CN110160809A - 室内轮胎湿滑性能测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明所述室内轮胎湿滑性能测试方法，基于室内转鼓实验装置而实现由室外认证测试转变为室内机床测试，以期直接填补国内空白、显著提高测试效率与降低检测成本，为轮胎湿滑性能的系统研究提供有力支撑。测试方法是基于转鼓实验机，在鼓轮转动运行的同时向其表面喷水，以实现对轮胎湿滑性能的实验测试。本申请创新性地利用现有测试设备，设计并应用可模拟多种路面条件的室内转鼓，并且增加设置转鼓表面加湿喷水装置，以建立基于转鼓实验机的湿滑性能测试新方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于模拟多种路面转鼓实验机进行湿滑性能综合测试的装置及其方法，属于橡胶机械与工业自动化领域。
背景技术
目前应用于航空、道路交通等领域的橡胶轮胎，在其出厂投入使用之前均需进行多种项目检测与实验，诸如磨耗、滚阻与湿滑性能等实验项目。
轮胎与地面的摩擦作用和力的传递提供了汽车运动所需各项力和力矩。在有水介质的路面上轮胎与地面的摩擦力会显著下降，轮胎的抗湿滑性对汽车的操纵稳定性和行车安全性至关重要。因此，轮胎的抗湿滑性能是评价轮胎综合性能的重要指标。
目前，国内外对轮胎湿滑性能仍然缺乏系统研究，一方面是由于橡胶的粘弹性特征，导致轮胎的湿滑、滚动阻力、磨耗三者存在矛盾难以克服，俗称“魔三角”问题，仍然是有待攻克的国际难题；另一方面，源于缺乏快捷准确的检测评价手段。现有对轮胎湿滑性能的测试主要是以认证为主，即在有认定资质的室外实验场进行，执行标准为“轿车轮胎湿路面相对抓着性能试验方法GB21910-2008”。主要原理为室外淋水路面，车辆在在规定速度下制动后，测试轮胎的刹车距离。该种测试方法不仅试验周期长、成本高，而且工况条件均是单一固定的，很难做详细的数据累积和数据分析，显然无法满足大量的测试研究需求。
有鉴于此，特提出本专利申请。
发明内容
本发明所述室内轮胎湿滑性能测试方法，在于解决上述现有技术存在的问题而基于室内转鼓实验装置而实现由室外认证测试转变为室内机床测试，以期直接填补国内空白、显著提高测试效率与降低检测成本，为轮胎湿滑性能的系统研究提供有力支撑。
为实现上述设计目的，所述室内轮胎湿滑性能测试方法是基于转鼓实验机，在鼓轮转动运行的同时向其表面喷水，以实现对轮胎湿滑性能的实验测试。
本申请提出了一种湿滑性能室内检测方法，创新性地利用现有测试设备，设计并应用可模拟多种路面条件的室内转鼓，并且增加设置转鼓表面加湿喷水装置，以建立基于转鼓实验机的湿滑性能测试新方法。
如上述基本方案，测试方法采用轮胎六分力实验机进行测试，采用MSC六分力测量轮毂或KISTLER六分力测量轮毂进行力学信息采集，包括不同运行姿态的X、Y、Z三项力及三项力矩测试。
用于测试轮胎的转鼓，其鼓轮装配于脂润滑滚柱轴承且达到动态平衡并符合ISO标准。被测试轮胎与转鼓呈垂向的上下结构，转鼓中心面与轮胎中心面重合并垂直于地面。
湿滑性能测试需设定多种不同的工况，如不同的速度、行驶时间、以及路面条件等。进一步地，在上述测试方法实施过程中，在所述转鼓实验机的鼓轮周向外表面安装有数个扇形块，扇形块的外表面设置有用于模拟不同路面的凹凸沟槽。模拟的路面可包括有金属光面，粗沥青路面、细沥青路面及水泥路面。
更为细化的实施方案是，采用轮胎六分力实验机进行匀速直线、侧偏、侧倾运行工况下的测试，侧偏及侧倾工况下可设定正弦波、余弦波、梯形波进行实验。
更为优选的测试过程是，在转鼓顶端、轮胎滚动方向的正前方实施喷水，鼓轮驱动轮胎以设定的初始速度匀速行驶，然后紧急制动，计算出轮胎的平均减速性能。
所述的平均减速性能包括平均减速AD(m/s2)和/或瞬间制动力系数μ(t)。
综上所述，本申请室内轮胎湿滑性能测试方法具有的优点是：
1、实现了一种室内机床测试的新方法，能够相应地填补国内空白、有效地提高测试效率与降低检测成本。
2、基于轮胎六分力测试设备，能够实现对不同路况的模拟实验，同时对轮胎的刹车、启动、侧偏、侧倾等各种操纵条件的行驶里程、力学信息做到实时跟踪，测试数据更加直观、准确与反映综合性能指标。
3、增设有喷水实验装置以对转鼓表面进行喷水加湿，能够模拟多种工况条件下的淋水路面，使得湿滑性能测试更加直接与高效。
4、对比室外湿滑认证试验，本申请不仅能够大幅地降低实验周期与成本，而且所实现的快捷评价指标能够为轮胎湿滑的深入系统研究奠定有力的基础。如轮胎的行驶速度、路面粗糙度及水膜、轮胎的花纹及排水性、胎面胶的摩擦系数及操纵工况等研究等。经过湿滑影响要素的解析、湿滑机理研究、轮胎水滑仿真分析及大量的室内实验测试，结合室外湿滑认证测试，形成系统的轮胎室内湿滑测试分析方法，并有助于逐步建立测试评价标准。
附图说明
图1是所述湿能性能测试装置示意图；
图2是转鼓的结构示意图；
图3是轮胎与转鼓装配示意图及SAE坐标系；
图4是轮胎与转鼓装配直视、侧视图对比；
图5是喷水装置在两个方向的示意图；
如图1至图5所示，轴承1，鼓轮2，扇形块3，喷水装置4，卡槽5，轮胎8，水泵41，储水箱42，喷头43，水压表及连接管路44，球阀45，电机46。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1，如图1和图2所示，应用于轮胎湿滑性能测试的实验装置分为上下两层，上层为轮胎室，下层为转鼓室并设置有转鼓实验机。
转鼓实验机包括轴向安装于轴承1上的鼓轮2。实验时，轮胎8与鼓轮2呈垂直结构，转鼓与轮胎8的中心面重合、且均垂直于地面。
鼓轮2为钢焊接结构且需达到动态平衡要求并符合相关ISO标准，直径为3m，外表面宽度为650mm。轴承1选用脂润滑滚柱轴承，鼓轮外表面经机加工处理以确保表面光滑、尺寸精确。
在鼓轮2的周向外表面镶嵌有30个铝合金材质、表面镀层为碳化钨的扇形块3，扇形块3的加工厚度为30mm，宽度为650mm。每一扇形块3的外表面设置有用于模拟不同路面的凹凸沟槽。
所述鼓轮2周向外表面的两侧边缘设置有内凹的卡槽5，相应地，在扇形块3纵向两侧边缘设置有外凸的卡环。通过卡环与卡槽5的装配结构，可有效地防止扇形块3沿鼓轮2的表面发生横向移动。
如图3和图4所示，本申请测试方法所使用测试装置主机，包括有工业CT、轮胎六分力试验机、高速均匀性、偏角、倾角实验等测试装备。主机设备均设置于图1中的上层轮胎室中，将模拟道路的转鼓实验机连接于主机。
具体的测试装置及系统设置如下：
1)、控制及信息采集系统
动力、机械结构：能够满足轮胎转向、主动与制动条件下的力学环境需求；
控制系统：PAC工业控制器(美国NI公司产品)，由实时控制器+内嵌FPGA机箱+I/O模块(集成信号调理)组成，能够满足磨耗试验机高精度，高效率的动态控制。
力学信息采集：MSC六分力测量轮毂或KISTLER六分力测量轮毂，能够测试轮胎不同姿态的X、Y、Z三项力及三项力矩。
2)设备安装
由升降机辅助进行转鼓路面板的换装。
本申请室内轮胎湿滑性能测试方法，是基于转鼓实验机，在鼓轮转动运行的同时向其表面喷水，以实现对轮胎湿滑性能的实验测试。具体地，
在鼓轮2顶端、轮胎8滚动方向的正前方，利用喷水装置4实施喷水；
采用轮胎六分力实验机进行匀速直线、侧偏、侧倾运行工况下的测试；侧偏及侧倾工况下可设定正弦波、余弦波、梯形波进行实验；
测试过程是，鼓轮2驱动轮胎8以设定的初始速度匀速行驶，然后紧急制动，计算出轮胎8的平均减速性能。
下表1所示的是，使用上述测试方法进行测试控制参数一览：
如图5所示，所述喷水装置4包括有水泵41、储水箱42、喷头43、水压表及连接管路44、球阀45、电机46等组成。
使用喷水装置4对鼓轮2表面进行喷水加湿，以模拟淋水路面。喷头43位于图3所示SAE坐标系X轴上端25mm-100mm，与地面夹角为20～30°。
喷头43设置为两个并列的花洒喷头，两者与地面平行分布、间距300mm，其中心线位于鼓轮2和轮胎8接地的中心面上，处于轮胎8滚动的正前方。
喷水装置4应保障鼓轮2表面有一定的水膜厚度并在横切面分布均匀。
所述的平均减速性能包括平均减速AD(m/s2)和/或瞬间制动力系数μ(t)。
其中，测试平均减速AD(m/s2)，是控制轮胎在85±2km/h初始速度行驶一段时间，然后紧急制动，最终计算轮胎从初始速度80km/h到终止速度20km/h的平均减速性能。平均减速AD的计算式为
式中，Vf终止速度(m/s)；Vi是起始速度(m/s)；d为起始到终止行驶过的距离(m)。
测试瞬间制动力系数μ(t)，是控制轮胎以65km/h匀速行驶一段时间，测试从开始紧急制动到车轮锁死之时轮胎的最大制动力。制动力系数定义为轮胎单位负荷下的制动力。
轮胎瞬态制动力系数的计算式为
式中，fh为瞬间制动力(N)，fv为瞬间轮胎负荷(N)。
上述两种测试指标，均需对检测轮胎做10次以上的重复试验，记录测试数据，去除奇异值，选取8次以上有效值计算平均值并作方差分析。
具体的测试过程包括有以下步骤：
A)、充气停放。轮胎安装到标准轮辋上，按标准气压充气，在实验室停放8小时，以保轮胎温度与环境温度达到平衡。
B)、水膜厚度的控制。通过水泵和球阀开关调整水管内压和喷头水的流量，使轮胎运行前端转鼓表面水膜厚度符合实验设计要求。
C)、设定轮胎负荷(标准负荷60％-90％)，采用方法(一)或方法(二)进行实验测试，即轮胎以一定初始速度行驶，然后紧急制动，测试轮胎平均减速性能或最大制动力。记录从初始速度到终止速度的行驶里程d，瞬间制动力fh，瞬间负荷fv。分别采用发明内容第四条中的公式(1)、公式(2)计算平均减速AD(m/s2)或瞬间制动力系数μ(t)。
D)、平均值的计算。每种实验方案重复执行C)步骤10次以上，记录测试数据，去除奇异值，选取8次以上有效值计算平均值减小测试误差。
E)、实验测试的过程数据和结果填写到滚动阻力试验报告单。
如上述测试指标的数据分析，对于研究路面粗糙度、水膜厚度、轮胎的行驶速度、轮胎的花纹及排水性、不同胎面胶的摩擦系数及操纵工况对湿滑性能的影响，具有较大的指导意义，对设计并逐步建立更为系统科学的湿滑测试与分析方法提供了可靠的数据支持。
如上所述，结合附图和描述给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明的结构的方案内容，依据本发明的技术实质对以上描述所作的任何部件形状、尺寸、连接方式和安装结构的修改、等同变化与修饰及各组成部件位置和结构的轻微调整，均仍属于本发明技术方案的权利范围。
Claims (6)
1.一种室内轮胎湿滑性能测试方法，其特征在于：基于转鼓实验机，在鼓轮转动运行的同时向其表面喷水，以实现对轮胎湿滑性能的实验测试。
2.根据权利要求1所述的室内轮胎湿滑性能测试方法，其特征在于：所述转鼓实验机的鼓轮，其周向外表面安装有数个扇形块，扇形块的外表面设置有用于模拟不同路面的凹凸沟槽。
3.根据权利要求1或2所述的室内轮胎湿滑性能测试方法，其特征在于：在转鼓顶端、轮胎滚动方向的正前方实施喷水。
4.根据权利要求1所述的室内轮胎湿滑性能测试方法，其特征在于：采用轮胎六分力实验机进行匀直线、侧偏、侧倾运行工况下的测试；
测试过程是，鼓轮驱动轮胎以设定的初始速度匀速行驶，然后紧急制动，计算出轮胎的平均减速性能。
5.根据权利要求4所述的室内轮胎湿滑性能测试方法，其特征在于：所述的平均减速性能包括平均减速AD(m/s2)，其表达式如下，
其中，Vf是终止速度(m/s)，Vi是起始速度(m/s)，d为起始到终止行驶过的距离(m)。
6.根据权利要求4所述的室内轮胎湿滑性能测试方法，其特征在于：所述的平均减速性能包括瞬间制动力系数μ(t)，其表达式如下，
其中，fh为瞬间制动力(N)，fv为瞬间轮胎负荷(N)。
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