地面压实图像的制作方法
地面压实图像的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生成代表载荷轮胎之下深度处土壤内压力分布的地面压实图像的方 法，并且涉及合并此类地面压实图像的显示。
【背景技术】
[0002] 众所周知，土壤压实可能不利于种植在土壤中的植物的生长和发育。过度土壤压 实可妨碍根生长，并降低植物从土壤吸收营养物质和水分的能力。
[0003] 土壤压实主要归咎于拖拉机和其他农机具的轮胎，并且随着农业设备变得更大且 更重，该问题日益突出。
[0004] -种用于降低因轮式车辆穿过田间所引起的土壤压实的程度的技术是，降低轮胎 压力，从而使负载分布于轮胎的更大的印痕范围。正在研发改进的轮胎设计，其在这些降低 的充气压力下经久耐用。
[0005] 然而，迄今为止，还没有系统化技术可用于展示给定轮胎所产生的土壤压实，或比 较轮胎设计以测定或展示不同轮胎的相对土壤压实性能。
【发明内容】
[0006] 在本发明的一个方面，提供了一种用于生成轮胎的地面压实图像的方法。该方法 包括下列步骤：
[0007] (a)将相对柔性的压力感测面板放置在相对刚性的平坦支撑表面上；
[0008] (b)在压力感测面板上覆盖一定深度的颗粒物质；
[0009] (C)将轮胎放置在颗粒物质上；
[0010] (d)使轮胎载荷；以及
[0011] (e)用压力感测面板生成地面压实图像。
[0012] 在本发明的另一个实施例中，轮胎的地面压实显示包括颗粒物质与载荷轮胎之间 的界面的实物三维模型，以及叠加在三维模型上的地面压实图像。
[0013] 在上述实施例中的任何一者中，可将周边容器(perimeter container)放置在压 力感测面板上，并且可用颗粒物质将周边容器填充到所需深度。
[0014] 在上述实施例中的任何一者中，可通过如下方式形成地面压实图像:首先在地表 面中形成凹陷，然后将支撑板和压力感测面板放入凹陷中。支撑板上具有支撑表面。然后将 颗粒物质放入凹陷中感测面板上。
[0015] 在上述实施例中的任何一者中，颗粒物质的深度可在从2英寸至12英寸的范围内。
[0016] 在上述实施例中的任何一者中，颗粒物质可包括砂石或土壤或它们的混合物。
[0017] 在上述实施例中的任何一者中，可在平板上限定支撑表面。
[0018] 在上述实施例中的任何一者中，可在颗粒物质的不同深度处生成另外的地面压实 图像。
[0019] 在上述实施例中的任何一者中，可产生载荷轮胎与颗粒物质之间的界面的三维表 示，然后可将地面压实图像叠加在三维表示上。
[0020] 在上述实施例中的任何一者中，三维表示可产生为实物模型。实物模型可以为载 荷轮胎在颗粒物质中形成的凹陷的实物模型，或载荷轮胎的至少接触颗粒物质的那部分的 实物模型。
[0021] 可通过包括如下的若干技术中的任何一种技术，将地面压实图像叠加在三维表示 上：（1)将地面压实图像打印在实物模型上；（2)将地面压实图像投影在实物模型上；（3)将 地面压实图像绘制在实物模型上；（4)将地面压实图像形成于实物模型的表面中；或(5)用 3D打印机形成实物模型，该3D打印机也将地面压实图像一体地形成于模型中。
[0022]在本发明的方法中，三维表示可产生为如下任一者的虚拟三维图像:载荷轮胎在 颗粒物质中形成的凹陷，或载荷轮胎的接触颗粒物质的那部分。
[0023]在上述实施例中的任何一者中，可产生颗粒物质与另一个轮胎之间的界面的一个 或多个另外的三维模型，并且可将第二地面压实图像叠加在所述另外的三维模型上，并且 这两个三维模型可彼此相邻地显示，以使得观察者可比较两个轮胎的地面压实图像。
[0024]当结合附图阅读以下公开内容后，本发明的许多目的、特征和优点对本领域的技 术人员来说将会显而易见。
【附图说明】
[0025]图IA是位于支撑板上适当位置的压力感测面板的示意性侧正视图。
[0026]图IB是图IA的设备的示意性侧正视图，其中周边容器位于压力感测面板上适当位 置，并且该容器已用颗粒物质填充到所需深度。
[0027]图IC是图IB的设备的示意性侧正视图，其中轮胎已放置在颗粒物质填充物上面并 且已载荷。
[0028]图ID是与图IC类似的示意性侧正视图，其中周边容器已用颗粒物质填充到比图IB 和图IC更大的深度。
[0029] 图2A是地表面中形成的凹陷的示意性侧正视图，其中支撑板和压力感测面板已放 入凹陷中。
[0030] 图2B是图2A的设备的示意性侧正视图，其中凹陷已用颗粒物质填充。
[0031]图2C是图2B的设备的示意性侧正视图，其中载荷轮胎已放置在颗粒填充物上面。 [0032]图2D是与图2C类似的示意性侧正视图，其中凹陷形成得更深并且用颗粒物质填充 到更深的深度，之后再将轮胎放置在颗粒填充物上面。
[0033] 图3是压力感测面板和与之相连的数据收集系统的示意图，它们用于生成与地面 压实图像对应的压力印痕。
[0034] 图4示出了两张地面压实图像，上图是3英寸土壤深度的图像，而下图是对于相同 轮胎而言5英寸土壤深度的图像。
[0035] 图5是载荷轮胎与颗粒物质之间的界面的三维表示的实物模型的透视图，其中该 实物模型是载荷轮胎在地表面中形成的凹陷的模型。
[0036]图6是用于生成图5的实物模型的技术的示意图，其中用激光扫描仪扫描颗粒物质 中的凹陷以生成三维轮廓，该三维轮廓可在三维打印机中复制。
[0037]图7是三维实物模型的示意透视图，该三维实物模型包括载荷轮胎的接触地表面 或颗粒物质的那部分。
[0038]图8是其上叠加有地面压实图像的图5的三维实物模型的示意透视图。
[0039]图9是对两个轮胎的地面压实图像进行比较的显示的示意透视图。在顶部处显示 的左手边上的是三维模型，诸如图5或图7的三维模型，在该三维模型上叠加有相对较浅深 度处的地面压实图像。中部台阶和下部台阶显示在更大深度诸如3英寸和5英寸处拍摄的另 外的地面压实图像。
【具体实施方式】
[0040] 提供了一种用于生成轮胎的地面压实图像的方法。所谓地面压实图像，意指代表 载荷轮胎与土壤表面之间的界面下方深度处土壤内所存在的压力分布的图像。该地面压实 图像与轮胎自身的压力印痕的不同之处在于随着轮胎下方的深度增加，此类压力的图案消 失并改变。
[0041] 图IA是侧正视图，示出了可用于生成地面压实图像的系统的某些部件。在图IA中， 支撑板10已放置在地面12上，并且压力感测面板14已放置在支撑板10上。一般来讲，压力感 测面板14可被描述为相对柔性的薄板状压力感测面板，并且支撑板10具有顶部支撑表面 16,所述顶部支撑表面可被描述为相对刚性的平坦支撑表面16。在图IA的实施例中，还可以 去除支撑板10并将压力感测面板14直接放置在地面12上，在这种情况下地面12限定压力感 测面板的相对刚性的平坦支撑表面。由于面板14的相对柔性，希望用相对刚性的平坦支撑 表面16支撑面板14,以便生成代表地表面下方所选深度处实际存在的压力分布图像。如果 仅将柔性面板14掩埋在地下，其会变形并且不会可靠地生成所需的地面压实图像。
[0042] 在图IB中，周边容器18已放置在压力感测面板14上，并且容器18已用颗粒物质22 填充到压力感测面板14上方的所需深度20。
[0043]在图IC中，轮胎24已放置在颗粒物质22上，并且轮胎已载荷达到代表将置于实际 使用中的轮胎上的负载的所需负载。如图IC中可以看出，轮胎已部分陷入颗粒物质中，以限 定轮胎24与颗粒物质22之间的界面25。界面25可由颗粒物质22中的凹陷25A的形状表示，或 由轮胎24的接合颗粒物质22的那部分25B的形状表示。轮胎的最下部现在与压力感测面板 14相隔深度20A ，所述深度20A小于初始颗粒深度20。
[0044] 在图IC中所示的构型中，压力感测面板14可用于生成代表地表面下方深度20处土 壤压实的地面压实图像。
[0045]图ID示出了图IA至图IC的相同设备，不同的是颗粒物质被填充到更大深度20C，之 后再将轮胎24放置在颗粒物质顶部上，现在轮胎24的最下部位于压力感测面板14上方的增 加深度20D处。因此，图ID中所示的系统可用于生成代表地表面下方深度20C处土壤的压实 的地面压实图像。
[0046]图2A至图2D包括与图IA至图ID类似的一系列图像，但为如下情形的图像，其中支 撑板10和压力感测面板14已放置在地表面28中形成的凹陷26中。在图2B中，凹陷26已用颗 粒物质22填充到压力感测面板14上方的深度30。
[0047]在图2C中，轮胎24已放置在地表面的顶部上，并且已载荷使其陷入了颗粒物质22 中，并且现在压力感测面板14可生成代表载荷轮胎24在地表面28下方深度30处土壤的压实 的地面压实图像。应当指出的是，载荷轮胎24可驶入颗粒物质22上的适当位置。
[0048]图2D是与图2C类似的视图，不同的是在图2D中，凹陷26已在更大深度处形成，并且 颗粒物质22已被填充到地表面28下方的更大深度30C处。在图2D的布置方式中，压力感测面 板可生成代表载荷轮胎24在地表面28下方深度30C处的土壤压实的地面压实图像。
[0049]就出于农业目的而开展的土壤压实研究而言，图IB中所示的深度20或图2B中所示 的深度30的所关注深度范围优选地在从约2英寸至约12英寸的范围内。
[0050] 图3是压力感测面板14和与其一起用来生成地面压实图像的相连电子设备的示意 图。
[0051] 压力感测面板14自身是现有技术中既有的且之前已用于生成轮胎的印痕图像的 制品。一种可用形式的压力感测面板是由马萨诸塞州南波士顿的特克斯坎公司（Tekscan， Inc .(South Boston ,Massachusetts))作为其TIRESCAN?印痕压力测量系统出售的压力感 测面板。另一种可用的压力感测面板是由加拿大阿尔伯塔省卡尔加里的XSensor科技公司 (XSensor Technology Corporat ion (Calgary ,Alberta，Canada))作为其 XSENSOR?X3 轮胎传感器系统出售的压力感测面板。
[0052]压力感测面板14包括超薄触觉压力传感器系统。每个面板具有分布在整个面板区 域中的单独感测元件的阵列。传感器密度与可由面板生成的图像的分辨率有关。
[0053]由压力感测面板14的供应商提供的扫描电子器件封装32用于从面板中的传感器 阵列收集数据，然后对该传感器数据进行处理并发送到计算机系统34。
[0054]所提供的计算机系统34用于从面板14的传感器接收信息，并且用于测定并保存与 地面压实图像对应的数据，并且用于传送该数据。图3示意性地示出了计算机系统34及其与 压力感测面板14的连接。
[0055]计算机系统34还包括处理器35、计算机可读存储器介质37、数据库39和1/0平台或 模块41，所述1/0平台或模块通常可包括根据下文更详细描述的方法或步骤由程序指令生 成的用户界面。
[0056] 如本文所用的术语"计算机可读存储器介质"可以指单独的任何非临时性介质37 或作为在其内体现计算机程序产品43的多个非临时性存储器介质37之一，所述计算机程序 产品包括处理器可执行的软件、指令或程序模块，它们在执行时可提供数据或另外促使计 算机系统实现主题或另外以如本文中进一步限定的特定方式操作。还应当理解，不止一种 类型的存储器介质可联合用于执行来自第一存储介质的处理器可执行的软件、指令或程序 模块，所述软件、指令或程序模块最初驻留在第一存储器介质上以供处理器执行。
[0057] 如本文一般使用的"存储器介质"还可包括但不限于传输介质和/或存储介质。"存 储介质"按照等同方式可以指易失性和非易失性、可移除和不可移除介质，包括至少动态存 储器、专用集成电路(ASIC)、芯片存储装置、光盘或磁盘存储装置、闪存装置或任何其他这 样的介质，所述介质可用于以处理器可访问的方式存储数据，并且除非另作说明，否则可驻 留在单个计算平台上或分布在多个此类平台中。"传输介质"可包括能有效地允许驻留在介 质上的处理器可执行的软件、指令或程序模块被处理器读取并执行的任何有形介质，包括 但不限于诸如本领域已知的线材、缆线、光纤和无线介质。
[0058]如本文所用的术语"处理器"可以指至少如本领域技术人员可理解的通用或专用 处理装置和/或逻辑，包括但不限于单线程或多线程处理器、中央处理器、父处理器、图形处 理器、介质处理器等等。
[0059]计算机系统34从压力感测面板14和扫描电子器件封装32接收与地面压实图像对 应的数据。然后根据编程43,系统34生成地面压实图像。
[0000]图4A和图413不出了用图1至图3的系统生成的地面压实图像的两个例子。在该例子 中，使用图IA至图ID的系统生成在颗粒深度20等于3英寸时图4A的上部地面压实图像42。在 更大深度处，该例是在5英寸的深度20C处，生成图4B的地面压实图像44。
[0061 ]参看图4A中的地面压实图像42的例子，其包括外部区42A、第一中间区42B、第二中 间区42C和中央区42D，它们呈不同颜色或暗色，说明了从外部42A向内部42D移动时压力递 增。虽然图4A和图4B以灰度显示图像，但它们将优选地为不同区用不同颜色。
[0062] 在对图4B中的例子44的类似有色区域44A、44B、44C和44D进行比较的过程中，可以 看出在更大深度的情况下，压力往往会下降，使得更高压力的中央区域收缩。
[0063]因此，由图1至图3的系统提供了一种用于生成与图4的图像42或44类似的地面压 实图像的方法，所述方法包括以下步骤：
[0064] (a)将相对柔性的压力感测面板14放置在相对刚性的平坦支撑表面诸如支撑板10 或地面12上；
[0065] (b)在压力感测面板上覆盖一定深度的颗粒物质22,诸如图IB中所示的深度20或 图2B中所示的深度30;
[0066] (c)将轮胎24放置在颗粒物质22上；
[0067] (d)使轮胎24载荷；以及
[0068] (e)用压力感测面板14生成地面压实图像诸如42或44。
[0069] 应当指出的是，可通过将载荷轮胎驶到颗粒物质上，来同时执行步骤(c)和(d)。
[0070] 如果所述方法在地面或其他支撑结构(诸如图IA中所示)上执行，则图IB和图IC中 所示的周边18可用于将颗粒物质保持在压力感测面板14上方的适当位置。
[0071] 如果要将压力感测面板放置在地下的凹陷中（如图2A至图2B所示），则形成地下的 凹陷并且将支撑板10放入凹陷中且在支撑板顶部上放置面板，然后用颗粒物质22填充凹 陷。
[0072]除了产生地面压实图像之外，本发明还提供了用于显示这些图像的许多技术以便 观察者可了解各种轮胎的相对地面压实性能。
[0073] 一种用于显示地面压实图像的技术是产生载荷轮胎24与颗粒物质22之间的界面 25的三维表示。应当理解，界面的三维表示可为如下任一种形式:载荷轮胎在颗粒物质中形 成的凹陷25A的三维表示，或载荷轮胎的至少接触颗粒物质的那部分25B的三维表示。
[0074]另外，三维表示可产生为实物模型，或在一些情形中，可生成虚拟模型以用于显示 目的。
[0075]图5示出了载荷轮胎在颗粒物质中形成的凹陷的实物模型46。
[0076]图7示出了载荷轮胎的实物模型48,其包括载荷轮胎的至少接触颗粒物质的那部 分。
[0077]图6示意性地示出了一种用于生成图5的实物模型46的技术。如图6所示，载荷轮胎 24已从图IC的填充了颗粒的容器18移除，从而留下颗粒物质2 2中形成的凹槽25A。然后可使 用激光扫描装置50扫描凹槽25A的三维轮廓。接着可使用由激光扫描装置50产生的三维轮 廓，可通过用于从限定凹槽25A轮廓的数字文件复制三维物体的三维打印或其他技术，来形 成实物模型46。
[0078]用于显示地面压实图像诸如42和44并且用于在观察者头脑中将那些图像与所展 示的特定轮胎设计联系起来的一种特别有利的技术是，将地面压实图像叠加在实物模型诸 如模型46或48上。
[0079]图8示意性地示出了其上叠加有图4的地面压实图像42的图5的实物模型46。
[0080]应当指出的是，为了在实物模型46上显示而选择的特定地面压实图像将通常是， 代表略低于界面25的一定距离处的压力分布的地面压实图像，并且显示于实物模型上的地 面压实图像没有必要准确对应于正好在界面25处的压力分布。图8中所示的显示技术仅仅 是用于将界面25的三维表示与任何所选深度的相关地面压实图像合并的一种技术，以便在 观察者的头脑中将轮胎设计与已提供的地面压实图像之间的关系关联起来。
[0081] 地面压实图像可以各种方式叠加在实物模型上。
[0082] 可通过任何可用的打印技术将地面压实图像打印在实物模型上。
[0083] 可用投影仪将地面压实图像投影到实物模型上。当使用投影仪时，投影仪可顺序 地将不同地面压实图像投影到实物模型上。
[0084] 可将地面压实图像绘制在实物模型上。
[0085] 可通过模塑、雕刻、加工或任何其他可用技术，将地面压实图像形成于实物模型的 表面中。
[0086]可通过用3D彩色打印机制造实物模型，将地面压实图像一体地形成于实物模型 上，所述3D彩色打印机可根据数据文件(包括描述实物模型和地面压实图像两者的信息)将 彩色地面压实图像产生为3D模型的一部分。
[0087] 如果界面的三维表示是虚拟表示，则可经由数字技术将地面压实图像叠加在三维 图像上。
[0088]另外，该显示可包括对要比较的不同轮胎生成的地面压实图像的并排显示。例如， 在图9中，显示52具有上部显示表面54,与图46的显示类似，在该上部显示表面54上显示了 地下形成的凹槽的两个三维表示，这些显示被指定为46A和46B。显示46A和46B其上可具有 以图8中所示的方式叠加的地面压实图像，或它们可仅仅为如图5中所示的凹陷25A的实物 表示。该显示包括中部显示表面56和下部显示表面58,在这两个表面上并排显示了在第一 深度例如3英寸处拍摄的地面压实图像60A和60B以及在第二深度例如5英寸处拍摄的地面 压实图像62A和62B。
[0089]因此，可以看出本发明的设备和方法易于实现所提及的目的和优点以及其中固有 的目的和优点。虽然已出于本发明的目的而说明并描述了本发明的某些优选实施例，但本 领域技术人员可对部件的布置方式和构造以及步骤作出许多改变，这些改变涵盖于所附权 利要求限定的本发明的范围和精神内。
【主权项】
1. 一种生成轮胎的地面压实图像的方法，所述方法包括： (a) 将相对柔性的压力感测面板放置在相对刚性的平坦支撑表面上； (b) 在所述压力感测面板上覆盖一定深度的颗粒物质； (c) 将轮胎放置在所述颗粒物质上； (d) 使所述轮胎载荷；以及 (e) 用所述压力感测面板生成地面压实图像。2. 根据权利要求1所述的方法，其中： 步骤(b)还包括将周边容器放置在所述压力感测面板上，并且用所述颗粒物质将所述 容器填充到所述深度。3. 根据权利要求1所述的方法，其中： 步骤(a)还包括在地表面中形成凹陷，并且将支撑板和所述面板放入所述凹陷中，所述 支撑板具有限定于其上的支撑表面;以及 步骤(b)还包括将所述颗粒物质放入所述凹陷中，在所述感测面板上。4. 根据权利要求1所述的方法，其中： 在步骤(b)中，所述深度在从2英寸至12英寸的范围内。5. 根据权利要求1所述的方法，其中： 在步骤(b)中，所述颗粒物质包括砂石。6. 根据权利要求1所述的方法，其中： 在步骤(b)中，所述颗粒物质包括土壤。7. 根据权利要求1所述的方法，其中： 在步骤(a)中，所述支撑表面在平板上限定。8. 根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括： 对颗粒物质的一个或多个不同深度重复步骤(b)-(e)。9. 根据权利要求1所述的方法，还包括： 产生所述载荷轮胎与所述颗粒物质之间的界面的三维表示；以及 将所述地面压实图像叠加在所述三维表示上。10. 根据权利要求9所述的方法，其中： 所述产生步骤包括产生具有所述三维表示的实物模型。11. 根据权利要求10所述的方法，其中： 在所述产生步骤中，所述实物模型包括所述载荷轮胎在所述颗粒物质中形成的凹陷的 实物模型。12. 根据权利要求10所述的方法，其中： 在所述产生步骤中，所述实物模型包括所述载荷轮胎的至少接触所述颗粒物质的那部 分的实物模型。13. 根据权利要求10所述的方法，其中： 所述叠加步骤包括将所述地面压实图像打印在所述实物模型上。14. 根据权利要求10所述的方法，其中： 所述叠加步骤包括将所述地面压实图像投影在所述实物模型上。15. 根据权利要求10所述的方法，其中： 所述叠加步骤包括将所述地面压实图像绘制在所述实物模型上。16. 根据权利要求10所述的方法，其中： 所述叠加步骤包括将所述地面压实图像形成于所述实物模型的表面中。17.根据权利要求10所述的方法，其中： 所述叠加步骤包括在3D彩色打印机中打印所述实物模型，并且将所述地面压实图像产 生为所述实物模型的一部分。18.根据权利要求9所述的方法，其中： 所述产生步骤包括产生所述载荷轮胎在所述颗粒物质中形成的凹陷的虚拟三维图像。19.根据权利要求9所述的方法，其中： 所述产生步骤包括产生所述载荷轮胎的接触所述颗粒物质的那部分的虚拟三维图像。20. -种轮胎的地面压实显示，包括： 地表面与载荷轮胎之间的界面的实物三维模型；以及 叠加在所述三维模型上的地面压实图像。21. 根据权利要求20所述的显示，其中： 所述实物三维模型包括所述载荷轮胎在所述地表面中形成的凹陷的模型。22.根据权利要求20所述的显示，其中： 所述实物三维模型包括所述载荷轮胎的至少接触所述地表面的那部分的模型。23.根据权利要求20所述的显示，其中： 所述地面压实图像打印在所述实物模型上。24.根据权利要求20所述的显示，其中： 所述地面压实图像投影在所述实物模型上。25.根据权利要求20所述的显示，其中： 所述地面压实图像绘制在所述实物模型上。26.根据权利要求20所述的显示，其中： 所述地面压实图像形成于所述实物模型的表面中。27.根据权利要求20所述的显示，其中： 通过3D彩色打印机将所述地面压实图像一体地形成于所述实物模型上。28. 根据权利要求20所述的显示，所述显示还包括： 地表面与第二轮胎之间的界面的第二三维模型，以及叠加在所述第二三维模型上的第 二地面压实图像;并且 其中所述第一三维模型和所述第二三维模型彼此相邻地定位，使得观察者可比较两个 轮胎的所述地面压实图像。
【专利摘要】本发明提供了一种用于生成地面压实图像的方法。将压力感测面板放置在相对刚性的平坦支撑表面上。在所述压力感测面板上覆盖一定深度的颗粒物质。将载荷轮胎放置在所述颗粒物质上，并且用所述压力感测面板生成地面压实图像。可通过将所述地面压实图像叠加在所述颗粒物质与所述载荷轮胎之间的界面的实物三维模型上，来产生所述地面压实显示。
【IPC分类】G01M17/02, G01L1/06, G06T17/00, G01B11/24
【公开号】CN105492881
【申请号】CN201480045997
【发明人】丹尼斯·辛德, 安东尼·邓肯
【申请人】普利司通美国轮胎运营有限责任公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年7月31日
【公告号】CA2920978A1, EP3036513A1, US9188518, US20150049088, WO2015026500A1
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生成代表载荷轮胎之下深度处土壤内压力分布的地面压实图像的方 法，并且涉及合并此类地面压实图像的显示。
【背景技术】
[0002] 众所周知，土壤压实可能不利于种植在土壤中的植物的生长和发育。过度土壤压 实可妨碍根生长，并降低植物从土壤吸收营养物质和水分的能力。
[0003] 土壤压实主要归咎于拖拉机和其他农机具的轮胎，并且随着农业设备变得更大且 更重，该问题日益突出。
[0004] -种用于降低因轮式车辆穿过田间所引起的土壤压实的程度的技术是，降低轮胎 压力，从而使负载分布于轮胎的更大的印痕范围。正在研发改进的轮胎设计，其在这些降低 的充气压力下经久耐用。
[0005] 然而，迄今为止，还没有系统化技术可用于展示给定轮胎所产生的土壤压实，或比 较轮胎设计以测定或展示不同轮胎的相对土壤压实性能。
【发明内容】
[0006] 在本发明的一个方面，提供了一种用于生成轮胎的地面压实图像的方法。该方法 包括下列步骤：
[0007] (a)将相对柔性的压力感测面板放置在相对刚性的平坦支撑表面上；
[0008] (b)在压力感测面板上覆盖一定深度的颗粒物质；
[0009] (C)将轮胎放置在颗粒物质上；
[0010] (d)使轮胎载荷；以及
[0011] (e)用压力感测面板生成地面压实图像。
[0012] 在本发明的另一个实施例中，轮胎的地面压实显示包括颗粒物质与载荷轮胎之间 的界面的实物三维模型，以及叠加在三维模型上的地面压实图像。
[0013] 在上述实施例中的任何一者中，可将周边容器(perimeter container)放置在压 力感测面板上，并且可用颗粒物质将周边容器填充到所需深度。
[0014] 在上述实施例中的任何一者中，可通过如下方式形成地面压实图像:首先在地表 面中形成凹陷，然后将支撑板和压力感测面板放入凹陷中。支撑板上具有支撑表面。然后将 颗粒物质放入凹陷中感测面板上。
[0015] 在上述实施例中的任何一者中，颗粒物质的深度可在从2英寸至12英寸的范围内。
[0016] 在上述实施例中的任何一者中，颗粒物质可包括砂石或土壤或它们的混合物。
[0017] 在上述实施例中的任何一者中，可在平板上限定支撑表面。
[0018] 在上述实施例中的任何一者中，可在颗粒物质的不同深度处生成另外的地面压实 图像。
[0019] 在上述实施例中的任何一者中，可产生载荷轮胎与颗粒物质之间的界面的三维表 示，然后可将地面压实图像叠加在三维表示上。
[0020] 在上述实施例中的任何一者中，三维表示可产生为实物模型。实物模型可以为载 荷轮胎在颗粒物质中形成的凹陷的实物模型，或载荷轮胎的至少接触颗粒物质的那部分的 实物模型。
[0021] 可通过包括如下的若干技术中的任何一种技术，将地面压实图像叠加在三维表示 上：（1)将地面压实图像打印在实物模型上；（2)将地面压实图像投影在实物模型上；（3)将 地面压实图像绘制在实物模型上；（4)将地面压实图像形成于实物模型的表面中；或(5)用 3D打印机形成实物模型，该3D打印机也将地面压实图像一体地形成于模型中。
[0022]在本发明的方法中，三维表示可产生为如下任一者的虚拟三维图像:载荷轮胎在 颗粒物质中形成的凹陷，或载荷轮胎的接触颗粒物质的那部分。
[0023]在上述实施例中的任何一者中，可产生颗粒物质与另一个轮胎之间的界面的一个 或多个另外的三维模型，并且可将第二地面压实图像叠加在所述另外的三维模型上，并且 这两个三维模型可彼此相邻地显示，以使得观察者可比较两个轮胎的地面压实图像。
[0024]当结合附图阅读以下公开内容后，本发明的许多目的、特征和优点对本领域的技 术人员来说将会显而易见。
【附图说明】
[0025]图IA是位于支撑板上适当位置的压力感测面板的示意性侧正视图。
[0026]图IB是图IA的设备的示意性侧正视图，其中周边容器位于压力感测面板上适当位 置，并且该容器已用颗粒物质填充到所需深度。
[0027]图IC是图IB的设备的示意性侧正视图，其中轮胎已放置在颗粒物质填充物上面并 且已载荷。
[0028]图ID是与图IC类似的示意性侧正视图，其中周边容器已用颗粒物质填充到比图IB 和图IC更大的深度。
[0029] 图2A是地表面中形成的凹陷的示意性侧正视图，其中支撑板和压力感测面板已放 入凹陷中。
[0030] 图2B是图2A的设备的示意性侧正视图，其中凹陷已用颗粒物质填充。
[0031]图2C是图2B的设备的示意性侧正视图，其中载荷轮胎已放置在颗粒填充物上面。 [0032]图2D是与图2C类似的示意性侧正视图，其中凹陷形成得更深并且用颗粒物质填充 到更深的深度，之后再将轮胎放置在颗粒填充物上面。
[0033] 图3是压力感测面板和与之相连的数据收集系统的示意图，它们用于生成与地面 压实图像对应的压力印痕。
[0034] 图4示出了两张地面压实图像，上图是3英寸土壤深度的图像，而下图是对于相同 轮胎而言5英寸土壤深度的图像。
[0035] 图5是载荷轮胎与颗粒物质之间的界面的三维表示的实物模型的透视图，其中该 实物模型是载荷轮胎在地表面中形成的凹陷的模型。
[0036]图6是用于生成图5的实物模型的技术的示意图，其中用激光扫描仪扫描颗粒物质 中的凹陷以生成三维轮廓，该三维轮廓可在三维打印机中复制。
[0037]图7是三维实物模型的示意透视图，该三维实物模型包括载荷轮胎的接触地表面 或颗粒物质的那部分。
[0038]图8是其上叠加有地面压实图像的图5的三维实物模型的示意透视图。
[0039]图9是对两个轮胎的地面压实图像进行比较的显示的示意透视图。在顶部处显示 的左手边上的是三维模型，诸如图5或图7的三维模型，在该三维模型上叠加有相对较浅深 度处的地面压实图像。中部台阶和下部台阶显示在更大深度诸如3英寸和5英寸处拍摄的另 外的地面压实图像。
【具体实施方式】
[0040] 提供了一种用于生成轮胎的地面压实图像的方法。所谓地面压实图像，意指代表 载荷轮胎与土壤表面之间的界面下方深度处土壤内所存在的压力分布的图像。该地面压实 图像与轮胎自身的压力印痕的不同之处在于随着轮胎下方的深度增加，此类压力的图案消 失并改变。
[0041] 图IA是侧正视图，示出了可用于生成地面压实图像的系统的某些部件。在图IA中， 支撑板10已放置在地面12上，并且压力感测面板14已放置在支撑板10上。一般来讲，压力感 测面板14可被描述为相对柔性的薄板状压力感测面板，并且支撑板10具有顶部支撑表面 16,所述顶部支撑表面可被描述为相对刚性的平坦支撑表面16。在图IA的实施例中，还可以 去除支撑板10并将压力感测面板14直接放置在地面12上，在这种情况下地面12限定压力感 测面板的相对刚性的平坦支撑表面。由于面板14的相对柔性，希望用相对刚性的平坦支撑 表面16支撑面板14,以便生成代表地表面下方所选深度处实际存在的压力分布图像。如果 仅将柔性面板14掩埋在地下，其会变形并且不会可靠地生成所需的地面压实图像。
[0042] 在图IB中，周边容器18已放置在压力感测面板14上，并且容器18已用颗粒物质22 填充到压力感测面板14上方的所需深度20。
[0043]在图IC中，轮胎24已放置在颗粒物质22上，并且轮胎已载荷达到代表将置于实际 使用中的轮胎上的负载的所需负载。如图IC中可以看出，轮胎已部分陷入颗粒物质中，以限 定轮胎24与颗粒物质22之间的界面25。界面25可由颗粒物质22中的凹陷25A的形状表示，或 由轮胎24的接合颗粒物质22的那部分25B的形状表示。轮胎的最下部现在与压力感测面板 14相隔深度20A ，所述深度20A小于初始颗粒深度20。
[0044] 在图IC中所示的构型中，压力感测面板14可用于生成代表地表面下方深度20处土 壤压实的地面压实图像。
[0045]图ID示出了图IA至图IC的相同设备，不同的是颗粒物质被填充到更大深度20C，之 后再将轮胎24放置在颗粒物质顶部上，现在轮胎24的最下部位于压力感测面板14上方的增 加深度20D处。因此，图ID中所示的系统可用于生成代表地表面下方深度20C处土壤的压实 的地面压实图像。
[0046]图2A至图2D包括与图IA至图ID类似的一系列图像，但为如下情形的图像，其中支 撑板10和压力感测面板14已放置在地表面28中形成的凹陷26中。在图2B中，凹陷26已用颗 粒物质22填充到压力感测面板14上方的深度30。
[0047]在图2C中，轮胎24已放置在地表面的顶部上，并且已载荷使其陷入了颗粒物质22 中，并且现在压力感测面板14可生成代表载荷轮胎24在地表面28下方深度30处土壤的压实 的地面压实图像。应当指出的是，载荷轮胎24可驶入颗粒物质22上的适当位置。
[0048]图2D是与图2C类似的视图，不同的是在图2D中，凹陷26已在更大深度处形成，并且 颗粒物质22已被填充到地表面28下方的更大深度30C处。在图2D的布置方式中，压力感测面 板可生成代表载荷轮胎24在地表面28下方深度30C处的土壤压实的地面压实图像。
[0049]就出于农业目的而开展的土壤压实研究而言，图IB中所示的深度20或图2B中所示 的深度30的所关注深度范围优选地在从约2英寸至约12英寸的范围内。
[0050] 图3是压力感测面板14和与其一起用来生成地面压实图像的相连电子设备的示意 图。
[0051] 压力感测面板14自身是现有技术中既有的且之前已用于生成轮胎的印痕图像的 制品。一种可用形式的压力感测面板是由马萨诸塞州南波士顿的特克斯坎公司（Tekscan， Inc .(South Boston ,Massachusetts))作为其TIRESCAN?印痕压力测量系统出售的压力感 测面板。另一种可用的压力感测面板是由加拿大阿尔伯塔省卡尔加里的XSensor科技公司 (XSensor Technology Corporat ion (Calgary ,Alberta，Canada))作为其 XSENSOR?X3 轮胎传感器系统出售的压力感测面板。
[0052]压力感测面板14包括超薄触觉压力传感器系统。每个面板具有分布在整个面板区 域中的单独感测元件的阵列。传感器密度与可由面板生成的图像的分辨率有关。
[0053]由压力感测面板14的供应商提供的扫描电子器件封装32用于从面板中的传感器 阵列收集数据，然后对该传感器数据进行处理并发送到计算机系统34。
[0054]所提供的计算机系统34用于从面板14的传感器接收信息，并且用于测定并保存与 地面压实图像对应的数据，并且用于传送该数据。图3示意性地示出了计算机系统34及其与 压力感测面板14的连接。
[0055]计算机系统34还包括处理器35、计算机可读存储器介质37、数据库39和1/0平台或 模块41，所述1/0平台或模块通常可包括根据下文更详细描述的方法或步骤由程序指令生 成的用户界面。
[0056] 如本文所用的术语"计算机可读存储器介质"可以指单独的任何非临时性介质37 或作为在其内体现计算机程序产品43的多个非临时性存储器介质37之一，所述计算机程序 产品包括处理器可执行的软件、指令或程序模块，它们在执行时可提供数据或另外促使计 算机系统实现主题或另外以如本文中进一步限定的特定方式操作。还应当理解，不止一种 类型的存储器介质可联合用于执行来自第一存储介质的处理器可执行的软件、指令或程序 模块，所述软件、指令或程序模块最初驻留在第一存储器介质上以供处理器执行。
[0057] 如本文一般使用的"存储器介质"还可包括但不限于传输介质和/或存储介质。"存 储介质"按照等同方式可以指易失性和非易失性、可移除和不可移除介质，包括至少动态存 储器、专用集成电路(ASIC)、芯片存储装置、光盘或磁盘存储装置、闪存装置或任何其他这 样的介质，所述介质可用于以处理器可访问的方式存储数据，并且除非另作说明，否则可驻 留在单个计算平台上或分布在多个此类平台中。"传输介质"可包括能有效地允许驻留在介 质上的处理器可执行的软件、指令或程序模块被处理器读取并执行的任何有形介质，包括 但不限于诸如本领域已知的线材、缆线、光纤和无线介质。
[0058]如本文所用的术语"处理器"可以指至少如本领域技术人员可理解的通用或专用 处理装置和/或逻辑，包括但不限于单线程或多线程处理器、中央处理器、父处理器、图形处 理器、介质处理器等等。
[0059]计算机系统34从压力感测面板14和扫描电子器件封装32接收与地面压实图像对 应的数据。然后根据编程43,系统34生成地面压实图像。
[0000]图4A和图413不出了用图1至图3的系统生成的地面压实图像的两个例子。在该例子 中，使用图IA至图ID的系统生成在颗粒深度20等于3英寸时图4A的上部地面压实图像42。在 更大深度处，该例是在5英寸的深度20C处，生成图4B的地面压实图像44。
[0061 ]参看图4A中的地面压实图像42的例子，其包括外部区42A、第一中间区42B、第二中 间区42C和中央区42D，它们呈不同颜色或暗色，说明了从外部42A向内部42D移动时压力递 增。虽然图4A和图4B以灰度显示图像，但它们将优选地为不同区用不同颜色。
[0062] 在对图4B中的例子44的类似有色区域44A、44B、44C和44D进行比较的过程中，可以 看出在更大深度的情况下，压力往往会下降，使得更高压力的中央区域收缩。
[0063]因此，由图1至图3的系统提供了一种用于生成与图4的图像42或44类似的地面压 实图像的方法，所述方法包括以下步骤：
[0064] (a)将相对柔性的压力感测面板14放置在相对刚性的平坦支撑表面诸如支撑板10 或地面12上；
[0065] (b)在压力感测面板上覆盖一定深度的颗粒物质22,诸如图IB中所示的深度20或 图2B中所示的深度30;
[0066] (c)将轮胎24放置在颗粒物质22上；
[0067] (d)使轮胎24载荷；以及
[0068] (e)用压力感测面板14生成地面压实图像诸如42或44。
[0069] 应当指出的是，可通过将载荷轮胎驶到颗粒物质上，来同时执行步骤(c)和(d)。
[0070] 如果所述方法在地面或其他支撑结构(诸如图IA中所示)上执行，则图IB和图IC中 所示的周边18可用于将颗粒物质保持在压力感测面板14上方的适当位置。
[0071] 如果要将压力感测面板放置在地下的凹陷中（如图2A至图2B所示），则形成地下的 凹陷并且将支撑板10放入凹陷中且在支撑板顶部上放置面板，然后用颗粒物质22填充凹 陷。
[0072]除了产生地面压实图像之外，本发明还提供了用于显示这些图像的许多技术以便 观察者可了解各种轮胎的相对地面压实性能。
[0073] 一种用于显示地面压实图像的技术是产生载荷轮胎24与颗粒物质22之间的界面 25的三维表示。应当理解，界面的三维表示可为如下任一种形式:载荷轮胎在颗粒物质中形 成的凹陷25A的三维表示，或载荷轮胎的至少接触颗粒物质的那部分25B的三维表示。
[0074]另外，三维表示可产生为实物模型，或在一些情形中，可生成虚拟模型以用于显示 目的。
[0075]图5示出了载荷轮胎在颗粒物质中形成的凹陷的实物模型46。
[0076]图7示出了载荷轮胎的实物模型48,其包括载荷轮胎的至少接触颗粒物质的那部 分。
[0077]图6示意性地示出了一种用于生成图5的实物模型46的技术。如图6所示，载荷轮胎 24已从图IC的填充了颗粒的容器18移除，从而留下颗粒物质2 2中形成的凹槽25A。然后可使 用激光扫描装置50扫描凹槽25A的三维轮廓。接着可使用由激光扫描装置50产生的三维轮 廓，可通过用于从限定凹槽25A轮廓的数字文件复制三维物体的三维打印或其他技术，来形 成实物模型46。
[0078]用于显示地面压实图像诸如42和44并且用于在观察者头脑中将那些图像与所展 示的特定轮胎设计联系起来的一种特别有利的技术是，将地面压实图像叠加在实物模型诸 如模型46或48上。
[0079]图8示意性地示出了其上叠加有图4的地面压实图像42的图5的实物模型46。
[0080]应当指出的是，为了在实物模型46上显示而选择的特定地面压实图像将通常是， 代表略低于界面25的一定距离处的压力分布的地面压实图像，并且显示于实物模型上的地 面压实图像没有必要准确对应于正好在界面25处的压力分布。图8中所示的显示技术仅仅 是用于将界面25的三维表示与任何所选深度的相关地面压实图像合并的一种技术，以便在 观察者的头脑中将轮胎设计与已提供的地面压实图像之间的关系关联起来。
[0081] 地面压实图像可以各种方式叠加在实物模型上。
[0082] 可通过任何可用的打印技术将地面压实图像打印在实物模型上。
[0083] 可用投影仪将地面压实图像投影到实物模型上。当使用投影仪时，投影仪可顺序 地将不同地面压实图像投影到实物模型上。
[0084] 可将地面压实图像绘制在实物模型上。
[0085] 可通过模塑、雕刻、加工或任何其他可用技术，将地面压实图像形成于实物模型的 表面中。
[0086]可通过用3D彩色打印机制造实物模型，将地面压实图像一体地形成于实物模型 上，所述3D彩色打印机可根据数据文件(包括描述实物模型和地面压实图像两者的信息)将 彩色地面压实图像产生为3D模型的一部分。
[0087] 如果界面的三维表示是虚拟表示，则可经由数字技术将地面压实图像叠加在三维 图像上。
[0088]另外，该显示可包括对要比较的不同轮胎生成的地面压实图像的并排显示。例如， 在图9中，显示52具有上部显示表面54,与图46的显示类似，在该上部显示表面54上显示了 地下形成的凹槽的两个三维表示，这些显示被指定为46A和46B。显示46A和46B其上可具有 以图8中所示的方式叠加的地面压实图像，或它们可仅仅为如图5中所示的凹陷25A的实物 表示。该显示包括中部显示表面56和下部显示表面58,在这两个表面上并排显示了在第一 深度例如3英寸处拍摄的地面压实图像60A和60B以及在第二深度例如5英寸处拍摄的地面 压实图像62A和62B。
[0089]因此，可以看出本发明的设备和方法易于实现所提及的目的和优点以及其中固有 的目的和优点。虽然已出于本发明的目的而说明并描述了本发明的某些优选实施例，但本 领域技术人员可对部件的布置方式和构造以及步骤作出许多改变，这些改变涵盖于所附权 利要求限定的本发明的范围和精神内。
【主权项】
1. 一种生成轮胎的地面压实图像的方法，所述方法包括： (a) 将相对柔性的压力感测面板放置在相对刚性的平坦支撑表面上； (b) 在所述压力感测面板上覆盖一定深度的颗粒物质； (c) 将轮胎放置在所述颗粒物质上； (d) 使所述轮胎载荷；以及 (e) 用所述压力感测面板生成地面压实图像。2. 根据权利要求1所述的方法，其中： 步骤(b)还包括将周边容器放置在所述压力感测面板上，并且用所述颗粒物质将所述 容器填充到所述深度。3. 根据权利要求1所述的方法，其中： 步骤(a)还包括在地表面中形成凹陷，并且将支撑板和所述面板放入所述凹陷中，所述 支撑板具有限定于其上的支撑表面;以及 步骤(b)还包括将所述颗粒物质放入所述凹陷中，在所述感测面板上。4. 根据权利要求1所述的方法，其中： 在步骤(b)中，所述深度在从2英寸至12英寸的范围内。5. 根据权利要求1所述的方法，其中： 在步骤(b)中，所述颗粒物质包括砂石。6. 根据权利要求1所述的方法，其中： 在步骤(b)中，所述颗粒物质包括土壤。7. 根据权利要求1所述的方法，其中： 在步骤(a)中，所述支撑表面在平板上限定。8. 根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括： 对颗粒物质的一个或多个不同深度重复步骤(b)-(e)。9. 根据权利要求1所述的方法，还包括： 产生所述载荷轮胎与所述颗粒物质之间的界面的三维表示；以及 将所述地面压实图像叠加在所述三维表示上。10. 根据权利要求9所述的方法，其中： 所述产生步骤包括产生具有所述三维表示的实物模型。11. 根据权利要求10所述的方法，其中： 在所述产生步骤中，所述实物模型包括所述载荷轮胎在所述颗粒物质中形成的凹陷的 实物模型。12. 根据权利要求10所述的方法，其中： 在所述产生步骤中，所述实物模型包括所述载荷轮胎的至少接触所述颗粒物质的那部 分的实物模型。13. 根据权利要求10所述的方法，其中： 所述叠加步骤包括将所述地面压实图像打印在所述实物模型上。14. 根据权利要求10所述的方法，其中： 所述叠加步骤包括将所述地面压实图像投影在所述实物模型上。15. 根据权利要求10所述的方法，其中： 所述叠加步骤包括将所述地面压实图像绘制在所述实物模型上。16. 根据权利要求10所述的方法，其中： 所述叠加步骤包括将所述地面压实图像形成于所述实物模型的表面中。17.根据权利要求10所述的方法，其中： 所述叠加步骤包括在3D彩色打印机中打印所述实物模型，并且将所述地面压实图像产 生为所述实物模型的一部分。18.根据权利要求9所述的方法，其中： 所述产生步骤包括产生所述载荷轮胎在所述颗粒物质中形成的凹陷的虚拟三维图像。19.根据权利要求9所述的方法，其中： 所述产生步骤包括产生所述载荷轮胎的接触所述颗粒物质的那部分的虚拟三维图像。20. -种轮胎的地面压实显示，包括： 地表面与载荷轮胎之间的界面的实物三维模型；以及 叠加在所述三维模型上的地面压实图像。21. 根据权利要求20所述的显示，其中： 所述实物三维模型包括所述载荷轮胎在所述地表面中形成的凹陷的模型。22.根据权利要求20所述的显示，其中： 所述实物三维模型包括所述载荷轮胎的至少接触所述地表面的那部分的模型。23.根据权利要求20所述的显示，其中： 所述地面压实图像打印在所述实物模型上。24.根据权利要求20所述的显示，其中： 所述地面压实图像投影在所述实物模型上。25.根据权利要求20所述的显示，其中： 所述地面压实图像绘制在所述实物模型上。26.根据权利要求20所述的显示，其中： 所述地面压实图像形成于所述实物模型的表面中。27.根据权利要求20所述的显示，其中： 通过3D彩色打印机将所述地面压实图像一体地形成于所述实物模型上。28. 根据权利要求20所述的显示，所述显示还包括： 地表面与第二轮胎之间的界面的第二三维模型，以及叠加在所述第二三维模型上的第 二地面压实图像;并且 其中所述第一三维模型和所述第二三维模型彼此相邻地定位，使得观察者可比较两个 轮胎的所述地面压实图像。
【专利摘要】本发明提供了一种用于生成地面压实图像的方法。将压力感测面板放置在相对刚性的平坦支撑表面上。在所述压力感测面板上覆盖一定深度的颗粒物质。将载荷轮胎放置在所述颗粒物质上，并且用所述压力感测面板生成地面压实图像。可通过将所述地面压实图像叠加在所述颗粒物质与所述载荷轮胎之间的界面的实物三维模型上，来产生所述地面压实显示。
【IPC分类】G01M17/02, G01L1/06, G06T17/00, G01B11/24
【公开号】CN105492881
【申请号】CN201480045997
【发明人】丹尼斯·辛德, 安东尼·邓肯
【申请人】普利司通美国轮胎运营有限责任公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年7月31日
【公告号】CA2920978A1, EP3036513A1, US9188518, US20150049088, WO2015026500A1
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