用于轮胎的状态检测的基于激光传感器的系统
2019-11-22

用于轮胎的状态检测的基于激光传感器的系统

描述了一种系统,其使得能够通过自混合激光干涉测量法测量轮胎(20)的参数。使用自混合激光干涉测量法的激光传感器(1)能够测量轮胎(20)的面元素的距离和/或速度。因此,包括这种激光传感器(1)的系统例如能够被用于测量并且指示轮胎胎面磨损、轮胎负载或者速度。与使用已知的飞行时间方法的基于激光传感器的系统相比,所描述的系统更简单、更节省成本、并且由于激光传感器(1)的小尺寸更容易被集成在汽车中。

数的多个激光传感器。

数的多个激光传感器。

图4示出了作为根据本发明的一个实施例的一部分的激光传感器的示意图,该激

实施要求保护的本发明的本领域技术人员,通过研究附图、公开的信息以及所附的权利要求书,可以理解并实现所公开的各个实施例的其他变化。

图1示出了根据本发明的一个实施例的示意图。激光传感器1包括激光二极管作为边发射器、VCSEL或VECSEL以及光电检测器。激光二极管发射激光10。透镜5被用于将激光10聚焦在轮胎表面上或者将激光10校准为平行射束。激光10被轮胎20的表面或者部分表面反射。反射的激光借助于透镜5被聚焦在激光器腔体上,重新进入激光器腔体并且与激光器腔体中的谐振光发生干涉,导致谐振光的变化,其可以由光电检测器检测。检测到的激光器腔体中的谐振光的变化通过光电检测器被转变成电信号,被以处理器为形式的分析器2分析,并且最终由以汽车中的屏幕为形式的指示器3所指示,其将轮胎20的胎面磨损通知给驾驶员。

已经关于特定的实施例并且参考特定的附图描述了本发明,但这不应被解释为限

在图4中,根据本发明的系统被集成在汽车中。激光传感器1优选地以这样的方式被集成在汽车的底盘中:在驾驶(由箭头所指示的向前驾驶方向)过程中使得对激光传感器的污物污染最小化。由激光传感器发射的激光io垂直于轮胎表面的平面碰撞到轮胎20的表面,这意味着激光指向轮胎的中心。这种设置被用于检测到达轮胎20的面元素的距离,从而使得轮胎胎面磨损检测、轮胎负载检测和/或底盘相对于轮胎20的振荡检测成为可能。速度检测是不可能的,这是因为不存与所发射的激光10的方向共线的轮胎20的面元素的转速向量分量。图5示出了其中集成有激光传感器1的车轮情况的放大视图。激光10以这样的方式碰撞到轮胎20的面元素,即存在与所发射的激光10的方向共线的轮胎20的面元素的转速向量分量。这种共线的轮胎20的面元素的转速向量分量使得能够借助于反射到激光传感器1的激光的多普勒频移检测汽车的速度。通过使用不同的驱动机制和/或激光传感器1的检测机制,同样的配置可被用于轮胎胎面磨损检测、轮胎负载检测和/或底盘相对于轮胎20的振荡检测。由于轮胎胎面磨损、轮胎负载以及振荡可能会影响例如汽车速度的检测这一事实,因此来自一个测量的结果可能会被用于校正其他测量的测量结果。一个示例可能是:轮胎负载决定激光10碰撞到轮胎20的表面的在轮胎20表面上的目标区域,从而影响了与所发射的激光10的方向共线的轮胎20的面元素的转速向量分量。取决于所检测的轮胎负载,可以借助于分析器来校正速度的测量结果。可替换地,可以使用两个激光传感器1,一个检测轮胎20的负载,另一个检测轮胎20的转速(例如图4与图5中所示实施例的结合)。测量的结果由分析器2进行处理,借助于在分析器中实现的(数学)模型,考虑了不同测量的结果之间的相互依赖关系。

如图2所示,由激光镜105形成外部腔体,该激光镜105被放置并且被调整在上部的DBR102之上的适当距离处。例如,金属可被用于形成该激光镜105,或者涂覆有电介质的镜子或具有适合的IR反射属性的窄带体布拉格光栅(VBG)可以被用作激光镜105。增益介质被电力泵浦到这样的水平以便实现激光产生,该水平不允许内部腔体系统超越激光器阈值,但需要来自外部腔体(即外部激光镜105)的反馈。按照这种方式,所发射的激光辐射107的属性是由外部腔体而不是由VCSEL芯片上的短内部腔体所决定的。因此,所发射的激光辐射107的发散角也被减小,并且与纯基于VCSEL的传感器相比,模式品质(modequality)被增强。因此,激光可以被更好地聚焦在目标对象上,而且感测应用所需的到激光器腔体中的反馈108(来自目标对象的反向散射辐射)也被改善。这导致了例如在图1中所示的系统的性能改善。

图4示出了作为根据本发明的一个实施例的一部分的激光传感器的示意图,该激

用于将电流注入到增益介质103中的操作电流是由适当的电源(未示出)提供的,在图2建议的激光传感器的实施例中,电源被连接到传感器控制单元(未示出)或者包括这种控制单元以便适时地对注入电流进行调制。通过这个电流调制,实现了所发射的激光辐射107的频移,以获取所期望的距离或速度信息。注入载荷子的变化导致了增益介质103的折射率的变化,并因此也导致了光学腔体长度D的变化。纵向腔体模式的中心波长入。由下式给出: