CN202216850U - 爆胎瞬态特性测试装置 - Google Patents

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卢荡
郭孔辉
陶峰
黄岩军
付晶晶
吕波
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Abstract

本实用新型属于轮胎特性测试试验领域，具体的说涉及一种爆胎瞬态特性测试装置。该爆胎瞬态特性测试装置包括一个轮胎力学特性试验台及轮胎力学特性试验台上的位移传感器，它还包括一个轮胎自动放气装置，本实用新型是一种利用低速滚动的轮胎模拟高速爆胎行为的爆胎瞬态特性测试装置，该装置解决了技术上存在的必须在高车速下进行实车爆胎、试验危险系数高的问题，可以模拟不同的车速和不同的爆胎持续时间，而且可在室内试验台上进行，试验安全可靠，该装置不但具有放气速度可控、充放气方便的特点，还解决了现有技术存在的利用雷管爆胎、爆胎后的轮胎不可重复利用的问题，有效降低了试验成本。

Description

爆胎瞬态特性测试装置
技术领域
本实用新型属于轮胎特性测试试验领域，具体的说涉及一种轮胎爆胎时候的瞬态特性测试装置。
背景技术
轮胎由于质量问题或者高温使用不当而造成爆胎的事件时有发生，很多时候爆胎会引起车辆失控而导致人员伤亡。国内外的专家学者希望通过某种控制手段使得车辆在爆胎后能安全停车，为了达到此目的，轮胎作为整车与路面接触的唯一部件，其在爆胎过程中的瞬态特性就显得尤为重要。
当前的爆胎试验要么在实车上进行，这会因为技术难题而无法测量轮胎爆胎过程中的瞬态特性；要么在实验室内测量爆胎前和爆胎完全发生后的轮胎力学特性，这种方式就完全忽略了爆胎发生这个过程中的轮胎力学特性变化情况。以上两种试验方法都不能使研究人员建立高精度的爆胎轮胎力学特性模型，从而不能有效帮助提高爆胎车辆的安全性能。
当前的爆胎试验主要利用以下两种方法实现轮胎快速放气，（1）、利用雷管爆炸实现轮胎的快速放气；（2）、利用电磁阀实现轮胎的快速放气，但该电池阀需要特制，且放气速度不可控。这两种方法都是在高速下进行试验，驾驶员驾驶车辆有很高的危险性，第一种方法更是每做一次试验就报废一条轮胎，成本很高。
发明内容
本实用新型的目的是要提供一种利用低速滚动的轮胎模拟高速爆胎行为的爆胎瞬态特性测试装置，该装置解决了技术上存在的必须在高车速下进行实车爆胎、试验危险系数高的问题，可以模拟不同的车速和不同的爆胎持续时间，而且可在室内试验台上进行，试验安全可靠，该装置不但具有放气速度可控、充放气方便的特点，还解决了现有技术存在的利用雷管爆胎、爆胎后的轮胎不可重复利用的问题，有效降低了试验成本。   
本实用新型的上述技术目的主要是通过以下技术方案解决的：
该爆胎瞬态特性测试装置包括一个轮胎力学特性试验台及轮胎力学特性试验台上的位移传感器，它还包括一个轮胎自动放气装置，所述的轮胎自动放气装置包括被测轮胎、气门嘴、节流阀、电磁阀、继电器、胎压传感器、带有控制程序的计算机，所述的被测轮胎安装在轮胎力学特性试验台上，在被测轮胎上增加设置两个气门嘴，其中一气门嘴通过软管与压力传感器相连接；另一气门嘴通过软管与节流阀连接，节流阀的另外一端通过软管同电磁阀相连接，电磁阀的另一端与大气相通；所述的压力传感器和位移传感器通过导线与带有控制程序的计算机的输入端连接，带有控制程序的计算机的输出端与继电器连接，控制继电器的通断；继电器、220V交流电和电磁阀通过导线形成回路，通过继电器的通断实现电磁阀两端220V交流电的通断，进而实现轮胎的自动放气。
本实用新型具有以下优点和积极效果：
由于引入了等效压力的概念，本实用新型可以实现在低速轮胎力学特性试验台上模拟高速爆胎行为，且可模拟不同车速不同爆胎持续时间下的爆胎行为；又由于采用了前述轮胎自动放气装置，本实用新型可以实现轮胎的自动放气，放气速度可控，且放气后的轮胎可重复利用，试验成本低。
附图说明
    图1为本实用新型爆胎瞬态特性测试装置结构示意图。
    图2为本实用新型爆胎瞬态特性测试方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型做进一步的说明。
轮胎的力学特性是空间域函数，与滚动距离有关，而与滚动时间无关，这就使得我们可以通过某种方法利用低速滚动的轮胎获取高速滚动轮胎的力学特性，即使轮胎在不同的时间内滚过相同的距离，同时修正轮胎速度造成的影响，而使轮胎在这个过程中的其它特性尽可能相同。
轮胎在高速滚动时，由于惯性力的作用，轮胎看起来被往外“甩”了，使轮胎的半径增大，就好像轮胎的胎压变高一样（胎压越高，滚动半径越大）。为了实现利用低速滚动的轮胎模拟高速爆胎行为，需要修正轮胎速度的影响，故引入“等效压力”，等效压力的计算公式为：
其中
Figure 2011203125602100002DEST_PATH_IMAGE002
为等效压力，
Figure 2011203125602100002DEST_PATH_IMAGE003
为垂直于径向的胎面面积，
Figure 2011203125602100002DEST_PATH_IMAGE004
为与轮胎质量，
Figure 2011203125602100002DEST_PATH_IMAGE005
为轮胎前进速度，
Figure 2011203125602100002DEST_PATH_IMAGE006
为轮胎半径。
由附图1所示：该爆胎瞬态特性测试装置包括轮胎1、气门嘴2、橡胶软管3、节流阀4、电磁阀5、继电器6、220V交流电7、压力传感器8、导线9、位移传感器10、低速轮胎力学特性试验台11及带有控制程序的计算机12，其具体的结构和装配关系如下：
      在轮胎1的合理位置钻直径为11mm的通孔2个，装入气门嘴标准件2，用肥皂泡检测是否漏气。将其中一个气门嘴通过橡胶软管3同节流阀4连接，为防止漏气，连接头使用快换接头，节流阀4的另外一端通过软管3与电磁阀5连接，电磁阀5的另一端与大气相通。
    另一气门嘴通过软管3与胎压传感器8连接，将胎压信号8和试验台滑台位移信号10通过导线9引入带有控制程序的计算机12，当胎压和位移同时满足某一设定的门限值时，带有控制程序的计算机12就会给继电器6一个信号，使继电器6从低电平变为5V高电平，从而将连接在电磁阀5两端的220V交流电7接通，实现轮胎的自动放气。利用低速轮胎力学特性试验台11采集轮胎放气过程中的六分力，即可获得轮胎放气过程中的力学特性变化情况。
 利用本实用新型爆胎瞬态特性测试装置的测试方法包括以下步骤：
1）、等效压力的计算：需要预先设定模拟车速
Figure 756390DEST_PATH_IMAGE005
，计算出等效压力，计算公式如下
Figure 2011203125602100002DEST_PATH_IMAGE007
其中
Figure 764852DEST_PATH_IMAGE002
——等效压力、
   
Figure 97744DEST_PATH_IMAGE003
——垂直于径向的胎面面积、
   
Figure 849800DEST_PATH_IMAGE004
——轮胎带束层质量、
   
Figure 108480DEST_PATH_IMAGE005
——轮胎前进速度、
   
Figure 313197DEST_PATH_IMAGE006
——轮胎半径；
2）、爆胎过程中轮胎滚过距离的计算：设定爆胎持续时间t，计算出爆胎过程中轮胎滚过的距离，假定爆胎过程中车辆的前进速度不变，则
Figure 387463DEST_PATH_IMAGE008
的计算公式如下
Figure 2011203125602100002DEST_PATH_IMAGE009
其中 
Figure 436103DEST_PATH_IMAGE005
——轮胎前进速度
       
Figure DEST_PATH_IMAGE010
——爆胎持续时间；
3）、安装轮胎，并给轮胎充气，使轮胎的初始胎压
Figure 2011203125602100002DEST_PATH_IMAGE011
比正常压力值
Figure DEST_PATH_IMAGE012
多一个等效压力
Figure 678734DEST_PATH_IMAGE002
，即
Figure 2011203125602100002DEST_PATH_IMAGE013
；
4）、试验工况的设定：给试验轮胎设定输入载荷、制动力和侧偏角，同时设定轮胎速度，并将采样区间设定为
Figure DEST_PATH_IMAGE014
；
5）、开始试验：使轮胎在试验台上以低速滚动，以轮胎压力和试验台滑台位移作为两个控制量，当轮胎压力大于等效压力且试验台滑台位移大于采样区间起始点
Figure DEST_PATH_IMAGE015
时开始放气，当轮胎压力等于等效压力且试验台滑台位移大于采样区间结束点时停止放气，为了在采样区间内刚好将轮胎的压力从初始压力放气到等效压力，通过调整节流阀的开度，控制放气速度；
6）、利用试验台上的六分力传感器采集轮胎放气过程中的六分力数值，获取放气过程中轮胎力学特性的变化情况；
7）、利用试验台给轮胎输入制动力及侧偏角，同时重复步骤1）～6），可以获取不同工况下爆胎过程中轮胎瞬态特性试验数据，进而解算出轮胎在爆胎过程中的侧偏刚度、纵滑刚度及滚动阻力系数。
 实施例
选取轮胎型号为175/70R14, 该轮胎垂直于径向的质量为6.45kg，轮胎半径0.3003mm，垂直于径向的胎面面积0.245m2，设定模拟的车速
Figure 682331DEST_PATH_IMAGE005
为30m/s,则等效压力为
Figure DEST_PATH_IMAGE016
假定爆胎过程中车辆的前进速度
Figure 294709DEST_PATH_IMAGE005
不变，设模拟的爆胎持续时间为
Figure 254312DEST_PATH_IMAGE010
，则爆胎过程中轮胎滚过的距离
Figure 621840DEST_PATH_IMAGE008
为
设定
Figure 738832DEST_PATH_IMAGE010
为70ms，则
Figure 444314DEST_PATH_IMAGE008
为
试验时，使轮胎的初始胎压
Figure 963151DEST_PATH_IMAGE011
比正常压力值
Figure 236001DEST_PATH_IMAGE012
多一个等效压力
Figure 401141DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 417638DEST_PATH_IMAGE012
取为220kpa，则，同时将试验台采样区间设定为
Figure 790982DEST_PATH_IMAGE014
，根据试验台实际情况，采样区间设定为
Figure DEST_PATH_IMAGE020
。轮胎在试验台上以100mm/s的速度低速滚动，以轮胎压力和试验台滑台位移作为两个控制量，当轮胎压力大于
Figure 936530DEST_PATH_IMAGE002
且试验台滑台位移大于1500mm时开始放气，当轮胎压力等于
Figure 824852DEST_PATH_IMAGE002
且试验台滑台位移大于3600mm时停止放气。可通过调节节流阀开度，实现采样区间内轮胎压力刚好从初始胎压放气至等效压力。利用吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室的低速轮胎力学特性试验台采集放气过程中的轮胎六分力数值，即可获知爆胎过程中轮胎瞬态特性的变化情况。
上述对实施实例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实例做出各种修改，并把此说明的一般原理应用到其他实例中而不必经过创造性的劳动。因此，对于本实用新型做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围内。

Claims (1)

1.一种爆胎瞬态特性测试装置，该装置包括一个轮胎力学特性试验台及轮胎力学特性试验台上的位移传感器，其特征在于：它还包括一个轮胎自动放气装置，所述的轮胎自动放气装置包括被测轮胎、气门嘴、节流阀、电磁阀、继电器、胎压传感器、计算机，所述的被测轮胎安装在轮胎力学特性试验台上，在被测轮胎上增加设置两个气门嘴，其中一气门嘴通过软管与压力传感器相连接；另一气门嘴通过软管与节流阀连接，节流阀的另外一端通过软管同电磁阀相连接，电磁阀的另一端与大气相通；所述的压力传感器和位移传感器通过导线与计算机的输入端连接，计算机的输出端与继电器连接，控制继电器的通断；继电器、220V交流电和电磁阀通过导线形成回路。
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