CN102985268A - 用于估算车辆轮胎承受的动力载荷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于估算在给定期间内行驶的车辆轮胎承受的动力载荷的方法，包括在所述期间过程中在每个压力测量点处测量压力，确定在每个时间间隔内经受恒定且已知的载荷的同一轮胎的称为参比压力的压力，并通过测量压力与称为参比压力的压力之间的差以及通过预先设计的将载荷变化与压力变化相关联的轮胎模型计算载荷变化。本发明也提出了一种用于估算轮胎承受的载荷的方法。

Description

用于估算车辆轮胎承受的动力载荷的方法

技术领域

本发明涉及一种用于估算在给定期间内行驶的车辆轮胎承受的动力载荷的方法。本发明也提出了一种用于估算所述轮胎承受的载荷的方法。

尽管不局限于这种应用，但本发明将更具体地参考旨在安装至翻斗车类型车辆的轮胎进行描述。翻斗车为旨在运载重载荷的在采石场或矿山行驶的一种“推土”设备。

背景技术

这些车辆通常具有转向前轴总成和后轴总成，所述转向前轴总成包括两个转向轮，所述后轴总成通常为刚性的，并包括在每一侧成对安置的四个从动轮。车轴总成定义为具有地面接触的提供车辆的固定结构的元件总成。

在这种车辆，尤其是旨在用于运输载荷的在矿山或采石场使用的那些车辆的情况中，进入的问题以及对生产率的要求迫使这些车辆的制造商增加车辆的承载能力。于是车辆变得日益增大，因此本身变得日益沉重，并能够运输日益沉重的载荷。这种车辆的当前的质量可能高达数百吨，待运输的载荷也同样如此，总体质量可能高达600吨。

由于车辆的承载能力与轮胎的承载能力直接相关，因此轮胎设计必须适合这些演变，以提供能够满足使用需要的轮胎。

因此希望具有对使用这些轮胎具有更好的理解，特别是具有对在使用中这些轮胎必须承受的载荷的更好理解。这些载荷首先与被运输的载荷相关，其次与车辆的使用相关，更特别地与地面性质以及所述轮胎采用的路线道路相关。

对这些载荷认识可以更好地理解轮胎所承受的损坏的起源，并甚至可以协助实际轮胎设计。

具体而言，当前的需求仍然是导向为增加这些机器的承载能力，上文所列的各种参数引导轮胎设计者尤其考虑到这些轮胎的用途来优化所述轮胎。

已使用各种方法来确定由车辆的每个轮胎承受的载荷。

目前使用的第一种方法为测量车辆的悬架元件中的压力。该压力与悬架元件承受的载荷直接相关。然而，在这些悬架元件内的摩擦和阻尼歪曲了对实际承受的载荷，特别是动力载荷的估算。此外，特别是就后轴总成而言，由于在底盘的任一侧上存在双轮，因此几乎不可能精确限定各个轮胎之间的载荷分布。

另一用于确定由轮胎承受的载荷的已知方法为例如使用超声或甚至激光测距仪测量底盘高度，并由此推导所述轮胎的下沉量，所述下沉量与载荷和压力直接相关。如果充气压力已知，如果轮胎沿着平地行驶，则这种测量实际上为载荷的反映。然而，沿着由松散地面组成的轨道和/或沿着有车辙或多石的轨道行驶完全破坏了测量的数据分析。具体而言，由于这些装置通常以偏移的方式位于轮胎侧面，因此测量被地面高度的局部变化歪曲。此外，这种测量的使用非常棘手，因为测量系统对测量条件敏感，且特别是灰尘和温度可能歪曲测量。

另一方法为考虑可将充气空气比作理想气体，因此满足关系式：p.V=n.R.T，所述关系式将压力p、体积V和温度T之间的关系形式化，n为气体摩尔数，R为理想气体的通用气体常数。与轮胎承受的载荷相关的轮胎下沉量导致轮胎内部体积的变化。因此轮胎中的压力和温度的测量有可能推导其体积的变化，因此推导轮胎承受的载荷的变化。已发现将温度传感器插入轮胎腔体不总是简单的，特别是由于阀门的曲率。自倾车轮胎的尺寸导致轮胎腔体内温度的不一致。特别地，存在与这些轮胎的使用相关的相对较大的空气温度梯度。在一方面，在静止阶段过程中，空气无法持续被扰动，在另一方面，存在接近轮辋和轮胎的极显著的热交换。

因此本发明人自己设定如下目标：提供相比于使用之前提及的方法目前可得到的那些估算更精确和/或更易于进行的对行驶过程中轮胎承受的载荷的估算。

发明内容

根据本发明，该目的已通过使用用于估算在给定期间内行驶的车辆轮胎承受的动力载荷的方法而实现，其中在所述期间过程中测量压力，在每个压力测量点确定在每个时间间隔下经受恒定且已知的载荷的同一轮胎的压力（称为参比压力），并在每个压力测量点，由测量压力与参比压力之间的差以及由预先设计的将载荷变化与压力变化相关联的轮胎模型来计算载荷变化。

在本发明的含义中，将动力载荷比作在行驶过程中轮胎经受的载荷变化。

时间间隔有利地对应于车辆的装载状态，因此对应于由每个轮胎运载的恒静载荷。

在本发明的含义中，静载荷为车辆静止在平地时轮胎承受的载荷。

考虑到轮胎内的压力变化首先与轮胎承受的载荷变化相关，其次与充气空气的温度变化相关，本发明人已能够省略测量温度，并仅测量压力以确定轮胎承受的动力载荷。本发明人已能够证明，充气空气的压力和温度变化频率取决于如下因素而变化：充气空气的压力和温度变化是否是由于与轮胎或甚至轮辋的热交换，或者充气空气的压力和温度变化是否是由于由轮胎行驶所导致的载荷变化。

具体而言，本发明人已能够证明低频率变化是由于与轮胎和轮辋的热交换的加热。轮胎的加热是由于制造轮胎的材料的滞后现象，因此是由于在行驶过程中置于这些材料上的应力。轮辋的加热是由于存在于车轮中的制动和变速器装置。考虑到轮胎和轮辋的高的热惯性，与这些现象相关的与充气空气温度和压力变化相关的频率远低于1Hz。

此外，本发明人已能够证明，与载荷变化相关的压力变化通常以1至2Hz或更高的量级的频率发生，所述载荷变化对应于当轮胎腔体恢复至其初始体积时在偏转或者膨胀时充气空气的压缩。

根据本发明，使用在所述期间过程中压力的测量来确定经受每个时间间隔恒定且已知的载荷的轮胎的参比压力。已显示各种频率的事实使得本发明人设想，在所述期间中处理所测得的信号，以消除载荷变化的影响，并因此在每个点限定参比压力，所述参比压力为在测量期间内的温度变化的结果，并因此对应于在恒定载荷下的轮胎的使用。

接着，已知在每个压力测量点的该参比压力，有可能计算测量压力与确定的参比压力之间的压力变化。

最后，使用预先设计的将载荷变化与相对于已知初始态的压力变化相关联的轮胎模型，有可能确定轮胎承受的动力载荷。

取决于通过模型的方式建立的载荷变化与压力变化之间的关系，所获得的平均载荷可能不同于已知静载荷。如果发生这种情况，则必须校正总体参比压力，并重复压力变化计算和载荷变化计算。

根据本发明的一个优选实施方案，通过调节每个压力测量时间间隔的测得信号的多项式来确定经受在每个时间间隔恒定的载荷的同一轮胎的参比压力。这种实施方案使得有可能简单地省略最高频率变化，仅强调由源自制造轮胎或车轮的材料的温度变化所导致的低频率压力变化。在每个时间间隔恒定的载荷对应于在每一个这些时间间隔过程中当车辆在平地上静止时轮胎所承受的载荷。

在每个时间间隔恒定的所述载荷例如通过在每个时间间隔对每个轮胎进行称重而已知，或者可通过与悬架元件相关的承载估算装置而得到。

根据本发明的其他实施方案，经受恒定载荷的同一轮胎的参比压力可以使用任何其他类型的信号处理（如滤波器）而确定。

有利地根据本发明，无论所用的信号处理为何，该处理使用计算机和计算机程序进行。

对于根据本发明的优选，轮胎模型为图形系统和/或数值模型。预先必须已设计这种轮胎模型，所述轮胎模型有可能计算轮胎承受的载荷变化，所述载荷变化对应于在受控温度条件下由测量压力与相应的参比压力之间的差所确定的压力变化。

这些受控温度条件有利地基于恒定轮胎和轮辋温度使用模型获得。

有利地再次根据本发明，轮胎模型在类似于用于测量的地面上确定，从而显著地有可能考虑到可能影响压力变化的轮胎下方的地面的任何变形，特别是在松散地面的情况中。

根据本发明的一个可选择的形式，由于循环使用例如翻斗车类型的车辆，测量期间至少包括接续的（相继的）未装载时间间隔和装载行驶时间间隔。

根据本发明该可选择的形式，仅仅是对车辆未装载时轮胎所承受的静载荷的认识将使得有可能估算在整个测量期间车辆所承受的载荷。关于车辆未装载时轮胎所承受的载荷的信息由车辆制造商传达，或者可通过本领域技术人员已知的任何方式测得。

通过调节在车辆未装载时压力测量期间的测得信号的多项式来确定经受恒定载荷的同一轮胎的参比压力。内插或外推装载行驶期间的这些信号将提供对这些装载行驶期间的参比压力的估算，其对应于车辆未装载时恒定的且等于携带载荷的载荷。

本发明也提出了一种用于估算在给定期间内行驶的车辆轮胎承受的载荷的方法，其至少包括接连的未装载时间间隔和装载行驶时间间隔，其中在未装载阶段的每个压力测量点在所述期间过程中测量压力，确定经受恒定载荷的同一轮胎的称为参比压力的压力，在经受恒定载荷的同一轮胎的装载行驶的阶段的每个压力测量点推断称为参比压力的压力，且在每个压力测量点，由测量压力与参比压力之间的差以及由预先设计的将载荷变化与压力变化相关联的轮胎模型来计算载荷。

如前所述，在经受恒定载荷的同一轮胎的装载行驶阶段的每个压力测量点的称为参比压力的压力有利地通过如下方式推断：内插或外推在未装载行驶阶段中经受恒定载荷的同一轮胎的称为参比压力的压力的测定信号。

附图说明

本发明的其他有利特征和细节将由下文参考图1至5的本发明的一个实施方案的描述而变得显而易见，所述附图表示：

图1，轮胎充气压力的记录提取随时间的变化，

图2，分离装载行驶和未装载行驶阶段的图1的信号的处理结果，

图3，对应于车辆的已知装载状态在每个时间间隔的图1的信号上叠加的参比压力曲线，

图4，对应于车辆未装载时恒定的且等于静载荷的载荷的在图1的信号上叠加的参比曲线，

图5，给出载荷测量随时间的变化的曲线。

具体实施方式

下文描述的实施例使用沿着露天矿场的车道行驶的安装6个53/80R63型轮胎的Komatsu930E型翻斗车。

车辆的六个轮胎的每一个包括气压传感器。这些为安装于轮胎充气阀上的传感器。

图1表示记录信号1的图。其表示了在三个行驶循环期间轮胎充气空气压力随时间的变化的测量，一个循环包括未装载阶段和装载行驶阶段。

第一步骤为确认对应于车辆装载的不同状态的阶段，或者更具体地，在此情况中，车辆装载的阶段和车辆未装载的行驶阶段。

这种步骤可通过由操作者简单地观察信号用手进行。更快的方法是通过应用例如带通滤波器将该步骤自动化。目标是使用高通滤波器首先消除由于温度变化而造成的大部分压力变化，并使用低通滤波器消除由动力载荷变化所导致的大部分压力变化。车辆装载的期间对应于处理信号高于给定阈值的期间，而车辆未装载的期间对应于处理信号低于该阈值的期间。该步骤的结果示于图2中。具有最低压力值的区域2、4、6对应于未装载形式的阶段，具有最高压力值的区域3、5、7对应于装载行驶的阶段。

当对于上文描述的每个阶段，例如使用称重而已知轮胎承受的静载荷时，第二步骤为对于分别考虑的每个阶段的每个测量点，确定参比压力，所述参比压力对应于如果经受相同的温度变化和恒定的且等于静载荷的载荷，轮胎所具有的压力。

该第二步骤或者通过处理低通滤波器型以消除与在未装载行驶区域中的车辆的动力学相关的变化进行，或者通过调节每个这些阶段的测得信号的多项式而进行。随后这提供参比压力的估算，所述参比压力在图3中由曲线8、9、10、11、12和13表示。

随后本发明人提出，为了提高对这些参比压力的估算，消除这些阶段的每一者的开始和结束，以不考虑对应于装载和未装载期间的时间。

当仅考虑对应于未装载车辆的静载荷时，在信号处理中的第二步骤为，再次从测量信号开始，根据第一步骤按时间顺序位于车辆装载的各个阶段和车辆未装载的行驶阶段，对于未装载行驶的阶段的每个测量点确定参比压力，所述参比压力对应于如果经受相同的温度变化，但经受恒定的且等于车辆未装载时所承受的载荷的载荷，轮胎所具有的压力。

如前一样，该第二步骤或者通过处理低通滤波器型以消除与在未装载行驶区域中的车辆的动力学相关的变化而进行，或者通过调节每个这些阶段的测得信号的多项式而进行。随后这提供参比压力的估算，其在图4中由对应于未装载阶段的区域2、4、6的每一个的曲线部分8、10、12。

如前一样，为了提高对这些参比压力的估算，本发明人提出消除每个这些未装载区域的开始和结束，以不考虑对应于装载和未装载期间的时间。

仍然在其中仅考虑对应于未装载车辆的静载荷的情况中，第三步骤为内插或外推在未装载区域中获得的曲线，以估算装载行驶区域中的参比压力。本发明人提出在未装载行驶区域中获得的每个曲线之间进行多项式内插。这产生曲线部分14、15、16。

无论怎样，在下一步骤过程中，有可能在每个测量点计算测量压力与参比压力之间的差。

使用预先定义的模型将由此获得的压力变化转化为载荷变化。

图5使用曲线17示出了由此获得的轮胎载荷随时间的变化。

根据前述，这种对安装至翻斗车的轮胎承受的载荷的估算将提供对一些类型的损伤的来源的更好理解，并使轮胎设计更好地适应于轮胎的用途。

与轮胎承受的载荷相关的所述信息也带来其他优点。例如，有可能提供使用者（其意指车辆的驾驶者）建议，所述建议尤其使使用者改正其在某些情况中的驾驶风格，以在沿着其驾驶所沿的轨道的某些点处降低某些轮胎的载荷变化。例如，推荐在可能不显得必要的区域中减速可使其有可能降低随后制动的强度，由此减少传递至车辆的前轴总成的轮胎的所引起的载荷，或确实降低振动。因此这种对驾驶风格的改正可使其有可能避免轮胎不得不承受可能导致轮胎损坏的过量载荷。对于这种应用，有利的是实时计算参比压力和载荷。

也有可能提供有关轮胎温度的信息。实际上，对各种轮胎承受的载荷的认识结合速度测量可得到每个轮胎的TKPH（吨.公里/小时）。

除了有关轮胎的信息之外，有关轮胎承受的载荷的所述信息也可使其有可能确定车辆运载的总载荷。

甚至有可能使用有关每个轮胎承受的载荷的所述信息来改进在认为动力载荷过大之处的轨道的路线或维护。

Claims (8)

1.一种用于对在给定期间内行驶的车辆轮胎承受的动力载荷进行估算的方法，其特征在于，在所述期间过程中测量压力，并且在每个压力测量点处确定了在每个时间间隔下经受恒定并且已知的载荷的同一轮胎的压力，该压力称为参比压力，并且在每个压力测量点，通过已测量的压力与参比压力之间的差以及通过预先设计的将载荷变化与压力变化相关联的轮胎模型来计算载荷变化。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过调节每个压力测量时间间隔的测得信号的多项式来确定在每个时间间隔下经受恒定的载荷的同一轮胎的参比压力。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述轮胎模型为图形系统和/或数值模型。

4.根据权利要求1至3所述的方法，其特征在于，所述轮胎模型在类似于测量所用的地面的地面上确定。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述车辆例如为翻斗车类型，其特征在于，测量期间至少包括接续的未装载时间间隔和装载行驶时间间隔。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过调节在车辆未装载时的压力测量期间测得的信号的多项式，并通过内插或外推装载行驶期间的这些信号来确定经受恒定载荷的同一轮胎的参比压力。

7.用于估算在给定期间内行驶的车辆轮胎承受的载荷的方法，其至少包括接续的未装载时间间隔和装载行驶时间间隔，其特征在于，在所述期间过程中测量压力，并且在未装载阶段的每个压力测量点处确定经受恒定载荷的同一轮胎的称为参比压力的压力，并且在经受恒定载荷的同一轮胎的装载行驶的阶段的每个压力测量点推断称为参比压力的压力，并且在每个压力测量点，通过测量压力与参比压力之间的差以及通过预先设计的将载荷变化与压力变化相关联的轮胎模型来计算载荷。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在经受恒定载荷的同一轮胎的装载行驶阶段的每个压力测量点下的称为参比压力的压力通过如下方式推断得出：内插或外推在与载荷行驶阶段相接续的未装载行驶阶段中经受恒定载荷的同一轮胎的称为参比压力的压力的测定信号。

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