CN110631498B - 一种获取轮胎接地区变形分布的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种获取轮胎接地区变形分布的方法，包括如下步骤：通过加载装置对试验轮胎进行接地变形分布试验，获取加载前和加载后接地区附近胎面图像；划分胎面分析区域：通过对加载前和加载后的胎面进行图像分析，得到去除沟槽的胎面区域变形分布；对去除沟槽的胎面区域进行筛选，得到胎面在接触区域的变形分布。获取加载前和加载后接地区附近胎面图像，具体为：在透明的接地区底部布置相机和光源；额定气压状态下的轮胎的胎面散斑制作；分别获取加载前和加载后透明的接地区胎面图像。本发明可以实现精确的获取轮胎接地区变形的分布。

Description

一种获取轮胎接地区变形分布的方法
技术领域
本发明涉及轮胎测试技术领域，涉及一种获取轮胎接地区变形分布的方法。
背景技术
轮胎的接地状态通常用接地性态描述，轮胎的接地性态包含了轮胎接地的几何与力学信息，是轮胎性能的重要反映。轮胎接地区域的几何信息和压力分布可通过轮胎接地压力测试系统获取，然而接地区的几何特征和压力分布并不能完整表达轮胎的接地性态。大量研究表明轮胎的变形情况对轮胎的抓地、滚阻、噪声等性能有直接影响，轮胎接地区的变形分布更能反应出轮胎与路面的相互作用。因此，开展轮胎接地区变形分布获取方法的研究，将其与接地区的几何和压力分布信息结合表达更完整的轮胎接地性态尤为重要。
常用的变形测量方法有接触式和非接触式的，而接触式测量方法与传统的光学测量方法由于其自身的局限性，使其不再能满足测量的要求。随着计算机技术与图像处理技术快速发展，出现了一种新的变形测量技术——三维数字散斑相关测量方法，其可实现对物体的非接触式测量，测量环境要求低，并且可获得被测物体的全场三维数据等优点，现已被广泛应用于诸多领域。哈尔滨工业大学周锐等基于数字图像相关法对橡胶块摩擦时橡胶块的侧壁(非接触面)的变形进行了非接触测量。轮胎接地区的变形分布是对轮胎和路面接触区域的橡胶变形进行测量，采用传统的接触式测量和光学非接触测量方法无法满足测量要求。采用数字图像相关方法能实现对胎面变形的非接触测量，但是数字图相关法是基于对所拍摄图片的像素点进行追踪进而计算出其变形量，计算分析区域包括整个胎面区域(包括未与路面接触的沟槽区域)，无法识别出轮胎与路面真实接触区域的变形。因此，亟需提出一种能有效测量轮胎胎面变形，尤其是能有效测量出轮胎接地区域变形的方法。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种获取轮胎接地区变形分布的方法，去除了未与路面接触的沟槽区域以及胎面区域，实现接地区变形分布的准确测量。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种获取轮胎接地区变形分布的方法，包括如下步骤：
通过加载装置对试验轮胎进行接地变形分布试验，获取加载前和加载后接地区附近胎面图像；
划分胎面分析区域：通过对加载前和加载后的胎面进行图像分析，得到去除沟槽的胎面区域变形分布；
对去除沟槽的胎面区域进行筛选，得到胎面在接触区域的变形分布。
进一步，获取加载前和加载后接地区附近胎面图像，具体为：
在透明的接地区底部布置相机和光源；
额定气压状态下的轮胎的胎面散斑制作；
分别获取加载前和加载后透明的接地区胎面图像。
进一步，所述透明的接地区底部布置相机和光源，具体为：透明的接地区底部根据轮胎中心平面对称布置相机和光源，对称布置的所述相机与接地区的垂直距离为500～1200mm，对称布置的所述相机之间的间距为400～800mm；所述相机的镜头与竖直方向夹角为20～60°；对称布置的所述光源与接地区的垂直距离为200～500mm，对称布置的所述光源之间的间距为600～1200mm；所述光源的光线与竖直方向夹角为30～80°。
进一步，通过对加载前和加载后的胎面图像分析，得到去除沟槽的胎面区域变形分布，具体为：
通过图像处理方法增加加载前和加载后的胎面图像的对比度，获取胎面和沟槽侧壁边界处的图像区域；
通过胎面和沟槽侧壁边界处的图像区域确定分析区域边界，得到去除沟槽的胎面分析区域；
采用数字图像技术对胎面分析区域进行分析得到分析区域的变形分布。
进一步，对去除沟槽的胎面区域进行筛选，得到胎面在接触区域的变形分布，具体为：
设垂直指向接地区的方向为Z轴正方向，将去除沟槽的胎面区域内的像素点的Z坐标进行降序排列，并绘制去除沟槽的胎面区域内像素点的Z坐标分布曲线；
确定去除沟槽的胎面区域内像素点的Z坐标分布曲线上的二阶导数绝对值最大的点记为Z阈值；当Z＞Z阈值时，对应像素点代表胎面区域与接地区的接触区域；
提取接触区域内像素点的变形参数，即得到胎面在接触区域的变形分布。
进一步，所述加载装置包括升降加载机构、轮胎定位装置和透明板；所述轮胎定位装置用于将轮胎安装和定位在升降加载机构上；所述轮胎与透明板接触形成透明的接地区；所述升降加载机构用于给轮胎加载压力，所述升降加载机构上设有压力传感器用于测量加载压力的载荷，所述升降加载机构上设有位移传感器用于测量轮胎加载后的位移量。
本发明的有益效果在于：
本发明所述的获取轮胎接地区变形分布的方法，能够获取轮胎接地区的几何参数以及变形分布，包含了较为详细的轮胎接地性态信息，可以通过对获取的接地区变形分布进行参数提取来评价轮胎的使用性能，同时本方法可用于获取具有相同尺寸的胎面设计有不同复杂花纹的轮胎在相同工况下的接地区变形分布，进而总结出胎面花纹设计对接地区变形分布的影响规律，指导高性能轮胎的花纹设计。本发明可以快速有效的去除了未与路面接触的沟槽区域以及胎面区域，实现接地区变形分布的准确测量。
附图说明
图1为本发明所述的获取轮胎接地区变形分布的方法的流程图。
图2为本发明所述的相机布置示意图。
图3为本发明所述的光源布置示意图。
图4为本发明所述的接地区变形分布测量试验示意图。
图5为本发明实施例中分析区域划分示意图。
图6是本发明实施例中试验胎的分析区域Z坐标分布曲线。
图7a是本发明实施例中筛选胎面接地区域的变形分布前的分析区域Z坐标分布图。
图7b是本发明实施例中筛选胎面接地区域的变形分布后的分析区域Z坐标分布图。
图8a是本发明实施例中试验胎接地区X方向应变分布图。
图8b是本发明实施例中试验胎接地区Y方向应变分布图。
图中：
1-轮胎；2-光源；3-玻璃板；4-相机。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，本发明实施例提供了一种获取轮胎接地区变形分布的方法，包括如下步骤：
步骤1，以普利司通生产的尺寸为205/55R16,型号为Turanza ER300的子午线轿车胎为例进行接地变形分布试验，拍摄加载前和加载后接地区附近胎面图像。
其中，轮胎接地变形分布试验的方法为：
步骤1.1，将试验胎充气至额定气压250KPa并和轮辋进行装配，清洁轮胎1表面并对清洁后的胎面进行喷哑光漆处理制作胎面散斑；
步骤1.2，布置相机4和光源2，相机4的布置如图2所示：相机4是型号为GUPPY PROF-503的工业CMOS相机，双目相机位于玻璃板下方且关于轮胎中心平面对称布置，相机离玻璃板高度为800mm，相机间距为600mm，相机镜头指向玻璃板且与竖直方向夹角为30°；光源的布置如图3所示：光源2是型号为OPT-RID 150的球积分白光光源，光源位于玻璃板下方且关于相机平面对称布置，光源离玻璃板高度为300mm,光源间距为800mm,光源中心指向玻璃板且与竖直方向夹角为45°，采用型号为H95-00-05的标准校正板对双目相机进行相机参数校正；
步骤1.3，如图4所示，轮胎定位装置将轮胎1安装和定位在升降加载机构上；通过调整升降加载机构使轮胎胎面和玻璃板处于刚接触状态，将轮轴处压力和位移传感器示数清零，打开位于两侧的光源，并通过玻璃板下方的双目摄像机拍摄一组加载前的接地区图片作为参考图像；
步骤1.4，通过升降加载机构对轮胎1进行加载至额定载荷500kg，加载稳定后通过玻璃板下方的双目摄像机拍摄一组加载后的接地区图片作为分析图像。
步骤2，将拍摄的加载前和加载后的两组图片导入VIC-3D软件中进行图像相关分析获取胎面区域的变形分布，图像分析时分析区域划分如图5所示：通过图像处理增加所拍摄图像的对比度，在胎面和沟槽侧壁边界处的图像区域会产生明显的分界并以此来确定分析区域边界并将沟槽区域剔除分析；以胎面接地区中心为原点，轮胎前进方向为X轴正方向，轮轴方向由轮胎外侧指向内侧为Y轴正方向，垂直指向玻璃板的方向为Z轴正方向建立胎面接地区变形分布的三维坐标系。
步骤3，筛选胎面接地区域的变形分布，将经过相关分析后得到的胎面分析区域像素点的Z坐标进行降序排列，并绘制分析区域Z坐标分布曲线如图6所示；寻找Z坐标分布曲线上的二阶导数绝对值最大的点记为Z阈值＝0.41mm，当Z＞Z阈值即认为该像素点代表轮胎和玻璃板的接触区域，筛选前的分析区域Z坐标分布如图7a所示，筛选后的分析区域Z坐标分布如图7b所示；筛选出满足上述条件的像素点并提取相应的变形参数即可得到胎面接地区的变形分布，图8a和8b分别为试验胎接地区X和Y方向应变分布图。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种获取轮胎接地区变形分布的方法，其特征在于，包括如下步骤：
通过加载装置对试验轮胎进行接地变形分布试验，获取加载前和加载后接地区附近胎面图像；
划分胎面分析区域：通过对加载前和加载后的胎面进行图像分析，得到去除沟槽的胎面区域变形分布；
对去除沟槽的胎面区域进行筛选，得到胎面在接触区域的变形分布，具体为：
设垂直指向接地区的方向为Z轴正方向，将去除沟槽的胎面区域内的像素点的Z坐标进行降序排列，并绘制去除沟槽的胎面区域内像素点的Z坐标分布曲线；
确定去除沟槽的胎面区域内像素点的Z坐标分布曲线上的二阶导数绝对值最大的点记为Z阈值；当Z＞Z阈值时，对应像素点代表胎面区域与接地区的接触区域；
提取接触区域内像素点的变形参数，即得到胎面在接触区域的变形分布。
2.根据权利要求1所述的获取轮胎接地区变形分布的方法，其特征在于，获取加载前和加载后接地区附近胎面图像，具体为：
在透明的接地区底部布置相机和光源；
额定气压状态下的轮胎的胎面散斑制作；
分别获取加载前和加载后透明的接地区胎面图像。
3.根据权利要求2所述的获取轮胎接地区变形分布的方法，其特征在于，所述透明的接地区底部布置相机和光源，具体为：透明的接地区底部根据轮胎中心平面对称布置相机和光源，对称布置的所述相机与接地区的垂直距离为500～1200mm，对称布置的所述相机之间的间距为400～800mm；所述相机的镜头与竖直方向夹角为20～60°；对称布置的所述光源与接地区的垂直距离为200～500mm，对称布置的所述光源之间的间距为600～1200mm；所述光源的光线与竖直方向夹角为30～80°。
4.根据权利要求1所述的获取轮胎接地区变形分布的方法，其特征在于，通过对加载前和加载后的胎面进行图像分析，得到去除沟槽的胎面区域变形分布，具体为：
通过图像处理方法增加加载前和加载后的胎面图像的对比度，获取胎面和沟槽侧壁边界处的图像区域；
通过胎面和沟槽侧壁边界处的图像区域确定分析区域边界，得到去除沟槽的胎面分析区域；
采用数字图像技术对胎面分析区域进行分析得到分析区域的变形分布。
5.根据权利要求2所述的获取轮胎接地区变形分布的方法，其特征在于，所述加载装置包括升降加载机构、轮胎定位装置和透明板；所述轮胎定位装置用于将轮胎安装和定位在升降加载机构上；所述轮胎与透明板接触形成透明的接地区；所述升降加载机构用于给轮胎加载压力，所述升降加载机构上设有压力传感器用于测量加载压力的载荷，所述升降加载机构上设有位移传感器用于测量轮胎加载后的位移量。
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