Способ синхронизации измерений

Изобретение относится к способу синхронизации измерений, полученных от многочисленных средств получения на данный период времени величин измерений, связанных с напряжениями, испытываемыми пневматической шиной, установленной на движущемся транспортном средстве, таком как автомобиль, предназначенный для перевозки тяжелых грузов.

Описание изобретения, которое не ограничивается данным типом автомобиля, будет, в частности, приведено со ссылкой на автомобили «для гражданского строительства», например самосвалы, предназначенные для горно-промышленного применения. Речь идет, в частности, об автомобилях, которые могут быть вынуждены передвигаться на максимуме их возможностей и постоянно ездить, таким образом, внутри шахты для обеспечения выработки шахты.

Эти автомобили, как правило, содержат ведущий передний мост с двумя ведущими колесами и задний мост, чаще всего жесткий, содержащий четыре ведущих колеса, установленных по два с каждой стороны. Под термином «мост» подразумевается совокупность конструктивных элементов, позволяющих жестко соединить твердо установленную конструкцию транспортного средства с землей.

В случае данных автомобилей, предназначенных, в частности, для использования в шахтах или карьерах для перевозки грузов, сложности, связанные с доступом, и требования, предъявляемые к производительности, приводят изготовителей этих автомобилей к необходимости увеличения их грузоподъемности. Из этого следует, что автомобили становятся более большими и, таким образом, более тяжелыми и могут перевозить больше грузов. Массы этих автомобилей в настоящее время способны достигать нескольких сотен тонн, что также относится и к перевозимым ими грузам; причем общая масса может достигать 600 тонн.

Грузоподъемность автомобиля напрямую связана с грузоподъемностью пневматических шин, причем конструктивное исполнение пневматических шин должно соответствовать их развитию для того, чтобы обеспечить возможность пневматических шин выдерживать эксплуатационные напряжения.

Эти пневматические шины, таким образом, имеют большие размеры. Вследствие этого колеса также являются большими, и коэффициент упругости низких зон пневматических шин требует, чтобы упомянутые колеса были выполнены из множества частей для обеспечения монтажа пневматической шины на ободе. Монтаж и демонтаж пневматических шин, который имеет место в случае замены или технического обслуживания, требуют выполнения продолжительных и однообразных операций. Количество затягиваемых деталей, с которыми следует манипулировать в процессе выполнения данных операций, может превышать 200 единиц, к чему следует добавить очень большой момент затяжки этих деталей. Следовательно, требуется много времени для этих операций, что негативно сказывается на желаемой производительности работ по разработке данных шахт.

Настоящая заявка всегда направлена на большую грузоподъемность этих машин, причем различные ранее изложенные параметры приводят разработчиков пневматической шины к оптимизации упомянутых пневматических шин, в частности, с учетом их применения.

Для удовлетворения запросов пользователей, которые желают увидеть еще большее увеличение грузоподъемности машин, используемых для перевозки, в частности в шахтах, представляется необходимым улучшить рабочие характеристики пневматических шин.

С этой целью может быть необходимо временно присоединить средства измерений характеристик, связанных с напряжениями, испытываемыми пневматической шиной, установленной на движущемся автомобиле; речь идет о характеристиках, измеряемых непосредственно на пневматической шине, и(или) о характеристиках, оказывающих влияние на напряжения, которые пневматическая шина испытывает, когда автомобиль находится в движении. Эти средства измерения позволят следить за состоянием пневматических шин, установленных на таких автомобилях, и позволят, таким образом, разработчикам пневматических шин иметь возможность лучше адаптировать пневматические шины к реальным условиям эксплуатации и удовлетворить требования пользователей, в частности, что касается грузоподъемности перевозимых грузов.

Речь идет, например, о средствах измерения давления, температуры, средствах измерения скоростей, разгонов.

Средства измерения устанавливаются временно, время остановки автомобилей негативно сказывается на производительности; причем они разработаны таким образом, чтобы легко и быстро устанавливаться и сниматься.

С этой целью также предпочтительно предусматривается, что для легкой перевозки они имеют небольшие размеры и вес.

Также предусмотрено, что они работают автономно и, таким образом, каждый из них подсоединен к источнику энергии.

Данный источник энергии в интересах дополнительного ограничения веса максимально уменьшен по массе и габаритным размерам и, как следствие, ограничен и по мощности.

Временное присоединение средств измерений характеристик, связанных с напряжениями, испытываемыми пневматической шиной, установленной на движущемся автомобиле, требует, как следствие, средств измерения, которые, с одной стороны, не соединены между собой или же не подсоединены к источнику энергии посредством проводных связей для упрощения перевозки, установки, а затем снятия упомянутых средств измерения; необходимо в действительности ограничить время остановки автомобилей и, таким образом, предусмотреть как можно более простые и быстрые операции по установке и демонтажу. С другой стороны, оно накладывает условие отсутствия соединения между средствами измерения за счет использования беспроводных соединений и, таким образом, посредством волн; причем такая технология соединения является большим потребителем энергии. Кроме того, сложно разработать движущуюся систему, работающую на принципе соединения посредством радиоволн, принимая во внимание тот факт, что данный тип средств соединения регламентирован, а правила, в частности частоты, могут быть различными в разных странах.

В этом случае желание получить данные относительно напряжений, испытываемых пневматической шиной, требует множества средств измерения для получения максимально полной информации. Для использования этих данных также представляется необходимым иметь возможность комбинировать совокупность измерений и, таким образом, их синхронизировать.

Таким образом, изобретатели поставили перед собой задачу сделать возможным использование измерений, полученных посредством множества средств получения величин измерений характеристик, связанных с напряжениями, испытываемыми пневматической шиной, установленной на движущемся автомобиле; причем упомянутые средства измерений не соединены ни между собой, ни с никакой другой системой, а средства получения величин измерений, как это объяснялось ранее, ограничены в плане веса, габаритных размеров и потребления энергии.

Данная задача была выполнена согласно изобретению, при помощи способа синхронизации измерений, полученных, на данный период времени, посредством множества средств получения величин измерений характеристик, связанных с напряжениями, испытываемыми пневматической шиной, установленной на движущемся автомобиле; причем упомянутые средства получения величин измерений оперативно предоставляются независимо друг от друга и, по меньшей мере, одно индексирование в данный момент измерений каждого из упомянутых средств создается в отношении с эталонным средством, измеряющим время.

Согласно изобретению, эталонное средство, измеряющее время, служит в качестве эталона для создания индекса на каждом из сигналов, зарегистрированных в течение времени с помощью средства получения измерений. Изобретатели продемонстрировали, что использование одного единого эталона измерения времени в сочетании с созданием индекса на каждом из сигналов позволяет синхронизировать различные сигналы, полученные каждым из средств получения величин измерений. Действительно, таким образом, представляется возможным позиционировать во времени получение одного измерения с помощью одного из средств получения величин по отношению к точке отсчета времени, присущей эталонному средству, измеряющему время. Данная повторяющаяся операция для различных сигналов позволяет их синхронизировать и, таким образом, позволяет обработку совокупности упомянутых сигналов и их комбинации для лучшего определения напряжений, испытываемых пневматическими шинами, и, возможно, объяснения данных напряжений.

Предпочтительно, согласно изобретению, за пределами упомянутого, по меньшей мере, одного индексирования, в данный момент времени, средства получения величин измерений постоянно независимы друг от друга, и упомянутые средства получают величины измерений в автономном режиме.

Согласно данной предпочтительной практической реализации изобретения, средства получения величин измерений полностью независимы друг от друга и автономны, за исключением, возможно, во время упомянутых, по меньшей мере, одного индексирования, в данный момент времени, каждого из средств получения. Упомянутые средства получения данных не соединены между собой или с любым другим устройством, их энергопотребление остается ограниченным, и, таким образом, не представляется, кроме того, необходимым, чтобы они были сопряжены или подсоединены к мощному источнику энергии.

Согласно первому способу практической реализации изобретения, эталонное средство является одним из средств измерений.

Согласно второму способу практической реализации изобретения, эталонное средство является дополнительным независимым средством. Этот второй вариант практической реализации может позволить упростить осуществление способа. Действительно, оператор может, таким образом, располагать эталонным средством, измеряющим время, и создавать индекс на каждом из средств получения величин или путем непосредственного присоединения, или путем выдачи сигнала; причем упомянутые средства получения величин предусмотрены для приема этой информации. Данное эталонное средство является устройством, содержащим датчик времени, подсоединенный к источнику энергии, обеспечивающий его питание в течение времени, необходимого для индексирования различных средств измерения, содержащий систему связи, предусмотренную для общения в диалоговом режиме с различными средствами измерения. Связь может осуществляться или путем соединения, например, посредством штепсельного соединения, которое позволяет осуществлять обмен информацией, или посредством волн; причем средства измерения образуют, таким образом, только станцию приемника, что требует подачи только небольшого количества энергии. Например, такое эталонное средство может быть вычислительным устройством или PDA (Personal digital assistant), оснащенным соединением RS232.

Предпочтительно, согласно изобретению, индексирование, в данный момент времени, измерений каждого из упомянутых средств осуществляется со смещением по времени относительно других средств. Изобретение в действительности предусматривает возможность не создавать индекс одновременно на каждом из сигналов, производимых различными средствами получения. Способ, согласно изобретению, предусматривает, таким образом, возможность индексировать средства получения величин друг за другом, когда они уже начали получение соответствующих величин измерений. Каждый из сигналов затем синхронизируется относительно времени, измеренного эталонным средством, до его непосредственного индексирования; причем упомянутые сигналы затем легко синхронизируются между собой для их обработки.

Одним вариантом изобретения предусматривается, что каждое из измерений корректируется с учетом смещения по времени рассматриваемого средства получения данных. В действительности известно, что устройства временного измерения могут содержать смещение по времени. Такие смещения меняются от одного средства получения данных к другому, если получение величин осуществляется в течение продолжительных периодов времени, причем они могут создавать помехи обработке сигналов, получаемых несмотря на предложенную синхронизацию. В изобретении также предлагается коррекция смещения каждого из средств получения величин перед осуществлением синхронизации согласно изобретению. Для этого представляется необходимым определить смещение каждого из средств получения величин путем предварительного изучения и произвести обработку полученного сигнала для устранения эффекта, обусловленного этим смещением. Определение и коррекция смещения по времени осуществляются всеми средствами, которые известны специалистам. Например, влияние температуры предварительно определено путем прохождения через термостат каждого средства измерения и может быть смоделировано посредством многочлена третьей степени.

Для устранения явления смещения по времени различных средств получения величин представляется также возможным ограничить период получения величин сигналов достаточно коротким периодом времени таким образом, чтобы различные смещения были незначительными. Измерения, произведенные в течение более продолжительного периода времени, но при постоянной температуре, могут также позволить избавиться от этих явлений смещения по времени.

Согласно предпочтительному способу практической реализации изобретения, представляется также возможным образовать индексирование в данный момент в начале измерений каждого из упомянутых средств относительно эталонного средства, измеряющего время, и индексирование в конце измерений каждого из упомянутых средств относительно эталонного средства, измеряющего время. Данный способ практической реализации изобретения позволит осуществить двойную синхронизацию, в начале и в конце получения сигналов, которая позволит, если период получения данных соответствует явлениям смещения по времени, которые не являются несущественными, избавиться от них, по меньшей мере, в среднем.

Для еще более продолжительных периодов времени получения величин изобретением предусматривается, что еще более предпочтительно образовать индексирование в данный момент времени с постоянным интервалом, в течение определенного периода времени, измерения каждого из упомянутых средств относительно эталонного средства, измеряющим время. Такой вариант практической реализации изобретения приведет к многочисленным синхронизациям; причем их количество определяется продолжительностью, необходимой для получения величин сигналов, позволяющей устранить явления смещения по времени различных средств получения.

Согласно другому способу практической реализации изобретения, представляется также возможным комбинировать многочисленные индексирования измерений каждого из упомянутых средств относительно эталонного средства, измеряющего время, и корректировать каждое из измерений, учитывая смещение по времени рассматриваемого средства получения.

Вышеупомянутые средства измерения могут быть, согласно изобретению, любого типа и они предусмотрены для измерений характеристик, связанных с напряжениями, испытываемыми пневматической шиной, установленной на движущемся автомобиле.

Измеренные характеристики могут быть, прежде всего, характеристиками, непосредственно связанными с пневматической шиной, такими как ее давление или температура. Речь также идет о характеристиках, непосредственно связанных с автомобилем, таких как, например, нагрузка, пройденное расстояние, выдерживаемое направление, крен автомобиля в виде или продольного или бокового наклона, которые оказывают или могут оказывать влияние на напряжения, которые испытывают пневматические шины, установленные на автомобиле.

Речь также может идти о характеристиках, связанных с окружающей ее средой, таких как температура, характер почвы…, которые могут меняться в процессе эксплуатации пневматических шин и оказывать влияние на свойства пневматической шины.

Действительно, такие эксплуатационные характеристики, которые связаны или с условиями эксплуатации, или с режимом эксплуатации, непосредственно влияют на напряжения, испытываемые определенной пневматической шиной автомобиля.

Крутизна дороги или трассы, по которой едет автомобиль, будет, в частности, изменять распределение нагрузки пневматической шиной. В случае если автомобиль, например, следует в направлении спуска, происходит перенос нагрузки на передний мост, в то время как если тот же автомобиль следует в направлении подъема, происходит перенос нагрузки на задний мост автомобиля.

Аналогичным образом извилистый маршрут движения приводит к распределению нагрузок, которые колеблются между левым и правым бортами автомобиля, в зависимости от кривых, которыми следует автомобиль. Повороты направо или налево на деле изменяют распределение нагрузки между пневматическими шинами.

Некоторые параметры окружающей среды, которые могут рассматриваться как условия эксплуатации автомобиля и, таким образом, пневматических шин, могут менять напряжения, испытываемые упомянутыми пневматическими шинами.

Например, температура оказывает воздействие на состояние пневматической шины и, таким образом, на ее сопротивление напряжениям, которые она испытывает. Характер почвы, если речь идет, например, о каменистой почве или также о песчаной или глинистой почве, оказывает непосредственное влияние на напряжения пневматической шины.

Средствами измерений являются, например, датчики давления, непосредственно сопряженные с пневматическими шинами или также соединенные с подвесными системами автомобиля, датчики температуры, средства, измеряющие скорость, разгон, устройства типа GPS.

Каждое из средств измерения, согласно изобретению, с одной стороны, подсоединено к источнику энергии для обеспечения его функционирования, а с другой стороны, к элементам памяти для хранения измерений, полученных в период осуществления измерений.

Другие детали и предпочтительные характеристики изобретения проявятся в последующем из описания примеров практической реализации изобретения со ссылкой на фиг.1-3, на которых:

- фиг.1 представляет собой схематичное изображение средства получения величин измерений для осуществления изобретения;

- фиг.2 представляет собой схематичное изображение первого способа практической реализации изобретения для синхронизации измерений;

- фиг.3 представляет собой схематичное изображение второго способа практической реализации изобретения для синхронизации измерений.

Суть примеров, описание которых приведено ниже, заключена в осуществлении измерений на автомобилях типа самосвал, на которых установлено шесть пневматических шин типа 59/80R63, перемещающихся по дорогам шахт, в которых разработка ведется открытым способом.

Использованы следующие различные средства получения данных:

- шесть датчиков давления с платформой измерительного прибора, причем каждый сопряжен с пневматической шиной, установленной на автомобиле, для измерения давления каждой из пневматических шин; причем данный тип датчика позволяет производить измерения от 0 до 10 бар;

- четыре датчика давления с платформой измерительного прибора для измерения давлений подвески; причем данный тип датчика позволяет производить измерения от 0 до 300 бар;

- четыре ультразвуковых дальномера, сопряженных с рамой, для измерения расстояния между рамой и землей; причем данный тип датчика позволяет производить измерения от 0 до 3 метров;

- два акселерометра MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems) для измерения боковых и продольных приращений скорости.

Фиг.1 схематично иллюстрирует устройство или модуль 1, закрепленный на пневматической шине или автомобиле, в которое встроен один из этих датчиков 2. На данном модуле 1 датчик 2 прежде всего подсоединен к батарее 3, обеспечивающей его автономность, и датчику времени 4. Измерения, полученные при помощи датчика, проходят через элемент 5 обработки, который обеспечивает усиление и фильтрацию сигнала, соответствующего измерению, для регистрации посредством микропроцессора 6 в запоминающем устройстве 7, обеспечивающем накопление и сохранение обработанных, таким образом, измерений.

Преимуществом совокупности этих датчиков и модулей является, прежде всего, то, что образуется ограниченный объем, обеспечивающий их транспортировку простым способом, например, в чемодане, который может легко перевозиться самолетом и доставляться в место назначения, в частности в шахту.

Данное преимущество является значительным, поскольку речь идет о мобильном устройстве, которое должно иметь возможность перевозиться из одного места в другое и передаваться для анализа результатов.

Затем совокупность этих датчиков можно было бы установить на автомобиле в относительно короткое время, около одного часа. Такое время позволяет максимально эффективно ограничить время остановки автомобиля.

После установки на автомобиле каждый из датчиков приводится в действие вручную и начинает осуществлять запись измерений.

Устройство содержит дополнительный элемент, снабженный датчиком времени, который будет использоваться для индексирования измерений каждого из датчиков. Данный дополнительный элемент является простой вычислительной машиной, которая формирует индекс на измерениях каждого из датчиков посредством соединения RS232.

Фиг.2 схематично иллюстрирует синхронизацию измерений трех датчиков в начале измерений. Дополнительный элемент, представленный шкалой времени R, измеряет время и используется для создания индексирований на измерениях трех датчиков, обозначенных шкалами времени А, B, C. На каждой из этих шкал видна точка отсчета, соответствующая запуску датчиков и, таким образом, началу получения величин измерений каждым из них. Эти точки отсчета обозначены значениями времени t_0(A), t_0(B) и t_0(C), которые соответствуют каждой из шкал времени A, B, C, соответственно.

Индексирования, после запуска датчиков, образуются посредством дополнительных элементов. Эти индексирования обозначены на шкалах времени A, B, C значениями времени t_A, t_B, t_C, которые измерены на шкалах времени A, B, C соответственно каждого из датчиков и соответствуют значениям времени t₁, t₂, t₃, измеренным на шкале времени R соответственно.

Время t_i(А), измеренное на шкале времени A и соответствующее сигналу измерения датчика A, может быть, таким образом, скорректировано в целях синхронизации измерения датчика A с измерениями других датчиков следующим образом:

t_{i(A) скорректированное}=t_i(A)-t_A+t_1.

Аналогичным образом будет получено:

T_{i(В) скорректированное}=t_i(В)-t_B+t₂ и

T_{i(C) скорректированное}=t_i(C)-t_C+t_3.

Как было объяснено ранее, когда измерения выполнены в течение времени, в котором смещения по времени датчиков становятся незначительными, скорректированное значение может включать коэффициент смещения d_x, предварительно определенный для каждого из датчиков.

В этом случае скорректированные значения выражаются следующим образом:

t_{i(X)скорректированное}=(t_i(X)-t_X)d_X+t_U,

где значение u меняется от 1 до 3.

Представляется также возможным избавиться от явлений смещения по времени датчиков путем создания периодических индексирований на каждом из измерений датчиков и корректировать значения в зависимости от различных индексирований.

Фиг.3 схематично иллюстрирует второе индексирование различных шкал времени.

Первой возможностью использования второго или n индексирования является осуществление таких же расчетов, которые были изложены ранее, принимая при этом во внимание, что между каждым индексированием смещение по времени является незначительным. Скорректированные значения, таким образом, могут быть выражены, например, следующей формулой:

T_{j(X)исправленное}=t_j(X)-t_X+t_V,

где значение v меняется от 4 до 6, например, как на фиг.3.

Аналогичным образом представляется также возможным учитывать смещение по времени, при этом формула имеет следующий вид:

t_{j(X)скорректированное}=(t_j(X)-t_X)d_X+t_V.

Другая возможность, как это показано на фиг.3, заключается в использовании двух последовательных индексирований для определения коэффициента смещения по времени одного датчика относительно другого, принимая один из датчиков в качестве эталонного или точнее его шкалу времени. Определение такого коэффициента позволит сократить наполовину ошибки синхронизации, которые обусловлены смещением по времени датчиков.

В том случае, если мы выбираем датчик A в качестве эталонного, мы получаем, таким образом, скорректированные значения, которые выражаются следующим образом:

t_{i(A) скорректированное}=t_i(A)-t_A+t_l,

T_{i(B) скорректированное}=[(t_A'-t₄+t₅)-(t_A-t_l+t₂)]/(t_B'-t_B)×(t_i(B)-t_B)+t₂ и

T_{i(С) скорректированное}=[(t_A'-t₄+t₆)-(t_A-t_l+t₃)]/(t_C'-t_C)×(t_i(С)-t_C)+t_3.

Две формулы [(t_A'-t₄+t₅)-(t_A-t_l+t₂)]/(t_B'-t_B) и [(t_A'-t₄+t₆)-(t_A-t_l+t₃)]/(t_C'-t_C) являются соответственно коэффициентами смещения по времени датчиков, соответствующих шкалам времени B и C, по сравнению с датчиком, соответствующим шкале времени A.

Один из датчиков был использован в качестве эталонного датчика, однако представляется также возможным использовать отвлеченный критерий, такой как, например, критерий, соответствующий средней величине совокупности датчиков.

Согласно этому последнему способу синхронизации представляется также возможным учитывать смещения по времени каждого из датчиков путем их предварительного определения и их включения в формулы коррекции различных значений.

В изобретении, таким образом, также предлагается, как это объяснялось ранее, комбинировать эффекты множества индексирований и учитывать смещения по времени каждого из датчиков для коррекции измеренных значений для осуществления синхронизаций различных измерений.

Было произведено два типа измерений. Первый заключался в осуществлении получения данных на период времени, составлявший около одного часа, период, во время которого явления смещения по времени датчиков являются незначительными, что касается интерпретации измерений. Синхронизация различных измерений была произведена посредством одного индексирования измерений в начале периода, который обеспечивает коррекцию значений, как это объяснялось ранее. В некоторых случаях такой тип измерения представляет интерес, поскольку он будет соответствовать одному циклу повторяющейся эксплуатации автомобиля. Он позволяет предоставить данные по некоторым параметрам применения.

Второй заключался в получении данных на период времени продолжительностью порядка 20 часов, в период, во время которого явления смещения по времени датчиков не могут более игнорироваться. Синхронизация различных измерений, таким образом, была выполнена путем комбинации множества индексирований измерений, а точнее каждые 8 часов, которые являлись дополнением к учету коэффициентов смещения по времени каждого из датчиков. Этот тип измерения дает более глубокое видение напряжений, испытываемых пневматической шиной во время эксплуатации автомобиля; причем совокупность параметров может оказать влияние на состояние пневматических шин, которое уже встречалось; в частности, были учтены такие факторы, как замены водителей, изменение режима вождения в условиях дня и ночи.

1. Способ синхронизации измерений, полученных на данный период времени посредством множества средств получения величин измерений характеристик, связанных с напряжениями, испытываемыми пневматической шиной, установленной на движущемся автомобиле, отличающийся тем, что средства получения величин измерений приводятся в рабочее состояние независимо друг от друга, а также тем, что создают, по меньшей мере, одно индексирование в данный момент измерения каждого из упомянутых средств по сравнению с эталонным средством, измеряющим время.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что за пределами упомянутого, по меньшей мере, одного индексирования в данный момент средства получения величин измерений постоянно независимы друг от друга, а упомянутые средства получают величины измерений в автономном режиме.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что эталонное средство является одним из средств измерений.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что эталонное средство является дополнительным независимым средством.

5. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что индексирование в данный момент измерений каждого из упомянутых средств осуществляется со смещением по времени относительно других средств.

6. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что каждое из измерений корректируется с учетом смещения по времени рассматриваемого средства получения.

7. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что создают индексирование в данный момент в начале измерений каждого из упомянутых средств в отношении эталонного средства, измеряющего время, и индексирование в данный момент в конце измерений каждого из упомянутых средств в отношении эталонного средства, измеряющего время.

8. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что создают индексирование в данный момент с постоянным интервалом, в течение данного периода времени, измерений каждого из упомянутых средств в отношении эталонного средства, измеряющего время.

9. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что каждое средство получения величин измерений соединено с датчиком времени, с элементами памяти и с источником энергии.