专利名称：用于检测机械的低轮胎压力的系统和方法
技术领域：
本发明总体上涉及轮胎压力监视系统以及，更具体而言，涉及用于检测机械的低轮胎压力状况的系统和方法。
背景技术：
在许多作业环境中，特别是那些涉及操作轮式机械以将货物或材料从一个位置输运到另一位置的作业环境中，检测机械的轮胎健康问题是改善作业环境的效率和生产率的一部分。轮胎健康问题包括一个或多个轮胎的压力损失和/或一个或多个轮胎的故障。例如，检测然后维修机械的轮胎健康问题，减小了用于移动机械的能量的量，由此增加了机械的燃料效率。并且，检测机械的轮胎健康问题，允许在轮胎爆裂或故障之前处理该轮胎健康问题，减小了因维护而损失的时间，减小了需要更换的轮胎的数目，并增加了机械的轮胎寿命。此外，检测并维修轮胎健康问题可以减小机械传动系统部件上的应力和应变，这可以延长传动系统的寿命并减小与过早的部件故障有关的成本。当机械的轮胎处于平衡状况时， 这些部件最佳地操作并具有最小的磨损。当远程或自动控制机械时，加剧了该问题。影像轮胎健康的一些因素包括机械的物理特征或其构成部件、机械行驶的道路和路线的表面和/或机械/道路界面的特性。例如，轮胎健康依赖于机械的物理特征，例如， 机械重量(包括有效载荷)、机械速度以及轮胎压力和尺寸；运输道路或其他表面的物理特征，例如，道路表面密度、摩擦系数、道路坡度；和/或机械/道路界面的特性，例如，机械轮胎在道路表面上的滑程。因此，为了改善一个或多个轮胎的健康、寿命和/或效率并增加机械的效率，需要一种用于检测低轮胎压力状况并向机械的操作者报警低轮胎压力状况的方法。在2006年11月30日公开的Lu等的美国专利申请公开No. 2006/0267750 (，750公开)中公开了一种确定轮胎健康的方法。’760公开描述了一种用于控制自动车辆的系统和方法。该系统使用诸如滚动半径、垂直弹簧比率以及轮胎旋转弹簧比率之类的各种轮胎参数来确定轮胎异常状态。’ 750公开响应于检测的异常性而控制车辆。为了控制车辆，’ 750 公开使用存在于车辆中的各种传感器，例如，偏航信号、滚动信号以及俯仰信号来确定轮胎参数。’ 750公开然后使用该轮胎参数和各种动态控制系统(例如，防抱死刹车和牵引控制) 来控制车辆。虽然’ 750公开中的系统可以确定轮胎健康，但却非常复杂，并具有会增加成本的大量传感器。例如，’ 750公开需要计算和比较几个轮胎参数，例如，滚动半径、垂直弹簧比率以及轮胎旋转弹簧比率，以确定轮胎异常状态。’ 750公开可使用额外的传感器并进行额外的计算以确定轮胎异常状态。如果必须考虑诸如车辆载荷、道路状况以及风力之类的状况，这需要复杂的计算和附加的传感器。所公开的实施例旨在改善现有技术
发明内容
在一个方面，本公开涉及一种检测机械的低轮胎压力状况的方法。所述方法包括 确定在已知位置处的所述机械的实际俯仰和所述机械的实际滚摆中的至少一个；以及确定在所述已知位置处的所述机械的预期俯仰和在所述已知位置处的所述机械的预期滚摆中的至少一个。所述方法还包括比较下列中的至少一个比较所述机械的所述实际俯仰与所述预期俯仰；以及比较所述机械的所述实际滚摆与所述预期滚摆。所述方法还包括如果所述实际俯仰和所述实际滚摆中的至少一个分别偏离所述机械的所述预期俯仰和所述预期滚摆，则输出指示至少一个轮胎的低轮胎压力状况的信号。在另一方面，本公开涉及一种用于检测机械的低轮胎压力状况的系统。所述系统包括用于测量所述机械的实际俯仰和实际滚摆的传感器。所述系统还包括位置定位系统， 其通信地耦合到所述传感器并被配置为记录所述机械的位置，该位置对应于在该处测量了所述机械的所述实际俯仰和实际滚摆的位置。所述系统还包括控制器，其通信地耦合到所述传感器和所述位置定位系统，所述控制器被配置为从所述传感器接收指示所述机械的所述实际俯仰和所述实际滚摆的信息。所述控制器被附加地配置为从所述位置定位系统接收指示所述机械的位置的信息。所述控制器还被配置为，确定在对应于所述机械的所述实际俯仰和所述实际滚摆被测量之处的所述机械的位置处，所述实际俯仰和所述实际滚摆中的至少一个是否分别偏离所述机械的预期俯仰和预期滚摆。所述控制器还被附加地配置为， 如果在对应于所述机械的所述实际俯仰和所述实际滚摆被测量之处的所述机械的位置处， 所述实际俯仰和所述实际滚摆中的至少一个分别偏离所述机械的预期俯仰和预期滚摆，则输出指示至少一个轮胎的低轮胎压力状况的信号。根据又一方面，本公开涉及用于在计算机系统上使用的计算机可读的介质，所述计算机可读的介质包括当由处理器执行时实施检测机械的低轮胎压力状况的方法的计算机可执行的指令。所述方法包括确定在已知位置处的所述机械的实际俯仰和所述机械的实际滚摆中的至少一个，以及确定在所述已知位置处的所述机械的预期俯仰和在所述已知位置处的所述机械的预期滚摆中的至少一个。所述方法还包括比较下列中的至少一个比较所述机械的所述实际俯仰与所述预期俯仰；以及比较所述机械的所述实际滚摆与所述预期滚摆。所述方法还包括如果所述实际俯仰和所述实际滚摆中的至少一个分别偏离所述机械的所述预期俯仰和所述预期滚摆，则输出指示至少一个轮胎的低轮胎压力状况的信号。
图1示例了根据公开的实施例的示意性作业环境；图2提供了与图1的作业环境相关的特定部件的示意图；以及图3提供了流程图，其图示了根据公开的实施例的用于检测低轮胎压力状况的示例性方法。
具体实施例方式图1示例了根据公开的实施例的示意性作业环境100。作业环境100包括协作以进行商业或工业任务(例如，采矿、建设、能源勘探和/或发电、制造、运输、农业)或与其他类型的工业相关的任何任务的系统和设备。根据图1示例的示意性实施例，作业环境100包括采矿环境，该采矿环境包括通过通信网络110耦合到机械管理系统130的一个或多个机械120a、120b。作业环境100被配置以监视、收集以及过滤与一个或多个机械120a、120b 的状态、健康以及性能有关的信息，并将该信息发布到一个或多个后端系统或实体，例如， 机械管理系统130和/或用户140。可以想到，作业环境100包括附加的组件和/或与上述组件不同的组件。如图1所示，机械120a、120b包括一个或多个挖掘机120和一个或多个运输机械 120b。挖掘机120a包括任何被配置为从矿场移除材料并将该材料装载到一个或多个运输机械120b上的机械。挖掘机120a的非限制性的实例包括，例如，铲斗型挖掘机械、电磁提升设备、反铲装载机、推土机等等。运输机械120b包括任何被配置为运输作业环境100内的材料的机械，例如，鞍式牵引车(articulated truck)、自动倾泻卡车或任何适于运输材料的其他卡车。图1中示例的机械的数目、尺寸以及类型仅仅是示例性的而不旨在限制。因此，预期作业环境100包括相比于所列出的机械的附加的、更少的和/或不同的机械。例如， 作业环境100可以包括滑撬转载机、履带式牵引车、材料转运车或任何有助于作业环境100 的操作的其他固定或移动机械。机械可通过网络110在作业环境100内部或外部通信。通信网络110可包括提供机械120a、120b与诸如机械管理系统130的非机载系统 (off-board system)之间的双路通信的任何网络。例如，通信网络110可跨无线网络平台 (诸如卫星通信系统)将机械120a、120b通信地耦合到机械管理系统130。备选地和/或附加地，通信网络110可包括适宜于将一个或多个机械120a、120b通信耦合到机械管理系统130的一个或多个宽带通信平台，例如，蜂窝、蓝牙、微波、点到点无线(point to point wireless)、点到多点无线、多点到多点无线或任何其他适宜于联网多个成员的通信平台。 虽然通信网络110被示例为无线通信网络，可以预期通信网络110可以包括有线网络，例如，以太网、纤维光学、波导或任何其他类型的有线通信网络。作业环境100包括被精细测量以绘制相关的拓扑(topology)的一个或多个已知区域或已知位置125。因此，可以确定并记录这些已知位置125的诸如坡度的地形特性。基于拓扑信息，对每个已知位置125，可以确定一个或多个机械120a、120b的预期俯仰 (pitch)和/或预期滚摆(roll)。预期俯仰和/或预期滚摆可以是基于与机械120a、120b 有关的特定信息(例如，载荷能力)，在已知位置125处所预期的机械120a、120b的俯仰和 /或滚摆。例如，由于完全装载的机械与完全卸载的机械相比具有不同的预期俯仰和/或预期滚摆，因此对于每个机械计算在不同的有效载荷重量和与机械相关的特性下的不同的预期俯仰和/或预期滚摆值。俯仰为机械沿驱动轴的旋转的量测。滚摆为机械的左旋转或右旋转的量测。已知位置125包括在作业环境100内的地形特性已被观测并记录的一个或多个适宜的位置，由此提供了参考以确定机械操作的预期特性(例如，俯仰和/或滚摆)。根据一个实施例，已知位置125包括被作业环境100中的多个机械横穿的公共区域。例如，已知位置125包括指定区域，其中机械120a、120b在自动模式与操作者控制模制之间切换。当在自动模式与操作者控制模制之间切换机械120a、120b时，可以检查与机械120a、120b相关的轮胎的状况和/或压力。轮胎压力的改变会造成机械120a、120b的俯仰和/或滚摆中的一个或多个的改变。机械管理系统130通过监视、分析和/或控制一个或多个单独的机械的性能或操作来改善作业环境100中的机械120a、120b的性能。附加地，机械管理系统130存储与机械120a、120b相关的一个或多个参数。机械管理系统130提供用于监视和/或控制多个机械120a、120b的性能的中心位置。用户140可以是感兴趣或关注机械120a、120b的性能或健康的一个或多个实体， 并具有维持机械120a、120b的性能或健康的职责或责任。用户140接收一个或多个机械 120a、120b的诸如低轮胎压力的信息。用户140可以从机械管理系统130接收信息。用户 140可以包括，例如，一个或多个运输机械120b的操作者、负责装载运输机械120b的一个或多个机械(例如，自动装载机械(传送带、铲斗等等)，挖掘机120a等等)的操作者、项目经理、矿场主、检修技术人员、值班经理、人力资源人员或被指派的任何其他人或实体。在一个实施例中，每个机械120a、120b可包括机载数据收集和通信设备以监视、 收集和/或发布与机械120a、120b的一个或多个部件有关的信息。如图2所示，机械120a、 120b均包括，通过通信线路204耦合到一个或多个数据收集器206的一个或多个传感器 202和/或电子控制模块；一个或多个收发器装置208 ；和/或用于监视、收集以及通信与机械120a、120b的操作有关的信息的任何其他部件，等等。机械120a、120b中的每一个还被配置为从诸如机械管理系统130的非机载系统接收信息、报警信号、操作指令或其他消息或命令。上述部件为示例性的并不旨在进行限制。因此，公开的实施例预期每个机械120a、 120b包括相对于上述部件的附加的部件和/或不同的部件。传感器202包括用于收集与一个或多个机械120a、120b有关的性能数据的任何装置。例如，传感器202可以包括用于测量操作参数的一个或多个传感器，操作参数例如为引擎和/或机械速度和/或位置；流体的流体压力、流动速率、温度、污染水平以及粘性；电流和/或电压水平；流体(即，燃料、油类等)消耗速率；装载水平(即，有效载荷值、最大有效载荷极限的百分比、有效载荷历史、有效载荷分布等等)；传动输出比率、滑移量(slip)等； 坡度；牵引数据；驱动轴扭矩；预定的或进行的维护和/或维修操作之间的间隔；以及机械 120a、120b的任何其他操作参数。在一个实施例中，机械120a、120b均包括用于监视机械120a、120b的实际俯仰和 /或实际滚摆的俯仰传感器202和/或滚摆传感器202b中的至少一个。备选地，俯仰传感器202和/或滚摆传感器202b被配置为监视从中可计算和/或推导出机械120a、120b的俯仰和/或滚摆的参数。可以设想，一个或多个传感器202可被配置为监视与作业环境100有关的特定环境特征。例如，一个或多个机械120a、120b可包括用于测量与机械在其上行驶的表面有关的实际坡度的倾角计。倾角计被用于确定已知位置125的实际坡度是否与已知位置125的预期坡度匹配，以验证机械的取向并验证已知位置125保持未改变。数据收集器206被配置为接收、收集、封装和/或发布由传感器202收集的性能数据。作为本文使用的术语，性能数据是指，表明了与一个或多个机械120a、120b，或其任何构成部件或子系统相关的至少一个操作方面的任何类型的数据。性能数据的非限制性的实例包括，例如，诸如燃料水平、油类压力、引擎温度、冷却剂流动速率、冷却剂温度的健康信息， 或表明机械120a、120b的一个或多个部件或子系统的健康的任何其他数据。备选地和/或附加地，性能数据可以包括诸如引擎功率状态(例如，引擎正运行、空转、关闭)、引擎小时、 引擎速度、机械速度、机械位置、机械正操作的当前排档之类的状态信息，或指示机械120a、120b的状态的任何其他数据。可选地，性能数据还可以包括特定生产率信息，诸如任务进度信息、装载与容积比率、轮班时长、拖运统计(重量、有效载荷等)、燃料效率，或指示机械 120a、120b的生产率的任何其他数据。备选地和/或附加地，性能数据可包括用于控制机械120a、120b的一个或多个方面或部件的控制信号。根据一个实施例，性能数据可包括有效载荷信息，该信息可被用于确定机械在已知位置125处的预期俯仰和/或预期滚摆。数据收集器206通过通信线路240在机械的操作期间从一个或多个传感器202接收性能数据，并通过通信网络Iio将接收的数据发送到机械管理系统130。备选地或附加地，数据收集器206在存储器中将接收的数据存储预定的时长，以便随后传送到机械管理系统130。例如，如果机械与机械管理系统130之间的通信通道变得临时不可用，性能数据被存储在存储器中，以便随后在恢复通信通道之后将其取回和传送。机械管理系统130包括一个或多个硬件部件和/或软件应用，其协作以通过监视、 分析、和/或控制一个或多个单独的机械的性能或操作而改善作业环境100中机械120a、 120b的性能。例如，机械路线管理系统130可包括用于收集、发布、分析和/或其他方式管理从机械120a、120b收集的性能数据的状况监视系统220。在一个示例实施例中，状况监视系统220确定与机械相关的实际俯仰和/或实际滚摆，确定机械120a、120b在运输道路或其他表面上的实际位置，计算运输道路或其他表面上的坡度，和/或确定机械在运输道路或其他表面上的该位置处的预期俯仰和/或预期滚摆。通过将已知位置125处的机械实际俯仰和/或实际滚摆与机械的预期俯仰和/或预期滚摆进行比较，来确定轮胎压力状况。状况监视系统200包括被配置为接收、分析、传送和/或发布与机械120a、120b有关的性能数据的任何计算系统。状况监视系统220可通过通信网络110被通信地耦合到一个或多个机械120a、120b。在备选实施例中，状况监视系统220可以位于机械120a、120b 上。状况监视系统220可以体现为适用于收集和散布与每个机械120a、120b相关的性能数据的中央服务器和/或数据库。状况监视系统220包括进行根据特定的公开实施例的处理的硬件和/或软件部件。例如，如图2所示，状况监视系统220包括一个或多个收发器装置208 ；中央处理单元 (CPU) 221 ；通信接口 222 ；—个或多个计算机可读的存储器装置，诸如存储装置223，随机存取存储器(RAM) 224，以及只读存储器(ROM) 225 ；公共信息总线2 ；显示单元227 ；和/或输入装置228。上述部件是示例性的而不旨在限制。此外，可设想状况监视系统220包括与上述部件相比的替代的和/或附加的部件。CPU 221为一个或多个处理器，其执行指令并处理数据以进行根据特定的公开实施例的一个或多个处理。例如，CPU221可执行软件，该软件使状况监视系统220从机械 120a、120b的数据收集器206请求和/或接收性能数据。CPU 221还可以执行在存储装置 223中存储收集的性能数据的软件。此外，CPU 221可以执行这样的软件，该软件使状况监视系统220能够分析从一个或多个机械120a、120b收集的性能数据，进行诊断和/或预测分析以识别机械的潜在问题，向机械操作者或用户140通知潜在的问题，和/或提供定制的操作分析报告，包括收集的性能数据的趋势数据。CPU 221被连接到公共信息总线226，该总线2 被配置为在与状况监视系统220 有关的一个或多个部件之间提供通信介质。例如，公共信息总线2 包括用于向多个装置通信信息的一个或多个部件。根据一个实施例，CPU 221可使用公共信息总线2 来存取在存储器中存储的计算机程序指令。之后，CPU 221执行在计算机可读的介质装置(例如， 存储装置223、RAM 224、和/或ROM 225)中存储的计算机程序指令的序列以执行根据特定公开的实施例的方法，这将在下面进行描述。 通信接口 222包括被配置为通过收发器装置208在状况监视系统220与远程系统 (例如，机械120a、120b)之间进行双向数据通信的一个或多个部件。例如，通信接口 222可包括一个或多个调制器、解调器、多路器、多路分解器、网络通信装置、无线装置、天线、调制解调器、或被配置为支持状况监视系统220与远程系统或部件之间的双向通信的任何其他
装置ο一个或多个计算机可读的介质装置包括存储装置223、RAM 224,ROM 225和/或被配置为存储由状况监视系统220的CPU 221所使用的信息、指令和/或程序代码的任何其他磁、电子、闪存或光学数据计算机可读的介质装置。存储装置223包括磁硬盘驱动器、光盘驱动器、软盘驱动器、闪存驱动器或任何其他这样的信息存储装置。RAM 2 包括用于存储CPU221使用的信息和指令的任何动态存储装置。RAM 2 还可被用于存储临时变量或在执行将由CPU 221执行的指令期间的其他中间信息。在操作期间，操作系统(未示出)的一些或所有部分被加载到RAM 224。此外，ROM 225可包括用于存储CPU 221使用的信息和指令的任何静态存储装置。状况监视系统220被配置为分析与每个机械120a、120b有关的性能数据。根据一个实施例，状况监视系统220包括诊断软件，该软件基于与各机械相关的阈值水平(其可以为出厂设置的、制造商建议的和/或用户配置的)分析与一个或多个机械120a、120b相关的性能数据。例如，与状况监视系统200相关的诊断软件可以比较从特定机械接收的引擎温度量测与该机械的预定阈值引擎温度。如果测量的引擎温度超过阈值温度，状况监视系统220产生报警并通知机械操作者、现场经理、维修技术人员、调度员或任何其他适宜实体中的一个或多个。状况监视系统220可包括被配置为从传感器202、20加和20 接收/收集特定性能数据的硬件或软件模块。状况监视系统220基于接收的性能数据确定与一个或多个机械 120a、120b相关的实际俯仰和/或实际滚摆。状况监视系统220可以确定一个或多个机械的坡度。可以基于监视的与机械有关的GPS数据或诸如内部机械系统(internal machine system)的其他定位系统来确定该坡度。例如，可以使用从机载GPS设备获得的GPS数据而得到的机械的纬度、经度以及海拔 (elevation)来确定坡度。可以使用四个或更多的定位装置(或GPS卫星)确定机械的海拔和坡度。根据一个实施例，通过计算位置的竖直改变(基于与GPS数据相关的海拔数据) 和位置的水平改变(基于与GPS数据相关的纬度和经度数据)之间的比率来确定坡度。备选地或附加地，使用诸如倾角计的机载数据监视装置确定实际坡度。状况监视系统220还被配置为在各种运输道路状况下模拟对应于一个或多个机械的模型。例如，使用与机械120b相关的软件模型，状况监视系统220可以确定对应于呈现给机械120b的每个坡度值的预期俯仰和/或预期滚摆。备选地，状况监视系统220从存储装置223中的表来加载对应于呈现给机械120b的每个坡度值的预期俯仰和/或预期滚摆。预期俯仰和/或预期滚摆可被表达为数值、围绕数值的值的范围、两个数值之间的值的范围、值的范围、或最小或最大值。值的范围可以是预定的量或数值百分比，或在确定预期俯仰和/或预期滚摆时被确定。根据公开的实施例的处理和方法通过提供组合了实时数据监视和收集能力与性能分析和模拟工具的系统，而能够基于在作业环境100中操作的一个或多个机械120a、 120b的性能来检测低轮胎压力状况。具体而言，本文描述的特征和方法允许项目经理、设备所有者和/或矿场操作者有效识别相对于已知参考表面的实际俯仰和/或实际滚摆的改变。该实际俯仰和/或实际滚摆的改变可以指示机械的轮胎中的一个或多个轮胎经历了轮胎压力改变，机械不能像原先一样放置(sitting)。低轮胎压力造成机械不同地放置。换言之，机械会沿低轮胎压力或泄气轮胎的方向倾斜。机械的该倾斜被反应为机械的实际俯仰和/或实际滚摆的改变。图3提供了流程图300，其示例了通过机械管理系统130实施的用于检测低轮胎压力状况的示例性方法。图3示例了流程图300，其图示了基于比较已知位置125处的机械的实际俯仰和/ 或实际滚摆与机械的预期俯仰和/或预期滚摆来检测低轮胎压力状况的示例性方法。具体而言，机械的实际(即，测量的)俯仰和实际滚摆与先前的实际俯仰和/或先前的实际滚摆或预期俯仰和/或预期滚摆数据的偏差可以指示出机械的一部分的相对位置不同于预期位置。该差异可能由地形状况的改变(可能地，由运输道路状况的劣化造成)或机械状况的改变(可能地，由机械轮胎压力的改变造成)而造成。因此，通过确保在已知位置125处适宜地维持地形状况，便可以使用检测的俯仰和滚摆数据的偏差来识别与机械有关的轮胎压力问题。如图3所示，可以从在运输道路或其他表面上操作的至少一个机械处收集性能数据(步骤305)。例如，机械管理系统130的状况监视系统220从在作业环境100中操作的每个机械接收/收集性能数据。根据一个实施例，状况监视系统220从与每个机械120a、 120b相关的数据收集器206自动接收该数据。备选地或附加地，状况监视系统220向机械 120a、120b中的每个提供数据请求并响应于该请求从每个机械接收性能数据。一旦已经收集了机械性能数据，就可以基于机械性能数据来确定机械的实际俯仰和/或实际滚摆(步骤310)。根据一个实施例，状况监视系统220确定机械的实际俯仰和 /或实际滚摆。例如，状况监视系统220可以从俯仰传感器20 收集的数据确定实际俯仰。 相似地，状况监视系统220可以从滚摆传感器202b收集的数据确定实际滚摆。可以设想， 状况监视系统220可被配置为，当状况监视系统220在每个机械120a、120b操作期间收集性能数据时，实时地确定每个机械的实际俯仰和/或实际滚摆。可以确定机械的位置(步骤31幻。根据一个实施例，GPS或其他定位系统，单独地或与机械的内部跟踪系统相结合地，跟踪或周期地更新机械的位置。在另一示例性实施例中，可以通过分布于作业环境100中的RFID接收器来检测机载地位于机械上的RFID标签， 从而确定机械120a、120b在作业环境100中的位置。在另一实施例中，采用GPS和RFID方法的组合来确定机械120a、120b在作业环境100中的位置。一旦确定出机械的位置，将机械的位置与已知位置的列表加以比较，以确定机械是否在已知位置125 (步骤320)。根据一个实施例，已知位置125为已被观测或规律观测的任何位置。由于已经观测了已知位置125，该位置的坡度是已知的，和/或预期俯仰和/或预期滚摆是已知的。已知位置125的一个特性为这样的能力，即，提供稳定的基线以产生预期俯仰和/或预期滚摆而与实际俯仰和/或实际滚摆比较。如果机械没有在已知位置处，处理将接下来进行步骤310。如果机械在已知位置125，处理将执行步骤325。可以确定已知位置125的坡度(步骤325)。根据一个实施例，可以使用GPS或另一定位系统(单独地或与机械的内部跟踪系统结合)，和/或RFID标签来确定机械的位置的坡度。将该位置处的坡度与已知位置125的坡度进行比较。比较机械的位置的坡度与已知位置125的坡度对于核查机械在已知位置125是有用的。在一个示例性实施例中，如果机械的坡度和已知位置125的预期坡度是相同的，并且机械具有已知轮胎大小、预期轮胎压力以及已知的载荷，则机械在已知位置125处具有预期俯仰和/或预期滚摆。一旦确定了机械位置和已知位置125的坡度，便可以确定机械在已知位置125处的预期俯仰和/或预期滚摆(步骤330)。根据一个实施例，在确定机械位置和已知位置125 的坡度之后，状况监视系统220确定机械的预期俯仰和/或预期滚摆。预期俯仰和/或预期滚摆可以表示为数值、围绕数值的值的范围、两个数值之间的值的范围、值的范围、或最小或最大值。当确定了每个轮胎位置的轮胎数目，通常在步骤345或350期间或之后确定预期俯仰和/或预期滚摆的范围分量。值的范围可以为预定的量或数值百分比，或在确定预期俯仰和/或预期滚摆时被确定。例如，状况监视系统220可以从已知位置125的坡度、机械的前进方向(heading) 和取向、轮胎尺寸、轮胎配置、(适当膨胀的轮胎的)估计的轮胎压力、无载重量、以及机械的速度和加速度中的一种或多种来确定预期俯仰和/或预期滚摆。在另一实例中，状况监视系统220基于已知位置125的坡度、机械的前进方向和取向、轮胎尺寸、轮胎配置、估计的轮胎压力、无载重量以及机械的速度和加速度中的一种或多种从存储装置223中的表中加载机械的预期俯仰和/或预期滚摆。在另一实施例中，状况监视系统220还可以使用装载重量和/或机械的质心来计算预期俯仰和/或预期滚摆。在标准配置中，机械的质心是已知的，但是如果作业工具的位置或载荷的分布不是标准的，机械的质心会改变。机械的质心的改变会改变重量在每个车轮上的分布，这会改变机械的预期俯仰和/或预期滚摆。机械的重量和/或质心基于从机械收集的数据，并基于机械的用途或历史数据来估计。例如，质心可以基于机械配置、机械的作业工具的位置、载荷的尺寸和分布的实际或估计的数据以及可得的其他数据中的一种或多种。在另一实施例中，状况监视系统220可以将预期俯仰和/或预期滚摆设定为等于在已知位置125处确定的先前的实际俯仰和/或先前的实际滚摆。每次机械位于相同的已知位置125时，预期在相同已知位置125处的相似装载的相同机械会具有相同的俯仰和 /或滚摆。这可应用于其中机械的载荷和配置相对稳定的重复路线。还可应用于这样的情况，其中俯仰和/或滚摆数据的趋势被监视以基于实际滚摆和/或实际俯仰数据的渐变来检测低轮胎压力状况。可以用几种方式来确定先前的实际俯仰和/或先前的实际滚摆。在一个实施例中，通过例如在作业周开始时校准已知位置125处的机械来确定先前的实际俯仰和/或先前的实际滚摆。在另一实施例中，通过在已知位置125处确定的最后的实际俯仰和/或实际滚摆来确定先前的实际俯仰和/或先前的实际滚摆。在已知位置125处确定的最后的实际俯仰和/或实际滚摆可用于相同或相似的机械。可以设想，状况监视系统220可以配置为，在状况监视系统220收集每个机械120a、120b的操作期间的性能数据时，实时确定每个机械的预期俯仰和/或预期滚摆。一旦确定了预期俯仰和/或预期滚摆，可以计算偏移(offset)以调整机械的实际俯仰和/或实际滚摆，从而考虑机械的重量和质心的改变(步骤33 。例如，依赖于机械的有效载荷重量和有效载荷的分布位置，在机械在作业环境100中的正常使用期间，机械的重量和/或质心会改变。结果，当比较已知位置125处的实际俯仰和/或实际滚摆与预期俯仰和/或预期滚摆时，机械的重量和/或质心的改变而造成的俯仰和/或滚摆的差被考虑到。在一个实施例中，用于针对机械的重量和/或质心的改变而进行调整的偏移被计算并被应用于机械的实际俯仰和/或实际滚摆。在另一实施例中，偏移被计算并被应用于在已知位置125处的预期俯仰和/或预期滚摆。在又一实施例中，当确定已知位置125处的预期俯仰和/或预期滚摆后，作为步骤325的一部分而计算偏移。一旦计算了偏移，处理方法可以确定机械是否在单一轮胎位置处具有两个或更多的轮胎(步骤340)。根据一个实施例，单一轮胎位置为车轴的左侧或右侧。作为示例实例， 汽车具有4个轮胎位置，其中在每个轮胎位置处有一个轮胎。在一些实施例中，机械120a、 120b可能在轮胎位置处具有多于一个的轮胎，也就是，在轮胎位置处的内部和外部轮胎。机械的俯仰和/或滚摆行为，作为轮胎的轮胎压力的函数，在每个轮胎位置处有一个轮胎和在一些轮胎位置处有两个或更多的轮胎的情况下是不同的。如果机械在其一些轮胎位置处具有多于一个的轮胎，处理方法接下来执行步骤；345。如果机械在每个轮胎位置处具有一个轮胎，处理方法将执行步骤350。根据一个实施例，基于在一个或多个轮胎位置处具有多于一个的轮胎的机械的模型，预期俯仰和/或预期滚摆需要更紧的范围。在具有多于一个轮胎的轮胎位置处的轮胎上的轮胎压力的改变相比于在仅具有一个轮胎的轮胎位置的轮胎，对实际俯仰和/或实际滚摆具有较小的影响。在上述轮胎位置处的一个或多个其他轮胎可承载压力已经下降的轮胎正承载的一些负荷，使得难以检测俯仰和/或滚摆的改变，以及由此的轮胎压力的改变。如果机械在单一轮胎位置处具有多于一个的轮胎，可以确定基于在一个轮胎位置处的两个轮胎的预期俯仰和/或预期滚摆的值的范围(步骤34幻。即使轮胎压力和机械未改变，预期俯仰和/或预期滚摆与实际俯仰和/实际滚摆也没有精确匹配。预期俯仰和 /或预期滚摆与实际俯仰和/实际滚摆没有精确匹配，这是由于载荷分布的不平均、坡度或取向的误差或将用于一类机械的预期俯仰和/或预期滚摆应用于单独的机械的不精确性。 因此，预期俯仰和/或预期滚摆可以被表达为围绕数值的值的范围、两个数值之间的值的范围、值的范围、或最小或最大值。包括范围分量的预期俯仰和/或预期滚摆被用于比较实际和预期值。可以确定基于在每个轮胎位置处的一个轮胎的预期俯仰和/或预期滚摆的值的预期范围(步骤350)。与步骤345相似，预期俯仰和/或预期滚摆与实际俯仰和/实际滚摆也没有精确匹配。因此，预期俯仰和/或预期滚摆可以表达为围绕数值的值的范围、两个数值之间的值的范围、值的范围、或最小或最大值。包括范围分量的预期俯仰和/或预期滚摆可以被用于比较实际和预期值。根据一个实施例，预期俯仰和/或预期滚摆具有这样的范围，该范围是基于根据在每个轮胎位置具有一个轮胎的机械的模型而计算。在特定情况下，建立与预期俯仰和/或预期滚摆有关的阈值或“缓冲”范围。这可以通过在一个轮胎位置处具有两个轮胎时的步骤345的范围确定来完成，也可以通过在每个轮胎位置处具有一个轮胎时的步骤350的范围确定来完成。这对于防止在确定机械120a 或120b的坡度和/或质心时小和/或临时偏差(归因于操作者错误)产生报警状况是特别有利的。用户可将阈值范围建立为实际俯仰和/或实际滚摆可以偏离预期俯仰和/或预期滚摆的可允许的范围。一旦计算了包括任何范围分量的预期俯仰和/或预期滚摆，可以将已知位置125 处的机械的实际俯仰和/或实际滚摆与预期俯仰和/或预期滚摆进行比较(步骤35 。例如，可以比较机械的实际俯仰与预期俯仰。如果实际的俯仰偏离预期俯仰，实际俯仰在容差之外。同样，可以比较机械的实际滚摆与预期滚摆。如果机械的实际滚摆偏离预期滚摆，实际滚摆在容差之外。“偏离”的意义为与预期数值不同、以预定的量或百分比与预期数值不同、在值的范围之外、低于最小值或高于最大值。在一些其他示例实施例中，可以记录实际俯仰与预期俯仰之间的差，以及记录实际滚摆与预期滚摆之间的差。在另一实施例中，将实际俯仰和/或实际滚摆与先前的实际俯仰和/或实际滚摆加以比较，以检测轮胎状况随时间的变化。在一些示例实施例中，比较可以是针对相同已知位置125处的先前的实际俯仰和/或先前的实际滚摆。在另一实例实施例中，可以通过偏移来调整先前的实际俯仰和/或先前的实际滚摆，以考虑已知位置125的改变或机械的重量和/或质心的改变。在又一组示例实施例中，当机械空载时，比较实际的俯仰和/或实际的滚摆与机械在先前空载时的先前的实际俯仰和/或实际滚摆。当机械被装载时，比较实际的俯仰和 /或实际的滚摆与机械在先前被装载时的先前的实际俯仰和/或实际滚摆。在又一实施例中，将偏移应用于先前装载的实际俯仰和/或实际滚摆，以考虑机械的重量和/或质心的改变。状况监视系统220被配置为产生关于轮胎的状态或报警，并将该状态或报警提供给机械管理系统130和/或一个或多个用户140(步骤360)。状态或报警可以指示出步骤 355的比较在容差之外，或者是这样的信息，例如，所有轮胎显示正常。状态或报警可以体现为向机械管理系统130和/或一个或多个用户140通知与一个或多个机械120a、126b有关的轮胎状况的任何类型的信号或消息。例如，状况监视系统220可以在与该机械或负责装载该机械的任何其他机械相关的显示控制台上输出轮胎状况数据。备选地或附加地，状况监视系统220可以向各机械操作者和/或项目经理、运输道路调度员、挖掘机和/或装料机操作者或被构建为用户140的任何其他的人或实体提供指示了轮胎状态或报警的电子消息(例如，电子页、文本消息、传真、电子邮件等等)。响应于该轮胎状态通知，用户140可以采取适宜的响应动作以调查每个轮胎的状况，从而确保每个轮胎都适宜地膨胀并处于良好的作业状况。虽然与上述方法有关的特定方面和特征被描述为由机械管理系统130的一个或多个特定的部件来实施，但可以设想，可以由任何适宜的计算系统实施这些特征。同样，尽管该方法将状况监视系统220描述为机械管理系统130的一部分，但状况监视系统220可由机械120a、120b机载。此外，还可设想，图3中的步骤的顺序是示例性的，特定步骤可以在图3示例的其他步骤之前、之后或基本上同时地实施。工业适用性根据公开的实施例的方法和系统提供了用于检测操作在作业环境100中的自动机械的低轮胎压力状况的方案。采用本文描述的处理方法和特征的机械120a、120b提供了自动系统，该自动系统通过在机械的实时操作期间检测在已知位置1225处的机械的实际俯仰和/或实际滚摆，并将该实际俯仰和/或实际滚摆与在已知位置125处的预期俯仰和 /或预期滚摆进行比较，而检测低轮胎压力。虽然结合包括采矿操作的运输路线的作业环境100描述了公开的实施例，但该公开的实施例还可以应用于任何作业环境100，在其中识别具有低轮胎压力的机械是有利的。 根据一个实施例，目前公开的用于检测低轮胎压力状况的系统及其方法可被实施为监视与机械车队有关的性能数据并诊断该车队中的机械的潜在问题的连接的工地环境的一部分。目前公开的用于检测低轮胎压力状况的系统及其方法具有几个优点。例如，本文描述的系统和方法可以检测机械的低轮胎压力状况而不需要对轮胎压力值进行精确的数值计算，以及不需要轮胎压力传感器或附加的传感器的成本。例如，一些自动机械包括俯仰和滚摆传感器和GPS系统，用于跟踪和记录在遍及作业环境100的各位置处的作业环境的预期俯仰和滚摆值。因此，本文描述的系统和方法有利于检测机械的实际俯仰和滚摆与预期俯仰和滚摆值的偏差，该偏差可指示出与机械有关的轮胎压力改变。结果，减小和/或消除了对于单独的轮胎压力传感器系统的需要。对于本领域的技术人员显而易见的是，可以对公开的系统和方法做出各种修改和变化而不背离本公开的范围。在考虑本公开的说明书和实践的情况下，本公开的其他实施例对于本领域的技术人员将显而易见。旨在将说明书和实例仅仅考虑为实例，而通过下列权利要求指出本公开的真实范围。
权利要求
1.一种检测机械的低轮胎压力状况的方法，包括确定在已知位置(125)处的所述机械的实际俯仰和所述机械的实际滚摆中的至少一个；确定在所述已知位置处的所述机械的预期俯仰和在所述已知位置处的所述机械的预期滚摆中的至少一个；比较下列中的至少一个比较所述机械的所述实际俯仰与所述预期俯仰；以及比较所述机械的所述实际滚摆与所述预期滚摆；如果所述实际俯仰和所述实际滚摆中的至少一个分别偏离所述机械的所述预期俯仰和所述预期滚摆，则输出指示至少一个轮胎的低轮胎压力状况的信号。
2.根据权利要求1的方法，其中比较所述机械的所述实际俯仰与所述预期俯仰和比较所述机械的所述实际滚摆与所述预期滚摆中的至少一个包括计算所述机械的所述实际俯仰和所述实际滚摆中的至少一个的偏移，所述偏移针对所述机械的重量和质心相对于与所述预期俯仰和所述预期滚摆相关的所述机械的所述重量和所述质心的改变而调整。
3.根据权利要求1的方法，还包括，在比较所述机械的所述实际俯仰与所述预期俯仰和比较所述机械的所述实际滚摆与所述预期滚摆中的至少一个时，确定轮胎位置是否具有两个或更多的轮胎，并调整所述预期俯仰和所述预期滚摆以考虑在所述轮胎位置处的两个或更多的轮胎。
4.根据权利要求1的方法，其中确定在所述已知位置处的所述机械的预期俯仰和在所述已知位置处的所述机械的预期滚摆中的至少一个包括将所述预期俯仰和所述预期滚摆中的至少一个设定为等于先前的实际俯仰和先前的实际滚摆。
5.根据权利要求1的方法，其中确定在所述已知位置处的所述机械的预期俯仰和在所述已知位置处的所述机械的预期滚摆中的至少一个包括从所述已知位置的坡度、所述机械的重量和质心、轮胎尺寸以及所述机械的一个或多个轮胎的估计的轮胎压力中的至少一个来计算所述预期俯仰和所述预期滚摆中的至少一个。
6.根据权利要求1的方法，还包括分别将所述实际俯仰和所述实际滚摆中的至少一个与先前的实际俯仰和先前的实际滚摆进行比较，以检测轮胎状态随时间的改变；以及分别将所述实际俯仰和所述实际滚摆中的至少一个与先前的实际俯仰和实际滚摆进行比较，以检测轮胎状态随时间的改变，其中如果机械被装载，使用从所述机械先前被装载时起的先前的实际俯仰和/或先前的实际滚摆，如果机械空载，使用从所述机械先前空载时起的先前的实际的俯仰和/或先前的实际滚摆。
7.一种用于检测机械的低轮胎压力状况的系统，包括 传感器002)，用于测量所述机械的实际俯仰和实际滚摆；位置定位系统，通信地耦合到所述传感器，并被配置为记录所述机械的位置，该位置对应于在该处测量了所述机械的所述实际俯仰和实际滚摆的位置；以及控制器020)，通信地耦合到所述传感器和所述位置定位系统，所述控制器被配置为 从所述传感器接收指示所述机械的所述实际俯仰和所述实际滚摆的信息； 从所述位置定位系统接收指示所述机械的位置的信息；确定在对应于所述机械的所述实际俯仰和所述实际滚摆被测量之处的所述机械的位置处，所述实际俯仰和所述实际滚摆中的至少一个是否分别偏离所述机械的预期俯仰和预期滚摆；以及如果在对应于所述机械的所述实际俯仰和所述实际滚摆被测量之处的所述机械的位置处，所述实际俯仰和所述实际滚摆中的至少一个分别偏离所述机械的预期俯仰和预期滚摆，则输出指示至少一个轮胎的低轮胎压力状况的信号。
8.根据权利要求7的系统，其中所述控制器通过从已知位置的坡度、所述机械的重量和质心、轮胎尺寸以及所述机械的一个或多个轮胎的估计的轮胎压力中的至少一个计算预期俯仰和预期滚摆中的至少一个，来确定在所述已知位置处的所述机械的预期俯仰和预期滚摆。
9.根据权利要求7的系统，还包括，所述控制器被配置为分别将所述实际俯仰和所述实际滚摆中的至少一个与先前的实际俯仰和先前的实际滚摆进行比较，以检测轮胎状态随时间的改变。
10.根据权利要求9的系统，还包括，所述控制器被控制为分别将所述实际俯仰和所述实际滚摆中的至少一个与先前的实际俯仰和实际滚摆进行比较，以检测轮胎状态随时间的改变，其中如果机械被装载，使用从所述机械先前被装载时起的先前的实际俯仰和/或先前的实际滚摆，如果机械空载，使用从所述机械先前空载时起的先前的实际俯仰和/或先前的实际滚摆。
全文摘要
公开了一种检测机械的低轮胎压力状况的方法。所述方法包括确定在已知位置(125)处的所述机械的实际俯仰和所述机械的实际滚摆中的至少一个；以及确定在所述已知位置处的所述机械的预期俯仰和在所述已知位置处的所述机械的预期滚摆中的至少一个。所述方法还包括比较下列中的至少一个比较所述机械的所述实际俯仰与所述预期俯仰；以及比较所述机械的所述实际滚摆与所述预期滚摆。所述方法还包括如果所述实际俯仰和所述实际滚摆中的至少一个分别偏离所述机械的所述预期俯仰和所述预期滚摆，则输出指示至少一个轮胎的低轮胎压力状况的信号。
文档编号B60C23/00GK102292225SQ200980155243
公开日2011年12月21日 申请日期2009年11月23日 优先权日2008年11月26日
发明者A·M·唐纳利 申请人:卡特彼勒公司