CN104093626A - 通过优化有效轮胎滚动阻力改进车辆燃料经济性 - Google Patents

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Abstract

本发明的主题整体涉及车辆，该车辆具有车轴，轮胎安装在该车轴上，至少一个车轴是提升车轴，更具体地，本发明涉及通过调节轮胎上的载荷而优化有效轮胎滚动阻力以改进车辆的燃料经济性的方法。根据一个实施例，该方法考虑设置在车辆的车轴上的轮胎的滚动阻力特性，并且提供用于通过升高或降低提升车轴来优化轮胎的滚动阻力的算法。

Description

通过优化有效轮胎滚动阻力改进车辆燃料经济性
技术领域
本发明涉及的主题整体涉及车辆，该车辆具有车轴，轮胎安装在该车轴上，至少一个车轴是提升车轴，更具体地，本发明涉及通过调节轮胎上的载荷而优化有效轮胎滚动阻力以改进车辆的燃料经济性的方法。
背景技术
对于卡车车队而言，燃料是最大的操作成本，并且已经进行了许多努力来改进重型卡车的燃料经济性。长途运输牵引车挂车的一种普遍构造是6x4牵引车，包括一个转向车轴和两个驱动车轴，牵引包括两个挂车车轴的挂车。作为节省燃料的措施，6x2牵引车已经引入市场。6x2牵引车包括转向车轴、非驱动的“支重”车轴和单个驱动车轴。这消除了动力传动系统中的一个差速器，简化了支重车轴，降低了质量和动力传动系统的摩擦，并且显著改进了燃料经济性。然而，由于将发动机转矩传递到道路的轮胎的数量减半，而减小了驱动牵引。这通常仅仅在低牵引表面上、在低速挡、在非常地的速度下存在问题。
为了解决这个较大牵引的需要，车轴制造商引入了基于6x2提升车轴的系统。提升车轴能够将载荷从支重车轴传递到驱动车轴，以增加驱动轮胎上的牵引。可以例如通过传感器来确定驱动车轴上的载荷大小。本领域中已知的用于测量这种载荷的手段可见于美国专利No.5,193,063，第6栏第25至45行，并且包括将载荷传感器放置在车轴及其悬挂之间，将应变仪放置在车轴及其悬挂点之间，以及当采用空气弹簧时利用压力传感器测量空气弹簧中的压力。利用测量载荷的合适手段，支重车轴可以被提升，直到驱动车轴的载荷达到预定值。然后，该系统基于各种标准返回到正常载荷。例如，当车辆速度超过预定(低)阈值，经过了预定的时间，或者驾驶员手动地关闭该系统时，载荷可以回归正常。驱动车轴可以被加载成超过轮胎的通常最大载荷，如“Load and Pressure Adjustments at ReducedSpeeds(减小的速度下的载荷和压力调节)”的T&RA表允许的。例如，在用于起动牵引的非常低的速度下，驱动车轴可以加载到20,000lbs或26,000lbs。
用于提升或降低提升车轴的手段包括液压部件、气动部件和机械连接装置或它们的组合。对于这样的系统的例子，参见美国专利No.4,854,409；No.5,193,063；No.5,230,528和No.7,222,867。
以进一步举例的方式，在本文中再现美国专利No.7,222,867的图1和2及其书面描述，该专利转让给国际卡车知识产权有限责任公司。图1中示出了车辆10，其相当于8x4或8x2牵引车。车辆10可以是被构造成用以拖运大的且变化的载荷的任何车辆。车辆10包括底盘12，该底盘具有前、后固定车轴14、16、18，继而这些车轴上安装有车轮20，以将底盘12支撑在道路表面上。底盘12承载包括驾驶室22的本体，并且承载货箱24，例如可倾斜车身。因为车辆10承载的载荷变化极大，所以有利的是将辅助车轴降低，以避免车辆违反每个车轴载荷限制。在这里，提升车轴26被设置成这样的辅助车轴。本领域的技术人员将会理解，全时使用这样的车轴由于增大了滚动阻力而提高了车辆操作成本。
提升车轴26的自动操作，或者作为另外一种选择，向操作者提供升高和降低提升车轴26的合适时刻的指示，涉及图2中示意性地示出的其它的车辆系统，图2公开了一种用于卡车的系统，该卡车相当于6x2牵引车。底盘12装备有空气悬挂系统，其中填充有空气的气囊(空气弹簧44)提供常规实心弹簧的许多(如果不是所有的)支撑和冲击隔离功能。空气弹簧的优点在于，空气弹簧内的空气的量可以进行调节，以将底盘12保持在固定高度。为此，空气递送系统通过高度找平阀52进行工作。从而，空气弹簧44内的空气压力与车辆载荷相关。压力传感器322设置成用于每个空气弹簧44回路，并且提供用于确定车轴载荷的基本数据。通常，每个车辆仅仅有一个这样的回路，然而，其它布置也是可能的，包括每个空气弹簧和中间布置的独立控制，例如图中示出的两个回路的设计。
额外的悬挂稳定连接装置66与每个空气弹簧44相关联，从框架侧轨道48悬置。空气管线62连接到压缩空气罐68，该压缩空气罐在侧框架轨道48之间安装在底盘12上。发动机70提供用于底盘12的动力，以通过自动或半自动变速器72驱动推进器轴76。推进器轴76连接在变速器72和用于所示的单个驱动车轴16的差速器74之间。转速计75联接到推进器轴76，并且允许确定驱动车轮20的平均旋转速度，由此估计车辆速度。提升车轴26不被驱动。气动式定位缸64安装在底盘12和提升车轴26之间，以根据电子控制系统的需要来升高或降低提升车轴。
例如图1所示的重型卡车花费其许多时间而承载比最大重量载荷小的载荷。参见图3，其绘制出了使用时间百分比对车辆载荷的曲线图。该曲线图示出了在它们的使用时间的大约60％都承载比它们的最大容许载荷小的载荷。这可能归因于它们的货物的特性，也就是某些车队是“体积受限”而不是“重量受限”的(例如木片搬运车)。此外，许多卡车在它们的运输路线上逐渐地减轻它们的载荷(例如汽油油罐车)。作为另外一种选择，诸如可倾斜式卡车或垃圾车可以逐渐地增大其载荷。
因此，如图3的数据所示，高速路上的大部分卡车将得益于考虑设置在轮胎上的载荷的轮胎滚动阻力优化方案。更具体地，这样的优化车辆燃料经济性的方法是有利的，该方法考虑轮胎的滚动阻力特性并且适当地改变轮胎上的载荷。使用已经存在于车辆上的设备(例如提升车轴)的这样的方法将会是特别有利的。
发明内容
本发明的各方面和优点将在以下的描述中部分地说明，或者可以从说明书中是明显的，或者可以通过实施本发明而得以获悉。
本发明包括一种通过优化有效轮胎滚动阻力来改进车辆的燃料经济性的方法，该方法包括以下步骤：
提供具有至少一个主要车轴和一个提升车轴的车辆，所述车轴上安装有轮胎；以及
确定车辆承载的总载荷是否大于最大容许车轴载荷与提升车轴数量的乘积加上最小容许车轴载荷需要与主要车轴数量的乘积的和；或者
确定车辆承载的总载荷是否小于或等于最大容许车轴载荷与提升车轴数量的乘积加上最小容许车轴载荷需要与主要车轴数量的乘积的和，并且同时还大于车轴总数量与最小容许车轴载荷需要的乘积，或者
确定车辆承载的总载荷是否小于或等于车轴总数量与最小容许车轴载荷需要的乘积。
根据以上具有的状态，使提升车轴运动，以调节车辆的各个车轴上的载荷。
本发明还包括一种通过优化有效轮胎滚动阻力来改进车辆的燃料经济性的方法，该方法包括以下步骤：
提供具有至少一个主要车轴和一个提升车轴的车辆，所述车轴上安装有轮胎；以及
确定车辆承载的总载荷的量减去最大容许车轴载荷与主要车轴数量的乘积是否大于最小容许车轴载荷需要与提升车轴数量的乘积；或者
确定车辆承载的总载荷的量减去最大容许车轴载荷与主要车轴数量的乘积是否小于或等于最小容许车轴载荷与提升车轴数量的乘积，同时确定该总载荷是否大于或等于车轴总数量与最小容许车轴载荷需要的乘积，或者
确定车辆承载的总载荷的量是否小于车轴总数量与最小容许车轴载荷需要的乘积，或者
确定车辆承载的总载荷的量减去最大容许车轴载荷与提升车轴数量的乘积是否小于或等于最小容许车轴载荷与主要车轴数量的乘积，同时还确定该总载荷是否大于或等于车轴总数量与最小容许车轴载荷需要的乘积。
根据以上具有的状态，使提升车轴运动，以调节车辆的各个车轴上的载荷。
用于改进具有至少一个提升车轴和一个主要车轴的车辆的车辆燃料经济性的系统包括：
轮胎，其安装在提升和主要车轴上；
输入装置，其用于输入指令或信息；
存储器，其用于存储指令、数据或具有算法的程序；
载荷传感器，其用于确定主要和提升车轴上的载荷；
提升机构，其用于降低或升高提升车轴；
至少一个处理装置，其与所述输入装置、所述存储器、所述载荷传感器和所述提升机构连通，所述处理装置被构造成用以
接收表示放置在主要和提升车轴上的载荷以及由车辆承载的总载荷的测量值；
根据提升车轴上的轮胎所具有的滚动阻力比主要车轴上的轮胎大、小还是相同来执行算法，并且随后将信号发送到提升机构，以便使提升车轴运动，从而改变设置在主要和提升车轴上的载荷；
一旦已经达到主要和提升车轴上的期望载荷，就停止提升机构的运动；以及
随时间推移监测总车辆载荷。
参考以下的说明书和所附的权利要求，将会更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点。被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
参考附图，在说明书中描述了针对本领域普通技术人员的本发明的完全和全部公开，包括其最佳模式，其中：
图1为装备有提升车轴的车辆的透视图。
图2为装备有提升车轴的卡车底盘的俯视示意图。
图3为示出6x4公路牵引车/挂车的在各种载荷下的使用时间百分比的曲线图。
图4A至4D为根据本发明第一实施例的方法的流程图，该方法覆盖了使用一个或多个主要车轴和一个或多个提升车轴的任何一般应用。
图5A至5D为根据本发明另一个实施例的方法的流程图，该方法覆盖了6x2牵引车或等同车辆的仅仅使用一个驱动车轴和一个支重车轴的特定应用。
图6为情况1的载荷传递算法的例子的模拟数据的表，其中提升车轴上的挂车轮胎具有的滚动阻力系数比主要或驱动车轴上具有的驱动轮胎小。
图7为估测图4的表所示的情况1的例子的燃料节省的模拟数据的表。
图8为情况2的载荷传递算法的例子的模拟数据的表，其中提升车轴上的轮胎具有与主要或驱动车轴上具有的轮胎相同的滚动阻力系数。
图9为估测图6的表所示的情况2的例子的燃料节省的模拟数据的表。
图10为情况1和情况2的例子的估测的车辆燃料节省的曲线图。当支重车轴被提升离开地面时，在情况2中出现不连续。注意到，这些情况并不具有相同的基准轮胎，并且不能够应用于相同的状况。
图11为本发明仅仅应用于挂车车轴(“情况2的挂车”)和应用于驱动和挂车车轴两者(“情况1的驱动+情况2的挂车”)的估测的车辆燃料节省的曲线图。
在不同的图中使用的相同或类似附图标记表示相同或类似的特征。
具体实施方式
因为轮胎在典型的长途运输牵引车-挂车中承担大约30％的燃料消耗，所以发明人认识到，这样的车辆的轮胎的有效轮胎滚动阻力的优化将改进车辆的燃料经济性。发明人还认识到，轮胎滚动阻力是非线性的，并且在轮胎承受较高的载荷时轮胎更加有效(较低的滚动阻力系数)。此外，驱动车轴轮胎通常具有车辆上的任何轮胎中最高的滚动阻力。例如当6x2牵引车装备有提升车轴时，牵引车可以将载荷从支重(非驱动的)车轴传递到驱动车轴，或者反之保持组件最佳的加载(通常使挂车轮胎处于最大法定车轴载荷)，从而增大车辆燃料经济性。提供措施以确保驱动轮胎总是具有足够的载荷以确保足够的牵引；这些与本发明可能取得的轮胎滚动阻力获益的估计和燃料经济性改进一起在下文中详细描述。应该指出的是，这通过对在许多重型卡车、牵引车或挂车上使用的已有设备进行小的变化就能够实现，从而是便利的且成本低廉的。
本发明提供这样一种方法，其通过利用车辆上具有的提升车轴以调节轮胎上的载荷而优化安装在车辆上的轮胎的有效轮胎滚动阻力来改进车辆燃料经济性。该方法考虑轮胎的滚动阻力特性，并且实施基于这些特性的算法来实现，该算法升高或降低车轴，以调节设置在每个轮胎上的载荷。
对于本公开，以下的术语限定如下：
“车辆”是任何类型的汽车、轻型卡车、重型卡车或任何其它在道路表面上滚动的车辆，包括但不限于牵引车、挂车或它们的组合。
“主要车轴”是车辆的任何车轴，该车轴被选择成相对于道路表面保持静止，并且可以包括转向、支重或驱动车轴，其载荷随着提升车轴的运动而显著地变化。
“提升车轴”是车辆的任何车轴，该车轴能够且被选择成朝向和离开道路表面运动，并且可以包括支重、转向或驱动车轴。
“处理装置”包括任何形式的电路，例如微处理器或其它微控制器，或者数字信号处理器，以用于接收来自一个或多个传感器的数据，并且与这些传感器一起执行某些功能，如将进一步描述的。在许多情况下，这样的装置还将配合有存储器。因此，在此所用的“处理装置”可以包括一个或多个微处理器，并且同样可以包括一个或多个存储器装置。
存在设想的两种情况。在第一种更加通用的情况中，不同的轮胎将安装在提升和主要车轴上；例如，在提升车轴是支重车轴的情况下，其将安装有挂车轮胎，而在主要车轴是驱动车轴的情况下，其将安装有驱动轮胎。挂车轮胎通常具有比驱动轮胎低的滚动阻力系数。这种状况示出为情况1。
在第二种情况中，提升车轴上的轮胎具有的滚动阻力系数等于或大于安装在主要车轴上的轮胎的滚动阻力系数。例如当相同的轮胎安装在6x2牵引车的驱动和提升车轴两者上时，可能出现这种情况。这种状况示出为情况2。在这种情况下由于轮胎滚动阻力的非线性特性而仍然能够产生效率，这导致例如以半载操作的两个轮胎的效率不如全载下的一个轮胎的效率。这是由于轮胎载荷和滚动阻力之间的动力定律关系而导致的。本领域中已知的轮胎滚动阻力系数Crr随载荷的变化的常用描述由以下的公式1给出： C rr ( z ) = C rr ( z ref ) ( z z ref ) - 0.1 公式1；
其中z是载荷，zref是基准载荷，在该基准载荷下测量滚动阻力系数。
在以下的段落中，概述本发明的算法，这些算法用于在提升和主要车轴之间分配载荷，以优化车辆的燃料经济性。本发明涉及用于燃料经济性的载荷传递；这是通过以下的方式实现的，即尽可能地对最高效地操作的轮胎进行加载，也就是增大具有最小滚动阻力系数的轮胎上的载荷。使用这些算法的方法由图4A-4D和5A-5D中所包含的流程图表示。其包括第一步骤100、200，该步骤包括确定是否存在情况1或情况2的情形，也就是，对于一般情况应用而言，安装在提升车轴上的轮胎的滚动阻力特性是否低于主要车轴上的轮胎的滚动阻力特性，以及对于6x2牵引车或等同形式的应用而言，安装在支重车轴上的轮胎的滚动阻力特性是否小于驱动车轴上的轮胎的滚动阻力特性。
应该指出的是，这些算法是基于如下假设，即：前转向车轴承担的载荷在很大程度上是固定的并且取决于车辆的构造，因此该载荷的效果被认为是忽略不计的。因此，当车辆的前转向车轴承载的载荷不随提升车轴的运动而显著变化时，本文中对“总车辆载荷”的参考(包括相对于算法的权利要求)不包括所述前转向车轴的载荷。然而，当车辆的前转向车轴承载的载荷随提升车轴的运动而显著变化时，本文中(包括权利要求)所用的“总车辆载荷”确实包括所述前转向车轴的载荷。
对于情况1，该算法对主要车轴进行卸载，以保持提升车轴尽可能地处于完全载荷，并且允许提升车轴更加高效地操作。当主要车轴载荷已经达到保持主要车轴(通常是驱动车轴)上的牵引所期望的阈值时，然后减小提升车轴载荷。随着载荷进一步减小，如果且当通常为支重车轴的提升车轴达到阈值载荷时，然后在两个车轴之间均匀地分担该载荷。用于确定提升和主要车轴上的载荷的算法如下：
如果Ltotal>(Lmax)*Nlift+(Lmin)*Nprincipal，那么使提升车轴运动，直到Llift＝Lmax且Lprincipal＝[Ltotal–(Lmax*Nlift)]/Nprincipal(这通常涉及图4A、4B和4D中的流程图的步骤110和120)，
如果Ltotal<＝(Lmax)*Nlift+(Lmin)*Nprincipal但是大于Ntot*Lmin，那么使提升车轴运动，直到Llift＝[Ltotal–Lmin*Nprincipal]/Nlift且Lprincipal＝Lmin(这通常涉及图4A、4B和4D中的流程图的步骤130和140)，
如果Ltotal<＝Ntot*Lmin，那么使提升车轴运动，直到Lprincipal＝Llift＝Ltotal/Ntot(这通常涉及图4A、4B和4D中的流程图的步骤150和160),
其中Lmax＝最大容许车轴载荷，Lmin＝牵引、转弯等所需的最小容许主要车轴载荷，Ltotal＝所有车轴上的测量的总载荷，Llift＝提升车轴上的期望载荷，Lprincipal＝主要车轴上的期望载荷，Nlift＝车辆上的提升车轴的数量，Nprincipal＝车辆上的主要车轴的数量，Ntot是主要和提升车轴加在一起的总数量。
当然，大多数情形涉及使用6x2牵引车或等同形式，其仅仅具有作为主要车轴的一个驱动车轴和作为提升车轴的一个支重车轴。在这样的应用中，Nlift＝1，Nprincipal＝1且Ntot＝2。于是，上述算法简化如下：
如果Ltotal>Lmax+Lmin，那么使支重车轴运动，直到Ltag＝Lmax且Ldrive＝Ltotal–Lmax(这通常涉及图5A、5B和5D中的流程图的步骤210和220)，
如果Ltotal<＝Lmax+Lmin，但是大于2*Lmin，那么使支重车轴运动，直到Ltag＝Ltotal–Lmin且Ldrive＝Lmin(这通常涉及图5A、5B和5D中的流程图的步骤230和240)，
如果Ltotal<＝2*Lmin且Ltotal>＝Lmin，那么使支重车轴运动，直到Ldrive＝Ltag＝Ltotal/2(这通常涉及图5A、5B和5D中的流程图的步骤250和260)，
其中Lmax＝最大容许车轴载荷，Lmin＝牵引、转弯等所需的最小容许驱动车轴载荷，Ltotal＝所有车轴上的测量的总载荷，Ltag＝支重车轴上的期望载荷，Ldrive＝驱动车轴上的期望载荷。与将提升车轴整个升起相比，使支重车轴运动直到驱动和支重车轴具有相同的载荷在非常低的车辆载荷下是优选的，原因是具有比支重车轴上的轮胎高的滚动阻力系数的驱动轮胎上的载荷增大的损失，大于通过增大驱动轮胎上的载荷来改进效率所获得的利益。
该算法在图6中示出为用于6x2牵引车和相关的挂车。为了举例的目的，驱动和挂车滚动阻力值(分别为8.2Kg/ton和6.0Kg/ton)取自NTHSA/EPA建议的燃料效率标准(参见Draft Regulatory Impact Analysis(草案监管影响分析)，“Proposed Rulemaking to Establish Greenhouse GasEmissions Standards and Fuel Efficiency Standards for Medium-andHeavy-Duty Engines and Vehicles(制定温室气体排放标准以及中型和重型载重发动机和车辆的燃料效率标准的建议立法)”，EPA-420-D-10-901，2010年10月)的基线情形。最大车轴载荷Lmax取17,000lbs，对应于典型的最大法定车轴载荷。相似地，最小车轴载荷取3500lbs，对应于典型的空载挂车载荷。总载荷范围为最小车轴载荷的两倍到最大车轴载荷的两倍。Lmax、Lmin和轮胎滚动阻力的其它值可以选择为适合于各种条件。
针对情况1示出了作为Ltotal的函数的轮胎滚动阻力的减小，并且将其与通常的车辆构造相比，在该通常的车辆构造中，车轴之间不存在载荷传递。在每个总载荷Ltot下，该算法确定两种车轴的载荷Ldrive和Ltag。然后，利用公式1校正用于实际轮胎载荷的轮胎滚动阻力系数。通过将每个车轴载荷与其校正的轮胎滚动阻力系数相乘以找出滚动阻力，来计算用于组合的组件的有效滚动阻力。对于两种车轴，这些力相加，然后除以总载荷，以获得该组件的有效滚动阻力系数。有效滚动阻力系数中的差用绝对值显示，并且显示为百分比。
在图7中，示出了情况1提供的车辆燃料节省的估测。用于这种估测的方法是，通过计算每个车轴的滚动阻力并且除以车辆的总载荷，来确定总车辆滚动阻力。这种计算使用来自NTHSA/EPA建议的用于每个转向轮胎的燃料效率标准的基线滚动阻力系数(7.8Kg/ton)。假定转向车轴上具有12,000lbs的恒定载荷Lsteer，并且驱动和挂车组件上具有相同的载荷。针对情况1和无载荷传递的通常情况，整个车辆的有效滚动阻力系数报告为Ltotal的函数。根据轮胎对整体车辆燃料消耗的典型贡献，估测的燃料节省取该百分比差的30％(这种假设包含于Barand,J.,Bokar,J.，“ReducingTire Rolling Resistance to Save Fuel and Lower Emissions(降低轮胎滚动阻力以节省燃料和减少排放)”，出现于SAE全球大会和展览，SAE2008-01-0154，Detroit.2008)。
现在转到情况2，提供一种算法，该算法对提升车轴进行卸载，以保持主要车轴尽可能地处于完全载荷，并且允许主要车轴更加高效地操作，如公式1所示。当提升车轴载荷下降到某个阈值(例如车轴允许的最小载荷)以下时，主要车轴逐渐地降低，直到总载荷达到每车轴的最大容许载荷，此时，提升车轴完全提升离开地面，并且整个载荷由主要车轴单独支撑。这种情况的优点在于改进了所有速度下的牵引，并且改进了磨损轮廓。对于提升车轴的数量等于或小于主要车轴的数量的情况，用于确定提升和主要车轴上的载荷的算法如下：
使用如下变量的定义：
Lmax＝最大车轴载荷
Lmin＝用于牵引、转弯等的最小车轴载荷
Ltotal＝所有车轴上的测量的总载荷
Llift＝提升车轴上的期望载荷
Lprincipal＝主要车轴上的期望载荷
Nprincipal＝主要车轴的数量
Nlift＝提升车轴的数量
Ntot＝Nprincipal+Nlift
载荷通过以下的过程限定：
如果Ltotal–(Lmax)*Nprincipal>Lmin*Nlift，那么使提升车轴运动，直到Lprincipal＝Lmax且Llift＝[Ltotal–(Lmax*Nprincipal)]/Nlift(这通常涉及图4A、4C和4D中的流程图的步骤170和180)；
如果Ltotal–Lmax*Nprincipal<＝Lmin*Nlift，并且如果Ltotal>＝Ntot*Lmin，那么使提升车轴运动，直到Lprincipal＝Ltotal–(Lmin*Nlift)/Nprincipal且Llift＝Lmin(这通常涉及图4A、4C和4D中的流程图的步骤190和192)；
如果Ltotal<Ntot*Lmin，那么Lprincipal＝Ltotal/Nprincipal且Llift＝0；也就是说，提升车轴被从地面提升(这通常涉及图4A、4C和4D中的流程图的步骤195和197)。
对于主要车轴的数量小于提升车轴的数量且安装在提升车轴上的轮胎的滚动阻力特性与安装在主要车轴上的轮胎的滚动阻力特性相同的少数情况，目标是尽可能地加载提升车轴，并且用于情况2的最高加载状态和相关的运动步骤类似于上述用于情况1的情形的步骤110和120，用于情况2的情形的中间加载状态和相关的运动步骤对应于上述步骤190和192，如下：
如果Ltotal-Lmax*Nlift<＝Lmin*Nprincipal并且如果Ltotal>＝Ntot*Lmin，那么使提升车轴运动，直到Llift＝Lmax且Lprincipal＝[Ltotal-(Lmax*Nlift)]/Nprincipal(这些步骤在流程图中未示出)。
对于主要车轴的数量小于提升车轴的数量的少数情况，那么用于情况2的情形的底部加载状态和相关的运动步骤对应于上述步骤195和197，如下：
如果Ltotal<Ntot*Lmin，那么Llift＝Ltotal/Nlift且Lprincipal＝0，也就是说，使提升车轴运动，直到主要车轴上没有载荷(这些步骤在流程图中未示出)。
再者，大多数情形涉及使用6x2牵引车或等同形式，其仅仅具有作为主要车轴的一个驱动车轴和作为提升车轴的一个支重车轴。在这样的应用中，Nlift＝1，Nprincipal＝1且Ntot＝2。于是，覆盖了提升车轴的数量小于或等于提升车轴的数量的情形的上述算法利用以下变量的定义而简化如下：
Lmax＝最大车轴载荷
Lmin＝最小支重车轴载荷
Ltotal＝支重+驱动车轴上的测量的总载荷
Ltag＝支重车轴上的期望载荷
Ldrive＝驱动车轴上的期望载荷
载荷通过以下的过程限定：
如果Ltotal–Lmax>Lmin，那么使支重车轴运动，直到Ldrive＝Lmax且Ltag＝Ltotal–Lmax(这通常涉及图5A、5C和5D中的流程图的步骤270和280)；
如果Ltotal–Lmax<＝Lmin，并且如果Ltotal–Lmax>0，那么使支重车轴运动，直到Ldrive＝Ltotal–Lmin且Ltag＝Lmin(这通常涉及图5A、5C和5D中的流程图的步骤290和292，并且将支重车轴上的载荷保持为Lmin有助于防止不期望的磨损轮廓)；
如果Ltotal–Lmax<＝0，那么Ldrive＝Ltotal且Ltag＝0；也就是说，支重车轴被从地面提升(这通常涉及图5A、5C和5D中的流程图的步骤295和297)。
该算法在图8中示出为用于6x2牵引车应用。与该情形一致，驱动和支重滚动阻力值取自NTHSA/EPA建议的燃料效率标准(8.2Kg/ton)(参见Draft Regulatory Impact Analysis(草案监管影响分析)，“ProposedRulemaking to Establish Greenhouse Gas Emissions Standards and FuelEfficiency Standards for Medium-and Heavy-Duty Engines and Vehicles(制定温室气体排放标准以及中型和重型载重发动机和车辆的燃料效率标准的建议立法)”，EPA-420-D-10-901，2010年10月)，均取到基线驱动轮胎。最大车轴载荷Lmax取17,000lbs，对应于典型的最大法定车轴载荷。相似地，最小车轴载荷取3500lbs，对应于典型的空载挂车载荷。总载荷范围为最小车轴载荷的两倍到最大车轴载荷的两倍。Lmax、Lmin和轮胎滚动阻力的其它值可以选择为适合于各种条件。
和情况1一样，针对情况2示出了作为Ltotal的函数的轮胎滚动阻力的减小，并且将其与通常的车辆构造相比，在该通常的车辆构造中，车轴之间不存在载荷传递。在每个总载荷Ltot下，该算法确定两种车轴的载荷Ldrive和Ltag。注意到，在情况2中，支重车轴在总车轴载荷Ltot＝17,000lbs下被提升离开地面。然后，利用公式1校正用于实际轮胎载荷的轮胎滚动阻力系数。通过将每个车轴载荷与其校正的轮胎滚动阻力系数相乘以找出滚动阻力，来计算用于组合的组件的有效滚动阻力。对于两种车轴，这些力相加，然后除以总载荷，以获得该组件的有效滚动阻力系数。有效滚动阻力系数中的差用绝对值显示，并且显示为百分比。
在图9中，示出了情况2提供的车辆燃料节省的估测。各栏的方法和描述与上述表2的相同。
图10显示了情况1和情况2的估测的车辆燃料节省。它们随着车辆载荷而显著地变化。在情况1中，支重车轴是更加高效的轮胎，并且载荷逐渐传递到该轮胎。当驱动车轴已经尽可能地卸载而支重车轴已经尽可能地加载时，出现最大的燃料节省。在情况2中，载荷被传递到驱动轮胎，以便于驱动轮胎的简化、增加的牵引和改进的磨损轮廓。当支重车轴的滚动阻力等于或大于驱动轮胎时，这是更加高效的情形。当支重车轴被提升离开地面时，在情况2中出现不连续，在该点处获得最大燃料经济性节省。
可以想到，本发明能够等同地应用于车辆挂车车轴，前提条件是它们装备有合适的机械系统和/或电子控制系统，以实现载荷传递。例如，两种车轴将装备有相同的挂车轮胎，如同通常的实际情况，从而将应用情况2。利用来自NTHSA/EPA建议的挂车轮胎的燃料效率标准的基线情形的6.0Kg/ton滚动阻力系数，可以应用表3和表4中详细给出的相同计算，以获得用于挂车车轴的情况2的估测。这在图11中与之前在图10中出现的数据一起示出为“情况2挂车”，以用于进行比较。可以看到，由于挂车轮胎的较大效率(较小的Crr)，而使得获益一定程度地小于在情况2中使用驱动轮胎的情况。
最后，用于挂车车轴的估测可以与用于驱动车轴的情况1的情形(实践中最有可能的情形)组合，以估测本发明同时应用于牵引车和挂车车轴两者的获益。可以看到，对于大部分典型重型卡车的操作载荷而言，1％至2％之间的获益是期望的，对于例行地操作这样的车辆的那些操作者而言，这是数量显著的节省。
这些算法可以通过将数据输入到程序中而由与任何类型的车辆相关的操作者、技工或其它工人手动地或自动地使用，这些车辆包括重型卡车，该程序由处理装置执行，该处理装置为例如电子控制系统，例如美国专利No.7,222,867中公开的电子控制系统，该专利的内容全文以引用方式并入本文中。
车辆电子控制系统是用于机动车辆的当代数字网络的概括，并且可以有利地基于用于控制器区域网络的汽车工程师学会SAEJ1939标准。SAEJ1939兼容总线将提供主要车辆功能的多个控制器相互连接。在这些控制器中，是发动机控制器、变速器控制器(用于自动或半自动装备的车辆)、电子控制系统控制器(ESC)以及可能的稳定性和高度(悬挂)控制器。ESC还可以与SAEJ1708总线连接，在此基础上其与一组开关连通，该组开关继而包括用于定位提升车轴的控制开关。ESC可以包括处于其存储器中的用于提升车轴自动控制的程序指令。ESC生成的指令可以被编码为J1939消息，这些消息在总线上广播，然后由与总线连接的螺线管控制器解码和执行。最后，螺线管控制器生成施加到螺线管的实际控制信号，以实现提升车轴的运动。
本发明的方法的示例性实施例可以通过以下的方式实施。首先，与流程图中的步骤100和200一致的是，分析安装在提升和主要车轴上的轮胎的滚动阻力特性，以观察是否存在情况1或情况2的情形。例如，操作者可以经由诸如键盘、触摸屏、鼠标等的输入装置输入安装在提升和主要车轴上的轮胎的滚动阻力特性。另外，可以输入车辆上的车轴的数量和类型。作为另外一种选择，安装在车辆的车轴上的轮胎可以具有RFID芯片，其将能够存储在存储器中的每个轮胎的滚动阻力特性以及还能够被预先编程的车轴的类型及其数量传递到诸如接收器的输入装置。如果该方法手动地执行，那么操作者脑力记住这些轮胎的滚动阻力特性以及车轴的数量和类型。本领域中已知的或者本领域中建议的这些和其它手段可以用来实现本发明的步骤100和200。
考虑到这种数据，接下来诸如电子控制系统的处理装置或操作者确定是否有安装在各个车轴上的任何组的轮胎落入到情况1或情况2的类别中。如果是，那么存储在存储器中的合适的算法可以由处理装置执行，并且可以在车辆使用期间根据其滚动阻力特性而自动地应用于合适组的轮胎。另外，该系统可以利用指示标记向操作者发出应当使提升车轴运动的警示，例如利用输出装置发出的某些视觉或听觉提示，在这种情况下，操作者可以通过启动开关而开始提升车轴的运动。提升车轴的运动可以基于连续地、周期性地、随时间平均地或通过本领域中已知的其它手段取得的测量结果。当手动地执行时，每当在操作者相信车辆重量的物料变化已经受到影响的动作(例如当加载或卸载操作已经完成时)被执行的情况下，诸如操作者的人员可以进行读取。一旦已经确认需要使提升车轴运动，提升车轴就可以运动，直到合适的载荷施加到车辆的各个车轴上。可以利用所述的、或者通过本领域中已知的其它方式，或者本领域中研发的具有相同功能的这些手段中的任何手段，来实施步骤110至197以及步骤210至297。
在许多情况下，在车辆承载的重量随时间而降低时，采用这些算法。这些算法能够应用于车辆承载的重量随时间而增加的情况。监测车辆载荷能够以本领域已知的任何方式或如上所述的方式实现。
当车辆中设置有根据本发明的自动系统时，可以通过OEM方式设置有本文所述的算法，这些算法被编程到为电子控制系统的一部分的处理装置中。或者，具有电子控制系统的车辆可以通过利用某些类型的计算机可读介质下载含有这些算法的程序、通过利用卫星或其它无线技术下载这些程序、或者通过本领域中众所周知的其它手段而被改进以具有这些算法。
虽然已经关于具体示例性实施例及其方法详细描述了本发明，但是应当理解，本领域内的技术人员在获得对上述的理解之后，可以容易地产生这样的实施例的改变、变化和等同物。例如，本文所述的方法中所含的有关确定车辆总载荷落入到哪一个分类的步骤可以以任何顺序执行，只要实质性找到合适的分类。因此，对本领域普通技术人员而言显而易见的是，本发明的范围是示例性的而非限制性的，并且本发明不排除这样的对本发明所作出的修改、变化和/或增加。

Claims (23)

1.一种通过优化有效轮胎滚动阻力来改进车辆的燃料经济性的方法，所述方法包括以下步骤：
提供具有至少一个主要车轴和一个提升车轴的车辆，所述车轴上安装有轮胎；以及
确定车辆承载的总载荷是否大于最大容许车轴载荷与提升车轴数量的乘积加上最小容许车轴载荷需要与主要车轴数量的乘积的和；或者
确定车辆承载的总载荷是否小于或等于最大容许车轴载荷与提升车轴数量的乘积加上最小容许车轴载荷需要与主要车轴数量的乘积的和，并且同时还大于车轴总数量与最小容许车轴载荷需要的乘积，或者
确定车辆承载的总载荷是否小于或等于车轴总数量与最小容许车轴载荷需要的乘积。
2.根据权利要求1所述的方法，其中车辆承载的总载荷被确定为大于最大容许车轴载荷与提升车轴数量的乘积加上最小容许车轴载荷需要与主要车轴数量的乘积的和，所述方法还包括步骤：使至少一个提升车轴运动，从而提升车轴承载最大容许车轴载荷，并且主要车轴承载比一个提升车轴小的载荷。
3.根据权利要求1所述的方法，其中车辆承载的总载荷被确定为小于或等于最大容许车轴载荷与提升车轴数量的乘积加上最小容许车轴载荷需要与主要车轴数量的乘积的和，同时还大于车轴的总数量与最小容许车轴载荷需要的乘积，所述方法还包括步骤：使至少一个提升车轴运动，从而主要车轴承载最小车轴载荷，并且提升车轴承载比主要车轴大的载荷。
4.根据权利要求1所述的方法，其中车辆承载的总载荷被确定为小于或等于车轴的总数量与最小容许车轴载荷需要的乘积，所述方法还包括步骤：使至少一个提升车轴运动，从而主要车轴承载与提升车轴相同的载荷。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中车辆上车轴的总数量为两个，其中所述至少一个主要车轴是驱动车轴，所述至少一个提升车轴是支重车轴，并且其中所述确定步骤包括：
确定车辆承载的总载荷是否大于最大容许车轴载荷和最小容许车轴载荷的和；或者
确定车辆承载的总载荷是否小于或等于最大容许车轴载荷和最小容许车轴载荷的和，同时还大于最小容许车轴载荷与二的乘积；或者
确定车辆承载的总载荷是否小于或等于最小容许车轴载荷与二的乘积，同时还大于或等于最小容许车轴载荷。
6.根据权利要求5所述的方法，其中车辆承载的总载荷被确定为大于最大容许车轴载荷和最小容许车轴载荷的和，所述方法还包括步骤：使支重车轴运动，直到支重车轴的车轴载荷是最大容许车轴载荷，并且驱动车轴的车轴载荷等于车辆承载的总载荷减去最大容许车轴载荷。
7.根据权利要求5所述的方法，其中车辆承载的总载荷被确定为小于或等于最大容许车轴载荷和最小容许车轴载荷的和，同时还大于最小容许车轴载荷与二的乘积，所述方法还包括步骤：使支重车轴运动，直到支重车轴载荷等于车辆承载的总载荷减去最小车轴载荷，并且驱动车轴载荷等于最小容许车轴载荷。
8.根据权利要求5所述的方法，其中车辆承载的总载荷被确定为小于或等于最小容许车轴载荷与二的乘积，同时还大于或等于最小容许车轴载荷，所述方法还包括步骤：使支重车轴运动，直到驱动车轴载荷等于支重车轴载荷。
9.根据权利要求1所述的方法，其还包括步骤：确定提升车轴上的轮胎具有的滚动阻力特性比主要车轴上的轮胎具有的滚动阻力特性低。
10.一种通过优化有效轮胎滚动阻力来改进车辆的燃料经济性的方法，所述方法包括以下步骤：
提供具有至少一个主要车轴和一个提升车轴的车辆，所述车轴上安装有轮胎；以及
确定车辆承载的总载荷的量减去最大容许车轴载荷与主要车轴数量的乘积是否大于最小容许车轴载荷需要与提升车轴数量的乘积；或者
确定车辆承载的总载荷的量减去最大容许车轴载荷与主要车轴数量的乘积是否小于或等于最小容许车轴载荷与提升车轴数量的乘积，同时确定该总载荷是否大于或等于车轴总数量与最小容许车轴载荷需要的乘积，或者
确定车辆承载的总载荷的量是否小于车轴总数量与最小容许车轴载荷需要的乘积，或者
确定车辆承载的总载荷的量减去最大容许车轴载荷与提升车轴数量的乘积是否小于或等于最小容许车轴载荷与主要车轴数量的乘积，同时还确定该总载荷是否大于或等于车轴总数量与最小容许车轴载荷需要的乘积。
11.根据权利要求10所述的方法，其中车辆承载的总载荷的量减去最大容许车轴载荷与主要车轴数量的乘积被确定为大于最小容许车轴载荷需要与提升车轴数量的乘积，所述方法还包括步骤：使至少一个提升车轴运动，从而主要车轴承载最大容许车轴载荷。
12.根据权利要求10所述的方法，其中车辆承载的总载荷的量减去最大容许车轴载荷与主要车轴数量的乘积被确定为小于或等于最小容许车轴载荷需要与提升车轴数量的乘积，同时车辆承载的总载荷大于或等于车轴总数量与最小容许车轴载荷需要的乘积，所述方法还包括步骤：使至少一个提升车轴运动，从而提升车轴承载最小容许车轴载荷，或者其中车辆承载的总载荷的量减去最大容许车轴载荷与提升车轴数量的乘积被确定为小于或等于最小容许车轴载荷需要与主要车轴数量的乘积，同时车辆承载的总载荷大于或等于车轴总数量与最小容许车轴载荷需要的乘积，所述方法还包括步骤：使至少一个提升车轴运动，从而主要车轴承载最小容许车轴载荷。
13.根据权利要求10所述的方法，其中车辆承载的总载荷的量被确定为小于车轴总数量与最小容许车轴载荷需要的乘积，所述方法还包括步骤：使至少一个提升车轴运动，从而提升车轴不承载载荷，或者从而主要车轴不承载载荷。
14.根据权利要求10、11、12和13中任一项所述的方法，其中车辆上车轴的总数量为两个，其中所述至少一个主要车轴是驱动车轴，所述至少一个提升车轴是支重车轴，并且其中所述确定步骤包括：
确定车辆承载的总载荷减去最大容许车轴载荷是否大于最小容许车轴载荷；或者
确定车辆承载的总载荷减去最大容许车轴载荷是否小于或等于最小容许车轴载荷，同时还大于零；或者
确定车辆承载的总载荷减去最大容许车轴载荷是否小于或等于零。
15.根据权利要求14所述的方法，其中车辆承载的总载荷的量减去最大容许车轴载荷被确定为大于最小容许车轴载荷，所述方法还包括步骤：使支重车轴运动，从而驱动车轴承载最大容许车轴载荷。
16.根据权利要求14所述的方法，其中车辆承载的总载荷的量减去最大容许车轴载荷被确定为小于或等于最小容许车轴载荷，同时车辆承载的总载荷大于最大容许车轴载荷需要，所述方法还包括步骤：使支重车轴运动，从而支重车轴承载最小容许车轴载荷。
17.根据权利要求14所述的方法，其中车辆承载的总载荷的量减去最大容许车轴载荷被确定为小于或等于零，所述方法还包括步骤：使支重车轴运动，从而支重车轴不承载载荷。
18.根据权利要求10所述的方法，其还包括步骤：确定提升车轴上的轮胎具有的滚动阻力特性比主要车轴上的轮胎具有的滚动阻力特性高或相同。
19.一种用于改进具有至少一个提升车轴和一个主要车轴的车辆的车辆燃料经济性的系统，其包括：
轮胎，其安装在提升车轴和主要车轴上；
输入装置，其用于输入指令或信息；
存储器，其用于存储指令、数据或具有算法的程序；
载荷传感器，其用于确定主要车轴和提升车轴上的载荷；
提升机构，其用于降低或升高提升车轴；
至少一个处理装置，其与所述输入装置、所述存储器、所述载荷传感器和所述提升机构连通，所述处理装置被构造成用以
接收表示设置在主要车轴和提升车轴上的载荷以及由车辆承载的总载荷的测量值；
根据提升车轴上的轮胎所具有的滚动阻力比主要车轴上的轮胎大、小还是相同来执行算法，并且随后将信号发送到提升机构，以便使提升车轴运动，从而改变设置在主要车轴和提升车轴上的载荷；
一旦已经达到主要车轴和提升车轴上的期望载荷，就停止提升机构的运动；以及
随时间推移监测总车辆载荷。
20.根据权利要求19所述的系统，其还包括输出装置，以用于向操作者发出提升机构应当被启动以调节所述主要车轴和提升车轴上的载荷的警示，从而操作者能够向所述处理装置发出信号以启动所述提升机构。
21.根据权利要求19所述的系统，其还包括附接到轮胎的RFID芯片，所述RFID被构造成用以存储有关轮胎的滚动阻力特性的信息，并经由所述输入装置将所述信息发送到所述处理装置。
22.根据权利要求19所述的系统，其还包括与电子控制系统接口的SAE J1939兼容总线，所述电子控制系统用作用于控制所述提升机构的所述处理装置。
23.根据权利要求22所述的系统，其还包括与所述电子控制系统连接的SAE J1708兼容总线，所述SAE J1708兼容总线还与用于定位所述提升车轴的开关连通。
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