CN113340619A - 一种轮胎制动性能的评价方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮胎制动性能的评价方法及系统，利用纵滑试验的滑移试验数据，充分考虑轮胎在整个制动过程的参与和载荷的影响，采用滑移曲线积分整合面积对轮胎的制动性能进行预测，提高了轮胎的制动性能的预测精度和准确度，比单纯利用纵向最大静摩擦系数进行预测可信度更高，该方法在纵向最大静摩擦系数相差较小时，仍然能够准确的评价轮胎的制动性能。

Description

一种轮胎制动性能的评价方法及系统

技术领域

本申请属于轮胎性能检测技术领域，尤其涉及一种轮胎制动性能的评价方法及系统。

背景技术

对于汽车来说，安全性能永远是第一位的，而制动性能是影响汽车安全行驶的最重要因素，为此颁布了针对汽车制动系统的强制性标准。轮胎是汽车与路面的唯一接触部位，汽车的制动基本上依靠轮胎实现。轮胎的制动性能在一定程度上决定了汽车的制动性能。例如，在主机厂对选配轮胎时，对于同一车型，除轮胎不同以外其他条件完全相同，因此，该车型的汽车制动性能的优劣完全取决于选配轮胎的制动性能。

现代汽车均已安装防抱死刹车系统以保证行车安全，同时充分发挥制动器的效能，缩短制动时间和制动距离。防抱死刹车系统在汽车制动时能对车轮的运动状态进行迅速、准确而有效的控制，使车轮不被抱死，处于边滚边滑的状态，使车轮与地面保持一定的附着力，并且汽车转向能够控制。

目前，行业内认可的轮胎制动性能评价指标是纵向最大静摩擦系数，纵向最大静摩擦系数作为单一指标，精度不够，而在实际轮胎筛选过程中，纵向最大静摩擦系数数值往往相差较小，因此，根据纵向最大静摩擦系数进行轮胎制动性能的预测不够准确和全面。

发明内容

针对现有技术的不足，本申请提供一种轮胎制动性能的评价方法及系统，可以比较全面的考虑轮胎参与汽车制动的整个过程，可以更加准确的预测轮胎的制动性能，提高轮胎制动性能的预测精度。

本申请提供的技术方案具体如下：

一种轮胎制动性能的评价方法，包括：

纵滑试验步骤：将测试轮胎安装到六分力试验机上，进行六分力纵滑试验，获得不同载荷下的滑移试验数据；

滑移曲线获取步骤：根据所述不同载荷下的滑移试验数据，绘制曲线，获得不同载荷下的滑移曲线；

制动性能参数获取步骤：根据所述不同载荷下的滑移曲线，计算得出滑移曲线积分整合面积S_all；

制动性能评估步骤：根据所述滑移曲线积分整合面积S_all的大小，预测轮胎的制动性能，所述滑移曲线积分整合面积S_all越大制动性能越优。

在其中一些实施例中，所述滑移试验数据包括：滑移率和纵向力；

所述滑移曲线获取步骤具体包括：以所述滑移率的平方为横坐标，以所述纵向力为纵坐标，绘制曲线，获得所述不同载荷下的滑移曲线。

在其中一些实施例中，所述制动性能参数获取步骤包括：

滑移曲线积分面积获取步骤和滑移曲线积分面积整合步骤。

在其中一些实施例中，所述滑移曲线积分面积获取步骤为：对所述不同载荷下的滑移曲线，利用积分运算得出不同载荷下的滑移曲线积分面积S_Pn，其中Pn表示载荷率。

在其中一些实施例中，所述滑移曲线积分面积整合步骤为：对所述不同载荷下的滑移曲线积分面积S_Pn，利用求和运算得出滑移曲线积分整合面积S_all；

n∈{1,2,3,·k}，k为设定的不同载荷的数量。

在其中一些实施例中，所述不同载荷下的滑移曲线积分面积S_Pn通过以下模型计算：

S_Pn＝S_Pn1+S_Pn2*A；

其中，S_Pn1表示在制动过程第一阶段，滑移率范围为δ1，载荷率为Pn时，滑移曲线积分面积；S_Pn2表示在制动过程第二阶段，滑移率范围为δ2，载荷率为Pn时，滑移曲线积分面积；A为与车况和测试条件相关的比例系数。

在其中一些实施例中，滑移率范围δ1和δ2根据防抱死制动系统控制的参数设定。

在其中一些实施例中，δ1为0～15％，δ2为10～20％。

在其中一些实施例中，S_all＝S_P1+S_P2；

其中P1＝100％，P2＝80％；

S_P1＝S_P11+S_P12*8.0；

S_P2＝S_P21+S_P22*8.0。

本申请还提供一种实现上述的轮胎制动性能的评价方法的系统，包括：

六分力试验机，用于进行六分力纵滑试验，从而获得不同载荷下的滑移试验数据；

滑移曲线获取单元，所述滑移曲线获取单元用于根据所述不同载荷下的滑移试验数据，绘制曲线，获得不同载荷下的滑移曲线；

制动性能参数获取单元，所述制动性能参数获取单元用于根据所述不同载荷下的滑移曲线，计算得出滑移曲线积分整合面积S_all；

制动性能评价单元，所述制动性能评估单元用于根据所述滑移曲线积分整合面积S_all的大小，评价轮胎的制动性能。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供的轮胎制动性能的评价方法，在纵滑试验的基础上，充分考虑轮胎在整个制动过程的参与，考虑了载荷的影响，采用滑移曲线积分整合面积对轮胎的制动性能进行预测，提高了轮胎的制动性能的预测精度和准确度，比单纯利用纵向最大静摩擦系数进行预测可信度更高。

本申请提供的轮胎制动性能的评价方法，考虑制动过程不同阶段对制动距离的贡献，对不同阶段的制动性能参数分别计算，并且引入比例系数，在纵向最大静摩擦系数相差较小时，提供了一个更加准确的制动性能评价结果。

附图说明

图1是本申请一种实施方式的轮胎制动性能的评价方法的流程图；

图2是本申请一种实施方式的轮胎制动性能的评价系统的结构示意图。

图中编号：1、六分力试验机；2、滑移曲线获取单元；3、制动性能参数获取单元；4、制动性能评价单元。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本申请的技术方案进行详实的阐述，然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

值得理解的是，尽管附图可能示出了方法步骤的特定顺序，但是步骤的顺序可与所描绘的顺序不同。此外，可同时地或部分同时地执行两个或更多个步骤。这样的变型将取决于所选择的软件和硬件以及设计者选择。所有这样的变型都在本公开的范围内。

值得理解的是，本文中使用的术语“系统”、“单元”是一种用于区分不同级别的不同组件、元件、零件、部分或组件的方法。但是，这些术语可以被其他能达到相同目的的表达方式取代。

所述的实施方式仅仅是对本申请的优选实施方式进行描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。

在本申请轮胎制动性能的评价方法的一种实施方式中，该方法具体包括如下步骤：

S1：纵滑试验步骤，将测试轮胎安装到六分力试验机上，进行六分力纵滑试验，获得不同载荷下的滑移试验数据；

S2：滑移曲线获取步骤，根据所述不同载荷下的滑移试验数据，绘制曲线，获得不同载荷下的滑移曲线；

S3：制动性能参数获取步骤，根据所述不同载荷下的滑移曲线，计算得出滑移曲线积分整合面积S_all；

S4：制动性能评估步骤，根据所述滑移曲线积分整合面积S_all的大小，预测轮胎的制动性能，所述滑移曲线积分整合面积S_all越大制动性能越优。

本申请提供的轮胎制动性能的评价方法，在纵滑试验的基础上，充分考虑轮胎在整个制动过程的参与，考虑了载荷的影响，采用滑移曲线积分的形式对轮胎的制动性能进行预测，提高了轮胎的制动性能的预测精度和准确度，比单纯利用纵向最大静摩擦系数进行预测可信度更高。

其中，纵滑试验采用平带式轮胎六分力试验机，纵滑试验步骤具体为：

将测试轮胎安装到平带式轮胎六分力试验机上，调整试验机参数；

对测试轮胎进行暖胎，即，预先滚动测试轮胎一段时间，消除轮胎内部存在的残余应力，调节测试轮胎气压使其保持稳定；

控制测试轮胎和平带初始速度相同，设定轮胎纵向滑移率的初始加载值和滑移率加载速率，使轮胎纵向滑移率按设定的三角波加载，获得滑移试验数据；

调整试验载荷，重复上述步骤，获得不同载荷下的滑移试验数据。

具体地，调整试验机参数包括：调整侧倾角和侧偏角为零，调节测试轮胎气压达到设定值，调节轮胎载荷加载到设定值。纵滑试验过程中，平带速度保持在固定数值不变，调节轮胎速度以达到调节滑移率的目的；其中，滑移率＝ (轮胎速度-平带速度)/平带速度。

进一步地，S1纵滑试验步骤所获得的滑移试验数据包括：滑移率和纵向力；

S2滑移曲线获取步骤具体包括：对同一载荷下获得的一组滑移试验数据，以滑移率的平方为横坐标，以纵向力为纵坐标，绘制曲线，获得该载荷下的滑移曲线，对其他载荷下获得的滑移试验数据作相同的处理，即可获得不同载荷下的滑移曲线。

汽车制动过程，汽车前身的重量要大于后车身的重量，而且汽车在紧急制动时，会受到惯性的影响，造成分配到前车轮胎和后车轮胎上的载荷不同，载荷对轮胎的制动性能有很大影响，载荷越大，同等滑移率下，轮胎所能提供的制动力就越大，对于前轮轮胎和后轮轮胎对制动距离的贡献要分别计算，因此，纵滑试验步骤中，需在不同载荷下对测试轮胎进行纵滑试验，以模拟前车轮胎和后车轮胎的滑移试验，从而获得不同载荷下的滑移曲线。

进一步地，S3制动性能参数获取步骤包括：滑移曲线积分面积获取步骤和滑移曲线积分面积整合步骤。滑移曲线积分面积获取步骤具体为：对不同载荷下的滑移曲线，利用积分运算得出不同载荷下的滑移曲线积分面积S_Pn，Pn 表示对应的载荷率。

在纵滑试验过程中，纵向力在某一滑移率范围内做的功等于此范围内纵向力与滑移率平方所围成的曲线(滑移曲线)的面积与常数C的乘积。具体推导过程如下：

取轮胎制动的其中一段距离进行分析，轮胎纵向力做功△W等于纵向力 Fx与相对运动距离△S的乘积，即，△W＝F_X×△S；相对运动距离△S等于轮胎瞬时相对运动速度V与相对运动时间△t的乘积，即，V×△t；在纵滑试验中，相对运动速度V为初始速度V₀与滑移率δ的乘积，即，V＝V₀×δ；同时滑移率δ与运动时间t呈正比，其比例系数为滑移率加载速率k，为固定值，即k＝△δ/△t；综上，△W＝F_X×V×△t＝F_X×V₀×δ×△δ/k；再通过积分运算，∫△W＝∫F_X×V₀×δ×△δ/k，得到W＝[F_X×V₀×δ²]/[2×k]＝C×F_X×δ²，其中C＝V₀/[2×k]。最终推导出这一段运动距离内，纵向力做功与纵向力和滑移率的平方的乘积成正比，也就是，纵向力在某一滑移率范围内做的功就等于此范围内纵向力与滑移率平方所围成的曲线(滑移曲线)的面积与常数C的乘积。

进一步地，滑移曲线积分面积整合步骤为：对不同载荷下的滑移曲线积分面积S_Pn，利用模型

得出滑移曲线积分整合面积S_all；其中，n∈ {1,2,3,···k}，k为设定的不同载荷的数量，从而获得可以综合评价汽车制动性能的制动性能参数——滑移曲线积分整合面积S_all。一般情况下，纵滑试验设定两种载荷率：设定载荷率为100％，获得100％载荷下的滑移曲线，进而获得 100％载荷下的滑移曲线积分面积S_100％，作为评价前车轮胎的制动性能；设定载荷率为80％，获得80％载荷下的滑移曲线，进而获得80％载荷下的滑移曲线积分面积S_80％，作为评价后车轮胎的制动性能。

汽车制动过程可以分为两个阶段，第一阶段为制动力增加的过程，也是滑移率增加的过程，第一阶段的滑移率范围为δ1，制动力增加直至触发防抱死刹车系统，然后进入第二阶段，在第二阶段防抱死刹车系统可控制滑移率在δ 2范围内，以获得最大的制动力，最大程度上发挥轮胎的制动性能。在纵滑试验过程中，为了模拟汽车制动过程的两个阶段，对滑移曲线积分面积分两个部分计算，载荷率为Pn时，第一部分滑移率范围为δ1，对该范围的滑移曲线进行积分运算，获得滑移曲线积分面积S_Pn1；第二部分滑移率范围δ2，对该范围的滑移曲线进行积分运算，获得滑移曲线积分面积S_Pn2。由于，汽车制动过程中，第一阶段和第二阶段对总制动距离的贡献不同，第一阶段产生的制动距离明显更小，因此，对第二部分的滑移曲线积分面积S_Pn2，以其乘以比例系数 A之后的数值，纳入滑移曲线积分面积S_Pn中计算，最终得到载荷率Pn时，滑移曲线积分面积S_Pn＝S_Pn1+S_Pn2*A。其中比例系数A的选择受车况和测试条件的影响，轮胎的规格、实车的车型、初始制动时车辆的速度、纵滑试验载荷等都会对比例系数产生一定的影响，针对不同的情况，可以对比例系数进行调整以更加准确的对轮胎的制动性能进行预测。比例系数A一般取8.0就可以满足大多数条件下的制动性能预测。安装有防抱死刹车系统的汽车制动过程中，第一部分滑移率范围一般为0％～15％，第二部分滑移率范围一般为10％～20％。因此，在纵滑试验过程中，可设置第一阶段滑移率范围δ1为0％～15％，第二阶段滑移率范围δ2为10％～20％。

滑移曲线积分面积获取步骤和滑移曲线积分面积整合步骤可以使用MATLAB程序辅助运算，借助MATLAB进行批量数据处理。另外，MATLAB 程序作为数据处理辅助工具，其可以被其他数据处理软件或EXCEL代替。采用MATLAB程序进行数据处理，辅助运算，更加准确、高效，而且并无成本增加。

如附图1所示，本申请另一方面提供了一种轮胎制动性能的评价系统系统，该系统包括：

六分力试验机1，用于进行六分力纵滑试验，从而获得不同载荷下的滑移试验数据；

滑移曲线获取单元2，所述滑移曲线获取单元2用于根据所述不同载荷下的滑移试验数据，绘制曲线，获得不同载荷下的滑移曲线；

制动性能参数获取单元3，所述制动性能参数获取单元3用于根据所述不同载荷下的滑移曲线，计算得出滑移曲线积分整合面积S_all；

制动性能评价单元4，所述制动性能评估单元4用于根据所述滑移曲线积分整合面积S_all的大小，评价轮胎的制动性能。

以下结合实施例对本申请进行详细的阐述，值得理解的是，这些实施例仅仅是本申请优选的一些实施例，并不能理解为对本申请的保护范围进行限制。

实施例1

选取规格215/55R17的测试轮胎，对比四种方案的215/55R17测试轮胎制动性能。采用平带式轮胎六分力试验机，进行纵滑试验，试验参数如下表所示：

根据纵滑试验获得的滑移试验数据，绘制载荷率80％和载荷率100％的滑移曲线，结果如附图2所示。

根据附图2所示的滑移曲线，执行滑移曲线积分面积获取步骤和滑移曲线 积分面积整合步骤，最终获得的滑移曲线积分整合面积S_all如下表2所示。

对该规格四种方案的测试轮胎进行实车测试，实车测试条件比照纵滑试验，实车测试为100km/h-0制动测试，四种方案的实车测试条件(例如，轮胎气压、测试路面、天气情况、车手)保持一致，获得不同轮胎的实际制动距离，结果如下表2所示。同时，根据现有技术计算出纵向最大静摩擦系数，结果也在下表2中示出。

表2规格215/55R17测试轮胎的制动性能参数

根据上述制动性能参数的结果分析，方案4的测试轮胎其滑移曲线积分整合面积最大，实车测试的制动性能也最优，制动性能评价结果显示，说明通过滑移曲线积分整合面积评价制动性能与实车测试结果一致，并且制动距离与纵向最大静摩擦系数和滑移曲线积分整合面积都具有强烈的负相关的关系，因而采用纵向最大静摩擦系数和滑移曲线积分整合面积均可以对轮胎的制动性能进行预测。

实施例2

实施例2采用的测试轮胎规格为235/60R18，其余测试条件与实施例1相同。实施例2的制动性能参数如下表3所示。

表3规格215/55R17测试轮胎的制动性能参数

根据上述制动性能参数的结果分析，整体看，方案4的纵向最大静摩擦系数和滑移曲线积分整合面积最大，实车测试的制动距离最短，制动性能最优。但对于方案1、方案2和方案3来说，纵向最大静摩擦系数几乎相同，仅依靠纵向最大静摩擦系数无法对三个方案的制动距离进行有效预测，而根据滑移曲线积分整合面积判断，即可评价出方案3的制动性能优于方案2，方案2优于方案1，参考实车测试的制动距离，在制动距离相差相对较小时，制动距离与滑移曲线积分整合面积表现出强烈的负相关，因此，依据滑移曲线面积积分仍然可以对方案1、方案2和方案3的制动性能进行有效的预测。

实施例3

实施例3采用的测试轮胎规格为235/60R18，其余测试条件与实施例1相同。实施例3的制动性能参数如下表3所示。

根据上述制动性能参数的结果分析，此组三个方案之间，纵向最大静摩擦系数相差较小，方案3纵向最大静摩擦系数最小，而实车测试的制动距离最短，制动性能最优，根据纵向最大静摩擦系数已无法准确预测制动性能。而对比三组方案的滑移曲线积分整合面积，制动距离与滑移曲线积分整合面积表现出强负相关，方案3的滑移曲线积分整合面积最大，实车测试的制动距离最短，制动性能最优，方案2次之，方案1制动性能最差，因此，在纵向最大静摩擦系数相近时，依据滑移曲线积分整合面积能够对轮胎的制动性能进行准确预测。

对三个规格制动距离、纵向最大静摩擦系数以及滑移曲线积分整合面积的关系梳理分析，可以得出结论，一般情况下，纵向最大静摩擦系数相差较大的情况下，可以据此进行轮胎制动性能的预测，而当不同方案间的纵向最大静摩擦系数相差较小时，依据纵向最大静摩擦系数预测制动性能时，不够准确，并且可能会得出与实车测试相反的结论，此时，无法再利用纵向最大静摩擦系数对轮胎制动性能进行准确判断，而滑移曲线积分整合面积与实车测试的制动距离表现出强烈的负相关，依据滑移曲线积分整合面积可以更加准确、有效的评价轮胎的制动性能。

Claims (10)

1.一种轮胎制动性能的评价方法，其特征在于，包括：

纵滑试验步骤：将测试轮胎安装到六分力试验机上，进行六分力纵滑试验，获得不同载荷下的滑移试验数据；

滑移曲线获取步骤：根据所述不同载荷下的滑移试验数据，绘制曲线，获得不同载荷下的滑移曲线；

制动性能参数获取步骤：根据所述不同载荷下的滑移曲线，计算得出滑移曲线积分整合面积S_all；

制动性能评估步骤：根据所述滑移曲线积分整合面积S_all的大小，预测轮胎的制动性能，所述滑移曲线积分整合面积S_all越大制动性能越优。

2.根据权利要求1所述的轮胎制动性能的评价方法，其特征在于，所述滑移试验数据包括：滑移率和纵向力；

所述滑移曲线获取步骤具体包括：以所述滑移率的平方为横坐标，以所述纵向力为纵坐标，绘制曲线，获得所述不同载荷下的滑移曲线。

3.根据权利要求1所述的轮胎制动性能的评价方法，其特征在于，所述制动性能参数获取步骤包括：

滑移曲线积分面积获取步骤和滑移曲线积分面积整合步骤。

4.根据权利要求3所述的轮胎制动性能的评价方法，其特征在于，所述滑移曲线积分面积获取步骤为：对所述不同载荷下的滑移曲线，利用积分运算得出不同载荷下的滑移曲线积分面积S_Pn，其中Pn表示载荷率。

5.根据权利要求4所述的轮胎制动性能的评价方法，其特征在于，所述滑移曲线积分面积整合步骤为：对所述不同载荷下的滑移曲线积分面积S_Pn，利用求和运算得出滑移曲线积分整合面积S_all；

n∈{1,2,3,·k}，k为设定的不同载荷的数量。

6.根据权利要求5所述的轮胎制动性能的评价方法，其特征在于，所述不同载荷下的滑移曲线积分面积S_Pn通过以下模型计算：

S_Pn＝S_Pn1+S_Pn2*A；

其中，S_Pn1表示在制动过程第一阶段，滑移率范围为δ1，载荷率为Pn时，滑移曲线积分面积；S_Pn2表示在制动过程第二阶段，滑移率范围为δ2，载荷率为Pn时，滑移曲线积分面积；A为与车况和测试条件相关的比例系数。

7.根据权利要求6所述的轮胎制动性能的评价方法，其特征在于，滑移率范围δ1和δ2根据防抱死制动系统控制的参数设定。

8.根据权利要求7所述的轮胎制动性能的评价方法，其特征在于，δ1为0～15％，δ2为10～20％。

9.根据权利要求8所述的轮胎制动性能的评价方法，其特征在于，S_all＝S_P1+S_P2；

其中P1＝100％，P2＝80％；

S_P1＝S_P11+S_P12*8.0；

S_P2＝S_P21+S_P22*8.0。

10.一种实现上述权利要求1-9中任一项所述的轮胎制动性能的评价方法的系统，其特征在于，包括：

六分力试验机，用于进行六分力纵滑试验，从而获得不同载荷下的滑移试验数据；

滑移曲线获取单元，所述滑移曲线获取单元用于根据所述不同载荷下的滑移试验数据，绘制曲线，获得不同载荷下的滑移曲线；

制动性能参数获取单元，所述制动性能参数获取单元用于根据所述不同载荷下的滑移曲线，计算得出滑移曲线积分整合面积S_all；

制动性能评价单元，所述制动性能评估单元用于根据所述滑移曲线积分整合面积S_all的大小，评价轮胎的制动性能。

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