CN104395723A - 用于确定车轮的阻力的空气动力力矩的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于通过测量用以保持车轮以恒定速度ω旋转而施加至车轮的机械功率Pm的值，从而确定设置于轴线上的车轮的阻力的空气动力力矩Maéro-EM的方法，所述车轮配备有用于旋转车轮的装置和用于获得和/或记录所述机械功率的数值和旋转速度的数值的设备。本发明的特征在于所述车轮由可移除的盖保护，且特征在于所述车轮经受空气流。

Description

用于确定车轮的阻力的空气动力力矩的方法
技术领域
本发明涉及一种用于精确确定车轮的阻力的空气动力力矩的方法。所述方法适用于陆地运输车辆。
背景技术
应记得，车轮定义为由轮辋、轮盘和轮胎组成。轮胎(也称为外胎)安装于轮辋上，以形成车轮。
目前在许多国家中对轻型轿车和轻型多用途车辆采取燃料消耗和污染的控制措施。不幸的是，这些措施不可能精确确定轮胎对向前行驶的阻力的贡献。
应记得，由轮胎所导致的向前行驶的阻力包括如下三个部分：滚动阻力(或力)、空气动力阻力和阻力的空气动力力矩(或通风转矩)。
因此，为了计算或估计所述向前行驶的阻力，从业者对简单安装于轮辋上的轮胎在测试床上进行测量，或甚至借助使用计算机软件进行模拟。
然而，由于目前的测量技术仅通过使安装于轮辋上并设置于不含任何保护的开放环境中的轮胎减速而简单地估计阻力的空气动力力矩，因此在测试床上进行的这些测量或模拟不提供接近于在轮胎的实际使用条件下所遇到的值的阻力的空气动力力矩值。
目前，诸如阻力的空气动力力矩的物理参数为数学估算的主题，尽管如此，所述数学估算仍不能令人满意，因为它们估算不充分。
因此，阻力的空气动力力矩的更精确和更理想的测量将允许更好地评估由车轮所导致的向前行驶的阻力，因此允许更好地评估其对燃料消耗的影响。
因此，需要能够使用一种方法，所述方法用于在类似于通常使用条件的那些条件下极精确、可靠和可重复地确定车轮的阻力的空气动力力矩。
发明内容
因此，本发明的主题为一种用于通过测量为了保持车轮以恒定速度ω旋转而施加至车轮的机械功率Pm的值，从而确定设置于轴线上的车轮的阻力的空气动力力矩Maéro-EM的方法，所述车轮配备有旋转驱动装置和用于获取和/或记录所述机械功率的数值和旋转速度的数值的设备。
本发明的特征在于，所述车轮由可移除的盖保护，并持续经受空气流，且特征在于将所述车轮的旋转速度ω和功率Pm的获取测量值输入如下数学公式：
Pm＝ω(Maéro-EM+Mf)    (I)
其中
-Pm表示保持车轮以恒定速度旋转所需的机械功率，
-ω表示所述车轮的旋转速度，
-Mf表示车轮的轮毂的摩擦力矩的值，且
-Maéro-EM表示所述车轮的阻力的空气动力力矩。
根据本发明的方法提供了如下优点：能够适用于任何类型的轮辋、车轮罩或轮胎，能够便宜地实现，以及能够简单快速地实施。
最后，所述方法可以快速容易地提供与在常规驾驶条件下发生在车辆上的数据类似的数字数据。
根据本发明的方法使用可移除的盖保护车轮有可能重现车轮行驶的实际条件，即将车轮设置于半保护的外壳中，所述半保护的外壳通常由车辆的车轮拱罩组成。根据本发明的盖可具有尽可能地接近在陆地车辆车轮拱罩中遇到的形状的任何三维几何形状。
迄今为止，已使用在实验室中标准化的模型来测量安装于轮辋上并加压的新轮胎的滚动阻力。这种模型的例子包括标准ISO/FDIS28580，所述标准ISO/FDIS 28580考虑各种物理和数学参数以测量或计算它们；总体获得的结果有可能尽可能精确地评价和/或量化轮胎的滚动阻力。
与陆地运输车辆(汽车、厢式货车、重型货物车辆)的车轮组的动力学相关的参数由两种不同的运动组成：水平平移运动和旋转运动。这两种运动引起与围绕轮胎的空气流相关的应力，因为空气流在轮胎表面处产生压力场和粘性摩擦场。
施加至这种车轮组的空气动力应力首先导致纵向拖曳阻力，其次导致对抗车轮旋转的阻力的空气动力力矩。
尽管使用目前的数学模型(所述数学模型使用在风洞中获得的测量)易于评价纵向阻力，但阻力的空气动力力矩在风洞测量中不考虑。然而，所述合力(其迄今为止被认为是不希望的部分)的确对与车轮的向前行驶的阻力相关的燃料消耗结果具有显著的影响。
简单实现的根据本发明的方法允许在与车轮在实际行驶情况中遇到的那些条件类似的条件下量化所述的阻力的空气动力应力。
具体地，根据本发明的方法将车轮置于与通常行驶条件极为类似的条件下，因为车轮在一方面由可移除的盖保护，在另一方面经受空气流，所述可移除的盖旨在重现车辆车轮拱罩的保护作用。
这种条件在标准化实验室模型的应用中不存在，因为车轮被置于开放环境中，完全无保护(由于不存在盖)，且除了通过车轮本身的运行而产生的空气流之外，车轮不经受空气流。
因此，相比于迄今为止使用的测量实践，在根据本发明的方法中产生阻力的空气动力力矩的与摩擦和压力相关的应力不同。
优选地，根据本发明的方法使用的空气流具有与车轮的主方向基本上平行的主方向。
空气流可具有相对于车轮的主方向成-40°至+40°之间的角度的主方向。所述替代方案可以尽可能精确地重现在实际行驶情况中的侧风、逆风或顺风的作用。
优选地，为了实施本发明，车轮的轴线相对于固定地面保持固定。这意味着车轮与旋转驱动装置之间不存在相对运动。车轮的轴线优选保持固定，而驱动装置持续旋转。所述旋转驱动装置可为传送带。
优选地，空气流具有与传送带的速度相同或不同的速度。
车轮优选包括保持车轮悬挂的至少一个装置。
附图说明
现在将借助于如下示例和单个附图描述本发明，所述示例和单个附图不以任何方式限制，其中：
-单个附图显示了随各种轮胎的外表面而变化的阻力的空气动力力矩的值。
具体实施方式
为了实施所述方法，将车轮置于空气动力学风洞中，并连接至引起旋转的机械装置，以使车轮以速度ω持续旋转。当车轮旋转时，车轮不与地面接触。车轮与地面之间的距离优选较小。车轮也连接至旨在稳定其旋转的装置，从而可正确地进行测量。
车轮配备有旨在获取和/或记录其旋转速度ω的数值和用以保持其旋转所必须施加的机械功率的数值的设备。
根据本发明的方法的实施方案的一个可选择的形式，车轮可安装在车辆上，随后使用塔架将所述车辆固定至地面。传送带驱动车轮中的至少一个的旋转。升高车辆的装置允许从风洞的地板上带走车辆。将车辆固定至地面首先有可能决定车辆的姿态，其次有可能在车辆升高时稳定车辆。鼓风机使车辆经受速度为V0的空气流，所述速度V0等于至少一个车轮的旋转速度ω。
应用如下数学公式(I)使得可能使用如下数学公式(I)获得车轮的阻力的空气动力力矩的值Maéro-EM：
Pm＝ω(Maéro-EM+Mf)   (I)
其中
-Pm表示保持车轮以恒定速度旋转所需的机械功率，
-ω表示所述车轮的旋转速度，
-Mf表示车轮的轮毂的摩擦力矩的值，且
-Maéro-EM表示所述车轮的阻力的空气动力力矩。
可例如由轴承制造商提供的技术数据计算Mf，Mf表示车轮的轮毂的摩擦力矩的值。
旋转速度ω获自记录车轮的旋转速度的装置。
图1给出了对于具有相同样式和相同的模型，但具有不同尺寸的七个不同的轮胎参照，随每个轮胎的外表面积(m2)而变化的阻力的空气动力力矩的计算值Maéro-EM(N.m)。根据本发明，轮胎的外表面积定义为胎面的表面积和胎侧的表面积。
根据所述单个附图，使用相同的空气流速度和车轮的旋转速度(等于120km/h)进行计算。空气流具有与车轮的主方向基本上相同的主方向。
根据图1，可以看出阻力的空气动力力矩的值随轮胎的外表面积而成比例地增加。

Claims (7)

1.用于通过测量用以保持车轮以恒定速度ω旋转而施加至车轮的机械功率Pm的值，从而确定设置于轴线上的车轮的阻力的空气动力力矩Maéro-EM的方法，所述车轮配备旋转驱动装置和用于获取和/或记录所述机械功率的数值和旋转速度的数值的设备，其特征在于所述车轮由可移除的盖保护，且所述车轮持续经受空气流，且将所述车轮的旋转速度ω和机械功率Pm的获取测量值输入如下数学公式：
Pm＝ω(Maéro-EM+Mf)       (I)
其中
-Pm表示保持车轮以恒定速度旋转所需的机械功率，
-ω表示所述车轮的旋转速度，
-Mf表示车轮的轮毂的摩擦力矩的值，且
-Maéro-EM表示所述车轮的阻力的空气动力力矩。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空气流具有与车轮的主方向基本上平行的主方向。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空气流具有相对于车轮的主方向成-40°至+40°之间的角度的主方向。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述车轮的轴线相对于地面保持固定。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述空气流具有与所述旋转驱动装置的速度相同的速度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述空气流具有与所述旋转驱动装置的速度不同的速度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述车轮包括保持车轮悬挂的至少一个装置。
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