CN112095404A - 自动控制压实机压实表面接触压力的系统和方法 - Google Patents

自动控制压实机压实表面接触压力的系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于控制具有多个轮胎的压实机的轮胎气压的系统和方法。压实机的重量分布根据每轮胎确定。确定每个轮胎的目标气压，以便在所有轮胎或轮胎组上获得一致的压实表面接触压力。控制轮胎的气压以达到目标气压，以使压实表面接触压力在所有轮胎或轮胎组上保持一致。

Description

自动控制压实机压实表面接触压力的系统和方法
技术领域
本公开涉及压实表面接触压力控制系统和方法，尤其涉及用于气动压实机的自动压实表面接触压力控制的系统和方法。
背景技术
压实机，也称为压实器和压实机器，经常用于压实污垢、砾石、沥青和与路基和其他陆地区域相关的其他可压实表面。如本文所使用的，这样的表面可以被称为压实表面。
压实机器的一种类型是气动轮辊式压实机。这种气动压实机通过将来自轮胎的接触压力施加到压实表面而产生压实。轮胎的压实接触压力会根据施加的载荷和轮胎压力而变化。在多轮胎压实机上，每个轮胎的压实机质量和单个轮胎压力均可变化。这会导致不均匀的地面接触压力，从而导致不均匀的压实力。
美国专利第8,838,347号(“’347专利”)描述了一种用于气动压实机的自动地面接触压力调节系统。根据‘347专利，控制器可以根据整体机器重量、机器轮胎数量、轮胎地面接触面积和环境温度来确定所有轮胎的共同目标轮胎充气压力。‘347专利可能没有提及要么考虑整个机器的不均匀重量分布，或者将不同的目标轮胎气压分配给不同的轮胎，以实现所有轮胎或轮胎组上的一致的压实表面接触压力，而与重量分布无关。
发明内容
在本公开的一个方面，可以提供或实现一种用于控制具有多个轮胎的压实机的轮胎气压的系统。该系统可以包括：存储器，配置为存储与轮胎气压、包括每个轮胎的压实机的重量在内的压实特性以及压实表面接触压力相关的数据；和电路。该电路可以被配置为根据每轮胎确定压实机的实时重量分布，基于所确定的实时重量分布和存储在存储器中的数据，确定轮胎的相应目标气压，以获得在所有轮胎上的一致的压实表面接触压力，并控制轮胎的气压以实现确定的相应目标气压。
在本公开的另一方面，可以提供或实现一种控制具有多个轮胎的压实机的地面接触压力的方法。该方法可以包括使用处理器确定压实机的不均匀重量分布；以及使用处理器确定至少一个目标气压，以改变至少一个轮胎的压实表面接触压力，以在多个轮胎中的轮胎组上获得一致的压实表面接触压力；使用处理器通过将所述至少一个轮胎的气压控制到所述至少一个目标气压来改变所述至少一个轮胎的压实表面接触压力，以实现在所述轮胎组上的一致的压实表面接触压力。
在另一方面，本公开可以提供或实现多轮胎压实机。该多轮胎压实机可包括：多个充气轮胎，包括前充气轮胎和后充气轮胎；多个传感器，配置为感测与每个充气轮胎相关的压实机的重量；压缩机和通风组件，可操作地联接至充气轮胎以调节充气轮胎的气压；存储器；和处理器，可操作地联接到存储器。处理器可以被配置为从传感器接收与每个充气轮胎相关的与压实机重量相对应的信号，基于从传感器接收到的信号根据每个充气轮胎确定压实机的重量分布。根据确定的重量分布，确定充气轮胎的相应目标气压，以在所有充气轮胎上获得一致的压实表面接触压力，并且控制压缩机和通风组件以调节充气轮胎的气压以实现确定的相应目标气压。
根据以下描述和附图，本公开的其他特征和方面将是显而易见的。
附图说明
图1是根据所公开的主题的一个或多个实施例的气动压实机的透视图。
图2是根据所公开的主题的一个或多个实施例的系统的示意图。
图3是将各种轮胎和压实表面特性相关联的图。
图4是示出根据所公开的主题的一个或多个实施例的系统和/或方法的操作的框图。
具体实施方式
本公开涉及压实表面接触压力控制系统和方法，尤其涉及用于气动压实机的自动压实表面接触压力控制的系统和方法。
参照图1，气动压实机10可用于压实和/或增加压实表面12的密度，例如污垢、砾石和/或沥青混合物。机器10可具有一组包含充气轮胎14的前压实轮，以及一组也包含充气轮胎16的后压实轮，前后轮胎组14、16可旋转地安装在机器10的主框架18上。尽管机器10被示出为包括用于前组轮胎14的多个轮胎，但是所公开的主题的实施例不限于所示出的轮胎的数量。例如，前轮胎组14可以仅包括一个轮胎、仅两个轮胎或多于三个轮胎。前述内容同样适用于后轮胎组16。此外，前轮胎组14的数量可以与后轮胎组16的数量不同或相同。另外，相应的前组14和后组16中的每个的多个轮胎可以在结构上和操作上等同，或者在一些情况下，前轮胎和后轮胎的尺寸和结构可以彼此偏离。
应当理解，诸如机器10的气动压实机的性能可以至少根据轮胎充气压力和被压实表面的柔软性或硬度而变化。例如，低轮胎充气压力通常可以提高压实机在较软地面上的牵引力和耐久性，例如，较高的轮胎充气压力可以在较坚固的表面上提供更有效的结果。在压实过程的早期阶段，压实表面可能更软且密度更低，在压实机几次经过表面之后，该表面通常会变得越来越致密，因此变得更牢固。这样，根据压实表面的实时密度来改变轮胎充气压力可能是有利的。
主框架18还可以支撑压载物或压载箱(未示出)，以根据和/或满足表面压实要求来向机器10提供额外的重量。在寒冷的冬季运行期间，此类压载物可能充满沙子或水或其他物质，包括液态防冻液。可选地，可以根据非对称配置在机器10上或至机器10提供一种或多种用于提供重量的压载物。例如，与与机器10的后部相关联提供的压载物(不包括压载物)相比，与机器10的前部相关联提供的压载物可以在机器10的前部产生更大的重量，反之亦然。附加地或可选地，与与机器10的左侧相关联地提供的压载物(不包括压载物)相比，与机器10的左侧相关联地提供的压载物可以在机器10的左侧产生更大的重量。
图2是根据所公开的主题的一个或多个实施例的系统100的示意图。系统100可以由控制器50、输入设备102、一个或多个第一或前部重量传感器104，一个或多个第二或后部重量传感器105以及压缩机和通风组件106组成。如图2所示，输入设备102可以向控制器50提供输入；一个或多个前部重量传感器104和一个或多个后部重量传感器105可向输入设备102提供输入；控制器50可以向压缩机和通风组件106提供输入；并且，压缩机和通风组件106可以向轮胎14、16提供输入。可选地，输入设备102可以是控制器50的一部分，反之亦然。
系统100还可以包括一个或多个温度传感器66’、一个或多个轮胎压力传感器68’、用户界面108和数据显示设备110。一个或多个温度传感器66’、一个或多个轮胎压力传感器68’和用户界面设备108可以向输入设备102提供输入。控制器50可以向数据显示设备110提供输入。
用户界面108可以适于使机器10的操作者能够设置机器10的各种设置和/或参数，例如机器的类型、轮胎的总数、前轮胎14的总数，后轮胎16的总数、压实表面的类型、轮胎的类型、机器总重量、压载物重量等。如果和/或认为适当，用户界面108还可以允许操作员覆盖控制器50的任何输出。
数据显示设备110可以设置在机器10的驾驶室或操作员区域内。这样的数据显示设备110可以向机器10的操作员提供各种信息，包括机器10的设置、参数和操作特性。例如，机器10的确定的重量分布。此外，一些或全部数据可以实时地提供在数据显示设备110上。数据显示设备110的非限制性示例包括一个或多个监视器、一个或多个计算机显示器等。可选地，用户界面108可以是数据显示设备110的一部分，例如以数据显示设备110上的图形用户界面(GUI)的形式。
一个或多个温度传感器66’可以检测或确定与机器10相关联的环境温度，例如与压实表面12相邻的环境温度。可选地，可以与轮胎组14、16中的每个轮胎相关地设置温度传感器66’。来自一个或多个温度传感器66’的温度信号可被提供给输入设备102。可以将这种温度信号或其处理后的变化从输入设备102进一步提供给控制器50。
一个或多个轮胎压力传感器68’可以检测或确定每个轮胎的轮胎压力。根据一个或多个实施例，轮胎组14、16中的每个轮胎可以具有与之相关联的相应轮胎压力传感器68’。来自一个或多个轮胎压力传感器68’的轮胎压力信号可以被提供给输入设备102。这种轮胎压力信号或其处理后的变化可以被进一步从输入设备102提供给控制器50。
一个或多个前部重量传感器104和一个或多个后部重量传感器105中的每一个可以检测或确定机器10的相应重量。根据一个或多个实施例，重量传感器104、105可以设置在机器10上，以便感测与轮胎组14、16的各个轮胎相关联的机器10的重量。即，一个或多个重量传感器可以设置在第一个轮胎(例如右前轮胎)处、之中、之上或与第一个轮胎相关联，以便感测机器10的归因于该轮胎或在该轮胎处的重量或负载的一部分；一个或多个重量传感器可以设置在第二个轮胎(例如左前轮胎)处、之中、之上或与其相关联，以便感测机器10的归因于该轮胎或在该轮胎处的重量或负载的一部分；一个或多个重量传感器可以设置在第三个轮胎(例如右后轮胎)处、之中、之上或与其相关联，以便感测机器10的归因于该轮胎或在该轮胎处的重量或负载的一部分；对于其余的轮胎依此类推。
作为非限制性示例，重量传感器104、105可以是或包括例如在支撑轮胎(和车轮)的液压悬挂缸上的压力传感器。来自一个或多个重量传感器104、105的重量信号(例如，压力信号)可以被提供给输入设备102，输入设备102可以将信号或其处理后的变化提供给控制器50。或者，重量信号可以直接提供给控制器50。
输入设备102可以适于从重量传感器104、105接收各种输入信号，包括如上所述的与重量有关的信号(例如，压力信号)。可选地，输入设备102可以从温度传感器66’、压力传感器68’和/或用户界面设备108接收输入信号。
控制器50可以包括处理器或处理电路52和存储器54。尽管存储器54被示为与处理器52分开的部件，但是存储器54可以是处理器52的一部分(全部或部分)或分开的存储设备。存储器54可以存储与轮胎充气压力、与每个特定轮胎(例如，在每个轮胎上)相关联的重量或负载以及压实表面接触压力相对应的数据。数据还可以包括轮胎的类型，其可以包括轮胎类型的宽度和/或地面接触面积。数据还可以包括机器10的轮胎总数、压实表面的类型和/或环境温度。机器10的轮胎的数量和类型可以被认为是机器10的特定配置。
一些或全部数据可以存储在存储器54中，以便关联或能够关联轮胎气压、包括与每个轮胎(例如，在每个轮胎处)相关的压实机的重量的压实特性以及压实表面接触压力。可选地，数据可以存储在查找表中。例如，图3示出了表示在存储器54中相关的数据的图表的非限制性示例。值得注意的是，地面接触压力可以与轮胎负载或重量、充气压力以及轮胎上的位置相关。
控制器50可以基于来自重量传感器104、105的信号，确定在轮胎组14、16中的每个轮胎处或与之相关的机器10的重量。作为一个非限制性示例，控制器50例如，其处理器52可以使用查找表确定与每个轮胎相关联的机器10的重量。作为示例，查找表可以指示与轮胎的组件相关联的压力(例如，在相应的液压悬挂缸上)与机器10的配置和相应的重量相关。可以周期性地或连续地执行这种确定重量，以识别机器10的各部分的重量变化。
控制器50可以基于与轮胎组14、16中的每个轮胎相关联的确定的重量来确定机器10的重量分布。取决于确定的重量，这种重量分布可以是一个或多个轮胎之间的重量失衡。例如，重量失衡可涉及与前轮胎14相关联的机器10的重量与与后轮胎16相关联的机器10的重量相比的差异。附加地或替代地，重量失衡可以涉及与右轮胎相关联的机器10的重量和与左轮胎相关联的机器10的重量的差异。还可以识别其他重量失衡，例如各个轮胎之间的重量差异。
压缩机和通风组件106可以可操作地联接到轮胎，以独立地调节轮胎组14、16的轮胎的气压。压缩机和通风组件106可以增加或减小轮胎组14、16的轮胎的气压。此外，压缩机和通风组件106可以基于来自控制器50的控制信号来独立地调节轮胎组14、16中的轮胎的气压。当达到期望的气压时，压缩机和通风组件106可以由控制器50控制以维持这种期望的气压。
工业实用性
通常，本公开涉及在诸如机器10的气动压实机的所有轮胎或轮胎子组之间产生一致的地面接触压力。这种产生可以涉及达到和/或维持一致的地面接触压力。通常，可以通过基于与每个轮胎相关联的机器10的确定的重量，例如，不一致的重量分布或所有轮胎或轮胎子组之间的失衡，来单独地控制轮胎的气压来执行创建一致的地面接触压力。因此，无论机器10的重量分布如何，所公开的主题的实施例都可以实现一致的压实。
图4是示出根据所公开的主题的一个或多个实施例的系统和/或方法的操作的框图。图4中所示的操作可以由控制器50、特别是处理器52使用存储在存储器54中并且从传感器(例如前部重量传感器104和后部重量传感器105)、从输入设备102接收的数据或直接地执行。
在S402，可以将来自前部重量传感器104和后部重量传感器105的重量信号直接或间接地提供给控制器50。如上所述，每个信号可以直接表示与前轮胎14中的相应一个或后轮胎16中的一个相关的机器10的重量，或者控制器50可以使用每个接收到的信号来计算或确定与相应轮胎相关的机器10的重量。作为示例，控制器50可以使用如上所述的使压力与重量相关联的查找表。
在S404，可以基于每轮胎确定机器10的重量分布。即，机器10的重量分布可以代表分别在每个前轮胎14和每个后轮胎16处或与之关联的机器10的一个或多个重量。并且，控制器50可以基于与每个前轮胎14和每个后轮胎16相关联的重量而单独地或成组地进行重量分布确定。此外，控制器50可以实时进行重量分布确定，并且这种重量分布确定可以在机器10启动时和/或在机器10的操作期间连续地或周期性地执行。
S406可以包括确定重量分布是构成机器10的重量失衡还是不均匀重量分布，从而指示与一个或多个轮胎相关联的重量不同于与一个或多个其他轮胎相关联的重量。例如，可以将重量失衡确定为在前轮胎14的重量与后轮胎16的重量之间。附加地或可替代地，可以将重量失衡确定为在左轮胎的重量与后轮胎的重量之间。附加地或可替代地，重量差可以是单独地关于轮胎的。因此，S406可以涉及确定一个或多个重量失衡，例如在机器10的前后(即，前轮胎14和后轮胎16)之间以及在机器10的侧面(即，左侧轮胎和右侧轮胎)之间。
如果没有确定重量分布失衡(或者重量分布失衡在预定阈值内)，则控制可以返回到S404。然而，如果确定了重量失衡(包括在预定阈值之上的重量分布失衡)，则控制可以进行到S408。
在S408，可以例如使用控制器50来确定轮胎的各个目标气压。当为轮胎设定这些目标气压时，可以在所有轮胎或轮胎组上实现一致的压实表面接触压力(例如，前轮胎14或后轮胎16)。确定目标气压以控制轮胎的压实表面接触压力。如上所述，例如，可以基于与轮胎相关联的重量来设置或确定目标气压(例如在查找表中相关联)。由于压实表面接触压力可以与轮胎气压相关联，因此可以基于重量和轮胎气压来控制压实表面接触压力，以使所有轮胎或轮胎组均保持一致。
可以基于与轮胎相关联的机器10的重量分布来确定目标气压。如上所述，可以由控制器50使用存储在存储器54中的数据查找表来计算气压。可选地，可以基于机器10的轮胎总数、轮胎的地面接触面积、压实表面的类型和/或机器10的环境温度进一步确定一个或多个目标气压。这些数据可以由存储器54、用户界面设备108和/或各种传感器提供，例如温度传感器66’。
所确定的目标轮胎压力中的一些或全部可以相同，这取决于每个轮胎的所确定的重量和其他压实特性。而且，再次或取决于每个轮胎的所确定的重量和其他压实特性，一些或全部目标轮胎压力可以不同。例如，前轮胎14的第一目标气压可以相同，后轮胎16的第二目标气压可以相同。因此，可以将不同的目标轮胎气压分配给不同的轮胎，以实现所有轮胎上的一致的压实表面接触压力，而不管重量分布如何。
在S410，可以根据目标气压来控制前轮胎14和后轮胎16的气压。在该上下文中，控制轮胎气压可以意味着维持或调节(即，增加或减小)气压，这取决于轮胎的当前气压是否匹配(包括在距目标气压的预定范围内)或不匹配目标气压。
控制器50可以向压缩机和通风组件106提供控制信号，以分别控制每个轮胎上的轮胎气压。在一个或多个实施例中，压缩机和通风组件106可以调节一个或多个轮胎的气压，直到达到相应的目标轮胎气压(包括在距目标气压的预定范围内)为止。因此，根据所公开主题的实施例，轮胎的气压中的一个、一些或全部可以根据相对于目标轮胎气压是否存在变化而改变，以便为所有轮胎或一组或多组轮胎提供一致的压实表面接触压力。
控制可以返回到S404以重复操作S404-S410，例如，以捕获机器或工作条件已改变的情况。
尽管已经参考上述实施例具体示出和描述了本公开的各方面，但是本领域技术人员将理解，在不脱离所公开的精神和范围的情况下，可以通过对所公开的机器、系统和方法的修改来设想各种附加实施例。这样的实施例应被理解为落入基于权利要求及其任何等同物确定的本公开的范围内。

Claims (20)

1.一种多轮胎压实机，包括：
多个充气轮胎，包括前充气轮胎和后充气轮胎；
多个传感器，配置为感测与每个充气轮胎相关的压实机的重量；
压缩机和通风组件，可操作地联接至充气轮胎以调节充气轮胎的气压；
存储器；和
处理器，可操作地联接到存储器并配置为：
从传感器接收与每个充气轮胎相关的与压实机重量相对应的信号，
基于从传感器接收到的信号根据每个充气轮胎确定压实机的重量分布，
根据确定的重量分布，确定充气轮胎的相应目标气压，以在所有充气轮胎上获得一致的压实表面接触压力，并且
控制压缩机和通风组件以调节充气轮胎的气压以实现确定的相应目标气压。
2.根据权利要求1所述的压实机，其中，压实机的所确定的重量分布指示与前充气轮胎相关的压实机的重量与与后充气轮胎相关的压实机的重量之间的重量失衡。
3.根据权利要求1所述的压实机，其中，压实机的所确定的重量分布指示与多个充气轮胎中的右侧充气轮胎相关的压实机的重量与多个充气轮胎中的左侧充气轮胎相关的压实机的重量之间的重量失衡。
4.根据权利要求1所述的压实机，其中，压实机的所确定的重量分布指示与充气轮胎之一相关的压实机的重量与与充气轮胎中至少一个其他轮胎相关的压实机的重量之间的重量失衡。
5.根据权利要求1所述的压实机，其中，所确定的目标气压中的至少一个不同于所确定的目标气压中的至少另一个。
6.根据权利要求1所述的压实机，其中，所确定的目标气压中的至少两个是相同的。
7.根据权利要求1所述的压实机，其中，当所确定的充气轮胎的当前气压不同于所确定的充气轮胎的目标气压时，所述处理器控制所述压缩机和通风组件以调节相应一个充气轮胎的气压。
8.根据权利要求1所述的压实机，其中，进一步基于所述压实机的充气轮胎的总数、充气轮胎的地面接触面积、压实表面的类型和/或压实机的环境温度来确定在所有充气轮胎上实现一致的压实表面接触压力的每个所述目标气压。
9.一种用于控制具有多个轮胎的压实机的轮胎气压的系统，所述系统包括：
存储器，配置为存储与轮胎气压、包括每个轮胎的压实机的重量在内的压实特性以及压实表面接触压力相关的数据；和
电路，配置为：
根据每轮胎确定压实机的实时重量分布，
基于所确定的实时重量分布和存储在存储器中的数据，确定轮胎的相应目标气压，以获得在所有轮胎上的一致的压实表面接触压力，以及
控制轮胎的气压以实现确定的相应目标气压。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所确定的压实机的实时重量分布指示在前轮胎处的压实机的重量与后轮胎处的压实机的重量之间的第一重量失衡和/或多个轮胎的右侧轮胎上的压实机的重量与多个轮胎的左侧轮胎上的压实机的重量之间的第二重量失衡。
11.根据权利要求9所述的系统，其中，所确定的压实机的实时重量分布指示轮胎中的一个轮胎上的压实机的重量与多个轮胎中一个或多个其他轮胎上的压实机的重量之间的重量失衡。
12.根据权利要求9所述的系统，其中，所确定的目标气压中的至少一个不同于所确定的目标气压中的至少另一个。
13.根据权利要求9所述的系统，其中，所确定的目标气压中的至少两个是相同的。
14.根据权利要求9所述的系统，其中，对于每个轮胎，当轮胎的确定的当前气压与轮胎的确定的目标气压不同时，控制气压以使其增大或减小。
15.根据权利要求9所述的系统，其中，进一步基于所述压实机的轮胎总数、轮胎的地面接触面积、压实表面的类型和/或压实机的环境温度来确定用于实现所有轮胎上的一致的压实表面接触压力的每个所述目标气压。
16.一种控制具有多个轮胎的压实机的地面接触压力的方法，所述方法包括：
使用处理器确定压实机的不均匀重量分布；
使用处理器确定至少一个目标气压，以改变至少一个轮胎的压实表面接触压力，以在多个轮胎中的轮胎组上获得一致的压实表面接触压力；和
使用处理器通过将所述至少一个轮胎的气压控制到所述至少一个目标气压来改变所述至少一个轮胎的压实表面接触压力，以实现在所述轮胎组上的一致的压实表面接触压力。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述轮胎组是所述多个轮胎中的全部。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述轮胎组或者仅是所述多个轮胎的前组，或者仅是所述多个轮胎的后组。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述轮胎组仅是所述多个轮胎的左侧组或者是所述多个轮胎的右侧组。
20.根据权利要求16所述的方法，还包括：
确定不同于所述不均匀重量分布的压实机的第二不均匀重量分布；和
响应于所述确定压实机的第二不均匀重量分布，重复所述确定至少一个目标气压和所述改变压实表面接触压力。
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