CN104458287A - 一种轮胎侧向松弛长度的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于轮胎力学特性测试领域，具体涉及一种用于测量轮胎侧向松弛长度的方法，其可解决轮胎侧偏非稳态时松弛长度测试工作量大且精度低的问题。本发明的轮胎侧向松弛长度测试方法为：将轮胎安装在平板往复运动式轮胎力学特性试验台上，不施加驱动制动，调整轮胎力学特性试验台使轮胎达到要求的侧偏角和垂直载荷，试验台模拟路面的往复运动带动轮胎滚动，得到多个周期的试验数据，进行参数辨识得到轮胎侧向松弛长度。

Description

一种轮胎侧向松弛长度的测试方法

技术领域

本发明属于轮胎力学特性测试技术领域，具体涉及一种轮胎侧向松弛长度的测试方法，通过使轮胎在平板往复运动式轮胎力学特性试验台上往复侧偏滚动试验，得到充足有效的试验数据，辨识出精确的轮胎侧向松弛长度，测试方法简单可靠，提高了试验精度且减轻了工作量。

背景技术

轮胎是汽车上的重要部件，整车与地面间的作用力都通过轮胎传递。轮胎力学特性是汽车性能分析与设计的基础，并且对汽车的安全性、操作稳定性、平顺性等性能有着重要的影响。轮胎力学特性试验台是轮胎特性建模以及整车建模、集成、调校与开发的关键设备之一，它可实现轮胎的各种运行工况，并测定轮胎的运动参数与地面多分力的关系，它是汽车动力学仿真设计关键数据来源。

应用于车辆动态仿真的轮胎非稳态模型中(包括理论模型和半经验模型)，不论是根据胎体的一般变形模式理论，还是根据“弦”模型或“梁”模型理论，绝大多数轮胎非稳态模型都引人了一个描述轮胎瞬态过程的物理量—侧向松弛长度，因此侧向松弛长度精确测试就成为影响轮胎模型精度的关键。

目前，侧向松弛长度的测试方法主要有以下三种：(1)从简化理论可得出侧向松弛长度等于轮胎侧偏刚度和胎体侧向刚度的比值，侧偏刚度可从轮胎稳态侧偏试验中得到，胎体侧向刚度则等于轮胎静态时施加的侧向力和侧向变形的比值。该方法得到的是侧向松弛长度的近似值，因为用非滚动时的胎体侧向刚度无法代表轮胎的全部胎体侧向变形行为，比如胎体扭转刚度对松弛长度的影响就无法包含进去；(2)侧偏角动态正弦变化试验，从侧向力与侧偏角间的传递函数中得到松弛长度数值。该方法的侧偏角动态正弦变化试验中会有额外的转偏率输入，产生额外的侧向力输出，而且由于轮胎的非线性耦合无法分离出转偏率影响的部分，因此基于不精确测试结果的松弛长度辨识也是不准确的；(3)侧偏角阶跃试验，试验时先将轮胎抬离路面，设置试验台路面运动方向与轮胎轮辋中分面间的夹角，此角度就为轮胎其后运动时的侧偏角，让轮胎落到试验台路面上并加载至要求垂直载荷，启动试验台路面的运动，轮胎开始滚动，侧向力也从零逐步建立起来，测量得到轮胎侧向力的建立过程并辨识出轮胎的侧向松弛长度。从理论上讲该方法最为合理，没有额外转偏率输入的干扰，且是一种轮胎动态滚动的试验过程，但该方法测试操作过程较为复杂，而且轮胎接触路面后产生的初始侧向力每次都有一定的差异，参数辨识时需要去掉部分测试数据并多次测试后取平均才能得到一个精确的侧向松弛长度值，若还需进一步测试相反侧偏角方向轮胎的侧向松弛长度值，则试验工作量更大。

综上所述，为得到精确的轮胎侧向松弛长度值，需要一种方便实施且可保证精度的轮胎侧向松弛长度的测试方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种轮胎侧向松弛长度的测试方法，使试验更简单可靠，测试精度更高。

本发明的目的是这样实现的，一种轮胎侧向松弛长度的测试方法，将轮胎安装在平板往复运动式轮胎力学特性试验台上，不施加驱动制动，调整轮胎力学特性试验台使轮胎达到要求的侧偏角和垂直载荷，试验台模拟路面的往复运动带动轮胎滚动，得到多个周期的试验数据，进行参数辨识得到轮胎侧向松弛长度，具体包括以下步骤：

第一步：将符合测试要求规格、胎压的轮胎安装在平板往复运动式轮胎力学特性试验台上，启动模拟路面运动系统使其往复运动。为了提高轮胎侧向松弛长度的辨识精度，需尽可能得到轮胎稳态侧向力特性，因此模拟路面往复运动的距离要尽可能的长，因为平板往复运动式轮胎力学特性试验台的模拟路面运动速度不高，不会由此导致轮胎过度磨损；

第二步：调整轮胎力学特性试验台的垂直加载机构，使轮胎压到模拟路面上且在往复运动的模拟路面带动下往复滚动，轮胎垂直载荷达到试验要求的垂直载荷，并保持后续试验过程垂直载荷恒定；

第三步：进行轮胎预热滚动，达到试验要求的轮胎温度并保持测试要求的胎压。轮胎预热滚动后，因胎内气体温度的升高通常会导致胎压增加，为消除胎压对试验结果的影响，需要将预热滚动后轮胎气压调节到测试要求的胎压；

第四步：调整轮胎力学特性试验台的侧偏角定位机构，使轮胎侧偏角达到试验要求的侧偏角，锁止侧偏角定位机构，保持轮胎与模拟路面间偏角不变；

第五步：不施加驱动或制动力矩，轮胎处于自由滚动状态；

第六步：模拟路面往复运动3～5个周期后开始记录试验数据，所记录试验数据为3个模拟路面往复运动周期内的试验数据，所述的试验数据至少包括轮胎滚动位移、侧偏角、垂直载荷、侧向力；

第七步：依据表达式 $F_y=F_{y0}+(F_{\mathrm{yss}}-F_{y0})\·(1-\exp (-\frac{|(x-x_0)\·\cos \mathrm{\α}|}{l_y})),$ 采用曲线拟合方法从轮胎滚动位移x及侧向力F_y的试验数据中辨识得到轮胎侧向松弛长度l_y及稳态侧向力F_yss，表达式中F_y0及x₀为第一个数据点对应的侧向力及轮胎滚动位移，α为测试时轮胎侧偏角。多种曲线拟合的方法可以采用，如最小二乘法、遗传算法等。

本发明有以下优点和积极效果：

1.本发明提出的轮胎侧向松弛长度的测试方法操作简单，减轻了试验工作量。

2.本发明提出的轮胎侧向松弛长度的测试方法使用多个周期的试验数据辨识轮胎侧向松弛长度，可消除试验偏差，提高了测量精度。

3.本发明提出的轮胎侧向松弛长度的测试方法使用连续的试验数据辨识轮胎侧向松弛长度，避免了轮胎接触路面时带来的不确定因素，提高了测量精度。

附图说明

图1是本发明轮胎侧向松弛长度的测试方法示意图。

图2是本发明轮胎侧向松弛长度的测试方法的流程图。

图3是本发明轮胎侧向松弛长度的测试方法实施后获得的滚动位移与侧向力关系数据曲线示意图。

图4是本发明轮胎侧向松弛长度的测试方法实施后获得的滚动位移与侧向力试验数据曲线与辨识曲线对比图。

其中：1、轮胎2、模拟路面3、轮胎向右滚动数据曲线4、轮胎向左滚动数据曲线

具体实施方式：

如图1所示，一种轮胎侧向松弛长度的测试方法，将轮胎安装在平板往复运动式轮胎力学特性试验台上，不施加驱动制动，调整轮胎力学特性试验台使轮胎达到要求的侧偏角和垂直载荷，试验台模拟路面的往复运动带动轮胎滚动，得到多个周期的试验数据，进行参数辨识得到轮胎侧向松弛长度，具体包括以下步骤：

第一步：将符合测试要求规格为235/55R19、胎压为260KPA的轮胎1安装在平板往复运动式轮胎力学特性试验台(吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室开发的JLU-Ⅲ平板式轮胎力学特性试验台)上，启动模拟路面运动系统使其往复运动，模拟路面2往复运动的距离设定为2.5米；

第二步：调整轮胎力学特性试验台的垂直加载机构，使轮胎1压到模拟路面上且在往复运动的模拟路面2带动下往复滚动，轮胎1垂直载荷达到试验要求的垂直载荷3230N，并保持后续试验过程垂直载荷恒定；

第三步：进行轮胎1预热滚动，达到试验要求的轮胎1温度并保持测试要求的胎压260KPA；

第四步：调整轮胎力学特性试验台的侧偏角定位机构，使轮胎1侧偏角达到试验要求的侧偏角，锁止侧偏角定位机构，保持轮胎1与模拟路面2间偏角0.5°不变；

第五步：不施加驱动或制动力矩，轮胎1处于自由滚动状态；

第六步：模拟路面2往复运动3～5周期后开始记录试验数据，所记录试验数据为3个模拟路面2往复运动周期内的试验数据，所述的试验数据至少包括轮胎滚动位移、侧偏角、垂直载荷、侧向力，本发明轮胎侧向松弛长度的测试方法可得到轮胎1向右滚动和向左滚动时的滚动位移与侧向力关系数据曲线示意图，如图3所示，其中轮胎向右滚动数据曲线3对应的轮胎侧偏角为0.5°，轮胎向左滚动数据曲线4对应的轮胎侧偏角为-0.5°；

第七步：依据表达式 $F_y=F_{y0}+(F_{\mathrm{yss}}-F_{y0})\·(1-\exp (-\frac{|(x-x_0)\·\cos \mathrm{\α}|}{l_y})),$ 采用最小二乘曲线拟合方法从轮胎1滚动位移x及侧向力F_y的试验数据中辨识得到轮胎的侧向松弛长度l_y＝0.392m和轮胎稳态侧向力F_{yss_r}＝761.914N和F_{yss_l}＝-898.494N,并获得滚动位移与侧向力试验数据曲线与辨识曲线对比图，如图4所示。其中α为测试时轮胎1侧偏角，F_y0及x₀分别为试验数据中第一个数据点对应的侧向力及滚动位移，F_y0＝-822.792N，x₀＝0.004m；另外，轮胎1向右滚动与向左滚动时，其侧向松弛长度l_y相同，但由于轮胎结构的不对称性等因素的影响，导致轮胎向左滚动与向右滚动时轮胎的稳态侧向力F_yss不同，设轮胎向左滚动时的稳态侧向力为F_{yss_l}，向右滚动时的稳态侧向力为F_{yss_r}。

Claims (3)

1.一种轮胎侧向松弛长度的测试方法，其特征在于：将轮胎安装在平板往复运动式轮胎力学特性试验台上，不施加驱动制动，调整轮胎力学特性试验台使轮胎达到要求的侧偏角和垂直载荷，试验台模拟路面的往复运动带动轮胎滚动，得到多个周期的试验数据，进行参数辨识得到轮胎侧向松弛长度。

2.根据权利要求1所述的一种轮胎侧向松弛长度的测试方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

第一步：将符合测试要求规格、胎压的轮胎安装在平板往复运动式轮胎力学特性试验台上，启动模拟路面运动系统使其往复运动；

第二步：调整轮胎力学特性试验台的垂直加载机构，使轮胎压到模拟路面上且在往复运动的模拟路面带动下往复滚动，轮胎垂直载荷达到试验要求的垂直载荷，并保持后续试验过程垂直载荷恒定；

第三步：进行轮胎预热滚动，达到试验要求的轮胎温度并保持测试要求的胎压；

第四步：调整轮胎力学特性试验台的侧偏角定位机构，使轮胎侧偏角达到试验要求的侧偏角，锁止侧偏角定位机构，保持轮胎与模拟路面间偏角不变；

第五步：不施加驱动或制动力矩，轮胎处于自由滚动状态；

第六步：模拟路面往复运动3～5个周期后开始记录试验数据，所记录试验数据为3个模拟路面往复运动周期内的试验数据，所述的试验数据至少包括轮胎滚动位移、侧偏角、垂直载荷、侧向力；

第七步：依据表达式 $F_y=F_{y0}+(F_{\mathrm{yss}}-F_{y0})\·(1-\exp (-\frac{|(x-x_0)\·\cos \mathrm{\α}|}{l_y})),$ 采用曲线拟合方法从轮胎滚动位移x及侧向力F_y的试验数据中辨识得到轮胎侧向松弛长度l_y及稳态侧向力F_yss，表达式中F_y0及x₀为第一个数据点对应的侧向力及轮胎滚动位移，α为测试时轮胎侧偏角。

3.根据权利要求2所述的一种轮胎侧向松弛长度的测试方法的具体步骤，其特征在于，所述第七步辨识轮胎侧向松弛长度所需试验数据为全部3个模拟路面往复运动周期内的试验数据。