專利名稱：輪胎與路面縱向附著特性的實(shí)時(shí)測(cè)定方法及其測(cè)試車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車輪胎與路面縱向附著特性的測(cè)定技術(shù)，特別是一種在實(shí)際路面上進(jìn)行輪胎與路面縱向附著特性的實(shí)時(shí)測(cè)定方法及用于實(shí)施該測(cè)定方法的測(cè)試車。
背景技術(shù)：
汽車輪胎在不同路面上的縱向附著系數(shù)變化特性是評(píng)價(jià)汽車輪胎性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，它對(duì)汽車性能有重要影響。輪胎與不同路面之間的附著系數(shù)變化特性也是汽車動(dòng)力性與制動(dòng)性能仿真計(jì)算中的一項(xiàng)重要原始參數(shù)，特別是對(duì)應(yīng)輪胎最大附著系數(shù)的滑轉(zhuǎn)率是汽車牽引力控制與制動(dòng)力控制系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。因此輪胎縱向附著特性的測(cè)定一直是汽車輪胎特性研究、汽車性能仿真計(jì)算及汽車驅(qū)動(dòng)力或制動(dòng)力控制系統(tǒng)研究中的一項(xiàng)重要工作。但目前國(guó)內(nèi)外對(duì)輪胎與路面之間的附著系數(shù)的測(cè)定還主要停留在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)將輪胎裝在試驗(yàn)臺(tái)架上模擬輪胎在典型路面行駛的工況并測(cè)定其附著系數(shù)。這種測(cè)定方法只能限于測(cè)定輪胎與某些典型路面之間的附著特性，而且其測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性與適用性還依賴于試驗(yàn)臺(tái)架上所構(gòu)建的模擬路面與實(shí)際路面的接近程度，甚至有些路面是在實(shí)驗(yàn)室里難以準(zhǔn)確模擬的，如各種沙地。因此現(xiàn)有的在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定輪胎與路面之間附著系數(shù)變化特性的方法是有很強(qiáng)局限性與不足的。所以提出一種簡(jiǎn)單易行的汽車輪胎附著特性道路實(shí)時(shí)測(cè)定裝置是很有必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的之一是提出一種輪胎與路面縱向附著特性的實(shí)時(shí)測(cè)定方法，目的之二是提出一種用于上述輪胎與路面縱向附著特性的實(shí)時(shí)測(cè)定方法的測(cè)試車，以實(shí)現(xiàn)更為準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)測(cè)定輪胎在各種實(shí)際路面行駛時(shí)的縱向附著系數(shù)變化特性。
本發(fā)明輪胎與路面縱向附著特性的實(shí)時(shí)測(cè)定方法，是將被測(cè)輪胎安裝在進(jìn)行路面行駛的測(cè)試車的車輪上，通過設(shè)置在測(cè)試車驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)得驅(qū)動(dòng)輪上的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩與車輪轉(zhuǎn)速，通過設(shè)置在測(cè)試車從動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)得從動(dòng)輪的車輪轉(zhuǎn)速；根據(jù)測(cè)試車驅(qū)動(dòng)輪與地面之間的正壓力及車輪半徑，由下式(1)即可計(jì)算得出該車輪輪胎與路面之間的附著系數(shù)u=1Nrw(Tm-Iwdωdt)---(1)]]>式中u-輪胎與路面之間的縱向附著系數(shù)，Tm-作用于車輪的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩N.m，Iw-車輪繞中心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量kg.m2，
ω-驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)速rad/s，N-車輪與地面之間的正壓力N，rw-車輪半徑m；以從動(dòng)輪的旋轉(zhuǎn)線速度作為車速，由驅(qū)動(dòng)輪的旋轉(zhuǎn)線速度及車速根據(jù)下式(2)即可計(jì)算得出驅(qū)動(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)率 式中λ-車輪滑轉(zhuǎn)率，vw-從動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)線速度m/s。
所述的設(shè)置在測(cè)試車驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器和設(shè)置在測(cè)試車從動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)速傳感器分別與設(shè)置在測(cè)試車上的按所述式(1)、式(2)編程的數(shù)據(jù)處理單片機(jī)串行通訊連接，該數(shù)據(jù)處理單片機(jī)還與一筆記本電腦串行通訊連接，測(cè)試給定的所述測(cè)試車驅(qū)動(dòng)輪與地面之間的正壓力及車輪半徑數(shù)據(jù)通過筆記本電腦輸入到數(shù)據(jù)處理單片機(jī)，數(shù)據(jù)處理單片機(jī)接受由從動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)速傳感器及驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩傳感器傳來的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理后，根據(jù)式(1)計(jì)算車輪附著系數(shù)，根據(jù)式(2)計(jì)算車輪滑轉(zhuǎn)率，然后將計(jì)算結(jié)果實(shí)時(shí)傳送至筆記本電腦進(jìn)行記錄、保存及顯示，以實(shí)現(xiàn)輪胎縱向附著特性的實(shí)時(shí)、連續(xù)性測(cè)定。
一種用于上述輪胎與路面縱向附著特性的實(shí)時(shí)測(cè)定方法的測(cè)試車，是一具有普通四輪汽車底盤的車體，在其車身上安裝有蓄電池作為整車動(dòng)力源，兩側(cè)前驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)半軸通過固設(shè)在車身上的兩臺(tái)減速器與兩臺(tái)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)連接，所述兩臺(tái)電機(jī)通過兩臺(tái)電機(jī)控制器分別與蓄電池電連接，設(shè)置在車體上的電子油門與電機(jī)控制器的控制指令輸入端相連；在所述的一側(cè)減速器的輸出軸與車輪驅(qū)動(dòng)半軸之間連接一轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器，在同側(cè)的后從動(dòng)輪軸上設(shè)置一轉(zhuǎn)速傳感器，轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器與一數(shù)據(jù)處理單片機(jī)相連接，該數(shù)據(jù)處理單片機(jī)通過串行通訊口與一筆記本電腦相連接；在車身的前部設(shè)有用于放置載荷的加載臺(tái)。
采用本發(fā)明方法測(cè)定輪胎與路面的縱向附著特性具有以下優(yōu)點(diǎn)1)可測(cè)試輪胎與任何路面之間的附著特性，測(cè)試范圍廣。
2)測(cè)試路面為汽車實(shí)際行駛路面，測(cè)試工況與實(shí)際汽車行駛工況相同，因此測(cè)試結(jié)果更符合實(shí)際，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。
3)測(cè)試成本低。


圖1汽車車輪受力分析圖；圖2是用于本發(fā)明輪胎與路面縱向附著特性的實(shí)時(shí)測(cè)定方法的測(cè)試車結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下就附圖給出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明輪胎與路面縱向附著特性的實(shí)時(shí)測(cè)定方法，是將被測(cè)輪胎安裝在進(jìn)行路面行駛的測(cè)試車的車輪上進(jìn)行實(shí)際路面工況下的測(cè)定，在測(cè)試車的驅(qū)動(dòng)輪上安裝一轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)定該車輪上的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩與車輪轉(zhuǎn)速，根據(jù)測(cè)試車輪的載荷N及車輪半徑rw，由以下所述的公式(1)即可計(jì)算出該車輪輪胎與路面之間的附著系數(shù)；在測(cè)試車的從動(dòng)輪上安裝一轉(zhuǎn)速傳感器，測(cè)量從動(dòng)輪的車輪轉(zhuǎn)速，并以從動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)線速度作為車速，由驅(qū)動(dòng)輪的旋轉(zhuǎn)線速度及車速根據(jù)以下所述的公式(2)即可計(jì)算驅(qū)動(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)率。這樣即可得到驅(qū)動(dòng)輪輪胎縱向附著系數(shù)隨滑轉(zhuǎn)率的變化特性，實(shí)現(xiàn)了輪胎縱向附著特性的實(shí)時(shí)測(cè)定。
輪胎與路面之間的附著系數(shù)計(jì)算公式u=1Nrw(Tm-Iwdωdt)---(1)]]>u-輪胎與路面之間的縱向附著系數(shù)；Tm-作用于車輪的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩(N.m)；Iw-車輪繞中心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg.m2)；ω-驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)速(rad/s)；N-車輪與地面之間的正壓力(N)；rw-車輪半徑(m)；車輪滑轉(zhuǎn)率計(jì)算公式 λ-車輪滑轉(zhuǎn)率；vw-從動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)線速度(m/s)；本方法計(jì)算公式的理論推導(dǎo)依據(jù)是車輪和車體的受力如圖1所示，車輪的運(yùn)動(dòng)方程為
Iwdωdt=Tm-Fd·rw---(3)]]>式中Tm-汽車傳動(dòng)系傳給車輪的轉(zhuǎn)矩(N.m)；Fd-路面與輪胎之間的摩擦力(N)；Iw-車輪慣量(kg.m2)；ω-車輪轉(zhuǎn)速(rad/s)；Fd是路面給輪胎的反作用力，也是汽車行駛的牽引力，它等于車輪垂直載荷與輪胎和路面之間附著系數(shù)的乘積，即Fd＝N·u(λ)(4)式中，N為車輪對(duì)地面的垂直壓力(N)，u(λ)為輪胎與路面之間的附著系數(shù)，它是車輪滑轉(zhuǎn)率λ的函數(shù)。
式(4)也可寫為u(λ)=FdN---(5)]]>由式(3)可得Fd=Tm-Iwdωdtrw---(6)]]>由式錯(cuò)誤！未找到引用源。5)、錯(cuò)誤！未找到引用源。6)可得u(λ)=1Nrw(Tm-Iwdωdt)---(7)]]>由式錯(cuò)誤！未找到引用源。7)可知，輪胎與路面之間的附著系數(shù)可表示為車輪與地面之間正壓力N、車輪半徑rw、車輪驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tm、車輪轉(zhuǎn)速ω的函數(shù)。
所述的設(shè)置在測(cè)試車驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器和設(shè)置在測(cè)試車從動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)速傳感器分別與設(shè)置在測(cè)試車上的按所述式(1)、式(2)編程的數(shù)據(jù)處理單片機(jī)串行通訊連接，該數(shù)據(jù)處理單片機(jī)還與一筆記本電腦串行通訊連接，測(cè)試給定的所述測(cè)試車驅(qū)動(dòng)輪與地面之間的正壓力及車輪半徑數(shù)據(jù)通過筆記本電腦輸入到數(shù)據(jù)處理單片機(jī)，數(shù)據(jù)處理單片機(jī)接受由從動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)速傳感器及驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩傳感器傳來的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理后，根據(jù)式(1)計(jì)算車輪附著系數(shù)，根據(jù)式(2)計(jì)算車輪滑轉(zhuǎn)率，然后將計(jì)算結(jié)果實(shí)時(shí)傳送至筆記本電腦進(jìn)行記錄、保存及顯示，以實(shí)現(xiàn)輪胎縱向附著特性的實(shí)時(shí)、連續(xù)性測(cè)定。
參照?qǐng)D2，一種用于上述輪胎與路面縱向附著特性的實(shí)時(shí)測(cè)定方法的測(cè)試車，是一具有普通四輪汽車底盤的車體，在其車身1上安裝有蓄電池11作為整車動(dòng)力源，兩側(cè)前驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)半軸6、16通過固設(shè)在車身1上的兩臺(tái)減速器3、17與兩臺(tái)電機(jī)7、14分別驅(qū)動(dòng)連接，所述兩臺(tái)電機(jī)7、14通過兩臺(tái)電機(jī)控制器9、12分別與蓄電池11電連接，設(shè)置在車體上的電子油門13與電機(jī)控制器9、12的控制指令輸入端相連，并設(shè)定為按轉(zhuǎn)矩控制模式對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制；在所述的一側(cè)減速器3的輸出軸與車輪5的驅(qū)動(dòng)半軸6之間連接一轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器4，在同側(cè)的后從動(dòng)輪軸上設(shè)置一轉(zhuǎn)速傳感器10，轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器4和轉(zhuǎn)速傳感器10與一數(shù)據(jù)處理單片機(jī)8相連接，該數(shù)據(jù)處理單片機(jī)8通過串行通訊口與一筆記本電腦15相連接；在車身1的前部設(shè)有用于放置載荷2的加載臺(tái)。電機(jī)控制器的輸出與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連并設(shè)定為按轉(zhuǎn)矩控制模式對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。
采用本測(cè)試車進(jìn)行實(shí)際路面上的輪胎測(cè)試的具體做法是，將被測(cè)輪胎裝在測(cè)試車的車輪上，根據(jù)被測(cè)輪胎的試驗(yàn)載荷要求，在加載臺(tái)上放置滿足要求的載荷并測(cè)量車輪半徑。車輪的載荷及車輪半徑通過筆記本電腦輸入數(shù)據(jù)處理單片機(jī)。由駕駛員駕駛試驗(yàn)車行駛于試驗(yàn)路面，并由駕駛員踩電子油門逐漸加大驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，使車輪滑轉(zhuǎn)率逐漸增加并最終使車輪完全打滑。數(shù)據(jù)處理單片機(jī)接受由從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速傳感器及驅(qū)動(dòng)車輪上的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩傳感器傳來的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理后，根據(jù)式(1)計(jì)算車輪附著系數(shù)，根據(jù)式(2)計(jì)算車輪滑轉(zhuǎn)率。然后將計(jì)算結(jié)果實(shí)時(shí)傳送至筆記本電腦進(jìn)行記錄、保存及顯示。
權(quán)利要求
1.一種輪胎與路面縱向附著特性的實(shí)時(shí)測(cè)定方法，其特征在于，是將被測(cè)輪胎安裝在進(jìn)行路面行駛的測(cè)試車的車輪上，通過設(shè)置在測(cè)試車驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)得驅(qū)動(dòng)輪上的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩與車輪轉(zhuǎn)速，通過設(shè)置在測(cè)試車從動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)得從動(dòng)輪的車輪轉(zhuǎn)速；根據(jù)測(cè)試車驅(qū)動(dòng)輪與地面之間的正壓力及車輪半徑，由下式(1)即可計(jì)算得出該車輪輪胎與路面之間的附著系數(shù)u=1Nrw(Tm-Iwdωdt)--(1)]]>式中u-輪胎與路面之間的縱向附著系數(shù)，Tm-作用于車輪的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩N.m，Iw-車輪繞中心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量kg.m2，ω-驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)速rad/s，N-車輪與地面之間的正壓力N，rw-車輪半徑m；以從動(dòng)輪的旋轉(zhuǎn)線速度作為車速，由驅(qū)動(dòng)輪的旋轉(zhuǎn)線速度及車速根據(jù)下式(2)即可計(jì)算得出驅(qū)動(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)率 式中λ-車輪滑轉(zhuǎn)率，vw-從動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)線速度m/s。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪胎與路面縱向附著特性的實(shí)時(shí)測(cè)定方法，其特征在于，所述的設(shè)置在測(cè)試車驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器和設(shè)置在測(cè)試車從動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)速傳感器分別與設(shè)置在測(cè)試車上的按所述式(1)、式(2)編程的數(shù)據(jù)處理單片機(jī)相連接，該數(shù)據(jù)處理單片機(jī)還與一筆記本電腦相連接，測(cè)試給定的所述測(cè)試車驅(qū)動(dòng)輪與地面之間的正壓力及車輪半徑數(shù)據(jù)通過筆記本電腦輸入到數(shù)據(jù)處理單片機(jī)，數(shù)據(jù)處理單片機(jī)接受由從動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)速傳感器及驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩傳感器傳來的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理后，根據(jù)式(1)計(jì)算車輪附著系數(shù)，根據(jù)式(2)計(jì)算車輪滑轉(zhuǎn)率，然后將計(jì)算結(jié)果實(shí)時(shí)傳送至筆記本電腦進(jìn)行記錄、保存及顯示，以實(shí)現(xiàn)輪胎縱向附著特性的實(shí)時(shí)、連續(xù)性測(cè)定。
3.一種用于權(quán)利要求1所述的輪胎與路面縱向附著特性的實(shí)時(shí)測(cè)定方法的測(cè)試車，是一具有普通四輪汽車底盤的車體，在其車身(1)上安裝有蓄電池(11)作為整車動(dòng)力源，其特征在于，兩側(cè)前驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)半軸(6、16)通過固設(shè)在車身(1)上的兩臺(tái)減速器(3、17)與兩臺(tái)電機(jī)(7、14)分別驅(qū)動(dòng)連接，所述兩臺(tái)電機(jī)(7、14)通過兩臺(tái)電機(jī)控制器(9、12)分別與蓄電池(11)電連接，設(shè)置在車體上的電子油門(13)與電機(jī)控制器(9、12)的控制指令輸入端相連；在所述的一側(cè)減速器(3)的輸出軸與車輪驅(qū)動(dòng)半軸(6)之間連接一轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器(4)，在同側(cè)的后從動(dòng)輪軸上設(shè)置一轉(zhuǎn)速傳感器(10)，轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器(4)和轉(zhuǎn)速傳感器(10)與一數(shù)據(jù)處理單片機(jī)(8)相連接，該數(shù)據(jù)處理單片機(jī)(8)通過串行通訊口與一筆記本電腦相連接；在車身(1)的前部設(shè)有用于放置載荷(2)的加載臺(tái)。
全文摘要
本發(fā)明涉及輪胎與路面縱向附著特性的實(shí)時(shí)測(cè)定方法及其測(cè)試車，是將被測(cè)輪胎安裝在進(jìn)行路面行駛的測(cè)試車的車輪上，通過設(shè)置在測(cè)試車驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)得驅(qū)動(dòng)輪上的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩與車輪轉(zhuǎn)速，通過設(shè)置在測(cè)試車從動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)得從動(dòng)輪的車輪轉(zhuǎn)速ω；根據(jù)測(cè)試車驅(qū)動(dòng)輪與地面之間的正壓力N及車輪半徑r
文檔編號(hào)G01N19/00GK1865895SQ200610016958
公開日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2006年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月20日
發(fā)明者王慶年, 靳立強(qiáng), 宋傳學(xué), 彭彥宏, 張俠, 趙碩 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)