CN102323068B - 爆胎瞬态特性测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于轮胎特性测试试验领域，具体的说涉及一种轮胎爆胎时候的瞬态特性测试方法及实现这种测试方法的测试装置。该方法解决了技术上存在的必须在高车速下进行实车爆胎、试验危险系数高的问题，该方法可以模拟不同的车速和不同的爆胎持续时间，而且可在室内试验台上进行，试验安全可靠。同时，为了实现该模拟方法，本发明还提供了一种直接利用轮胎气门嘴进行放气的装置，该装置不但具有放气速度可控、充放气方便的特点，还解决了现有技术存在的利用雷管爆胎、爆胎后的轮胎不可重复利用的问题，有效降低了试验成本。

Description

爆胎瞬态特性测试方法及装置

技术领域

本发明属于轮胎特性测试试验领域，具体的说涉及一种轮胎爆胎时候的瞬态特性测试方法及实现这种测试方法的测试装置。

背景技术

轮胎由于质量问题或者高温使用不当而造成爆胎的事件时有发生，很多时候爆胎会引起车辆失控而导致人员伤亡。国内外的专家学者希望通过某种控制手段使得车辆在爆胎后能安全停车，为了达到此目的，轮胎作为整车与路面接触的唯一部件，其在爆胎过程中的瞬态特性就显得尤为重要。

当前的爆胎试验要么在实车上进行，这会因为技术难题而无法测量轮胎爆胎过程中的瞬态特性；要么在实验室内测量爆胎前和爆胎完全发生后的轮胎力学特性，这种方式就完全忽略了爆胎发生这个过程中的轮胎力学特性变化情况。以上两种试验方法都不能使研究人员建立高精度的爆胎轮胎力学特性模型，从而不能有效帮助提高爆胎车辆的安全性能。

当前的爆胎试验主要利用以下两种方法实现轮胎快速放气，（1）、利用雷管爆炸实现轮胎的快速放气；（2）、利用电磁阀实现轮胎的快速放气，但该电池阀需要特制，且放气速度不可控。这两种方法都是在高速下进行试验，驾驶员驾驶车辆有很高的危险性，第一种方法更是每做一次试验就报废一条轮胎，成本很高。

发明内容

本发明的目的是要提供一种利用低速滚动的轮胎模拟高速爆胎行为的爆胎瞬态特性测试方法，该方法解决了技术上存在的必须在高车速下进行实车爆胎、试验危险系数高的问题，该方法可以模拟不同的车速和不同的爆胎持续时间，而且可在室内试验台上进行，试验安全可靠。同时，为了实现该模拟方法，本发明还提供了一种直接利用轮胎气门嘴进行放气的装置，该装置不但具有放气速度可控、充放气方便的特点，还解决了现有技术存在的利用雷管爆胎、爆胎后的轮胎不可重复利用的问题，有效降低了试验成本。

本发明的上述技术目的主要是通过以下技术方案解决的：

本发明爆胎瞬态特性测试方法包括以下步骤：

1）、等效压力的计算：需要预先设定模拟车速v，计算出等效压力p，计算公式如下

$\mathrm{ps}=\frac{m.v^2}{R}$

其中p——等效压力、

s——垂直于径向的胎面面积、

m——轮胎带束层质量、

v——轮胎前进速度、

R——轮胎半径；

2）、爆胎过程中轮胎滚过距离的计算：设定爆胎持续时间t，计算出爆胎过程中轮胎滚过的距离L，假定爆胎过程中车辆的前进速度不变，则L的计算公式如下

L=v·t

其中v——轮胎前进速度

t——爆胎持续时间；

3）、安装轮胎，并给轮胎充气，使轮胎的初始胎压p₀比正常压力值p_norm多一个等效压力p，即p₀=p_norm+p；

4）、试验工况的设定：给试验轮胎设定输入载荷、制动力和侧偏角，同时设定轮胎速度，并将采样区间设定为[l₀,l₀+L]；

5）、开始试验：使轮胎在试验台上以低速滚动，以轮胎压力和试验台滑台位移作为两个控制量，当轮胎压力大于等效压力且试验台滑台位移大于采样区间起始点l₀时开始放气，当轮胎压力等于等效压力且试验台滑台位移大于采样区间结束点时停止放气，为了在采样区间内刚好将轮胎的压力从初始压力放气到等效压力，通过调整节流阀的开度，控制放气速度；

6）、利用试验台上的六分力传感器采集轮胎放气过程中的六分力数值，获取放气过程中轮胎力学特性的变化情况。

7）、利用试验台给轮胎输入制动力及侧偏角，同时重复步骤1）～6），可以获取不同工况下爆胎过程中轮胎瞬态特性试验数据，进而解算出轮胎在爆胎过程中的侧偏刚度、纵滑刚度及滚动阻力系数。

实现所述的爆胎瞬态特性测试方法的装置包括一个轮胎力学特性试验台及轮胎力学特性试验台上的位移传感器，它还包括一个轮胎自动放气装置，所述的轮胎自动放气装置包括被测轮胎、气门嘴、节流阀、电磁阀、继电器、胎压传感器、带有控制程序的计算机，所述的被测轮胎安装在轮胎力学特性试验台上，在被测轮胎上增加设置两个气门嘴，其中一气门嘴通过软管与胎压传感器相连接；另一气门嘴通过软管与节流阀连接，节流阀的另外一端通过软管同电磁阀相连接，电磁阀的另一端与大气相通；所述的胎压传感器和位移传感器通过导线与带有控制程序的计算机的输入端连接，带有控制程序的计算机的输出端与继电器连接，控制继电器的通断；继电器、220V交流电和电磁阀通过导线形成回路，通过继电器的通断实现电磁阀两端220V交流电的通断，进而实现轮胎的自动放气。

本发明具有以下优点和积极效果：

由于引入了等效压力的概念，本发明可以实现在低速轮胎力学特性试验台上模拟高速爆胎行为，且可模拟不同车速不同爆胎持续时间下的爆胎行为；又由于采用了前述轮胎自动放气装置，本发明可以实现轮胎的自动放气，放气速度可控，且放气后的轮胎可重复利用，试验成本低。

附图说明

图1为本发明爆胎瞬态特性测试方法的流程图。

图2为本发明轮胎自动放气装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明做进一步的说明。

轮胎的力学特性是空间域函数，与滚动距离有关，而与滚动时间无关，这就使得我们可以通过某种方法利用低速滚动的轮胎获取高速滚动轮胎的力学特性，即使轮胎在不同的时间内滚过相同的距离，同时修正轮胎速度造成的影响，而使轮胎在这个过程中的其它特性尽可能相同。

轮胎在高速滚动时，由于惯性力的作用，轮胎看起来被往外“甩”了，使轮胎的半径增大，就好像轮胎的胎压变高一样（胎压越高，滚动半径越大）。为了实现利用低速滚动的轮胎模拟高速爆胎行为，需要修正轮胎速度的影响，故引入“等效压力”，等效压力的计算公式为：

$\mathrm{ps}=\frac{m.v^2}{R}$

其中p为等效压力，s为垂直于径向的胎面面积，m为与轮胎质量，v为轮胎前进速度，R为轮胎半径。

选取轮胎型号为175/70R14,该轮胎垂直于径向的质量为6.45kg，轮胎半径0.3003mm，垂直于径向的胎面面积0.245m²，设定模拟的车速v为30m/s,则等效压力为

$\mathrm{ps}=\frac{m.v^2}{R}\⇒p=\frac{m.v^2}{R.s}=\frac{6.45\×{30}^2}{0.3003\×0.245}=78.9\mathrm{kpa}$

假定爆胎过程中车辆的前进速度v不变，设模拟的爆胎持续时间为t，则爆胎过程中轮胎滚过的距离L为

L＝v·t

设定t为70ms，则L为L＝v·t=30×70÷1000=2.1m

试验时，使轮胎的初始胎压p₀比正常压力值p_norm多一个等效压力p，p_norm取为220kpa，则p₀＝p_norm+p＝220+78.9kpa＝298.9kpa，同时将试验台采样区间设定为[l₀,l₀+L]，根据试验台实际情况，采样区间设定为[1500mm,3600mm]。轮胎在试验台上以100mm/s的速度低速滚动，以轮胎压力和试验台滑台位移作为两个控制量，当轮胎压力大于p且试验台滑台位移大于1500mm时开始放气，当轮胎压力等于p且试验台滑台位移大于3600mm时停止放气。可通过调节节流阀开度，实现采样区间内轮胎压力刚好从初始胎压放气至等效压力。利用吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室的低速轮胎力学特性试验台采集放气过程中的轮胎六分力数值，即可获知爆胎过程中轮胎瞬态特性的变化情况。

本发明轮胎自动放气装置由轮胎1、气门嘴2、橡胶软管3、节流阀4、电磁阀5、继电器6、220V交流电7、胎压传感器8、导线9、位移传感器10、低速轮胎力学特性试验台11及带有控制程序的计算机12共同构成，如图2所示，其具体的结构和装配关系如下：

在轮胎1的合理位置钻直径为11mm的通孔2个，装入气门嘴标准件2，用肥皂泡检测是否漏气。将其中一个气门嘴通过橡胶软管3同节流阀4连接，为防止漏气，连接头使用快换接头，节流阀4的另外一端通过软管3与电磁阀5连接，电磁阀5的另一端与大气相通。

另一气门嘴通过软管3与胎压传感器8连接，将胎压信号8和试验台滑台位移信号10通过导线9引入带有控制程序的计算机12，当胎压和位移同时满足某一设定的门限值时，带有控制程序的计算机12就会给继电器6一个信号，使继电器6从低电平变为5V高电平，从而将连接在电磁阀5两端的220V交流电7接通，实现轮胎的自动放气。利用低速轮胎力学特性试验台11采集轮胎放气过程中的六分力，即可获得轮胎放气过程中的力学特性变化情况。

上述对实施实例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实例做出各种修改，并把此说明的一般原理应用到其他实例中而不必经过创造性的劳动。因此，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种爆胎瞬态特性测试方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1）、等效压力的计算：需要预先设定模拟车速v，计算出等效压力p，计算公式如下

$\mathrm{ps}=\frac{m.v^2}{R}$

其中p——等效压力、

s——垂直于径向的胎面面积、

m——轮胎带束层质量、

v——轮胎前进速度、

R——轮胎半径；

2）、爆胎过程中轮胎滚过距离的计算：设定爆胎持续时间t，计算出爆胎过程中轮胎滚过的距离L，假定爆胎过程中车辆的纵向速度不变，则L的计算公式如下

L=v·t

其中v——轮胎前进速度

t——爆胎持续时间；

3）安装轮胎，并给轮胎充气，使轮胎的初始胎压p₀比正常压力值p_norm多一个等效压力p，即p₀=p_norm+p；

4）、试验工况的设定：给试验轮胎设定输入载荷、制动力和侧偏角，同时设定轮胎速度，并将采样区间设定为[l₀,l₀+L]；

5）、开始试验：使轮胎在试验台上以低速滚动，以轮胎压力和试验台滑台位移作为两个控制量，当轮胎压力大于等效压力且试验台滑台位移大于采样区间起始点l₀时开始放气，当轮胎压力等于等效压力且试验台滑台位移大于采样区间结束点时停止放气，为了在采样区间内刚好将轮胎的压力从初始压力放气到等效压力，通过调整节流阀的开度，控制放气速度；

6）、利用试验台上的六分力传感器采集轮胎放气过程中的六分力数值，获取放气过程中轮胎力学特性的变化情况；

7）、利用试验台给轮胎输入制动力及侧偏角，同时重复步骤1）～6），可以获取不同工况下爆胎过程中轮胎瞬态特性试验数据，进而解算出轮胎在爆胎过程中的侧偏刚度、纵滑刚度及滚动阻力。

2.根据权利要求1所述的爆胎瞬态特性测试方法，其特征在于：步骤4中所述的轮胎在试验台上转动速度是指试验台的运动速度，在80～200mm/s之间，试验台的运动区间为600mm～3600mm。

3.一种实现权利要求1所述的爆胎瞬态特性测试方法的装置，包括一个轮胎力学特性试验台及轮胎力学特性试验台上的位移传感器，其特征在于：它还包括一个轮胎自动放气装置，所述的轮胎自动放气装置包括被测轮胎、气门嘴、节流阀、电磁阀、继电器、胎压传感器、带有控制程序的计算机，所述的被测轮胎安装在轮胎力学特性试验台上，在被测轮胎上增加设置两个气门嘴，其中一气门嘴通过软管与胎压传感器相连接；另一气门嘴通过软管与节流阀连接，节流阀的另外一端通过软管同电磁阀相连接，电磁阀的另一端与大气相通；所述的胎压传感器和位移传感器通过导线与带有控制程序的计算机的输入端连接，带有控制程序的计算机的输出端与继电器连接，控制继电器的通断；继电器、220V交流电和电磁阀通过导线形成回路，通过继电器的通断实现电磁阀两端220V交流电的通断，进而实现轮胎的自动放气。

Images