为建筑用车辆推荐轮胎及现场计算该轮胎充气压力的方法与系统

本发明涉及一种被称作建筑用车辆的车辆技术方面，这种车辆如 装载机、翻斗车、载货汽车及适合于装载、卸载和/或搬运材料，特别 是如矿石或同类材料的类似车辆，为了简单起见在下面的说明中称其 为“车辆”。

出现的技术问题是在现场，即建筑工地迅速准确地确定这些车辆 的前轮(AV)和后轮(AR)应提供的轮胎内压的最佳值，这是与车辆 有关的大量参量的函数，即其试用状况、它的行驶的路面、可获得轮 胎的特性、载荷特征及本领域技术人员熟知的同类因素。

目前知道的基本方法是用肉眼估算车辆在载荷作用下的状态并从 中靠人工经验预测来推断出看来是最恰当的压力。这是很不精确的。

据知在载荷作用下这样的车辆，尤其是前端装载机带来的危险是 这些车辆由于在铲斗中过大载荷及所选择轮胎及压力的参数不当的影 响下可能向前倾覆。

由于本领域技术人员当然地倾向于推荐较小的载荷以免发生这样 的危险，因而当然明显地降低车辆的工作能力，但也当然地降低了适 用于最大载荷(倾覆载荷)的轮胎的充气压力，当然也提高了对轮胎 中的切口的敏感性，因而降低了生产能力。

业已知道切不可推荐太低的压力，但也不能推荐太高的压力，因 为在后一情况会出现在一定路面上轮胎被切割或破裂的危险。

其它考虑因素是车辆的稳定性，本领域技术人员知道，他们能通 过提高工作压力来提高稳定性，但本领域技术人员也知道这对车辆的 越野性(即在松软路面，甚至泥泞路面上的行驶能力)有负面影响。

因此知道，这些参数不仅十分多而且在某些情况下是不相容的。 此外，车辆、可使用的轮胎等等的种类与型号繁多，致使解决这类问 题甚至变得更为复杂。

因此对方法和系统有一公认的要求，即简单而精确，以确保操作 的安全和在最佳参数下工作。

本发明设计的这种方法和系统使用从上述参数中选取的某些数 据，将其应用于“修正”方程式，修改从肉眼估算或较精确测量的载 荷作用下车辆性状估算值，并将该过程反复实施，直至该方法的计算 结果与有关载荷作用下性能的运算结果(或测量值)相当一致为止。

“相当一致”这个术语在此用来表明在一次、二次或多次迭代修 改结束时运算者认为，他所获得的使用本方法和系统计算的结果符合 车辆的实际性能，这有一定的近似度但在他的知识领域是在所允许的 范围内。

运算者随即决定计算结果是满意的。

因此本发明涉及一种对通常所说的建筑用车辆现场推荐轮胎并在 现场推测轮胎充气压力的方法，该车辆有前桥、后桥和用于装载载荷 特别是矿石或同类物质的铲斗。

本方法的特征在于：

—识别相关车辆的型号并查找以发现已知制造厂的特性；

—识别装载物质的类别，并估算其密度DM；

—对现场所用的所述最大载荷作用下的铲斗装填量TR做出估 算；

—从铲斗容量VG及估算值DM、TR计算铲斗中的载荷CG(方 程式1)；

—从该车辆的倾覆载荷算出前桥的过负荷V(方程式3)；

—从所述车辆装载上现场采用的所述最大载荷和空载时所作观 察的结果验证前桥上过负荷V求得的值；

—如果验证结果是否定的，则修正装载材料密度DM和/或铲斗装 填量的估算值，并再验证前桥上过负荷V求得的值；以及

—如果验证结果是肯定的，则在现场相关使用条件下验证铲斗最 大载荷估算值；

—通过负荷运送二个方程式(方程式6.1及6.2)并利用该车辆 生产厂的资料，用铲斗最大载荷CG的值来计算前桥总载荷ZAV和后 桥总载荷ZAR；

—每个前胎上的载荷计算是将前桥总载荷除以2，而后桥轮胎的 载荷值选用一“安全”值，该值大于后桥的载荷除以2，可以低到车辆 制造厂给出的空载时前桥载荷的一半，且最好等于该最后值；

—确定相关现场的路况及车辆采用的平均速度；

—从轮胎制造厂现有资料中查找轮胎型号及特性(型式、胎面花 纹及胶料质量)，它们最好与前桥后桥轮胎计算载荷、车辆在现场相关 使用状况，特别是路况，以及采用的平均速度相符；

—从轮胎制造厂现有资料中分别查找在前面步骤中选用的前桥 和后桥上轮胎工作压力，该气压与前桥和后桥的轮胎的计算载荷相符； 以及

—选择该车辆轮胎的工作压力。

根据本发明的方法是利用现场使用条件下铲斗最大载荷值来确定 适合所述现场使用的轮胎型号。CG值的取得来自预计一个变量，例如 铲斗的装填量TR，同时算出另一变量，例如铲斗上载荷引起前桥的过 负荷，并表示成倾覆载荷的百分数(％)。将这二个变量与现场观察结 构做比较，使运算者可修正预计值(TR、DM)并验证铲斗上载荷得 到的值，其精度比通常用一个变量的估算得到的精度高。

本发明还涉及一相似的方法，其中在确定装载材料性质并估算它 的密度DM后，从所述现场使用的最大载荷装载到车辆上和空载时的 观察结果对使用铲斗时最大载荷条件下前桥上的过负荷V做出估算， 随后从车辆铲斗容量VG及先前估算值DM及V计算出在这些使用条 件下铲斗的装填量TR。

如上所述，运算者可通过V的估算值与TR计算值与他在现场的 观察结果的共同对比核实铲斗载荷CG的值。如上所述的核对工作可 用逐步逼近法对估算值逐次修正。

根据本发明的方法还在于，在铲斗上载荷值CG确认之前用上述 二种方法逐步实施相应步骤，以提高铲斗上载荷值CG的估算精度。

优选，前桥上过负荷值V的估算和/或验证最好利用车辆的至少一 个轮胎的下沉现象在所述轮胎无载时测出的下沉值与有载时下沉值之 差的基础上进行。于是，利用相对值可极大地改善测量精度，由此变 量V的估算或验证十分可靠。

更优选，下沉量的变化用光学方法测量，例如用激光笔(或者一 类精密测量仪器)，该激光笔安置在车轮的一个稳定点上，从激光束对 面的刻度尺上读出高度值。反之，也可在车轮上安置标度板，激光笔 设置在该板对面。本领域技术人员了解这些简单装置，而且他们还有 其它方法。

优选，根据本发明的方法还包括对提出的充气压力的使用范围修 改和/或确定步骤，这一步骤可选自下列操作：

—修正车辆速度；和/或

—修正稳定系数及越野系数；和/或

—修正路面形状；

(这三项修正使轮胎制造厂的数据库压力发生改变)；和/或

—选择压力的最终修改结果

事实上，一旦输入车辆制造厂的参数及使用条件，且用上述方法 获得某些型号轮胎的推荐压力值，则为了安全原因确定车辆使用极限 通常是重要的。

如有需要，车辆的速度比提供的速度高或低所产生的影响可相继 地(且单独地)研究；所以从给车辆推荐的表格中选用不同型号的轮 胎、胶料或胎面花纹，甚至不同的压力是可取的。

同理，还可研究车辆的稳定性(这可通过增加轮胎内压来改进) 和越野性(即安全行驶在松的、软的、泥泞路面的适应性)这二个因 素。由于这二个因素是不相容的，因此要证明由于遇到的路面形式或 坏天气的危险等必须改进越野性不会影响稳定性是重要的，反之亦然。 在这种情况下，运算者还会推荐有较大容许范围的轮胎参数的不同组 合。

如果轮胎压力太高，路面种类还会带来严重安全问题和通过切口 或开裂损坏轮胎。这是改变初始的路面系数可使车辆的状况能在一定 条件下探索，以证明这种方法仍然可行。反之就应选用另外的推荐结 果。

无庸置疑，在所有情况下当这种“探索”达到危险区，便会报警， 同时，在系统的荧光屏上有相应的信号。

根据一具体实施例，用车辆制造厂所有已知数据建立数据库A， 该数据库A至少包括以下部分：

●车辆参考值表，每个车辆参考值包括下列参考值：

—空载时前桥上的重量VAV

—空载时后桥上的重量VAR；

—同轴配置时的倾覆载荷CB；

—认可轮胎的尺寸(S)；

—铲斗容量，以m3计；以及

—铲斗容量，以kg计；

本领域技术人员知道，同轴配置车轮(或同轴配置载荷)的概念 与车辆的某种配置相当，即车轮轴线垂直于车辆纵轴，特别是前桥。 这就是当车辆开向运货卡车并在装载后开始返回时的情况。这种情况 下倾覆载荷的可能最大。

非同轴配置车轮的概念相当于由至少二个车轮，特别时二个前轮 的转动来驾驶车辆的情况。这种情况下，本领域技术人员知道，重心 的变化而导致倾覆荷载下降。非同轴配置车轮的倾覆载荷可选用给出 铲斗载荷不应超过的最大极限。

在同轴配置车轮的结构中(规定的制造厂数据——倾覆载荷)此 数据必然是已知的(车辆制造厂数据)，而就非同轴配置车辆的结构而 言通常也是知道的(也是车辆制造厂数据)。

根据一具体实施例，用已知的材料数据建立数据库B，该数据库B 至少包括以下部分：

●常用材料及其密度DM的相关数据。

在最通行的实施例中，该数据库包括24种材料及其有效密度以kg/ m3计，以及矿石与废矿石的比例，和/或以kg/m3计待装材料的密度。 该数据库可应用所述现场那些矿石的成分相关的矿石密度进行工作， 并且能直接给出现场待装的材料密度DM，该数据包括不得不装载的配 套矿石或废矿石的成分与密度。

该数据库使运算者为了按本发明方法取得的铲斗载荷值CG赢得 不少时间和精确性。

无庸置疑，如果出现特殊情况，运算者可在现场修改数据库。

根据一具体实施例，用常见路面的数据建立数据库C，该数据库C 至少包括以下部分：

●路况及其用作等级主观指标的基本特征参数的清单。

就该最通行实施例而言，向运算者推荐了六种路况，几乎涉及所 有可能遇到情况，即使不是全部。如有特殊情况出现，运算者可现场 修改此数据库。

最好还建立轮胎制造厂提供的轮胎数据的数据库D，该数据库D 至少包括以下部分：

●在CG范围内所有轮胎参数清单，对于每个轮胎具有下列；参 数：

—尺寸；

—胎面花纹；

—胶料型号；

—作为路面函数的使用范围；

—作为速度函数的使用极限；

—载荷极限；

—压力极限；

—作为载荷函数的压力。

根据一具体实施例，即最通行实施例，方程1和3如下：

$\mathrm{CG}=\mathrm{VG}\times \mathrm{DM}\times \frac{\mathrm{TR}}{100}$ (方程式1)

$V=\frac{\mathrm{CG}}{\mathrm{CB}}\times 100$ (方程式3)

方程式中：CG＝铲斗载荷

VG＝铲斗容量，以m3计，

DM＝待装载材料的密度，以kg/m3计，

TR＝铲斗装填量，以％计，

V＝因铲斗加载引起的前桥过负荷估算值，表示成车辆倾覆 载荷的百分比(％)，以及

CB＝车辆倾覆载荷，以kg计，

根据一具体实施例，即最通行实施例，载荷运送方程式如下：

$\mathrm{ZAV}=\mathrm{VAV}+\left(\frac{\mathrm{CB}+\mathrm{VAR}}{\mathrm{CB}}\right)\times \mathrm{CG}$ (方程式6.1)

$\mathrm{ZAR}=\mathrm{VAR}-\left(\frac{\mathrm{VAR}}{\mathrm{CB}}\right)\times \mathrm{CG}$ (方程式6.2)

方程式中：ZAV＝前桥载荷，

ZAR＝后桥载荷，

VAV＝空载时前桥载荷，

CG、CB、VAR在上面已定义。

根据一具体实施例，即最通行实施例，方程式2和4如下：

$\mathrm{CG}=\frac{V}{100}\times \mathrm{CB}$ (方程式2)；

$\mathrm{TR}=\frac{\mathrm{CG}}{\mathrm{VG}\times \mathrm{DM}}\times 100$ (方程式4)。

平均速度speed最好用下面的方程式5计算：

速度＝L×Nb                (方程式5)

方程式中：L＝装载/卸载循环长度；

      Nb＝每小时循环次数。

其它变量已在上面定义。

本领域技术人员明白，除了输入参数或修正参数外，要用至少一 种算法才能进行所述操作。无庸置疑，这种算法的设计对技术人员不 会有任何困难。

本发明还设计一种对通常所说的建筑用车辆在现场推荐轮胎并在 现场计算其充气压力的系统，该车辆有前桥、后桥和用于装载载荷， 特别方程式矿石或类似物料的铲斗，以便实现上述方法。该系统的特 征在于，它包括一电子单元，至少一个存储部件和至少一种算法，该 算法适合于：

—能容纳方程1-6；

—使用它们；以及

—用上述方程计算铲斗上载荷CG的值及前桥后桥轮胎的载荷。

无庸置疑，本领域技术人员对设计电子装置，存储部件及存储容 量，和算法毫无困难。

根据一具体实施例，该系统还包括容纳数据库A-D的装置。

该系统最好还包括计算装置，以便从数据库D(轮胎)及A(车辆 制造厂)在这些数据中确定最适合的平均速度及路面特征值和前桥后桥 上载荷值，轮胎型号，胎面花纹，胶料质量，极其显示装置。

本领域技术人员知道设计这种算法的方法，不会有任何困难。

根据一具体实施例，所述系统还包括一计算装置，以便确定所选 轮胎充气压力最佳值；这些值的显示装置，和选择其中一个值且可做 适当最后修正的装置及打印或输送文件的装置。

在阅读本说明书及附图后能较易地理解本发明，在附图中：

—图1以概括性流程图示出根据本发明的方法的第一部分；及

—图2以概括性流程图示出根据本发明的方法的第二部分。

下文用铲车为例

根据本发明的方法可用专用程序或将诸如电子数据表那样的应用 软件参数化而十分方便地装入便携式计算机中。

根据本发明的方法的第一部分示于图1。

运算者首先建立数据库A-D(载任何情况下其主要部分都是现存 的，如车辆制造厂、矿石、轮胎等的数据库)，但也必须在现场加以完 善或修改，特别是矿石的特性，某些情况是车辆的特征，如铲斗容量， (用户可能已经改造过)、路况等，见步骤100。

运算者随后输入所述车辆型号(步骤110)，启动系统。

运算者接着在现场验证矿石性质并输入待装材料密度的估算值 (步骤120)。如上所述，系统的算法既可应用于待装材料密度值DM， 也可(较佳地)用于矿石密度及其在待装材料中的比例。

根据第一选择方案，运算者输入铲斗装填量TR的估算值(步骤 131)。此估算值可从在现场装载至最大载荷时车辆的肉眼观察结果取 得。它也可通过与车辆驾驶人员的讨论而确认。

该系统随后计算前桥上的过负荷V，表示成车辆倾覆载荷CB(从数 据库A取得)的百分数和铲斗上的载荷CG(步骤141)，并予以显示。 过负荷V相当于铲斗空载与装载二种情况之间前桥上载荷的增量。

铲斗的载荷CG由方程式(1)计算，见下：

$\mathrm{CG}=\mathrm{VG}\times \mathrm{DM}\times \frac{\mathrm{TR}}{100}$

方程式中：VG是铲斗容量，以m3计，DM是待装载材料的密度， 以kg/m3计。

前桥上过负荷V由方程式3计算，见下：

$V=\frac{\mathrm{CG}}{\mathrm{CB}}\times 100$

方程式中：CB是同轴配置倾覆载荷，其可从数据库A获取。

运算者随后验证计算值V是否正好与他自己肉眼观察结果或其自 己测量的结果相符(步骤151)。

如果运算者证明V的计算结果是正确的，则他也证实铲斗上的载 荷CG的计算结果正确(步骤160)。因此，该第一部分达到了该部分 的目的，即提供该铲斗载荷以正确的估算值(步骤170)。

如果运算者认为，前桥上的过负荷V和/或铲斗的载荷CG不能令 人满意，他可回到步骤120。

根据第二方案，在步骤120后，运算者输入前桥上的过负荷V的 估算值(步骤132)。这种估算是基于现场和所述车辆在空载和最大载 荷二种使用情况之间运算者的肉眼观察结果。当然也可基于测量结果， 如下面所要进行的描述。

系统随后计算铲斗装填量TR(如达70％)及铲斗载荷CG(步骤 142)并且显示其结果。

铲斗上载荷用方程式2计算，见下：

$\mathrm{CG}=\frac{V}{100}\times \mathrm{CB}$

方程式中：CB是车辆倾覆载荷(取自数据库A)。

铲斗装填量TR用方程式4计算，见下：

$\mathrm{TR}=\frac{\mathrm{CG}}{\mathrm{VG}\times \mathrm{DM}}\times 100$

方程式中，如上述，VG是铲斗容量(取自数据库A)以m3计，

DM是待装材料的密度(取自估算值)，以kg/m3计。

运算者随后验证计算值TR是否正好符合他自己肉眼观察的结果 及与车辆驾驶人员的讨论结果(步骤152)。

如果运算者证明TR计算值正确，则他也验证铲斗上载荷CG的计 算值正确(步骤160)。

如果运算者认为装填量TR和/或铲斗载荷CG不满意，则他返回 步骤120。

无庸置疑，在此迭代程序中，他可自由选择采用方案1或方案2， 或按他所选一先一后的次序。

该系统包括报警器是有益的，当有一个输入或计算值太高，例如V 值太高以致车辆不稳定(铲斗上载荷大于用质量表示的铲斗容积，或 大于非同轴配置车轮时的倾覆载荷等)时便能触发报警器。这些报警 器配合以给予铲斗载荷良好的估算值。

如上所述，V值可通过肉眼观察或测量来估算或验证。V值最好用 以下方法测量：

—就装上已知型号充以给定压力的轮胎且铲斗装载一定装填量的 车辆而言，运算者最好用精密测量仪，如激光笔测量车轮参照 值(相对于地面的高度)；

—车辆铲斗随后倒空且不移动，运算者测量在载荷下车轮相对于 地面的高度的同一参照值；以及

—运算者将二个测得的高度再次输入该系统，系统将其相减算出 dH，或直接输入dH。

dH的测定值相当于空载与装载之间轮胎下沉之差。如果所述轮胎 特性及测量时的有效充气压力是已知的，则该系统确定在二种状态下 轮胎所受载荷之变化。随后算出前桥总过负荷并将其除以车辆倾覆载 荷来校准。这样给出十分精确的变量V的估算值。

相对测定值dH的重要性是其不受因轮胎磨损、轮胎陷入土地中等 引起的轮胎下沉测量误差的影响。

图2示出根据本发明的方法的第二部分。

一旦证实了铲斗上的载荷CG正确(步骤170)，该系统即可计算 并显示前桥后桥上载荷及每个前轮胎上的载荷。就后轮上的载荷而言， 系统可有系统地预言它是空载时后桥载荷的一半或提供运算者选用任 何其它值(步骤180)。

前桥的总载荷用方程式6.1计算：

$\mathrm{ZAV}=\mathrm{VAV}+\left(\frac{\mathrm{CB}+\mathrm{VAR}}{\mathrm{CB}}\right)\times \mathrm{CG}$

且后桥总载荷用方程式6.2计算：

$\mathrm{ZAR}=\mathrm{VAR}-\left(\frac{\mathrm{VAR}}{\mathrm{CB}}\right)\times \mathrm{CG}$

这二个载荷转移方程的变量已经定义过。

在步骤190中，系统使用户输入车辆平均速度并指出路面的性质。

有六种作为路面硬度函数的选择

根据该数据即载荷值，在步骤200中，系统识别数据库A(车辆 制造厂)及数据库D(轮胎)中的所有适合的轮胎及推荐的充气压力， 作为最大计算载荷的函数。这项搜索是在车辆认可的轮胎中进行(通 常，有10个左右可能的参考值，包括型号、商标、胶料质量、胎面花 纹形状、压力范围等)。必要时，运算者还可将其搜索扩宽到车辆制造 厂认可的轮胎以外。

作为算法中规定的重点参数的函数，该系统可按优先程度下降的 次序显示一选用清单，例如：优先的方案1，方案2等。

清单按车辆制造厂认可的尺寸变小的次序(标准、方案1、方案2) 展示，而对每一尺寸，作为算法规定的重要参数，清单上按选择优先 程度下降的次序展现。

运算者随后选择所显示的方案中一个方案，并且该系统然后显示 所估算的充气压力作为所估算车轮的负载对前轮和后轮的参数的函 数。

运算者随后在步骤210中验证该选择，并结束该程序。

我们于是获得具有精度、且安全和最佳化的推荐值(包括车辆输 出功率值)，它比先有技术获得的值要优越得多。

此结果可通过探索推荐结果的范围而进一步改进，如上所述。

运算者具有装置(例如指示器，或+/-标度盘)，该装置允许他赋值 给车辆速度、稳定系数(或大或小的轮胎压力)AND及在松软或泥泞 地面上越野的不相容参数、以及诸如非初始参量的路面形式等因素的 值。因而可如上所述证明，推荐的结果是在陈述的条件范围内且在路 面、速度、稳定性/越野性一定的公差范围内。如果认为一个或几个因 素太小，超过了提供的初始数据，则运算者在它们中间搜索具有足够 公差的其它轮胎。

由此可见，根据本发明的方法和系统有极高精度。

如果运算者不能证明推荐的选择是正确的，他便返回步骤190， 并输入新的路面或速度的数值，或增加轮胎稳定性和/或越野性的补充 指标。

最后，运算者可利用他的见解赋予最终压力推荐值。

本发明还包括所有那些在阅读本申请书后技术人员以其自身知识 能直接明白的实施例和应用，且这些实施例便于做简单的例行试验。