用于測量運行表面強度的基于輪胎的方法和設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明整體涉及一種用于確定地面條件的方法，更具體地，涉及一種用于確定地 面條件并基于所確定的地面條件調(diào)節(jié)輪胎形狀的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 諸如越野車、自卸卡車、材料處理機等機器的運行性能依賴于機器的充氣輪胎與 地表面之間的接觸壓力。充氣輪胎的內(nèi)部壓力影響接觸壓力。為了監(jiān)測充氣輪胎的內(nèi)部壓 力，有時將壓力監(jiān)測傳感器連接到輪胎。與車輪一起運動的傳感器測量充氣輪胎的內(nèi)部氣 壓，并且如果內(nèi)部氣壓低于特定值則位于車輛內(nèi)的控制器通知駕駛員。控制器隨后將氣壓 調(diào)節(jié)成特定值。在名稱為"Tire Pressure Adjustment"的美國專利No. 8532872(下文稱 "'872專利"）中公開了這種壓力控制方法的一種示例。'872專利針對基于胎紋深度數(shù)據(jù) 將運行輪胎壓力值調(diào)節(jié)成確定的輪胎壓力值。
[0003] 但是，為了改進機器的運行性能，需要考慮機器運行的地面條件。例如，當(dāng)?shù)孛媸?硬的時，充氣輪胎應(yīng)具有高接觸壓力與相對小的接觸區(qū)域以優(yōu)化壽命和滾動阻力。相反地， 當(dāng)運行表面是軟的時，充氣輪胎應(yīng)具有低接觸壓力與相對大的接觸區(qū)域以優(yōu)化牽引、浮動 (flotation)阻力和滾動阻力。充氣輪胎中恒定的氣壓不一定提供機器的最優(yōu)運行性能。 需要通過考慮與充氣輪胎和地面之間的接合特性有關(guān)的信息來確定充氣輪胎的最優(yōu)運行 條件。但是，用于根據(jù)輪胎條件來調(diào)節(jié)輪胎壓力的已知系統(tǒng)沒有徹底地解決地面條件與輪 胎之間的關(guān)系。
[0004] 因此，需要一種可以確定充氣輪胎與地面之間的各種地面條件并根據(jù)確定的地面 條件提供最優(yōu)輪胎狀況的系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] -方面，本發(fā)明針對一種方法，所述方法包括：通過機器中的至少一個傳感器測量 可旋轉(zhuǎn)地連接到機器的輪胎的加速度值和撓度值中至少之一，其中所述至少一個傳感器與 所述機器中的控制設(shè)備通信；基于所測量的加速度值和撓度值中至少之一通過控制設(shè)備確 定輪胎滾動的地面條件；基于確定的地面條件通過控制設(shè)備確定輪胎的理想形狀；以及通 過機器中的壓力控制器調(diào)節(jié)輪胎的充氣壓力以獲得輪胎的理想形狀。
[0006] 另一方面，本發(fā)明針對一種機器，所述機器包括：定期地測量機器中輪胎的加速度 值和撓度值中至少之一的傳感器，其中傳感器附接到輪胎；通信地連接到傳感器的控制設(shè) 備，所述控制設(shè)備能夠基于加速度值和撓度值中至少之一確定輪胎滾動的地面條件，并且 根據(jù)確定的地面條件確定輪胎的理想形狀；以及操作地連接到輪胎的壓力控制器，其中壓 力控制器能夠調(diào)節(jié)輪胎的充氣壓力以獲得輪胎的理想形狀。
[0007] 又一方面，本發(fā)明針對一種機器，所述機器包括：用于定期地測量機器的輪胎的加 速度值和撓度值中至少之一的裝置；用于確定條件的裝置，其中所述條件包括輪胎的運行 形狀、基于加速度值和撓度值中至少之一的地面條件、以及基于確定的地面條件的輪胎的 理想形狀；以及用于調(diào)節(jié)輪胎的充氣壓力以獲得輪胎的理想形狀的裝置。
【附圖說明】
[0008] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個方面的機器的說明性但是非限制性示例。
[0009] 圖2示出根據(jù)本發(fā)明的測量系統(tǒng)。
[0010] 圖3示出配備有傳感器的車輪中的示例性充氣輪胎的縱向視圖。
[0011] 圖4示出充氣輪胎和包括支撐輪輞的車輪的截面視圖。
[0012] 圖5是示出硬表面上輪胎的變形的示例。
[0013] 圖6是當(dāng)在硬表面和軟土地上測試輪胎時結(jié)果的比較。
[0014] 圖7示出在硬表面上獲得的加速度數(shù)據(jù)。
[0015] 圖8示出在軟土地上獲得的加速度數(shù)據(jù)。
[0016] 圖9示出在硬表面和軟土地上獲得的徑向加速度數(shù)據(jù)的比較。
[0017] 圖10示出硬表面上的撓度數(shù)據(jù)。
[0018] 圖11示出軟土地上的撓度數(shù)據(jù)。
[0019] 圖12示出當(dāng)在硬表面和軟土地上測試輪胎時撓度數(shù)據(jù)的比較。
[0020] 圖13示出根據(jù)本發(fā)明的確定運行地面條件的步驟的示例性圖表。
[0021] 圖14是根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)輪胎形狀的步驟的另一示例性圖表。
【具體實施方式】
[0022] 在這些非限制性示例中討論的特定值和構(gòu)造是可以變化的并且僅用來說明至少 一個方面而且不旨在限制其范圍。
[0023] 首先參照附圖中的圖1，說明性但非限制性示例機器1是負載牽引機器，如圖所示 具有車輪10和與地面接觸的輪胎11。說明性但非限制性示例車輪10包括輪胎11。雖然 公開了負載牽引機器1，但是本發(fā)明可應(yīng)用于通過車輪10的旋轉(zhuǎn)進行運動的幾乎任何類型 機器。
[0024] 圖2示出根據(jù)所公開的方面的地面測量系統(tǒng)2。機器1可配備有地面測量系統(tǒng)2。 系統(tǒng)2可包括至少一個傳感器20和控制設(shè)備30。傳感器20可附接到圖1中的輪胎11以 測量輪胎11的運行條件。傳感器20可通信地連接到控制設(shè)備30?？刂圃O(shè)備30可用來確 定地面條件、輪胎11的運行形狀、以及用于確定的地面條件的輪胎11的理想形狀中至少之 一。可選地，控制設(shè)備30可集成在機器1的電子控制模塊（ECM) 50中?？刂圃O(shè)備30可通信 地連接到機器1中的壓力控制器40。一方面，壓力控制器40可操作地連接到輪胎11。壓 力控制器40可調(diào)節(jié)輪胎11的充氣壓力以獲得輪胎11的理想形狀。
[0025] 圖3示出配備有傳感器20的示例性輪胎11的縱向視圖。傳感器20可附接到車 輪10的輪胎11。傳感器20能夠隨著機器1運動測量輪胎11的加速度值和/或撓度值。
[0026] 圖4示出包括支撐輪輞12的車輪10的截面視圖。車輪10的輪胎11可包括一個 或多個胎緣13。胎緣13可由彎曲的（wound)高強度鋼制成并且可以是圓形、方形或半矩 形。胎緣13可將輪胎11保持在車輪10上并增加側(cè)壁剛度。胎緣13可被接收在輪輞12 的肩部中。輪胎11還可包括一個或多個胎體14。胎體14可由徑向地從胎緣13到胎緣13 的涂有橡膠的織物積層形成。胎體14可為輪胎11提供側(cè)壁區(qū)域的強度。輪胎11可具有 氣密構(gòu)造，使得輪胎11的內(nèi)部可通過壓力控制器40供應(yīng)壓縮空氣。
[0027] -方面，傳感器20可放置在輪胎11的運行表面的內(nèi)側(cè)上使得傳感器20可測量從 0°到360°的完整旋轉(zhuǎn)過程中輪胎11的加速度值和/或撓度值。在一些方面中，可將多個 傳感器20放置在輪胎11的運行表面的內(nèi)側(cè)的各種位置上，使得每個傳感器20可測量加速 度值和/或撓度值?？蛇x地，可將控制設(shè)備30與傳感器20 -起放置在輪胎11的運行表面 的內(nèi)側(cè)上。
[0028] 傳感器20能夠測量輪胎11的各種方向的多個加速度值。例如徑向方向，輪胎11 的加速度可通過下式獲得：
[0029] 等式1加速度=c〇2R
[0030] 其中，ω為旋轉(zhuǎn)輪胎的瞬時角速度，R為輪胎11的半徑。等式1可表示徑向加速 度的通式，其中未考慮重力對輪胎11的影響，輪胎在運行表面上沒有變形。
[0031] 傳感器20可測量切向和/或徑向方向的加速度值?？上鄬τ谛D(zhuǎn)傳感器20確定 切向和/或徑向方向。如圖3和4中所示，傳感器20可測量相對于旋轉(zhuǎn)傳感器20的位置 的切向加速度值aJP徑向加速度值a ρ
[0032] 在輪胎11和地面之間的接觸區(qū)域處的應(yīng)力可隨輪胎11的充氣壓力、輪胎11上的 垂直載荷、土地和輪胎變形/扭曲（distortion)、土地-輪胎接觸區(qū)域的大小等變化。如果 地面是軟的并且充氣壓力與由胎體14的剛度產(chǎn)生的壓力之和足夠大，則輪胎11可像剛性 車輪保持基本圓形。另一方面，如果地形是堅固的，則輪胎11的周圍的部分可以變形或變 平。
[0033] 圖5是示出硬表面上輪胎11的變形的示例。如圖5所示，在硬表面上，輪胎的接觸 區(qū)域可表示輪胎的變形。輪胎11的變形可隨施加載荷和/或充氣壓力變化。圖5示出無 載荷條件下自由滾動的輪胎、最優(yōu)條件下的輪胎、以及充氣不足條件下的輪胎。作為豎直載 荷和/或充氣壓力的函數(shù)