用于表征轮胎均匀性的机器的系统和使用该表征的方法

摘要

一种轮胎均匀性测试机器包括用于接纳和旋转轮胎的装置。该装置包括相对的卡盘组件以及负荷轮，相对的卡盘组件用于接纳和旋转轮胎，并对轮胎充气，负荷轮被施加至旋转轮胎以获取轮胎测试结果。至少一个表征设备与该装置的部件关联以表征该部件中的至少一个的力，其中被表征的力用于调整轮胎测试结果。

说明书

技术领域

本发明主要涉及轮胎测试设备。具体地，本发明涉及对用于轮胎 均匀性测试机器的组件的表征。具体地，本发明涉及使用轮胎均匀性 测试机器的表征在正常测试程序中对轮胎进行评估。

背景技术

理想地，轮胎需要为正圆，并且其内部硬度、尺寸和重量分布以 及其它特征应围绕轮胎的圆周保持均匀。然而，常见的轮胎结构和制 造工艺使得难以大量生产这种理想轮胎。也就是说，在所生产的轮胎 中，硬度、尺寸、重量和其它特征的具有一定量的不均匀性。因此， 当车辆运行时在轮胎中产生不期望的激振力。该激振力所产生的振荡 被传播至车辆底盘并导致各种车辆振荡和噪声，包括摇动、抖动，并 且轮胎振动的声音被传播至车辆内部。

可利用工业标准来评估轮胎的不均匀性。在一个方法中，用于替 代公路表面的转筒以预定压力（几百千克）压在可旋转地保持的轮胎 上，或者该轮胎以预定压力压在转筒上。轮胎和转筒能够围绕它们各 自的转轴旋转，具体方式为：轮胎和转筒之一旋转导致另一个也旋转。

在这种条件下，可旋转地驱动轮胎或转筒，使得轮胎每分钟旋转 60转。随着轮胎的旋转，出现由轮胎的不均匀性产生的激振力。该激 振力由一个或多个力测量设备（诸如负荷元件）测量，力测量设备安 装在可旋转地支撑轮胎或转筒的轴承上，或安装在附接至该轴承的构 件上。从测量值计算用于评估轮胎的不均匀性的指标。该测量被称为 不均匀性测量。

根据从指标获取的不均匀性，被执行测量的轮胎被分类为不均匀 性位于容许极限内的轮胎和不均匀性位于容许极限之外的轮胎。不均 匀性位于容许极限外的轮胎被处理以减小不均匀性。已经被处理的轮 胎随后再次受到均匀性测量。将不均匀性位于容许极限内的轮胎从不 均匀性位于容许极限内的轮胎中分离出来。

通过上述程序，仅被判断为“不均匀性位于容许极限内”的轮胎 被选择和运送至消费者（或发送至轮胎评估程序中的下个步骤）。

虽然相信当前的轮胎均匀性测试机器是有效的，但相信可获取进 一步的改进。当前的轮胎均匀性测试机器提供的测试结果有时不一致。 在确定均匀性测试机器是否可靠时，同一个轮胎将被测试五次以确保 该机器一致地检测以及测量了轮胎中的任何不均匀性。随后轮胎的额 外采样也进行相同的均匀性测试。根据测试结果的收集，可以被生成 各种过滤器并应用至成品轮胎以过滤实际结果。本领域技术人员应理 解，对测试结果的过滤不期望地增加了测试过程的时间。过滤也令人 担忧，即过滤器可被设定为排除可接受的轮胎，并且更麻烦的是，不 可接受的轮胎可能通过许可。因此，依然需要精确且快速地测试轮胎。 这样，需要对均匀性测试机器的组件进行表征，使得这些表征可被过 滤出测试结果，以更精确和快速地使可接受的轮胎通过许可并拒绝不 可接受的轮胎。

发明内容

根据前面所述，本发明的第一个方面是提供一种用于表征轮胎均 匀性的机器的系统和使用该表征的方法。

本发明的另一个方面是提供一种轮胎均匀性测试机器，其包括用 于接纳和旋转轮胎的装置。该装置包括相对的卡盘组件以及负荷轮， 相对的卡盘组件用于接纳和旋转轮胎，并用于对轮胎充气，负荷轮被 施加至旋转轮胎以获取轮胎测试结果的。至少一个表征设备与该装置 的部件关联以表征该部件中的至少一个的力，其中被表征的力用于调 整轮胎测试结果。

本发明的又一个方面是提供一种测试轮胎的方法，其包括每次在 装置中接纳并旋转至少一个控制轮胎，每个控制轮胎具有已知特性； 将装置的部件施加至该至少一个控制轮胎并生成部件负荷力；检测部 件的角位置；使角位置与部件负荷力关联；以及根据该至少一个控制 轮胎的部件负荷力的角位置生成该部件的特征波形。

附图说明

参照下面的描述、附图，本发明的这些和其他特征将更好理解， 在附图中：

图1是根据本发明的构思的轮胎均匀性测试机器的示意图；

图2是轮胎均匀性测试机器中所使用的负荷轮的立体图；

图3是根据本发明的构思的示出负荷轮表征处理的流程图；

图4是负荷轮表征波形，该波形利用已知弹性比例轮胎获取由轮 胎均匀性测试机器所测试的轮胎的分析中所使用的预定波形；

图5是根据本发明的构思的芯轴表征的流程图；

图6是由轮胎均匀性测试机器测试的轮胎的分析中所使用的示例 性芯轴表征波形；以及

图7是示出使用机器表征波形的轮胎的测试的流程图。

具体实施方式

参照附图并具体参照图1，轮胎均匀性测试机器一般由标号10标 示。该机器包括侧面框架构件12，侧面框架构件12在两端处连接有 水平底部框架构件14和水平顶部框架构件16。侧面框架构件12和框 架构件14和16形成盒状结构，在盒状结构中，一般由大写字母T标 示的轮胎被接纳、测试和排出。

输送机18配置有辊，辊之间具有开口，轮胎T在开口之上被输 送至机器10。各轮胎T包括胎面24，胎面24与侧壁26相邻，侧壁 26基本平行，侧壁具有形成轮胎内径的钢圈28。

机器10包括用于接纳并旋转轮胎的装置，尤其是下部芯轴和卡盘 组件32和上部芯轴和卡盘组件34。下部芯轴和上部芯轴和卡盘组件 配备有可移除轮辋30和48，可移除轮辋30和48具有各种尺寸并需 要适应轮胎的钢圈直径。下部芯轴和卡盘组件32由框架结构12和14 承载并支撑，并被设置为当其被输送机18支撑时与轮胎接合。具体地， 下部芯轴和卡盘组件32包括液压单元38，液压单元38提供轴40，轴 40保持容纳在汽缸44内的活塞42。在合适的时间，液压单元通过输 送机18中的开口与轮胎接合并具体与下部钢圈28接合，以将轮胎移 动至测试位置。

当下部芯轴和卡盘组件在附接至下部芯轴和卡盘组件的轮辋30 上与轮胎的钢圈28处的相对侧壁26接合时，上部芯轴和卡盘组件34 在轮辋48上接纳轮胎T的另一侧。芯轴和卡盘组件34包括轮辋48， 轮辋48由芯轴50旋转，并且组件34还可包括芯轴轴承、轮辋转接器 和其它相关部件。芯轴50由电机52和将芯轴50连接至电机的互连带 驱动器54驱动。

简要地，在操作中，轮胎沿着输送机18输送并在合适的位置处停 下，使得下部芯轴和卡盘组件能够与轮胎T的下部相对侧结合。下部 轮辋组件随后使轮胎移动以接合上部轮辋组件，于是该轮胎被充气并 随后被旋转以启动测试过程。

轮胎编码器56由上部芯轴50承载以监视轮胎T在旋转过程中的 旋转位置。编码器56生成信号A和信号B，信号A将轮胎的圆周分 为相等分段，信号B指示给定时间点处的圆周上的固定的单个位置。

轮胎充气系统64包括气压传感器65，气压传感器65监视轮胎的 气压和气压调节器66以将胎调节压至期望压力。如前面所指出，在卡 盘组件与轮胎接合之后，在测试轮胎之前，由充气系统将轮胎充气至 期望的压力。气压传感器65生成压力信号C。

负荷轮70水平地接触和脱离轮胎T，以向轮胎施加负荷并测试轮 胎的均匀性。如图2最佳地示出，负荷轮包括轴72，轴72具有从中 穿过的孔74。负荷轮设置有至少两个基本平行的间隔的板78，但应理 解，也可以使用单个板或多个板。各板78可设置多个开口80以减小 负荷轮的重量。板78的外径支撑与如图1所示的轮胎面接合的径向表 面82。本领域技术人员应理解，负荷轮的总的构造，包括材料、焊接、 机械加工等，影响负荷轮70的特性和操作，进而影响机器10。相同 的构造担心还适用于机器10的与轮胎接触和接合的其它部件—上部 芯轴和卡盘组件34、上部轮辋48、下部芯轴和卡盘组件32、下部轮 辋30和轮胎充气系统64。所有这些部件，无论多微不足道，都影响 在轮胎测试过程中从轮胎收集的测试数据。

回到图1，负荷轮安装在滑动架88上，滑动架88由框架构件保 持，并通过同样由框架构件12支撑的电机和齿轮传动组件76移入和 移出与轮胎接合的位置。至少一个负荷元件84与负荷轮70关联并检 测轮胎在旋转运动期间施放在负荷轮上的力。每个负荷元件都生成负 荷元件信号D和D’。应理解，可以使用单个负荷元件，但也可设置额 外的负荷元件84以确认第一负荷元件的读数、或共享负荷的力、或检 测轮胎构造中的细微变化。

负荷轮编码器86由滑动架88承载以监视负荷轮的旋转位置和角 位置。编码器86生成编码信号E。

计算机92通过控制器90接收信号A-E以对轮胎均匀性测试机器 的具体部件进行表征和/或获取在轮胎测试过程中生成的其它检测到 的测量结果。同样地，这些信号发挥它们在测试下监视由轮胎施放的 可变力的功能，并且还用于分析在测试期间向轮胎施加力的轮胎均匀 性测试机器的部件。控制器90还用于生成信号，这些信号用于对需要 将轮胎T移动至机器内并准备测试轮胎T的电机、阀、伺服器以及输 送机进行操作。控制器90连接至计算机92，计算机92能够显示并收 集数据并且还操纵和分析所收集的数据，这些数据由信号A-E和所收 集的任何其它数据信号所代表。本领域技术人员应理解，控制器90 和计算机92可协力地或分别地工作以控制机器10的部件并将所收集 的数据处理和呈现为制造人员可用的格式。此外，计算机和控制器均 包括实施和执行机器10的操作和将要描述的表征处理所需的必要硬 件、软件、存储器。

通常，完成对轮胎均匀性测试机器的具体部件的监视以表征该机 器的机械行为，于是计算机用于消除在成品轮胎测试期间由机器的机 械条件所导致的有害影响。对机器表征的利用确定检测到的测量结果 是否适合用作有效的测试结果，随后，通过基于机器的机械表征的分 析，能够去除该机器的机械零件、其测量装置等所带来的有害的波形 性质。现在，这些有害的波形性质可通过计算机和软件处理具体地识 别。同样地，可以调整波形的在测量结果的精度和有损于之前测量结 果的一致性（重复性）的有害部分。

为了实施表征处理，现参照图3，其中负荷轮表征处理一般由标 号100标示。在该处理中，具有已知弹性比例值的低弹性比例轮胎装 载至机器内。例如，在步骤102中，将800磅/英寸弹性比例轮胎装载 至机器10内。接下来，在步骤104中，维护缓冲存储器并提供所需硬 件、软件和其它存储器部件以实施表征处理的计算机92准备用于接收 由轮胎均匀性测试机器的部件中的任何一个收集的数据的缓冲，该数 据尤其是信号A-E并且特别是负荷元件信号D、D’和编码器信号E。 如文中所述，“弹性比例（spring-rate）”是对于负荷轮向承载旋转轮胎 的芯轴前进的单位距离来说承受负荷和充气的轮胎上测量到的径向力 的增加。

负荷轮永不可能是完美圆，由负荷轮施加至旋转轮胎上的任何径 向振摆（run out）的量因此直接施加涉及轮胎的弹性比例的可测量的 径向力。对于围绕负荷轮划分的N个均匀间隔的角度，该力被测量并 被编辑为N个点的波形，该波形将负荷轮在该具体弹性比例处的力影 响表征。可使用任何数量的N点，但在大多数情况下，需要至少一百 个N点。因此，在步骤104中所准备的缓冲就位之后，在步骤106中， 机器使轮胎旋转，记录在负荷轮的各种角位置处的角波形力。

在本实施方式的装载过程中，应理解，轮胎被允许旋转至少一百 转，以允许轮胎变暖并适应负荷轮上的静止位置。在缓冲被建立之后， 轮胎被允许旋转至少六百转以上，于是，对于每一转，均记录根据围 绕轮胎的M个均匀间隔的角度的M点径向力波形（通常100点），以 及根据围绕负荷轮的N个均匀间隔的角度的在各波形收集开始时负荷 轮的旋转位置。接下来，在步骤108中，计算机计算N-波形“平均波 形（Average Waveforms）”缓冲。对于所记录的每个波形，这通过检 查所保存的负荷轮的旋转位置来完成。该旋转位置被取整为最接近的 整数模N，并且该旋转位置被指定为位置P。对于每个位置P，计算机 92都计算在负荷轮的初始旋转位置为P的情况下所收集的所有波形的 平均值。所产生的平均波形随后被存储为“平均波形”缓冲的P_TH波 形。

接下来，在步骤109中，计算机92计算“基础波形”。这通过计 算储存在N-波形“平均波形”缓冲的所有索引下的全部波形的平均值 并将该结果储存为“基础波形”来完成。

接下来，在步骤110中，计算机92计算N-点“总和波形（Sum  Waveforms）”并将该波形保存在计算机92中的合适的存储文件中以供 后续对比。具体地，对于“平均波形”缓冲中的N个波形中的每一个， 存在M点数据（在负荷轮位置P处开始），凭借波形如何被记录，所 述数据包含径向力加负荷轮径向振摆。为了提取该负载轮径向振摆， 计算机执行以下步骤。对于“平均波形”缓冲中的N个波形中的每一 个中的各索引Q（从0到M-1），该点的负荷轮位置由被取整为最近整 数模N的等式（P+Q×N÷（由轮胎的一转占据的负荷轮角度，根据N）） 确定，并且这被指定为索引S。N个波形中的每一个中的Q_TH索引处 的点减去“基础波形”的Q_TH索引处的点并随后加至“总和波形”中 的S_TH索引，同时该S_TH索引的值的计数也进行增量。在循环完成之 后，“总和波形”的各索引处的点除以增加至该索引的值的总计数，从 而计算增加至“总和波形”中的各个单独索引的点的平均值。最后， 计算机将所产生的“总和波形”和来自步骤102的弹性比例值保存至 计算机的存储器，作为被选弹性比例轮胎的最后负荷轮表征。

在步骤114中，从机器10中卸下低弹性比例轮胎。接下来，在步 骤116中，将高弹性比例轮胎装载至机器内。例如，高弹性比例轮胎 可具有1450磅/英寸²的弹性比例。

随后，在步骤118中，对于高弹性比例轮胎，重复步骤104-110， 以收集高弹性比例轮胎的相应的平均波形和总和波形。接下来，在步 骤120中，卸下高弹性比例轮胎。

在步骤122中，根据总和波形生成负荷轮表征波形以供后续比较。 所产生的负荷轮表征波形随后可应用于当前正在测试的轮胎。这通过 从被记录的轮胎测试波形减去负荷轮表征波形来完成。

现在参照图4，示出了用于低弹性比例轮胎的表征波形（一般由 标号130标示），以及用于高弹性比例轮胎的表征波形（一般由标号 132标示）。这些表征示出了机器10的负荷轮的具体不圆度。同样地， 本领域技术人员应理解，当通过低弹性比例轮胎和高弹性比例轮胎测 试时，各负荷轮具有不同的表征波形。无论如何，这两个高和低弹性 比例波形能够被推测以预测与中弹性比例轮胎关联的表征波形。中间 弹性比例轮胎将通过轮胎均匀性测试机器测试，并且该预测值可用于 调整由负荷元件在正常测试下检测到的均匀性测量值。

现在参照图5，芯轴表征处理方法由标号150一般地标示。如文 中所使用，术语“芯轴表征”涉及整个上部芯轴、芯轴轴承、轮辋转 换器（在文中称为上部卡盘）和轮辋的表征。在该处理中，大量（L 个）轮胎被测试以生成能够基于轮胎的弹性比例标准化的波形的表格。 虽然L可代表任何数量，但相信，L的值应至少为750以提供精确的 芯轴表征。无论如何，通过使用来自波形表格的平均值，控制器或计 算机可计算芯轴表征波形能够直接用于从被记录的测试波形中减去并 产生轮胎性质的精确图片。

处理方法150始于步骤152，在步骤152中，用负荷轮70测试大 量轮胎，并将被测试的各个轮胎的波形保存在缓冲中。该缓冲可称为 “轮胎波形（Tire Waveforms）”缓冲。如在负荷轮表征处理中，各波形 可与如轮胎编码器56检测到的轮胎周围的M位置相互关联。应理解， 在本实施方式中，各测试波形具有负荷轮表征程序，该程序已经对其 波形抽取因子。虽然，在某些实施方式中，仅芯轴表征波形可用于调 整正在测试的轮胎的波形。无论如何，此时没有芯轴表征被抽取因子。 在步骤154中，测试波形中的各M点除以当前接受测试的轮胎的弹性 比例。在某些实施方式中，当前接受测试的轮胎又可称为用于填充“轮 胎波形”缓冲的控制轮胎。在步骤154中，轮胎波形缓冲中的所有轮 胎波形均被标准化为相同的弹性比例。换言之，在每个轮胎被测试时， 该轮胎的弹性比例被用于除新插入的波形的各个数据点。本领域技术 人员将理解，在测试下的轮胎的弹性比例由负荷元件84、84’所生成的 信号D、D’确定。在步骤156中，所产生的波形被储存在“轮胎波形” 缓冲中的下一个可用索引中。如果“轮胎波形”缓冲中的全部条目均 被填满，则从缓冲中删除最老的波形测试结果，并且最新的波形，即， 正在添加的波形被保持，使得“轮胎波形”缓冲中永远存在L个条目。

在步骤158中，一旦“轮胎波形”缓冲具有L个条目，则该缓冲 能够被用于计算芯轴表征。这通过取“轮胎波形”缓冲中的所有L个 波形的平均值并调用该“平均波形”来完成。在步骤160中，“平均波 形”中的每个M点随后乘以当前接受测试的轮胎的弹性比例。换言之， 平均波形的标准化平均值乘以当前轮胎的弹性比例。这基于当前轮胎 的弹性比例生成芯轴表征波形。

通过所产生的芯轴表征波形，该波形能够被应用于当前接受测试 的轮胎。这通过从被记录的轮胎测试波形减去芯轴表征波形来完成。

如图6所示，示例性芯轴表征波形被示出。同样地，每个轮胎的 波形基于被测试的轮胎的已知弹性比例值被芯轴表征波形补偿以提供 最终结果，该最终结果随后与用于轮胎均匀性的已知期望参数相比较。 本领域技术人员应理解，如果轮胎均匀性测试机器受到任何机械改变 或应力，诸如改变轮辋或上部卡盘组件的其它部件或发生某些物理冲 击事件，随后“轮胎波形”缓冲应被重置并且在重新计算芯轴表征之 前再次测试L个轮胎。

参照图7，利用机器表征波形的轮胎测试由标号200一般地标示。 在该处理中，在步骤202中，将接受测试的轮胎被装载至机器内，并 且通过使负荷轮在其旋转时与轮胎接触来测量负荷力。在步骤204中， 测量这些负荷力。随后，在步骤206中，计算机通过在负荷轮表征处 理方法100和/或芯轴表征处理方法150中确定的推测表征波形来调整 所测量的负荷力。在这些负荷力被调整之后，随后，在步骤208中， 对照测试标准再次检查被调整的波形，测试标准定义接受测试的轮胎 的某些值是否位于可接受范围内。随后，在步骤210中，接受测试的 轮胎以合格/不合格标示标记为或者可接受，或者不可接受。那些合格 的轮胎被允许继续投入轮胎生产过程，同时，不可接收轮胎从制造过 程收回并接受进一步的评估。

基于前面的描述，本发明的优点变得显而易见。通过对机器的部 件进行表征，那些表征可用于精确识别负荷轮上的凸部（high spot） 和凹部（low spot）和/或调整芯轴变化，以精确确定测试轮胎的机器 的特性。这些特征可在负荷轮或其它机器的使用寿命改变期间更新以 确保被检测的测量结果是精确的。这允许基于负荷轮和机器的其它部 件中的缺陷调整测试参数，以消除任何不圆度或机器的其它问题。通 过利用机器表征波形精确确定轮胎的不均匀性，轮胎测试结果的可靠 性得到增加。

因此，可见，通过上面所使用的结构和方法，本发明的目的已经 达到。虽然根据专利法令，仅详细呈现和描述了最佳模式和优选实施 方式，但应理解，本发明不限于此。相应地，为了理解本发明的真实 范围和宽度，应参照所附权利要求。