的响应。
7.因此，本领域中存在对于一种系统的需求，该系统获取轮胎温度数据并且提供预报模型，该预报模型预测轮胎是否将高于温度阈值，并且如果预报温度高于阈值则生成主动警报。


技术实现要素：

8.根据本发明的示例性实施方式的一个方面，提供了一种轮胎高温预报系统。该系统包括支撑车辆的至少一个轮胎，以及安装在轮胎上用于测量轮胎的温度的至少一个传感器。电子存储器容量（electronic memory capacity）位于安装在轮胎上的单元中，用于存储轮胎识别信息。处理器与传感器和电子存储器容量电子通信，其中处理器接收并关联所测量的温度、温度测量的时间和轮胎识别信息。传输装置将所测量的温度、温度测量的时间和轮胎识别信息传输到远程处理器。远程处理器执行预报模型，并且该预报模型生成预报估计。如果该预报估计包括大于用于轮胎的预定高温阈值的预测高温，则由预报模型生成
警报。
9.方案1.一种轮胎高温预报系统，所述轮胎高温预报系统包括：支撑车辆的至少一个轮胎；安装在所述轮胎上的至少一个传感器，所述至少一个传感器用于测量所述至少一个轮胎的温度；在安装在所述至少一个轮胎上的单元中的电子存储器容量，所述电子存储器容量用于存储轮胎识别信息；与所述至少一个传感器和所述电子存储器容量电子通信的处理器，其中所述处理器接收并且关联测量的温度、温度测量的时间和所述轮胎识别信息；传输装置，所述传输装置用于将所述测量的温度、所述温度测量的时间和所述轮胎识别信息传输到远程处理器；由所述远程处理器执行的预报模型，所述预报模型生成预报估计；以及警报，如果所述预报估计包括大于用于所述至少一个轮胎的预定高温阈值的预测高温，则由所述预报模型生成所述警报。
10.方案2.根据方案1所述的轮胎高温预报系统，其中，所述预报模型包括过滤模块、预报模块和警报模块。
11.方案3.根据方案2所述的轮胎高温预报系统，其中，所述过滤模块包括输入子模块，所述输入子模块根据所述温度测量的时间、所述轮胎识别信息和在其上安装所述至少一个轮胎的车辆来对所述测量的温度分组。
12.方案4.根据方案2所述的轮胎高温预报系统，其中，所述过滤模块包括过滤器子模块，所述过滤器子模块在第一条件下分析所述测量的温度，所述第一条件包括将测量的轮胎温度与第一预定高温值相比较。
13.方案5.根据方案4所述的轮胎高温预报系统，其中，所述第一预定高温值比用于所述至少一个轮胎的预期工作温度高约60华氏度。
14.方案6.根据方案4所述的轮胎高温预报系统，其中，如果测量的轮胎温度等于或小于所述第一预定高温值，则所述过滤器子模块在第二条件下分析所述测量的温度，所述第二条件包括将所述测量的轮胎温度与第二预定高温值和附加状态相比较。
15.方案7.根据方案6所述的轮胎高温预报系统，其中，所述第二预定高温值比用于所述至少一个轮胎的预期工作温度高约20华氏度。
16.方案8.根据方案6所述的轮胎高温预报系统，其中，所述附加状态包括将所述测量的轮胎温度与统计值相比较，所述统计值包括选定组的温度测量值的统计平均值加上所述选定组的温度测量值的标准差的两倍的和。
17.方案9.根据方案2所述的轮胎高温预报系统，其中，所述预报模块执行所述预报模型并且包括时间序列分析模型。
18.方案10.根据方案9所述的轮胎高温预报系统，其中，所述时间序列分析模型包括自回归积分移动平均模型和指数平滑模型中的至少一个。
19.方案11.根据方案9所述的轮胎高温预报系统，其中，所述预报模块包括用于训练所述时间序列分析模型的训练子模块。
20.方案12.根据方案9所述的轮胎高温预报系统，其中，所述预报模块包括计算子模
块，并且所述计算子模块执行所述预报模型以生成所述预报估计。
21.方案13.根据方案12所述的轮胎高温预报系统，其中，所述预报估计包括在预定时间跨度上的置信区间。
22.方案14.根据方案2所述的轮胎高温预报系统，其中，所述警报模块包括最终过滤子模块，所述最终过滤子模块将所述预报估计与用于所述至少一个轮胎的预定高温阈值相比较。
23.方案15.根据方案1所述的轮胎高温预报系统，其中，如果在预定时间窗口内所述预报估计包括大于所述预定高温阈值的预侧高温，则由所述预报模型生成所述警报。
24.方案16.根据方案1所述的轮胎高温预报系统，其中，所述远程处理器布置在基于云的服务器中。
25.方案17.根据方案16所述的轮胎高温预报系统，其中，所述警报从基于云的服务器无线地传输到车队管理服务器。
26.方案18.根据方案1所述的轮胎高温预报系统，其中，所述远程处理器布置在车队管理服务器中。
27.方案19.根据方案1所述的轮胎高温预报系统，其中，所述警报被传输到车队管理者可见的显示器和车辆的操作者可见的设备中的至少一个。
28.方案20.根据方案1所述的轮胎高温预报系统，其中，所述电子存储器容量集成到所述至少一个传感器中。
附图说明
29.本发明将通过示例的方式并且参照附图进行描述，图中：图1是本发明的轮胎高温预报系统的示例性实施方式的车辆和轮胎的示意性透视图；图2是图1中所示车辆的示意性平面图；图3是图1中所示车辆的示意性透视图，其表示了向基于云的服务器和车队管理设备的数据传输；图4是所测量的轮胎温度数据的线图表示；图5是示出本发明的轮胎高温预报系统的示例性实施方式的步骤的流程图；图6是本发明的轮胎高温预报系统的示例性实施方式的过滤步骤的流程图；图7a是根据本发明的轮胎高温预报系统的示例性实施方式的由第一建模技术生成的数据的线图表示；图7b是根据本发明的轮胎高温预报系统的示例性实施方式的由第二建模技术生成的数据的线图表示；图8a是根据本发明的轮胎高温预报系统的示例性实施方式的数据预报的线图表示，其示出了低于警报阈值的预报温度；以及图8b是根据本发明的轮胎高温预报系统的示例性实施方式的数据预报的线图表示，其示出了高于警报阈值的预报温度；贯穿这些附图，相似的数字指代相似的部件。
30.定义“轴向的”和“轴向地”是指平行于轮胎的旋转轴线的线或方向。
31.ꢀ“
can总线”是用于控制器局域网的缩写。
[0032]“周向的”是指垂直于轴向方向沿着环形胎面的表面的周长延伸的线或方向。
[0033]
ꢀ“
赤道中心平面（cp)”是指垂直于轮胎的旋转轴线并且经过胎面中心的平面。
[0034]
ꢀ“
接地印痕（footprint）”是指在轮胎旋转或滚动时由轮胎胎面与平坦表面产生的接触印迹或接触区域。
[0035]
ꢀ“
内侧”是指当轮胎安装在车轮上并且车轮安装在车辆上时最靠近车辆的轮胎的一侧。
[0036]“横向的”是指轴向的方向。
[0037]“外侧”是指当轮胎安装在车轮上并且车轮安装在车辆上时最远离车辆的轮胎的一侧。
[0038]“径向的”和“径向地”是指径向地朝向或远离轮胎的旋转轴线的方向。
[0039]“肋（rib）”是指胎面上橡胶的沿周向延伸的条带，其由至少一个周向凹槽和要么第二这样的凹槽要么横向边缘限定，该条带沿横向未被全深度凹槽分开。
[0040]“胎面元件”或“牵引元件”是指由具有相邻凹槽的形状限定的肋或块元件。
具体实施方式
[0041]
现在转到图1至图8b，本发明的轮胎高温预报系统的示例性实施方式在10处表示。具体参照图 1，系统10预测用于支撑车辆14的每个轮胎 12 的高温状况。虽然车辆14被描述为客运车辆，但本发明并不受此限制。本发明的原理可应用于其他车辆类别，诸如商用卡车、越野车辆等，其中车辆可以由更多或更少的轮胎支撑。另外，本发明可应用于单个车辆14或复数车辆的车队。
[0042]
每个轮胎12包括一对胎圈区域16（仅示出一个）和嵌在每个胎圈区域中的胎圈芯（未示出）。一对侧壁18（仅示出一个）中的每一个从相应的胎圈区域16沿径向向外延伸到地面接触胎面20。如本领域技术人员已知的，轮胎12由胎体22加强，胎体22从一个胎圈区域16以环形的方式（toroidally）延伸到另一个胎圈区域。内衬24形成在胎体22的内表面上。轮胎12以本领域技术人员已知的方式安装在车轮26上，并且在安装完成时形成内部空腔28，其填充有加压流体，诸如空气。
[0043]
传感器单元30可通过诸如粘合剂等方式附接到每个轮胎12的内衬24并测量轮胎的某些参数或状况，如下文将更详细地描述的。可以理解，传感器单元30可以以如下方式附接、或者附接到轮胎12的其他部件，诸如在胎体22的层之间、在侧壁18之一上或在侧壁18之一中、在胎面20上或在胎面20中，和/或其组合。为了方便起见，在此将参照传感器单元30在轮胎12上的安装，应理解安装包括所有此类附接。
[0044]
为了检测轮胎内部的某些实时轮胎参数（诸如轮胎压力和温度）的目的，传感器单元30安装在每个轮胎12上。优选地，传感器单元30是在商业上可获得的类型的轮胎压力监测系统（tpms）模块或传感器，并且可以具有任何已知的配置。为了方便起见，传感器单元30将被称为tpms传感器。每个tpms传感器30优选地还包括用于存储用于每个轮胎12的识别（id）信息（称为轮胎id信息）的电子存储器容量。替代地，轮胎id信息可被包括在另一个传感器单元中，或被包括在单独的轮胎id存储介质（诸如轮胎id标牌 34）中。
[0045]
轮胎id信息可以包括轮胎12的制造信息，诸如：轮胎类型；轮胎型号；尺寸信息，诸如轮辋尺寸、宽度和外径；制造地址；制造日期；包括复合识别或与复合识别相关联的胎面行驶面代码；以及包括胎面结构识别或与胎面结构识别相关联的模具代码。轮胎id信息还可包括检修历史或其他信息以识别每个轮胎12的特定的特征和参数；以及轮胎的机械特性，诸如转弯参数（cornering parameters）、弹性系数、载荷-充气关系（load-inflation relationship）等。这种轮胎识别能够将所测量的轮胎参数与特定的轮胎12相关联以提供轮胎的局部或中心跟踪、其当前状况和/或其随时间的状况。此外，全球定位系统（gps）能力可以被包括在tpms传感器30和/或轮胎id标牌34中以提供在运输期间轮胎12的位置跟踪和/或在其上安装轮胎的车辆14的位置跟踪。
[0046]
现在转到图 2，tmps传感器30和轮胎id标牌34每个都包括用于将测量的轮胎温度以及轮胎id数据无线传输36到处理器38的天线。处理器38可以如图所示安装在车辆14上，或者可以集成到tpms传感器30中。为了方便起见，处理器38将被描述为被安装在车辆14上，应理解，处理器可以替代地集成到tpms传感器30中。优选地，处理器38与车辆14的电子系统（诸如车辆can总线系统42，其被称为can总线）电子通信或集成到车辆14的该电子系统中。
[0047]
轮胎数据信息系统10的各方面优选地在处理器38或可通过车辆can总线42访问的另一处理器上执行，这实现了来自tmps传感器30和轮胎id标牌34的数据的输入，以及来自与can总线电子通信的其他传感器的数据的输入。以此方式，轮胎高温预报系统10实现了利用tpms传感器30的轮胎温度的直接测量，其优选地被传输到处理器38。轮胎id信息优选地从轮胎id标牌34传输到处理器38。处理器38优选地对于每个轮胎12将所测量的轮胎温度、测量时间和id信息相关联，并且可以将数据通信到车辆14的控制系统。
[0048]
参照图3，当对于每个轮胎12使所测量的轮胎温度、测量时间和id信息相关联时，数据可以从车辆14上的处理器38（图2）和/或can总线42无线地传输40到远程处理器48，诸如在基于云的服务器44中的处理器。基于云的服务器44优选地执行轮胎高温预报系统10的预报模型，如下文将更详细地描述的。来自预报模型的输出可以无线地传输46到车队管理服务器50，车队管理服务器50包括用于显示来自预报模型的输出和/或警报的显示器52，这也将在下面更详细地描述。替代地，车队管理服务器50可以执行预报模型，在这种情况下，所测量的轮胎温度、测量时间和id信息可以从处理器38和/或can总线42直接无线地传输54到车队管理服务器。
[0049]
转到图4，示出了在相应的时间段60处的所测量的轮胎温度58的线图56。基于轮胎的具体设计和性能考虑，将用于轮胎12的高温阈值62设置在预定值。如果轮胎温度超过高温阈值62，则期望为车队管理者和/或车辆操作者生成警报。然而，如上所述，现有技术系统实现了一种高温警报，这种高温警报仅在所测量的轮胎温度58已达到高于高温阈值62的温度后才能够生成，这不能实现主动响应并且可能不期望地降低轮胎12的寿命和/或性能。
[0050]
转到图5，本发明的轮胎高温预报系统10包括预报模型70以预测轮胎12是否将高于高温阈值62（图4）。如上所述，预报模型70可以在基于云的服务器44上或者在车队管理服务器50上执行。预报模型70包括过滤模块72、预报模块74和警报模块76。
[0051]
过滤模块72包括输入子模块78。输入子模块78根据对应的测量时间60、测量其中温度的特定轮胎12、以及在其上安装轮胎的车辆14接收和分组所测量的轮胎温度数据58。一旦数据在输入子模块78中被分组，则其在过滤器子模块80中被分析。
[0052]
另外参照图6，在过滤器子模块80中，在第一条件82下分析来自传感器30（图1）的测量的轮胎温度58。优选地，第一条件82包括将所测量的轮胎温度58与第一预定高温值84相比较。第一预定高温值84优选地为用于轮胎12的过度高性能温度，诸如比用于轮胎的预期工作温度高约60华氏度。例如，如果轮胎12包括大约120华氏度的预期工作温度，则第一预定高温值84是大约180华氏度。如果所测量的轮胎温度58大于第一预定高温值84，则轮胎高温预报系统10执行预报模块74。如果所测量的轮胎温度58等于或小于第一预定高温值84，则在第二条件86下分析所测量的轮胎温度。
[0053]
第二条件86优选地包括将所测量的轮胎温度58与第二预定高温值88和附加状态90相比较。第二预定高温值88低于第一预定高温值84，但仍然为用于轮胎12的高性能温度。优选地，第二预定高温值88比用于轮胎12的预期工作温度高约20华氏度。因此，如果轮胎12包括约120华氏度的预期工作温度，则第二预定高温值88可以是大约140华氏度。
[0054]
同样在第二条件86中，将所测量的轮胎温度58与附加状态90相比较。附加状态90包括将所测量的轮胎温度58与统计值92相比较。举例来说，统计值92可以包括选定组的温度测量值58的统计平均值加上所述选定组的温度测量值的标准差的两倍的和。
[0055]
在第二条件86中，如果所测量的轮胎温度58大于第二预定高温值88并且所测量的轮胎温度大于统计值92，则轮胎高温预报系统10执行预报模块74。如果所测量的轮胎温度58等于或小于第二预定高温值88，或者所测量的轮胎温度等于或小于统计值92，则对于轮胎12不存在连续的高温状况，并且轮胎高温预报系统10不采取进一步的动作。
[0056]
参照图5、图7a和图7b，当基于上述条件执行预报模块74时，优选地采用时间序列分析模型94。时间序列分析模型94包括基于过去值预报未来值的建模技术。例如，时间序列分析模型94可以包括自回归积分移动平均（arima）模型96或指数平滑模型98。
[0057]
在训练子模块100中，使用所测量的轮胎温度58为特定轮胎12训练时间序列分析模型94。一旦已经训练了时间序列分析模型94，则计算子模块102执行该模型以获得预报估计104，优选地呈置信区间的形式。例如，预报估计104可以是在所测量的轮胎温度58的预定时间跨度（诸如在已经生成预报的时间之后的随后30分钟时段）上的置信区间。
[0058]
继续参照图5，当已经计算了预报估计104时，其被输入到警报模块76的最终过滤子模块106中。在最终过滤子模块106中，如果预报估计104小于或等于高温阈值62，则确定轮胎12不太可能遇到高温状况，并且轮胎高温预报系统10不采取进一步的动作，如图8a中所示。如果预报估计104大于高温阈值62，则系统10已经估计到在不久的将来对于轮胎12可能发生大于高温阈值的温度（其被称为预测高温108），如图8b中所示。不久的将来是指预定的时间窗口，诸如在从预报估计104的计算开始的30分钟内。如果预测的高温108可能发生，则警报发生器110发送主动警报112。
[0059]
回到图3，当警报发生器110发送主动警报112时，警报优选地从基于云的服务器44无线地传输46到车队管理服务器50并示出在显示器52上。如果在车队管理服务器50上执行轮胎高温预报系统10，则警报112由服务器生成并示出在显示器52上。预测的高温警报112的显示使得查看显示器52的车队管理者能够采取预防性措施，诸如指示车辆操作者使车辆14减速和/或将车辆引导至检修中心。警报112还可以直接传输到车辆14的操作者可见的设备，从而使操作者能够基于警报采取动作。
[0060]
以这种方式，轮胎高温预报系统10获取用于特定轮胎12的测量的温度数据58并提
供预报模型70。预报模型70生成预报估计104。如果预报估计包括预测的高温108（其为高于用于轮胎12的预定高温阈值62的温度），则向在其上安装轮胎的车辆14的车队管理者和/或操作者发送警报112。警报112使得能够在预测的高温108发生之前采取动作以降低轮胎12的温度，从而防止高温状况。当然，可以重复地并且以多个时间间隔执行预报模型70，使得能够基于预测的高温108的估计来发送多个或相继的警报112。
[0061]
本发明还包括一种轮胎高温预报的方法。该方法包括根据如上所呈现和在图1至图8b中所示的描述的步骤。
[0062]
应当理解，在不影响本发明的整体构思或操作的情况下，可以改变或重新布置上述轮胎高温预报系统和方法的结构和方法，或者省略或添加本领域技术人员已知的部件或步骤。
[0063]
本发明已参照优选实施方式进行了描述。在阅读和理解本说明书后，其他人将可以进行可能的修改和改变。可以理解，所有这些修改和改变都包括在所附权利要求书中阐述的发明或其等同方案的范围内。