CN209961498U - 一种滚动阻力测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种滚动阻力测试装置，该滚动阻力测试装置包括轮辋、轮胎负荷加载装置、转鼓以及转鼓驱动装置；转鼓的圆周面用于和轮胎的外缘接触以模拟路面；转鼓驱动装置与转鼓的支撑轴连接，以驱动转鼓转动；支撑轴与转鼓驱动装置之间设置有扭矩传感器；扭矩传感器用于测量转鼓的输入扭矩；轮辋用于安装在轮胎的内缘以支撑轮胎；轮胎负荷加载装置包括转轴，轮辋通过轮辋夹具安装在转轴的端部；轮胎负荷加载装置用于向转鼓所在的方向推动轮辋，以模拟轮胎的负荷。该装置可以对自行车、助动车等非机动车轮胎的滚动阻力进行测试，填补了行业空白。通过采用专业的轮辋夹具提高了测试的准确性。

Description

一种滚动阻力测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种轮胎测试装置，特别涉及一种滚动阻力测试装置。

背景技术

轮胎是车辆上的重要部件，整车与地面间的作用力都通过轮胎传递。轮胎力学特性是车辆性能分析与设计的基础，并且对车辆的安全性、操作稳定性、平顺性等性能有着重要的影响。轮胎力学特性试验台是轮胎特性建模以及整车建模、集成、调校与开发的关键设备之一，它可实现轮胎的各种运行工况，并测定六个自由度的运动参数及其与地面多分力的关系，它是车辆动力学仿真设计关键数据来源。

对于自行车而言，轮胎的滚动阻力是影响车辆骑行体验的一个关键参数，对于助力车而言，轮胎的滚动阻力是电能消耗的一个关键参数。因此，研发及投产每个批次的车辆用轮胎之前，都要先生产出轮胎样品，然后对样品进行模拟道路行驶测试，例如轮胎的行驶速度测试、耐久测试等，以确保车辆骑行的舒适性和安全性。

目前，进行滚动阻力测试的主要都是机动车用轮胎，其是在轮胎试验机上进行的，试验机的结构包括：支撑在试验机机身上由驱动设备带动的转鼓，以及支撑车辆轮辋的轮辋轴，转鼓的圆周面为模拟道路面，驱动设备的输出轴与转鼓支撑轴在同一轴心线上，两轴之间安装有扭矩传感器。在做测试时先将轮胎安装在轮辋上，将轮胎的圆周面靠在转鼓的圆周面上，推动轮辋轴使轮胎靠向鼓转上的模拟道路面并施加一定压力，驱动转鼓转动，摩擦力使轮胎在模拟道路面上滚动，此时，扭矩传感器即显示出驱动扭矩的大小，经过换算求出轮胎的滚动阻力。然而，机动车的车辋与非机动车的车辋相差较大，因此，自行车用轮胎不能直接用现有的轮胎试验机测试。此外，机动车用轮胎与非机动车用轮胎的使用环境不完全相同，机动车一般都是充气轮胎，而共享单车目前主要采用免充气实心轮胎，因此，共享单车用轮胎性能的测试方法、测试条件不能直接照搬非机动轮胎。

此外，现有的设备为机动车轮胎滚动阻力检测设备，设备上转轴带动轮毂转动(轮毂无转动轴承)从而带动轮胎转动。但测试带轴承的自行车轮毂，转动摩擦增加了轴承摩擦，影响测试精度。

实用新型内容

本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种滚动阻力测试装置。

本实用新型目的实现由以下技术方案完成：

一种滚动阻力测试装置，用于测试非机动车的轮胎的滚动阻力，所述滚动阻力测试装置包括轮辋、轮胎负荷加载装置以及轮辋夹具：

所述轮辋用于安装在所述轮胎的内缘；所述轮辋的旋转轴线处设置有轴孔；

所述轮辋夹具将所述轮辋固定在所述轮胎负荷加载装置的转轴上；所述轮辋夹具包括中轴替代件以及两个夹持板；两个所述夹持板相对设置在所述轮辋的两侧；所述中轴替代件的第一端设置有限位部，所述中轴替代件的第二端穿过所述夹持板以及所述轴孔，并与所述转轴同轴紧固连接，以使得一个所述夹持板抵靠在所述转轴的端部，另一个所述夹持板在所述限位部的推动下紧贴所述轮辋，从而实现对所述轮辋的夹持。

本实用新型的进一步改进在于，所述轴孔的两端设置有轴承容纳部；所述夹持板与所述轮辋贴合的一侧设置有轴承替代件，所述轴承替代件容纳在所述轴承容纳部中。

本实用新型的进一步改进在于，所述夹持板上开设有供所述中轴替代件穿过的通孔，所述中轴替代件的限位部的直径大于所述夹持板的通孔的直径。

本实用新型的进一步改进在于，所述滚动阻力测试装置还包括转鼓以及转鼓驱动装置，所述转鼓的圆周面用于和轮胎的外缘接触以模拟路面；所述转鼓驱动装置与所述转鼓的支撑轴连接，以驱动所述转鼓转动；所述支撑轴与所述转鼓驱动装置之间设置有扭矩传感器；所述扭矩传感器用于测量所述转鼓的输入扭矩；所述轮胎负荷加载装置用于推动所述轮辋，以使得所述轮辋上的轮胎作用在所述转鼓的圆周面以模拟所述轮胎的负荷。

本实用新型的进一步改进在于，所述滚动阻力测试装置还包括控制模块，所述控制模块分别与所述轮胎负荷加载装置、转鼓驱动装置以及所述扭矩传感器电性连接。

本实用新型的进一步改进在于，所述轮胎负荷加载装置的所述转轴与所述转鼓的支撑轴并行设置。

本实用新型的进一步改进在于，所述轮辋包括一体式轮辋。

本实用新型还涉及一种利用上述滚动阻力测试装置的滚动阻力测试方法，其包括以下步骤：

(1)将轮胎安装至轮辋上，并将所述轮辋通过轮辋夹具固定安装在轮胎负荷加载装置的转轴的端部；

(2)驱动转鼓转动，使得所述转鼓作用在所述轮胎上，以驱动所述轮辋转动，测量预定参数条件下转鼓的输入扭矩T；

(3)测量所述滚动阻力测试装置的附加损失阻力F_p1；

(4)计算预定参数条件下所述轮胎的滚动阻力F_r；滚动阻力F_r的计算公式如下所示：

F_r＝T/R-F_p1

其中，F_r为所述轮胎的滚动阻力，T为所述转鼓的输入扭矩，R为所述转鼓的半径，F_p1为所述滚动阻力测试装置的附加损失阻力。

本实用新型的进一步改进在于，对所述轮胎进行测量之前将所述轮胎安装在所述轮辋上，并在25±3℃温度的环境下放置24h以上。

本实用新型的进一步改进在于，所述参数条件包括所述轮胎的试验速度和/或试验负荷。

本实用新型的进一步改进在于，

所述轮胎包括自行车免充气轮胎，对所述自行车免充气轮胎进行测试时，采用的所述参数条件包括：试验速度15-25Km/h，试验负荷60-75Kg；

所述轮胎包括助力车免充气轮胎，对所述助力车免充气轮胎进行测试时，采用的所述参数条件包括：试验速度20-40Km/h，试验负荷60-85Kg。

本实用新型的进一步改进在于，测量预定参数条件下所述转鼓的输入扭矩T具体包括以下步骤：

(1)使用轮胎负荷加载装置向所述轮胎施加预定的试验负荷；并通过转鼓驱动装置调节所述转鼓的转速，使得所述轮胎的转速达到预定的试验速度；

(2)驱动所述轮胎及轮辋持续转动预定时间，以模拟所述轮胎的升温行驶过程；

(3)在各参数条件稳定的情况下测量所述转鼓的输入扭矩T。

本实用新型的进一步改进在于，驱动所述轮胎及轮辋持续转动预定时间大于或等于30min。

本实用新型的进一步改进在于，采用分离法测量所述滚动阻力测试装置的附加损失阻力F_p1，测量所述滚动阻力测试装置的附加损失阻力F_p1具体包括以下步骤：

(1)保持所述转鼓的转速，将轮胎的试验负荷减小至分离极限负荷，使得所述轮胎与所述转鼓的接触面保持相同的线速度；以防轮胎打滑；

(2)测量所述转鼓的输入扭矩T_t，

(3)计算所述滚动阻力测试装置的附加损失阻力F_p1，计算公式如下所示：

F_p1＝T_t/R

其中，F_p1为所述滚动阻力测试装置的附加损失阻力，T_t为测试附件损失阻力的过程中所述转鼓的输入扭矩，R为所述转鼓的半径。

本实用新型的进一步改进在于，所述分离极限负荷为50N-100N。

本实用新型的有益效果是：可以对自行车、助动车等非机动车轮胎的滚动阻力进行测试，填补了行业空白。通过采用专业的轮辋夹具提高了测试的准确性。

附图说明

图1是滚动阻力测试装置的侧视图；

图2是滚动阻力测试装置的俯视图；

图3是轮辋夹具的立体试图；

图4是滚动阻力测试装置的控制系统的原理图。

标号说明：

1轮辋，2轮胎负荷加载装置，3转鼓，4转鼓驱动装置，5圆周面，6轮胎，7支撑轴，8扭矩传感器，9转轴，10轮辋夹具，11中轴替代件，12夹持板，13轴承替代件，14限位部，15螺纹结构，16控制模块。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

实施例：如图1、2所示，本实用新型的实施例包括一种滚动阻力测试装置，该装置用于测试的非机动车轮胎的滚动阻力。滚动阻力测试装置包括轮辋1、轮胎负荷加载装置2、转鼓3以及转鼓驱动装置4。

转鼓3呈圆筒形，其圆周面5用于和轮胎6的外缘接触以模拟路面。测试过程中，轮胎6的外缘贴合在转鼓3的圆周面5上，通过驱动转鼓3转动可以使得轮胎6以及轮辋1转动。

转鼓驱动装置4与转鼓3的支撑轴7连接，转鼓驱动装置4用以驱动转鼓3转动，从而模拟行驶过程。支撑轴7与转鼓驱动装置4之间设置有扭矩传感器(图中未示出)；扭矩传感器8用于测量转鼓3的输入扭矩。

轮辋1用于安装在轮胎6的内缘以支撑轮胎6。轮胎负荷加载装置2包括转轴9，轮辋1通过轮辋夹具10安装在转轴9的端部；轮胎负荷加载装置2用于向转鼓3所在的方向推动轮辋1，以模拟轮胎6的负荷。轮胎负荷加载装置2的转轴9与转鼓3的支撑轴7平行，轮胎负荷加载装置2对轮胎施加负载时，轮胎负荷加载装置2推动转轴9向转鼓3平移，从而使得轮胎6的外缘紧贴转鼓3的圆周面。在一个具体实施例中，轮辋1采用一体式轮辋，一体式轮辋具有更好的精度，以避免辐条式轮辋因各辐条的张力不均匀对试验结果造成不良影响。

在测试过程中，当转鼓3的转速恒定之后，转鼓3的输入转矩取决于轮胎6的转动阻力以及轮辋1转动过程中各附加组件的附加损失阻力。现有的非机动车(自行车、电动助力车)的轮辋必须与轴承配合以实现转动。现有的非机动车的轴承受加工成本等因素的限制，其转动时造成的附加损失阻力不稳定，若直接使用现有的轮辋和轴承进行测试，会使得附加组件的附加损失阻力波动较大，从而导致测试结果不准确。

本实施例中，采用轮辋夹具10将轮辋1夹持安装在轮胎负荷加载装置2的转轴9的端部，这使得轮辋1无法自由转动，测试过程中的附加组件的附加损失阻力主要为转轴9的转动阻力。作为专用设备，转轴9的阻力和摩擦系数可以在设计和制造过程中进行有效的控制，使得转轴9的转动阻力不仅数值较小，而且摩擦系数更加稳定。

如图1、3所示，轮辋夹具10包括中轴替代件11以及两个夹持板12。两个夹持板12相对设置在轮辋1中心的两侧，用于夹持轮辋1。夹持板12为圆形，其中心处开设有供中轴替代件11穿过的通孔。轮辋1的旋转轴线处设置有供中轴替代件11穿过的轴孔，轴孔的两端设置轴承容纳部；夹持板12与轮辋1贴合的一侧设置有环形的轴承替代件13，轴承替代件13容纳在所述轴承容纳部中，以防止轮辋1沿其径向松动。

中轴替代件11呈杆状，其一端设置有用于推动夹持板12的限位部14，其另一端设置有螺纹结构15。中轴替代件11的限位部14的直径大于夹持板12的通孔的直径；限位部14的侧面设置有防滑纹。

中轴替代件11设置有螺纹结构15的一端穿过夹持板12以及轮辋1，并与轮胎负荷加载装置2的转轴9同轴连接。转轴9的端面设置有螺栓孔，通过转动中轴替代件11的限位部14可以将中轴替代件11旋入螺栓孔中，使得中轴替代件11与转轴9紧固连接。在紧固连接的过程中，一个夹持板12抵靠在转轴9的端部，另一个夹持板12在限位部14的推动下紧贴轮辋1，使得两个夹持板12实现对轮辋的夹持。

如图1、4所示，本实施例的滚动阻力测试装置还包括控制模块16，控制模块16分别与轮胎负荷加载装置2、转鼓驱动装置4以及扭矩传感器8电性连接。控制模块16用于控制转鼓驱动装置4以及轮胎负荷加载装置2。转鼓驱动装置4在控制模块16的控制下驱动转鼓3按照预定的转速进行转动；轮胎负荷加载装置2用于在控制模块16的控制下向轮胎6施加预定的试验负荷。

如图1至3所示，本实用新型的实施例还包括一种涉及上述滚动阻力测试装置的滚动阻力测试方法，该方法包括以下步骤：

(1)将轮胎6安装至轮辋1上，并将轮辋1通过轮辋夹具10固定安装在轮胎负荷加载装置2的转轴9的端部；对轮胎6进行测量之前需要提前将轮胎6安装在轮辋1上，并在25±3℃温度下停放24h以上，以使得轮胎6各处的温度均衡；

(2)驱动转鼓3转动，使得转鼓3作用在轮胎6上，以驱动轮辋1以及轮胎6转动，测量预定参数条件下转鼓3的输入扭矩T；

(3)测量滚动阻力测试装置的附加损失阻力F_p1；附加损失阻力F_p1采用分离法进行测量；

(4)计算预定参数条件下轮胎6的滚动阻力F_r。滚动阻力F_r的公式如下所示：

F_r＝T/R-F_p1

其中：

F_r为轮胎6的滚动阻力，单位为牛顿(N)；

T为转鼓3的输入扭矩，单位为牛米(N·m)；

R为转鼓3的半径，单位为米(m)；

Fp1为滚动阻力测试装置的附加损失阻力。

参数条件包括轮胎6的试验速度、轮胎6的试验负荷以及环境温度。本实施例中，轮胎6的试验速度由转鼓3的转速进行调节，试验速度为转鼓3的圆周面的线速度。试验速度取值范围是轮胎的国标速度范围的50％-100％。轮胎6的试验负荷由轮胎负荷加载装置2提供，其取值范围为国标推荐负荷的80％-130％；测试过程中也可采用实际需求负荷进行测试。

选取参数条件的过程中，根据轮胎6的类型确定参数条件。当轮胎6为自行车免充气轮胎时，试验速度选取15-25Km/h，试验负荷60-75Kg；在一个较佳实施例中，试验速度选取20Km/h，试验负荷选取75Kg。当轮胎6为助力车免充气轮胎时，试验速度选取20-40Km/h，试验负荷60-85Kg；在一个较佳实施例中，试验速度选取40Km/h，试验负荷选取65Kg。

测量预定参数条件下转鼓3的输入扭矩T具体包括以下步骤：

(2.1)使用轮胎负荷加载装置2向轮胎6施加预定的试验负荷；并通过转鼓驱动装置4调节转鼓3的转速，使得轮胎6的转速达到预定的试验速度；

(2.2)驱动轮胎6及轮辋1持续转动预定时间，以模拟轮胎6的升温行驶过程，这一过程需持续30min以上，以使得轮胎的温度稳定，同时这一过程中转鼓驱动装置4也会持续调整转鼓的输入扭矩，使得转鼓3的转速趋于稳定；

(2.3)在各参数条件稳定的情况下测量转鼓3的输入扭矩T。

在上述步骤(2.2)中，模拟轮胎6的升温行驶过程需持续30分钟以上，若升温行驶过程持续过短，会导致轮胎6的性能不稳定；若升温行驶过程持续过长，会导致测试效率过低。因此在一个具体实施例中，升温行驶过程持续10min-30min。如表-1所示，测试编号为7至14的滚动阻力测试数据波动较大，而测试编号为15至26的滚动阻力测试数据较为稳定。通过表-1的数据可知，升温行驶过程持续30min以上会使得测试数据更加稳定。此外，从表-1的数据还可得出，相较于辐条式轮辋，采用一体式轮辋使得测量结果更加稳定。

表-1不同升温行驶过程持续时间下滚动阻力的测试数据

本实施例中，采用分离法测量附加损失阻力F_p1。分离法指的是在保持轮胎6按试验速度滚动而不滑动的条件下，将轮胎6的试验负荷减少到使轮胎6能量损失接近零时测得的单位行驶距离的能量损失值。测量附加损失阻力F_p1的过程中，为了使轮胎的滚动阻力小到可以忽略不计，应尽量减小轮胎6的试验负荷，以使试验轮胎6保持与转鼓3上按照相同的速度转动，同时二者不发生滑动。测量滚动阻力测试装置的附加损失阻力F_p1具体包括以下步骤：

(3.1)保持转鼓3以及轮胎6的转速不变，将轮胎6的试验负荷减小至分离极限负荷，使得轮胎6与转鼓3的接触面保持相同的线速度；分离极限负荷的取值范围是50N至100N；在一个较佳实施例中，分离极限负荷取值100N；

(3.2)测量转鼓3的输入扭矩T_t，

(3.3)计算滚动阻力测试装置的附加损失阻力F_p1，计算公式如下所示：

F_p1＝T_t/R

其中：

F_p1为所述滚动阻力测试装置的附加损失阻力，单位为牛顿(N)；

T_t为测试附件损失阻力的过程中所述转鼓的输入扭矩，单位为牛米(N·m)；

R为所述转鼓的半径，单位为米(m)。

在测量转鼓3的输入扭矩T的过程中，需要测量实验室的温度t_amb，由于实验室的温度在25±3℃范围内，因此需要对计算得到的滚动阻力F_r进行修正。修正公式如下所示：

F_r25＝F_r[1+Kt(t_amb-25)]

其中：

F_r25为标准环境温度(25℃)下轮胎的滚动阻力，单位为牛顿(N)；

F_r为在实验室环境温度(t_amb)下的轮胎滚动阻力，单位为牛顿(N)；

t_amb为实验室的实际温度，单位为摄氏度(℃)；

Kt为轮胎滚动阻力温度修正系数，Kt取0.01。

轮胎6的滚动阻力进行修正后，可根据其计算轮胎的滚动阻力系数，计算公式如下所示：

C_r25＝F_r25/L_m

其中：

C_r25试验轮胎在标准环境温度(25℃)下的滚动阻力系数，单位为牛/千牛(N/kN)；

F_r25为标准环境温度(25℃)下轮胎的滚动阻力，单位为牛顿(N)；

L_m为轮胎试验负荷，单位为牛顿(N)。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种滚动阻力测试装置，用于测试非机动车的轮胎的滚动阻力，其特征在于，所述滚动阻力测试装置包括轮辋、轮胎负荷加载装置以及轮辋夹具：

所述轮辋用于安装在所述轮胎的内缘；所述轮辋的旋转轴线处设置有轴孔；

所述轮辋夹具将所述轮辋固定在所述轮胎负荷加载装置的转轴上；所述轮辋夹具包括中轴替代件以及两个夹持板；两个所述夹持板相对设置在所述轮辋的两侧；所述中轴替代件的第一端设置有限位部，所述中轴替代件的第二端穿过所述夹持板以及所述轴孔，并与所述转轴同轴紧固连接，以使得一个所述夹持板抵靠在所述转轴的端部，另一个所述夹持板在所述限位部的推动下紧贴所述轮辋，从而实现对所述轮辋的夹持。

2.根据权利要求1所述的一种滚动阻力测试装置，其特征在于，所述轴孔的两端设置有轴承容纳部；所述夹持板与所述轮辋贴合的一侧设置有轴承替代件，所述轴承替代件容纳在所述轴承容纳部中。

3.根据权利要求1所述的一种滚动阻力测试装置，其特征在于，所述夹持板上开设有供所述中轴替代件穿过的通孔，所述中轴替代件的限位部的直径大于所述夹持板的通孔的直径。

4.根据权利要求1所述的一种滚动阻力测试装置，其特征在于，所述滚动阻力测试装置还包括转鼓以及转鼓驱动装置，所述转鼓的圆周面用于和轮胎的外缘接触以模拟路面；所述转鼓驱动装置与所述转鼓的支撑轴连接，以驱动所述转鼓转动；所述支撑轴与所述转鼓驱动装置之间设置有扭矩传感器；所述扭矩传感器用于测量所述转鼓的输入扭矩；所述轮胎负荷加载装置用于推动所述轮辋，以使得所述轮辋上的轮胎作用在所述转鼓的圆周面以模拟所述轮胎的负荷。

5.根据权利要求4所述的一种滚动阻力测试装置，其特征在于，所述滚动阻力测试装置还包括控制模块，所述控制模块分别与所述轮胎负荷加载装置、转鼓驱动装置以及所述扭矩传感器电性连接。

6.根据权利要求4所述的一种滚动阻力测试装置，其特征在于，所述轮胎负荷加载装置的所述转轴与所述转鼓的支撑轴并行设置。

7.根据权利要求1所述的一种滚动阻力测试装置，其特征在于，所述轮辋包括一体式轮辋。

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