CN1865895A - 轮胎与路面纵向附着特性的实时测定方法及其测试车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轮胎与路面纵向附着特性的实时测定方法及其测试车，是将被测轮胎安装在进行路面行驶的测试车的车轮上，通过设置在测试车驱动轮上的转矩/转速传感器测得驱动轮上的驱动转矩与车轮转速，通过设置在测试车从动轮上的转速传感器测得从动轮的车轮转速ω；根据测试车驱动轮与地面之间的正压力N及车轮半径r_w，由式(1)和式(2)即可计算得出该车轮轮胎与路面之间的附着系数u和驱动轮的滑转率λ，按式(1)、式(2)编程的数据处理单片机，接受由从动轮上的转速传感器及驱动轮上的转速/转矩传感器传来的转速与转矩信号，计算获得车轮附着系数和滑转率，然后将计算结果传送至笔记本电脑进行记录、保存及显示，以实现轮胎纵向附着特性的实时、连续性测定。

Description

轮胎与路面纵向附着特性的实时测定方法及其测试车

技术领域

本发明涉及汽车轮胎与路面纵向附着特性的测定技术，特别是一种在实际路面上进行轮胎与路面纵向附着特性的实时测定方法及用于实施该测定方法的测试车。

背景技术

汽车轮胎在不同路面上的纵向附着系数变化特性是评价汽车轮胎性能的一项重要指标，它对汽车性能有重要影响。轮胎与不同路面之间的附着系数变化特性也是汽车动力性与制动性能仿真计算中的一项重要原始参数，特别是对应轮胎最大附着系数的滑转率是汽车牵引力控制与制动力控制系统中的一个关键参数。因此轮胎纵向附着特性的测定一直是汽车轮胎特性研究、汽车性能仿真计算及汽车驱动力或制动力控制系统研究中的一项重要工作。但目前国内外对轮胎与路面之间的附着系数的测定还主要停留在实验室进行，试验时将轮胎装在试验台架上模拟轮胎在典型路面行驶的工况并测定其附着系数。这种测定方法只能限于测定轮胎与某些典型路面之间的附着特性，而且其测试结果的准确性与适用性还依赖于试验台架上所构建的模拟路面与实际路面的接近程度，甚至有些路面是在实验室里难以准确模拟的，如各种沙地。因此现有的在实验室测定轮胎与路面之间附着系数变化特性的方法是有很强局限性与不足的。所以提出一种简单易行的汽车轮胎附着特性道路实时测定装置是很有必要的。

发明内容

本发明目的之一是提出一种轮胎与路面纵向附着特性的实时测定方法，目的之二是提出一种用于上述轮胎与路面纵向附着特性的实时测定方法的测试车，以实现更为准确的实时测定轮胎在各种实际路面行驶时的纵向附着系数变化特性。

本发明轮胎与路面纵向附着特性的实时测定方法，是将被测轮胎安装在进行路面行驶的测试车的车轮上，通过设置在测试车驱动轮上的转矩/转速传感器测得驱动轮上的驱动转矩与车轮转速，通过设置在测试车从动轮上的转速传感器测得从动轮的车轮转速；根据测试车驱动轮与地面之间的正压力及车轮半径，由下式(1)即可计算得出该车轮轮胎与路面之间的附着系数：

$u=\frac{1}{{\mathrm{Nr}}_w}(T_m-I_w\frac{\mathrm{d\ω}}{\mathrm{dt}})---\left(1\right)$

式中：

u-轮胎与路面之间的纵向附着系数，

T_m-作用于车轮的驱动转矩N.m，

I_w-车轮绕中心轴的转动惯量kg.m²，

ω-驱动车轮转速rad/s，

N-车轮与地面之间的正压力N，

r_w-车轮半径m；

以从动轮的旋转线速度作为车速，由驱动轮的旋转线速度及车速根据下式(2)即可计算得出驱动轮的滑转率：

式中：

λ-车轮滑转率，

v_w-从动轮旋转线速度m/s。

所述的设置在测试车驱动轮上的转矩/转速传感器和设置在测试车从动轮上的转速传感器分别与设置在测试车上的按所述式(1)、式(2)编程的数据处理单片机串行通讯连接，该数据处理单片机还与一笔记本电脑串行通讯连接，测试给定的所述测试车驱动轮与地面之间的正压力及车轮半径数据通过笔记本电脑输入到数据处理单片机，数据处理单片机接受由从动轮上的转速传感器及驱动轮上的转速/转矩传感器传来的转速与转矩信号，并对信号进行滤波处理后，根据式(1)计算车轮附着系数，根据式(2)计算车轮滑转率，然后将计算结果实时传送至笔记本电脑进行记录、保存及显示，以实现轮胎纵向附着特性的实时、连续性测定。

一种用于上述轮胎与路面纵向附着特性的实时测定方法的测试车，是一具有普通四轮汽车底盘的车体，在其车身上安装有蓄电池作为整车动力源，两侧前驱动轮的驱动半轴通过固设在车身上的两台减速器与两台电机分别驱动连接，所述两台电机通过两台电机控制器分别与蓄电池电连接，设置在车体上的电子油门与电机控制器的控制指令输入端相连；在所述的一侧减速器的输出轴与车轮驱动半轴之间连接一转矩/转速传感器，在同侧的后从动轮轴上设置一转速传感器，转矩/转速传感器和转速传感器与一数据处理单片机相连接，该数据处理单片机通过串行通讯口与一笔记本电脑相连接；在车身的前部设有用于放置载荷的加载台。

采用本发明方法测定轮胎与路面的纵向附着特性具有以下优点：

1)可测试轮胎与任何路面之间的附着特性，测试范围广。

2)测试路面为汽车实际行驶路面，测试工况与实际汽车行驶工况相同，因此测试结果更符合实际，实时性强。

3)测试成本低。

附图说明

图1汽车车轮受力分析图；

图2是用于本发明轮胎与路面纵向附着特性的实时测定方法的测试车结构示意图。

具体实施方式

以下就附图给出的实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明轮胎与路面纵向附着特性的实时测定方法，是将被测轮胎安装在进行路面行驶的测试车的车轮上进行实际路面工况下的测定，在测试车的驱动轮上安装一转矩/转速传感器测定该车轮上的驱动转矩与车轮转速，根据测试车轮的载荷N及车轮半径r_w，由以下所述的公式(1)即可计算出该车轮轮胎与路面之间的附着系数；在测试车的从动轮上安装一转速传感器，测量从动轮的车轮转速，并以从动轮旋转线速度作为车速，由驱动轮的旋转线速度及车速根据以下所述的公式(2)即可计算驱动轮的滑转率。这样即可得到驱动轮轮胎纵向附着系数随滑转率的变化特性，实现了轮胎纵向附着特性的实时测定。

轮胎与路面之间的附着系数计算公式：

$u=\frac{1}{{\mathrm{Nr}}_w}(T_m-I_w\frac{\mathrm{d\ω}}{\mathrm{dt}})---\left(1\right)$

u-轮胎与路面之间的纵向附着系数；

T_m-作用于车轮的驱动转矩(N.m)；

I_w-车轮绕中心轴的转动惯量(kg.m²)；

ω-驱动车轮转速(rad/s)；

N-车轮与地面之间的正压力(N)；

r_w-车轮半径(m)；

车轮滑转率计算公式

λ-车轮滑转率；

v_w-从动轮旋转线速度(m/s)；

本方法计算公式的理论推导依据是：

车轮和车体的受力如图1所示，

车轮的运动方程为

$I_w\frac{\mathrm{d\ω}}{\mathrm{dt}}=T_m-F_{d^{\·}}{r}_w---\left(3\right)$

式中：

T_m-汽车传动系传给车轮的转矩(N.m)；

F_d-路面与轮胎之间的摩擦力(N)；

I_w-车轮惯量(kg.m²)；

ω-车轮转速(rad/s)；

F_d是路面给轮胎的反作用力，也是汽车行驶的牵引力，它等于车轮垂直载荷与轮胎和路面之间附着系数的乘积，即：

F_d＝N·u(λ)                                (4)

式中，N为车轮对地面的垂直压力(N)，u(λ)为轮胎与路面之间的附着系数，它是车轮滑转率λ的函数。

式(4)也可写为

$u\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{F_d}{N}---\left(5\right)$

由式(3)可得

$F_d=\frac{T_m-I_w\frac{\mathrm{d\ω}}{\mathrm{dt}}}{r_w}---\left(6\right)$

由式错误！未找到引用源。5)、错误！未找到引用源。6)可得：

$u\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{1}{{\mathrm{Nr}}_w}(T_m-I_w\frac{\mathrm{d\ω}}{\mathrm{dt}})---\left(7\right)$

由式错误！未找到引用源。7)可知，轮胎与路面之间的附着系数可表示为车轮与地面之间正压力N、车轮半径r_w、车轮驱动转矩T_m、车轮转速ω的函数。

所述的设置在测试车驱动轮上的转矩/转速传感器和设置在测试车从动轮上的转速传感器分别与设置在测试车上的按所述式(1)、式(2)编程的数据处理单片机串行通讯连接，该数据处理单片机还与一笔记本电脑串行通讯连接，测试给定的所述测试车驱动轮与地面之间的正压力及车轮半径数据通过笔记本电脑输入到数据处理单片机，数据处理单片机接受由从动轮上的转速传感器及驱动轮上的转速/转矩传感器传来的转速与转矩信号，并对信号进行滤波处理后，根据式(1)计算车轮附着系数，根据式(2)计算车轮滑转率，然后将计算结果实时传送至笔记本电脑进行记录、保存及显示，以实现轮胎纵向附着特性的实时、连续性测定。

参照图2，一种用于上述轮胎与路面纵向附着特性的实时测定方法的测试车，是一具有普通四轮汽车底盘的车体，在其车身1上安装有蓄电池11作为整车动力源，两侧前驱动轮的驱动半轴6、16通过固设在车身1上的两台减速器3、17与两台电机7、14分别驱动连接，所述两台电机7、14通过两台电机控制器9、12分别与蓄电池11电连接，设置在车体上的电子油门13与电机控制器9、12的控制指令输入端相连，并设定为按转矩控制模式对电机进行控制；在所述的一侧减速器3的输出轴与车轮5的驱动半轴6之间连接一转矩/转速传感器4，在同侧的后从动轮轴上设置一转速传感器10，转矩/转速传感器4和转速传感器10与一数据处理单片机8相连接，该数据处理单片机8通过串行通讯口与一笔记本电脑15相连接；在车身1的前部设有用于放置载荷2的加载台。电机控制器的输出与驱动电机相连并设定为按转矩控制模式对电机进行控制。

采用本测试车进行实际路面上的轮胎测试的具体做法是，将被测轮胎装在测试车的车轮上，根据被测轮胎的试验载荷要求，在加载台上放置满足要求的载荷并测量车轮半径。车轮的载荷及车轮半径通过笔记本电脑输入数据处理单片机。由驾驶员驾驶试验车行驶于试验路面，并由驾驶员踩电子油门逐渐加大驱动电机的转矩，使车轮滑转率逐渐增加并最终使车轮完全打滑。数据处理单片机接受由从动轮转速传感器及驱动车轮上的转速与转矩传感器传来的转速与转矩信号，并对信号进行滤波处理后，根据式(1)计算车轮附着系数，根据式(2)计算车轮滑转率。然后将计算结果实时传送至笔记本电脑进行记录、保存及显示。

Claims (3)

1.一种轮胎与路面纵向附着特性的实时测定方法，其特征在于，是将被测轮胎安装在进行路面行驶的测试车的车轮上，通过设置在测试车驱动轮上的转矩/转速传感器测得驱动轮上的驱动转矩与车轮转速，通过设置在测试车从动轮上的转速传感器测得从动轮的车轮转速；根据测试车驱动轮与地面之间的正压力及车轮半径，由下式(1)即可计算得出该车轮轮胎与路面之间的附着系数：

$u=\frac{1}{{\mathrm{Nr}}_w}(T_m-I_w\frac{\mathrm{d\ω}}{\mathrm{dt}})--\left(1\right)$

式中：

u-轮胎与路面之间的纵向附着系数，

T_m-作用于车轮的驱动转矩N.m，

I_w-车轮绕中心轴的转动惯量kg.m²，

ω-驱动车轮转速rad/s，

N-车轮与地面之间的正压力N，

r_w-车轮半径m；

以从动轮的旋转线速度作为车速，由驱动轮的旋转线速度及车速根据下式(2)即可计算得出驱动轮的滑转率：

式中：

λ-车轮滑转率，

v_w-从动轮旋转线速度m/s。

2.根据权利要求1所述的轮胎与路面纵向附着特性的实时测定方法，其特征在于，所述的设置在测试车驱动轮上的转矩/转速传感器和设置在测试车从动轮上的转速传感器分别与设置在测试车上的按所述式(1)、式(2)编程的数据处理单片机相连接，该数据处理单片机还与一笔记本电脑相连接，测试给定的所述测试车驱动轮与地面之间的正压力及车轮半径数据通过笔记本电脑输入到数据处理单片机，数据处理单片机接受由从动轮上的转速传感器及驱动轮上的转速/转矩传感器传来的转速与转矩信号，并对信号进行滤波处理后，根据式(1)计算车轮附着系数，根据式(2)计算车轮滑转率，然后将计算结果实时传送至笔记本电脑进行记录、保存及显示，以实现轮胎纵向附着特性的实时、连续性测定。

3.一种用于权利要求1所述的轮胎与路面纵向附着特性的实时测定方法的测试车，是一具有普通四轮汽车底盘的车体，在其车身(1)上安装有蓄电池(11)作为整车动力源，其特征在于，两侧前驱动轮的驱动半轴(6、16)通过固设在车身(1)上的两台减速器(3、17)与两台电机(7、14)分别驱动连接，所述两台电机(7、14)通过两台电机控制器(9、12)分别与蓄电池(11)电连接，设置在车体上的电子油门(13)与电机控制器(9、12)的控制指令输入端相连；在所述的一侧减速器(3)的输出轴与车轮驱动半轴(6)之间连接一转矩/转速传感器(4)，在同侧的后从动轮轴上设置一转速传感器(10)，转矩/转速传感器(4)和转速传感器(10)与一数据处理单片机(8)相连接，该数据处理单片机(8)通过串行通讯口与一笔记本电脑相连接；在车身(1)的前部设有用于放置载荷(2)的加载台。

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