CN104359620A

CN104359620A - 一种测量轮胎横摆转动惯量的装置及方法

Info

Publication number: CN104359620A
Application number: CN201410728726.7A
Authority: CN
Inventors: 卢荡; 李古建; 徐婷; 王川; 敖策划
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2014-12-02
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2015-02-18

Abstract

本发明属于轮胎特性测试技术领域，具体地说涉及一种测量轮胎横摆转动惯量的装置及方法，可以解决轮胎横摆运动转动惯量的测量问题。定位支撑装置位于三线摆的下圆盘下方，用连接螺母与下圆盘固定，定位支撑装置是一个十字形状的杆件，竖直杆与下圆盘通过连接螺母连接固定，水平伸出的两臂为螺杆，将两个完全相同的带有相同轮辋的轮胎分别穿过两臂，对称放置，并用两个锁紧螺母固定锁紧。利用三线摆测出周期，求出轮胎该状态下的转动惯量。然后在两个轮胎间加上调距螺母，再计算出此时轮胎的转动惯量。根据两次转动惯量测试结果可以计算出轮胎横摆转动惯量值。

Description

一种测量轮胎横摆转动惯量的装置及方法

技术领域

本发明属于轮胎特性测试技术领域，特别是涉及一种测量轮胎横摆转动惯量的装置及方法。

背景技术

轮胎的转动惯量是轮胎一个非常重要的物理参数，轮胎的转动惯量包括两种形式，一种是绕轮胎的旋转轴的转动惯量值，一种是轮胎在做横摆运动时的转动惯量值。该参数在进行整车动力性，制动性能，前轮摆振特性，纵滑特性，以及整车仿真分析中有重要应用。由于轮胎本身结构和材料十分复杂，用计算的方法来得到转动惯量值十分困难，因此一般用试验的方法来测得该参数值。

目前，已经有测量第一种轮胎转动惯量的方法与装置，例如：专利(CN203824703 U)使用三线摆装置可以测出轮胎绕旋转轴线的转动惯量，但是该装置不能测量轮胎横摆方向的转动惯量，也就是绕轮胎印迹坐标系中z轴的转动惯量。

发明内容

本发明的主要目的是要提供一种测量轮胎横摆转动惯量的装置及方法。

本发明的上述目的主要是通过以下技术方案解决的：

一种测量轮胎横摆转动惯量的装置，包括三线摆支撑框架，固定于三线摆支撑框架上部的上圆盘，连接于上圆盘的三根钢丝吊绳，与三根钢丝吊绳下端连接的下圆盘，其特征在于：该装置还包括通过连接螺母安装在下圆盘下方的定位支撑装置，在测试过程中需要安装在定位支撑装置上的调距螺母，轮胎总成。

所述的定位支撑装置是一个十字形状的杆件，其竖直杆与下圆盘垂直并通过连接螺母连接固定，与竖直杆垂直共面水平伸出的两臂为螺杆，用于支撑轮胎总成，两端用锁紧螺母固定，保证轮胎总成胎宽方向中分平面与水平伸出的两臂垂直。

所述的调距螺母为两个相同的螺母，安装在定位支撑装置水平伸出的两臂上，位于两个轮胎总成之间，用于改变轮胎总成的横摆转动半径进而改变转动惯量值。

所述的轮胎总成由轮辋、轮胎组成，定位支撑装置水平伸出的两臂分别穿过两个对称放置且完全相同的轮胎总成的轮辋中心孔，用锁紧螺母固定。

所述的测量轮胎横摆转动惯量的装置的测量方法，至少包括以下步骤：

第一步：将两个相同的轮胎总成安装到定位支撑装置水平伸出的两臂上并用锁紧螺母锁紧，同时标记出锁紧螺母的位置，测量出下圆盘中心到轮胎总成胎宽方向中分平面的距离l₁，令下圆盘中心与上圆盘中心的连线为z轴，把下圆盘及与其相连接的定位支撑装置及轮胎总成绕z轴转动一个小角度后松开，产生自由扭摆运动，待其稳定后，用秒表记录摆动30个周期的时间，重复试验三次并取平均值，计算出摆动周期T_a1，利用公式得到此状态下的转动惯量，其中钢丝吊绳的长度为H，下圆盘中心至钢丝吊绳的距离为R，单个轮胎总成的质量为m，下圆盘和定位支撑装置的总质量为m₁，单个锁紧螺母的质量为m₂；

第二步：将第一步中两个轮胎总成卸下，并将锁紧螺母还原到第一步中标记出的锁紧螺母的位置，把下圆盘及与其相连接的定位支撑装置绕z轴转动一个小角度后松开，产生自由扭摆运动，待其稳定后，用秒表记录摆动30个周期的时间，重复试验三次并取平均值，计算出摆动周期T_b1，利用公式得到除轮胎总成剩余部分的转动惯量，用公式J_t1＝J_a1-J_b1得到两个轮胎总成绕z轴且以l₁为半径旋转的转动惯量值，公式得到单个轮胎绕z轴且以l₁为半径旋转的转动惯量值；

第三步：将两个相同的调距螺母分别安装在定位支撑装置水平伸出的两臂上，位于两个轮胎总成之间，安装上两个轮胎总成并用锁紧螺母锁紧，同时标记出锁紧螺母的位置，测量出下圆盘中心到轮胎总成胎宽方向中分平面的距离l₂，把下圆盘及与其相连接的定位支撑装置及轮胎总成绕z轴转动一个小角度后松开，产生自由扭摆运动，待其稳定后，用秒表记录摆动30个周期的时间，重复试验三次并取平均值，计算出调距后的摆动周期T_a2，利用公式得到此状态下的转动惯量，其中单个调距螺母的质量为m₃；

第四步：将第三步中两个轮胎总成卸下，并将锁紧螺母还原到第三步中标记出的锁紧螺母的位置，把下圆盘及与其相连接的定位支撑装置绕z轴转动一个小角度后松开，产生自由扭摆运动，待其稳定后，用秒表记录摆动30个周期的时间，重复试验三次并取平均值，计算出摆动周期T_b2，利用公式得到除轮胎总成剩余部分的转动惯量，用公式J_t2＝J_a2-J_b2得到两个轮胎总成绕z轴且以l₂为半径旋转的转动惯量值，公式得到单个轮胎总成绕z轴且以l₂为半径旋转的转动惯量值；

第五步：利用公式得到轮胎总成绕胎宽方向中分平面与垂直地面且过轮胎滚动轴线平面交线的转动惯量值。

本发明的有益效果是能测量计算出轮胎横摆转动惯量值，为整车动力学仿真分析提供可靠的数据。

附图说明

图1是本发明一种测量轮胎横摆转动惯量装置的正视图；

图2是本发明图1的全视图；

图3是本发明图1针对下圆盘局部结构的爆炸视图；

图4是一种测量轮胎横摆转动惯量方法的流程图；

图5是本发明在测试轮胎转动惯量过程中未安装调距螺母时下圆盘局部结构的二维剖视图；

图6是本发明在测试轮胎转动惯量过程中安装调距螺母后下圆盘局部结构的二维剖视图；

其中：1、支撑框架 2、上圆盘固定锁紧装置 3、上圆盘 4、钢丝吊绳 5、下圆盘 6、连接螺母 7、定位支撑装置 8、锁紧螺母 9、轮胎总成 10、调距螺母。

具体实施方式：

以下结合附图和实施例，对本发明的技术方案做出进一步的说明。

如附图2所示，上圆盘3通过上圆盘固定锁紧装置2安装在支撑框架1的上部，上圆盘3连接三根钢丝吊绳4并与下圆盘5连接，令下圆盘中心与上圆盘中心的连线为z轴，定位支撑装置7位于下圆盘5下方，并用连接螺母6固定。定位支撑装置7是一个十字形状的杆件，竖直杆与下圆盘5通过连接螺母6连接固定，水平伸出的两臂为螺杆，将两个完全相同的带有轮辋的185/60R16型号轮胎总成9分别穿过两臂，对称放置，并用两个锁紧螺母8固定锁紧，同时标记出锁紧螺母的位置，如图5。测量出下圆盘中心到轮胎总成胎宽方向中分平面的距离l₁为0.125m，如图5，其中钢丝吊绳的长度为H为2m，下圆盘中心至钢丝吊绳的距离为R为0.15m，单个轮胎总成的质量m为21kg，下圆盘和定位支撑装置的总质量m₁为23kg，单个锁紧螺母的质量为m₂为0.6kg；

把下圆盘及与其相连接的定位支撑装置及轮胎总成绕z轴转动一个小角度后松开，产生自由扭摆运动，待其稳定后，用秒表记录摆动30个周期的时间，重复试验三次并取平均值，计算出摆动周期T_a1为2.23s，则此状态下的转动惯量J_a1为

J_{a 1} = \frac{{gR}^{2}}{{4 π}^{2} H} (m_{1} + 2 m + {2 m}_{2}) T_{a 1}^{2} = 0.784 kg \cdot m^{2}

紧接着将上一步中两个轮胎总成卸下，并将锁紧螺母还原到上一步中的位置，把下圆盘及与其相连接的定位支撑装置绕z轴转动一个小角度后松开，产生自由扭摆运动，待其稳定后，用秒表记录摆动30个周期的时间，重复试验三次并取平均值，计算出摆动周期T_b1为1.19s，得到除轮胎总成剩余部分的转动惯量J_b1为

J_{b 1} = \frac{{gR}^{2}}{{4 π}^{2} H} (m_{1} + {2 m}_{2}) T_{b 1}^{2} = 0.096 kg \cdot m^{2}

则两个轮胎总成绕z轴且以l₁为半径旋转的转动惯量值J_t1为

J_t1＝J_a1-J_b1＝0.688kg·m²

则单个轮胎绕z轴且以l₁为半径旋转的转动惯量值J₁为

J_{1} = \frac{J_{t 1}}{2} = 0.344 kg \cdot m^{2}

将两个相同的调距螺母10分别安装在定位支撑装置水平伸出的两臂上，位于两个轮胎总成之间，安装上两个轮胎总成并用锁紧螺母锁紧，同时标记出锁紧螺母的位置，测量出下圆盘中心到轮胎总成胎宽方向中分平面的距离l₂为0.175m，如图6，单个调距螺母的质量为m₃为1.1kg，重复第一步，得到调距后的摆动周期T_a2为2.78s，利用公式则此状态下的转动惯量J_a2为

J_{a 2} = \frac{{gR}^{2}}{{4 π}^{2} H} (m_{1} + 2 m + {2 m}_{2} + {2 m}_{3}) T_{a 2}^{2} = 1.264 kg \cdot m^{2}

将上一步中两个轮胎总成卸下，并将锁紧螺母还原到上一步记出的锁紧螺母的位置，把下圆盘及与其相连接的定位支撑装置绕z轴转动一个小角度后松开，产生自由扭摆运动，待其稳定后，用秒表记录摆动30个周期的时间，重复试验三次并取平均值，计算出摆动周期T_b2为1.24s，得到除轮胎总成剩余部分的转动惯量J_b2为

J_{b 2} = \frac{{gR}^{2}}{{4 π}^{2} H} (m_{1} + {2 m}_{2} + {2 m}_{3}) T_{b 2}^{2} = 0.114 kg \cdot m^{2}

则两个轮胎总成绕z轴且以l₂为半径旋转的转动惯量值J_t2为

J_t2＝J_a2-J_b2＝1.15kg·m²

则单个轮胎总成绕z轴且以l₂为半径旋转的转动惯量值J₂为

J_{2} = \frac{J_{t 2}}{2} = 0.575 kg \cdot m^{2}

最后得到轮胎总成绕胎宽方向中分平面与垂直地面且过轮胎滚动轴线平面交线的转动惯量值J为

J = \frac{J_{2} l_{1} - J_{1} l_{2}}{l_{1} - l_{2}} + {ml}_{1} l_{2} = 0.19 kg \cdot m^{2}

下面是计算推导公式：

J_{t 1} = J_{b 1} - J_{a 1} = \frac{{gR}^{2}}{{4 π}^{2} H} [(m_{1} + 2 m + {2 m}_{2}) T_{a 1}^{2} - (m_{1} + {2 m}_{2}) T_{b 1}^{2}]

J_{t 2} = J_{b 2} - J_{a 2} = \frac{{gR}^{2}}{{4 π}^{2} H} [(m_{1} + 2 m + {2 m}_{2} + {2 m}_{3}) T_{a 2}^{2} - (m_{1} + {2 m}_{2} + {2 m}_{3}) T_{b 2}^{2}]

J_{1} = \frac{J_{t 1}}{2}

J_{2} = \frac{J_{t 2}}{2}

J_c+m(Δ+l₁)²＝J₁

J_c+m(Δ+l₂)²＝J₂

J_c+mΔ²＝J

J = \frac{J_{2} l_{1} - J_{1} l_{2}}{l_{1} - l_{2}} + {ml}_{1} l_{2}

符号说明如下：

m——单个轮胎总成的质量kg

m₁——下圆盘和定位支撑装置的总质量kg

m₂——单个锁紧螺母的质量kg

m₃——单个调距螺母的质量kg

g——重力加速度m/s²

R——下圆盘中心至钢丝吊绳的距离m

H——钢丝吊绳的长度m

T_a1——调距前的摆动周期s

T_b1——调距前除轮胎总成剩余部分的摆动周期s

T_a2——调距后的摆动周期s

T_b2——调距后除轮胎总成剩余部分的摆动周期s

l₁——调距前下圆盘中心到轮胎总成胎宽方向中分平面的距离，图4所示m

l₂——调距后下圆盘中心到轮胎总成胎宽方向中分平面的距离，图5所示m

J_a1——调距前的转动惯量kg·m²

J_b1——调距前除轮胎总成剩余部分的转动惯量kg·m²

J_a2——调距后的转动惯量kg·m²

J_b2——调距后除轮胎总成剩余部分的转动惯量kg·m²

J_t1——调距前两个轮胎总成绕z轴回转时的转动惯量kg·m²

J_t2——调距后两个轮胎总成绕z轴回转时的转动惯量kg·m²

J₁——调距前单个轮胎总成绕z轴回转时的转动惯量kg·m²

J₂——调距后单个轮胎总成绕z轴回转时的转动惯量kg·m²

J_c——单个轮胎总成绕过质心且与z轴平行的轴旋转时的转动惯量kg·m²

Δ——轮胎总成质心至胎宽方向中分平面的距离(质心的偏移量)，图5、6所示m

J——单个轮胎总成绕胎宽方向中分平面与垂直地面且过轮胎滚动轴线平面交线的转动惯量值kg·m²

Claims

1.一种测量轮胎横摆转动惯量的装置，包括三线摆支撑框架，固定于三线摆支撑框架上部的上圆盘，连接于上圆盘的三根钢丝吊绳，与三根钢丝吊绳下端连接的下圆盘，其特征在于：该装置还包括通过连接螺母安装在下圆盘下方的定位支撑装置，在测试过程中需要安装在定位支撑装置上的调距螺母，轮胎总成。

2.根据权利要求1所述的一种测量轮胎横摆转动惯量的装置，其特征在于，所述的定位支撑装置是一个十字形状的杆件，其竖直杆与下圆盘垂直并通过连接螺母连接固定，与竖直杆垂直共面水平伸出的两臂为螺杆，用于支撑轮胎总成，两端用锁紧螺母固定，保证轮胎总成胎宽方向中分平面与水平伸出的两臂垂直。

3.根据权利要求1所述的一种测量轮胎横摆转动惯量的装置，其特征在于，所述的调距螺母为两个相同的螺母，安装在定位支撑装置水平伸出的两臂上，位于两个轮胎总成之间，用于改变轮胎总成的横摆转动半径进而改变转动惯量值。

4.根据权利要求1所述的一种测量轮胎横摆转动惯量的装置，其特征在于，所述的轮胎总成由轮辋、轮胎组成，定位支撑装置水平伸出的两臂分别穿过两个对称放置且完全相同的轮胎总成的轮辋中心孔，用锁紧螺母固定。

5.应用权利要求1所述的测量轮胎横摆转动惯量的装置的测量方法，其特征在于，至少包括以下步骤：