CN110621518B

CN110621518B - 用于监测轮胎刺穿的系统和方法

Info

Publication number: CN110621518B
Application number: CN201880030957.7A
Authority: CN
Inventors: 本杰明·E·里迈; 布兰得利·S·普洛特纳; 贾里德·J·格里贝尔; 卡梅伦·L·雷诺兹
Original assignee: Bridgestone Americas Tire Operations LLC
Current assignee: Bridgestone Americas Tire Operations LLC
Priority date: 2017-05-11
Filing date: 2018-05-03
Publication date: 2022-07-26
Anticipated expiration: 2038-05-03
Also published as: CN110621518A; JP6861850B2; JP2020519521A; EP3621827A4; US11479067B2; WO2018208567A1; EP3621827A1; EP3621827B1; US20200130434A1

Abstract

本公开涉及一种基于根据设置在轮胎内的材料的电阻而建立的电压变化来监测轮胎刺穿的方法。在一个示例中，该材料是导电材料层。在另一示例中，该材料是电阻条。本文描述的系统和方法可以监测建立的电压随时间推移的变化以提供材料的电阻变化的指示，建立的电压随时间推移的变化是包括导电材料层或电阻条的电阻以及所施加电压的参数的函数。材料的电阻变化可以指示轮胎内的刺穿。本文描述的系统和方法可以警告车辆操作者轮胎内的刺穿。

Description

用于监测轮胎刺穿的系统和方法

技术领域

本公开总体上涉及监测轮胎的状况。更具体地，本公开涉及用于监测轮胎刺穿的系统和方法。

背景技术

轮胎在其寿命中可能变得漏气有若干原因。最常见的一种是由于在诸如钉子、金属丝、剃须刀片、碎玻璃、木材等异物上行驶而引起的刺穿。此外，当自密封轮胎自密封时，不存在关于自密封轮胎是否成功密封自身的指示。因此，残留在自密封轮胎中的异物不太可能被去除，并且空隙被填充。因此，对于车辆操作者以及轮胎本身的性能而言，重要的是察觉轮胎何时被异物刺穿。

发明内容

在一个示例中，一种系统可以包括轮胎，该轮胎可以包括导电材料层。该系统可以进一步包括桥电路。桥电路可以包括可以具有多个电阻器的多个分支。轮胎的导电材料层可以对应于分支的多个电阻器中的一个。桥电路可以被配置为在输出端子处产生输出电压。输出端子处的输出电压可以是参数的函数，该参数包括施加到桥电路的电压和导电材料层的电阻。该系统可以进一步包括传感器，该传感器可以被配置为监测输出端子处的输出电压的变化。输出端子处的输出电压的变化可以指示导电材料层的电阻的变化。

在另一示例中，一种系统可以包括电阻条，该电阻条可以布置在可以设置于轮胎内的材料层上。该系统可以进一步包括电源，该电源可以被配置为向布置在设置于轮胎内的层上的电阻条施加电压以在电阻条中建立电压。该系统可以进一步包括传感器，该传感器可以被配置为监测电阻条中的电压的变化。电阻条中的电压的变化可以指示电阻条中的电阻的变化。

在又一示例中，一种方法可以包括向桥电路施加电压，该桥电路可以包括可以具有多个电阻器的多个分支。桥电路可以在输出端子处产生输出电压。轮胎的导电材料层可以对应于分支的多个电阻器中的一个。输出端子处的输出电压可以是参数的函数，该参数可以包括施加到桥电路的电压和导电材料层的电阻。该方法可以进一步包括监测输出端子处的输出电压从给定电压值到另一电压值的变化。输出端子处的输出电压的变化可以指示导电材料层的电阻的变化。该方法可以进一步包括响应于检测到输出电压的变化而产生信号，以提供轮胎的导电材料层的电阻的变化的指示。

附图说明

图1示出了用于监测轮胎刺穿的系统的示例。

图2示出了图1的系统可以监测穿刺的自密封轮胎的示例。

图3示出了被异物刺穿的自密封轮胎的示例。

图4示出了用于监测轮胎刺穿的系统的另一示例。

图5描绘了示出用于监测轮胎刺穿的方法的流程图的示例。

具体实施方式

本公开涉及基于至少根据设置在轮胎内的导电材料层的电阻改变而建立的电压的改变来监测轮胎刺穿的系统和方法。可以根据本文所述的系统和方法评估随时间推移的监测电压，以例如向车辆操作者提供异物与导电层接触的指示。在一个示例中，轮胎可以包括多个材料层。导电材料层可以位于多个材料层中的两个材料层之间。异物可以刺穿轮胎，使得异物穿过至少一个材料层和导电材料层。

当异物穿过导电材料层时，可以改变导电材料层的截面面积。改变导电层的截面面积可以改变导电材料层的电阻。本文所述的系统和方法可以通过监测桥电路的输出端子之间的输出电压的变化来监测导电材料层的电阻变化，输出电压的变化可以是可以包括导电材料层的电阻的参数的函数。此外，本文描述的系统和方法可以通过基于设置在轮胎的材料层上的电阻条的电阻的变化来监测电阻条中的电压随时间推移的变化来监测轮胎刺穿。可以根据本文所述的系统和方法来评估电阻条随时间推移的监测的电压，以例如向车辆操作者提供轮胎已被异物刺穿的指示。

此外，本文描述的系统和方法可以用具有导电材料层的任何充气轮胎实施。因此，本文所述的示例不应解释为限于特定的充气轮胎，诸如图2和图3所示的自密封轮胎。此外，本文描述的系统可以被集成到集成电路(IC)中，或者可以被提供为可以安装在印刷电路板(PCB)的表面上的独立电路元件(或多个独立元件)。

图1示出了可以监测轮胎刺穿的系统100的示例。系统100可以包括桥电路102。桥电路102可以是惠斯通电桥电路。桥电路102可以包括多个分支。在一个示例中，桥电路102可以包括第一分支104和第二分支106。每个分支可以包括多个电阻器。第一分支104可以包括第一电阻器108和第二电阻器110，并且第二分支106可以包括第三电阻器112和第四电阻器114。

第一电阻器108可以具有第一电阻(R₁)，并且第二电阻器可以具有第二电阻(R₂)。第三电阻器可以具有第三电阻(R₃)，并且第四电阻器可以具有第四电阻(R₄)。第一电阻器108可以联接在桥电路102的接地端子116和第一输出端子118之间。第二电阻器110可以联接在供电端子120和第一输出端子118之间。第三电阻器112可以联接在接地端子116和第二输出端子122之间。第四电阻器114可以联接在第二输出端子122和供电端子120之间。

图1中的第一电阻器108可以对应于轮胎的导电材料层。因此，第一电阻器108可以是轮胎的导电层并且可以具有第一电阻(R₁)。在一个示例中，轮胎可以是诸如图2所示的自密封充气轮胎200，并且自密封充气轮胎200的导电材料层202对应于第一电阻器108。导电材料层202可以集成到桥电路102的第一分支104中。例如，一组导线(图1和图2中未示出)可以将导电材料层202的各个部分分别联接到桥电路102的接地端子116和第一输出端子118，以与导电材料层202形成闭环电路，并且因此将导电材料层202集成到桥电路102中。形成闭环电路允许电流流过导电材料层202，并且因此跨过导电材料层202建立电压。导电材料层202可以是金属材料层，诸如铝、铜、两者的混合物等。

图2的自密封充气轮胎200可以包括多个材料层。例如，自密封充气轮胎200可以包括导电材料层202、轮胎胎体材料层204、内衬材料层206和密封剂材料层208。导电材料层202可以设置在内衬材料层206和密封剂材料层208之间。尽管在图2中示出仅具有四个材料层，但是自密封充气轮胎200可以包括任何数量的材料层。因此，图2的自密封充气轮胎200不应被解释为仅具有四个材料层。例如，自密封充气轮胎200可以进一步包括带材料层和胎体帘布层。

图3示出了图2的自密封充气轮胎200被异物210刺穿的示例。如图3所示，异物210可以刺穿自密封充气轮胎200，使得异物210穿过轮胎胎体材料层204、内衬材料206和导电材料层202到达密封剂材料层208。作为响应，密封剂材料层208可以密封刺孔，避免轮胎漏气，并且因此使自密封充气轮胎200中的压力损失可忽略不计。在图3的示例中，异物210是钉子。然而，异物210可以是能够刺穿自密封充气轮胎200到达导电材料层202的任何物体。例如，异物210可以是金属丝、剃须刀、刀片、碎玻璃、木材等。

异物210可以刺穿自密封充气轮胎200，使得异物可以穿过导电材料层202。当异物210可以穿过导电材料层202时，可以改变导电层的截面面积。改变导电材料层202的截面面积可以改变导电层202的电阻。在一个示例中，当异物210穿过导电材料层202并保留在导电材料层202中时，导电材料层202的电阻率可以由于异物210的附加电阻率而增加。在此示例中，异物210可以具有给定的电阻，并且当残留于导电材料层202中时，有助于导电材料层202的总电阻率。

导电材料层202的电阻可以定义为R＝(ρL)/A，其中ρ是导电材料层202的电阻率，测量单位为欧姆-米(Ω·m)，L是导电材料层202的长度，测量单位为米(m)，并且A为导电材料层202的截面面积，测量单位为平方米(m²)。诸如图3所示，通过异物210刺穿导电材料层202可以改变导电层202的截面面积，并且因此改变导电材料层202的电阻率。可以根据本文所述的系统和方法来测量导电材料层202的电阻率的变化，以提供轮胎已被刺穿的指示。

图1的系统100可以进一步包括电源124。在一个示例中，可以响应于启用信号(图1中未示出)来启用(例如，接通)电源124。电源124可以联接到接地端子116和供电端子120。电源124可以被配置为在供电端子120处施加电源电压。可以在第一输出端子118和第二输出端子122之间建立桥输出电压(V_out)。桥输出电压(V_out)可以是第一输出端子118处的电压与第二输出端子122处的电压之差的函数。第二输出端子122处的电压可以是第三电阻器112的电阻(R₃)、第四电阻器114的电阻(R₄)和电源电压(V_s)的函数。第一输出端子118处的电压可以是导电材料层202的电阻(R₁)、第二电阻器110的电阻(R₂)和电源电压(V_s)的函数。因此，导电材料层202的电阻(R₂)的改变可以改变在第一输出端子118和第二输出端子122之间建立的桥输出电压(V_out)。

在一个示例中，桥电路102可以是平衡的，使得第一分支106的导电层的电阻比(R₂/R₁)可以基本上等于第二分支108的电阻比(R₄/R₃)。在此示例中，第一分支106的第一输出端子118处的电压可以等于第二分支108的第二输出端子122处的电压。因此，在第一输出端子118和第二输出端子122之间建立的桥输出电压(V_out)可以基本上等于零伏(V)。在另一示例中，桥电路可以是不平衡的，使得第一分支106的导电层的电阻比(R₂/R₁)基本上不等于第二分支108的电阻比(R₄/R₃)。在此示例中，在第一输出端子118和第二输出端子122之间建立的桥输出电压(V_out)可以等于给定电压值。

图1的系统100可以进一步包括传感器126。传感器126可以联接到第一输出端子118和第二输出端子122。传感器126可以被配置为监测桥输出电压(V_out)。传感器126可以被配置为监测桥输出电压从给定电压值到另一电压值的变化。如上所述，例如，响应于异物210刺穿导电材料层202，导电材料层202的电阻(R₂)的变化可以改变在第一输出端子118和第二输出端子122之间建立的桥输出电压(V_out)。

传感器126可以被配置为基于对桥输出电压(V_out)随时间推移的评估来产生指示异物210与导电层接触的信号128。因此，信号128可以指示异物210已经刺穿自密封充气轮胎200。例如，传感器126可以被配置为基于相对于阈值对给定电压值或另一电压值中的一者的评估来产生信号128。传感器可以被配置为基于给定电压值和另一电压值中的一者大于阈值或小于阈值来产生信号128。附加地或替代地，传感器126可以被配置为基于给定电压值和另一电压值中的一者比阈值大定义的百分比(例如，5％)或比阈值小定义的百分比(例如，5％)中的一者而产生信号128。

在另一示例中，传感器126可以被配置为确定表示给定电压值与另一电压值之间随时间推移的差的输出电压差值。传感器126可以被配置为基于输出电压差值相对于阈值电压差值之间的比较结果来产生指示异物与导电材料层202接触的信号128。附加地或替代地，传感器126可以被配置为基于输出电压差值比阈值电压差值大定义的百分比(例如，5％)或比阈值电压差值小定义的百分比(例如，5％)中的一者而产生信号128。

在一个示例中，传感器126可以被配置为对桥输出电压(V_out)随时间推移的变化进行周期性地监测和连续性地监测中的一者。传感器126可以被配置为基于与诸如地形状况、天气状况和/或温度状况的环境状况相关联的环境数据来选择监测模式(例如，周期性的或连续性的)。例如，在潮湿天气状况下，可能更期望连续性地监测桥输出电压(V_out)随时间推移的变化而不是定期性地监测(诸如在干旱天气状况下)，以便可以更快地通知车辆操作者异物210刺穿轮胎(诸如自密封充气轮胎200)。

在进一步的示例中，导电材料层202可以用作应变仪。导电材料层202可以用于推断对自密封充气轮胎200施加的力的量。在此示例中，传感器126可以被配置为监测第一输出端子118和第二输出端子122之间的桥输出电压(V_out)，从而可以确定对导电材料层202施加的力的量。在自密封充气轮胎200的正常操作期间，导电材料层202可以压缩或拉伸，其中任何改变都可以导致导电材料层202的电阻变化(例如，电阻增加)。可以通过监测桥输出电压(V_out)的变化来计算施加到导电材料层202的力的量，桥输出电压的变化可以是导电材料层202的电阻的函数。因此，桥电路202可以在此示例中作为应变仪桥电路操作，并且可以通过第一输出端子118和第二输出端子122之间的桥输出电压(V_out)的不平衡程度来提供所测量应变的指示。

在没有施加力的情况下，桥电路202可以是平衡的，使得桥输出电压(V_out)可以基本上为零伏。零伏可以表示零作用在应变仪(例如，导电材料层202)上，并且因此，零力作用在自密封充气轮胎200上。当导电材料层202被压缩或拉伸时，导电材料层200的电阻可以分别增加或减小，从而使桥电路202不平衡。传感器128可以被配置为在导电材料的压缩或拉伸期间监测桥电路202的桥输出电压(V_out)，并且产生表示作用在导电材料层202上的力的信号。

系统100可以进一步包括发射器130。发射器130可以被配置为基于由传感器126产生的信号将通知信号132发送到外部系统(或装置)，以通知车辆操作者异物210与导电材料层202接触。发射器130可以将通知信号发送到车辆的车载系统(图1中未示出)，以警告车辆操作者异物210已经刺穿轮胎。发射器130可以通过有线和/或无线通信介质来发送通知信号132。因此，发射器130可以配置有有线通信电路、无线通信电路或两者。因此，系统100可以通过评估至少是导电材料层的电阻的函数的电压而基于设置在轮胎中的导电材料层的电阻的变化来警告车辆操作者轮胎已被刺穿。

图4示出了可以监测轮胎刺穿的另一系统400的示例。系统400可以设置在轮胎(诸如图2所示的自密封充气轮胎200)的材料层402上。在一个示例中，系统400可以包括轮胎的材料层402。该系统可以包括电阻条404。可以评估电阻条404的电阻变化以产生指示电阻条的电阻变化的信号。电阻条404的电阻的变化可以例如响应于异物406与电阻条404接触，如图4所示。在一个示例中，异物406穿过电阻条404。异物406可以对应于图2所示的异物210。

系统400可以包括监测装置408。监测装置408可以包括传感器(图4中未示出)，该传感器可以被配置为监测电阻条404中的电压变化。电阻条404中的电压变化可以指示电阻条404的电阻变化。监测装置408可以进一步包括电源和发射器(图4中未示出)。电源可以被配置为向电阻条404施加电压以在电阻条404中建立电压。监测装置408可以被配置为基于对电阻条404的电压随时间推移从给定电压值到另一电压值的变化的评估来产生指示异物406的信号。

例如，传感器可以被配置为基于相对于阈值对给定电压值或另一电压值中的一者的评估来产生信号。传感器可以被配置为基于给定电压值和另一电压值中的一者大于阈值或小于阈值来产生信号。附加地或替代地，传感器可以被配置为基于给定电压值和另一电压值中的一者比阈值大定义的百分比(例如，5％)或比阈值小定义的百分比(例如，5％)中的一者而产生信号。

在另一示例中，传感器可以被配置为确定表示给定电压值与另一电压值之间的差的输出电压差值。传感器可以基于输出电压差值相对于阈值电压差值的比较结果来产生指示异物406与电阻条404接触的信号。附加地或替代地，传感器可以被配置为基于输出电压差值比阈值电压差值大定义的百分比(例如，5％)或比阈值电压差值小定义的百分比(例如，5％)中的一者而产生信号。在一个示例中，传感器可以被配置为对电压随时间推移的变化进行周期性地监测和连续性地监测中的一者。传感器可以被配置为基于与诸如地形状况、天气状况和/或温度状况的环境状况相关联的环境数据来选择监测模式(例如，周期性的或连续性的)。

如图4所示，电阻条404可以包括沿着材料层402的长度布置的多个电阻部分，以与监测装置408的电源形成闭环电路。多个电阻部分中的一对可以在一端部联接到电源的各个端子。如图4所示，多个电阻部分可以布置成给定图案，以使得给定图案使轮胎的材料层402的表面积最大化。

发射器可以被配置为基于由传感器产生的信号向外部系统发送通知信号，以通知用户异物406与电阻条404接触。例如，发射器可以被配置为将通知信号发送到车辆的车载系统(图4中未示出)，以警告车辆操作者异物406已经刺穿轮胎。发射器可以通过有线和/或无线通信介质发送通知信号。因此，发射器可以配置有有线通信电路、无线通信电路或两者。因此，系统400可以通过评估至少是电阻条的电阻的函数的电压而基于设置在轮胎的材料层上的电阻条的电阻的变化来警告车辆操作者轮胎已被刺穿。

鉴于上述的前述结构和功能特征，将参照图5更好地理解可以实施的方法。尽管为了简化说明的目的，图5的方法被示出并描述为顺序执行，但是将理解和明白，这种方法不受所示出的顺序的限制，这是因为在其他实施方案中，某些方面可以以不同的顺序发生和/或与本文示出并描述的其他方面同时发生。此外，实施方法可能不需要所有示出的特征。该方法或其部分可以被实施为存储在一个或多个非暂态存储介质中的指令，并且由例如传感器的处理资源(例如，一个或多个处理器核)执行。

图5描绘了流程图的示例，该流程图示出了用于监测轮胎(例如，图2至图3中所示的自密封充气轮胎200)刺穿的方法。该方法可以包括在502处向桥电路(例如，图1所示的桥电路102)施加电压，该桥电路可以包括可以具有多个电阻器的多个分支。桥电路可以在输出端子(例如，图1所示的第一输出端子118和第二输出端子122)之间建立输出电压。轮胎的导电材料层(例如，图1至图3所示的导电材料层202)可以对应于相应分支的给定电阻器。输出端子处的输出电压可以是参数的函数，该参数可以包括施加到桥电路的电压和导电材料层的电阻。在504处，该方法可以进一步包括监测输出端子处输出电压从给定电压值到另一电压值随时间推移的变化。输出端子处的输出电压的变化可以指示导电材料层的与轮胎中的刺孔相对应的电阻的变化。在506处，该方法可以进一步包括响应于检测到输出电压的变化而产生信号(例如，图1所示的信号128)以提供轮胎的导电材料层的电阻已经改变的指示。

注意，术语“基本上”和“大约”在本文中可以用来表示固有的不确定性程度，该不确定性可以归因于任何定量比较、值、测量或其他表示。这些术语在本文中还用来表示定量表示可以从所述参考变化而不会导致所讨论的主题的基本功能发生变化的程度。

上面已经描述的是示例。当然，不可能描述部件或方法的每种可想到的组合，但是本领域普通技术人员将认识到，许多进一步的组合和置换是可能的。因此，本文描述的公开旨在涵盖落入包括所附权利要求的本申请的范围内的所有此类改变、修改和变型。

Claims

1.一种用于监测轮胎刺穿的系统，所述系统包括：

自密封充气轮胎，所述轮胎具有导电材料层；

桥电路，所述桥电路包括具有多个电阻器的多个分支并且被配置为在输出端子处产生输出电压，其中所述轮胎的导电材料层对应于所述多个分支中的分支的多个电阻器中的一个，并且其中所述输出端子处的输出电压是参数的函数，所述参数包括施加到所述桥电路的电压和所述导电材料层的电阻，并且所述输出端子处的输出电压的变化指示所述导电材料层的电阻的变化；和

传感器，所述传感器被配置为监测所述桥电路的输出端子处的所述输出电压的变化，

其中所述传感器被配置为基于随时间推移对所述输出电压的评估来产生指示异物与所述导电材料层接触的信号，

其中所述异物与所述导电材料层接触对应于所述异物刺穿所述导电材料层的一侧并改变所述导电材料层的截面面积；并且

其中所述导电材料层的截面面积的变化改变所述导电材料层的电阻，

其中所述传感器被配置为基于与环境状况相关联的环境数据来选择对所述输出端子处的输出电压的变化进行周期性地监测和连续性地监测中的一者，其中所述环境状况是地形状况、天气状况和温度状况中的一个或多个，并且

其中所述导电材料层设置在所述轮胎的包括密封剂材料层和内衬材料层的至少两个其他层之间。

2.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包括发射器，所述发射器被配置为基于由所述传感器产生的信号而将通知信号发送到装置或另一系统中的一者以通知用户所述异物与所述导电材料层接触。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器被配置为基于相对于阈值对给定电压值和另一电压值中的一者的评估来产生所述信号。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述传感器被配置为基于所述给定电压值和所述另一电压值中的一者大于所述阈值以及小于所述阈值中的一者来产生所述信号。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述传感器被配置为确定表示给定电压值与另一电压值之间的差的输出电压差值，并且基于所述输出电压差值相对于阈值电压差值之间的比较结果产生指示异物与所述导电材料层接触的信号。

6.根据权利要求1所述的系统，

其中所述导电材料层对应于所述密封剂材料层上的铝背衬。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述桥电路是惠斯通电桥电路。

8.一种用于监测轮胎刺穿的方法，包括：

向包括具有多个电阻器的多个分支的桥电路施加电压，以在所述桥电路的输出端子处产生输出电压，

其中自密封充气轮胎的导电材料层对应于所述多个分支中的分支的多个电阻器中的一个，其中所述导电材料层设置在所述轮胎的包括密封剂材料层和内衬材料层的至少两个其他层之间，并且其中所述输出端子处的输出电压是参数的函数，所述参数包括施加到所述桥电路的电压和所述导电材料层的电阻，并且所述输出端子处的输出电压的变化指示所述导电材料层的电阻的变化；

监测所述输出端子处的输出电压从给定电压值到另一电压值的变化，其中传感器被配置为监测所述变化；

响应于检测到所述输出电压的变化而产生信号，以提供所述导电材料层的电阻的变化的指示，

其中所述导电材料层的电阻的变化对应于异物与所述导电材料层接触，并且

其中所述传感器被配置为基于与环境状况相关联的环境数据来选择对所述输出端子处的输出电压的变化进行周期性地监测和连续性地监测中的一者，其中所述环境状况是地形状况、天气状况和温度状况中的一个或多个。

9.根据权利要求8所述的方法，其中响应于检测到所述输出电压的变化而产生所述信号包括以下之一：

基于所述给定电压值和所述另一电压值之间的差相对于阈值电压差值的比较结果而产生所述信号；以及

基于所述给定电压值和所述另一电压值中的一者相对于阈值电压值的比较结果而产生所述信号。