專利名稱：輪胎與路面縱向附著特性的實時測定方法及其測試車的制作方法
技術領域：
本發明涉及汽車輪胎與路面縱向附著特性的測定技術，特別是一種在實際路面上進行輪胎與路面縱向附著特性的實時測定方法及用于實施該測定方法的測試車。
背景技術：
汽車輪胎在不同路面上的縱向附著系數變化特性是評價汽車輪胎性能的一項重要指標，它對汽車性能有重要影響。輪胎與不同路面之間的附著系數變化特性也是汽車動力性與制動性能仿真計算中的一項重要原始參數，特別是對應輪胎最大附著系數的滑轉率是汽車牽引力控制與制動力控制系統中的一個關鍵參數。因此輪胎縱向附著特性的測定一直是汽車輪胎特性研究、汽車性能仿真計算及汽車驅動力或制動力控制系統研究中的一項重要工作。但目前國內外對輪胎與路面之間的附著系數的測定還主要停留在實驗室進行，試驗時將輪胎裝在試驗臺架上模擬輪胎在典型路面行駛的工況并測定其附著系數。這種測定方法只能限于測定輪胎與某些典型路面之間的附著特性，而且其測試結果的準確性與適用性還依賴于試驗臺架上所構建的模擬路面與實際路面的接近程度，甚至有些路面是在實驗室里難以準確模擬的，如各種沙地。因此現有的在實驗室測定輪胎與路面之間附著系數變化特性的方法是有很強局限性與不足的。所以提出一種簡單易行的汽車輪胎附著特性道路實時測定裝置是很有必要的。

發明內容
本發明目的之一是提出一種輪胎與路面縱向附著特性的實時測定方法，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時測定方法的測試車，以實現更為準確的實時測定輪胎在各種實際路面行駛時的縱向附著系數變化特性。
本發明輪胎與路面縱向附著特性的實時測定方法，是將被測輪胎安裝在進行路面行駛的測試車的車輪上，通過設置在測試車驅動輪上的轉矩/轉速傳感器測得驅動輪上的驅動轉矩與車輪轉速，通過設置在測試車從動輪上的轉速傳感器測得從動輪的車輪轉速；根據測試車驅動輪與地面之間的正壓力及車輪半徑，由下式(1)即可計算得出該車輪輪胎與路面之間的附著系數u=1Nrw(Tm-Iwdωdt)---(1)]]>式中u-輪胎與路面之間的縱向附著系數，Tm-作用于車輪的驅動轉矩N.m，Iw-車輪繞中心軸的轉動慣量kg.m2，
ω-驅動車輪轉速rad/s，N-車輪與地面之間的正壓力N，rw-車輪半徑m；以從動輪的旋轉線速度作為車速，由驅動輪的旋轉線速度及車速根據下式(2)即可計算得出驅動輪的滑轉率 式中λ-車輪滑轉率，vw-從動輪旋轉線速度m/s。
所述的設置在測試車驅動輪上的轉矩/轉速傳感器和設置在測試車從動輪上的轉速傳感器分別與設置在測試車上的按所述式(1)、式(2)編程的數據處理單片機串行通訊連接，該數據處理單片機還與一筆記本電腦串行通訊連接，測試給定的所述測試車驅動輪與地面之間的正壓力及車輪半徑數據通過筆記本電腦輸入到數據處理單片機，數據處理單片機接受由從動輪上的轉速傳感器及驅動輪上的轉速/轉矩傳感器傳來的轉速與轉矩信號，并對信號進行濾波處理后，根據式(1)計算車輪附著系數，根據式(2)計算車輪滑轉率，然后將計算結果實時傳送至筆記本電腦進行記錄、保存及顯示，以實現輪胎縱向附著特性的實時、連續性測定。
一種用于上述輪胎與路面縱向附著特性的實時測定方法的測試車，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力源，兩側前驅動輪的驅動半軸通過固設在車身上的兩臺減速器與兩臺電機分別驅動連接，所述兩臺電機通過兩臺電機控制器分別與蓄電池電連接，設置在車體上的電子油門與電機控制器的控制指令輸入端相連；在所述的一側減速器的輸出軸與車輪驅動半軸之間連接一轉矩/轉速傳感器，在同側的后從動輪軸上設置一轉速傳感器，轉矩/轉速傳感器和轉速傳感器與一數據處理單片機相連接，該數據處理單片機通過串行通訊口與一筆記本電腦相連接；在車身的前部設有用于放置載荷的加載臺。
采用本發明方法測定輪胎與路面的縱向附著特性具有以下優點1)可測試輪胎與任何路面之間的附著特性，測試范圍廣。
2)測試路面為汽車實際行駛路面，測試工況與實際汽車行駛工況相同，因此測試結果更符合實際，實時性強。
3)測試成本低。


圖1汽車車輪受力分析圖；圖2是用于本發明輪胎與路面縱向附著特性的實時測定方法的測試車結構示意圖。
具體實施例方式
以下就附圖給出的實施例對本發明作進一步詳細說明。
本發明輪胎與路面縱向附著特性的實時測定方法，是將被測輪胎安裝在進行路面行駛的測試車的車輪上進行實際路面工況下的測定，在測試車的驅動輪上安裝一轉矩/轉速傳感器測定該車輪上的驅動轉矩與車輪轉速，根據測試車輪的載荷N及車輪半徑rw，由以下所述的公式(1)即可計算出該車輪輪胎與路面之間的附著系數；在測試車的從動輪上安裝一轉速傳感器，測量從動輪的車輪轉速，并以從動輪旋轉線速度作為車速，由驅動輪的旋轉線速度及車速根據以下所述的公式(2)即可計算驅動輪的滑轉率。這樣即可得到驅動輪輪胎縱向附著系數隨滑轉率的變化特性，實現了輪胎縱向附著特性的實時測定。
輪胎與路面之間的附著系數計算公式u=1Nrw(Tm-Iwdωdt)---(1)]]>u-輪胎與路面之間的縱向附著系數；Tm-作用于車輪的驅動轉矩(N.m)；Iw-車輪繞中心軸的轉動慣量(kg.m2)；ω-驅動車輪轉速(rad/s)；N-車輪與地面之間的正壓力(N)；rw-車輪半徑(m)；車輪滑轉率計算公式 λ-車輪滑轉率；vw-從動輪旋轉線速度(m/s)；本方法計算公式的理論推導依據是車輪和車體的受力如圖1所示，車輪的運動方程為
Iwdωdt=Tm-Fd·rw---(3)]]>式中Tm-汽車傳動系傳給車輪的轉矩(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的乘積，即Fd＝N·u(λ)(4)式中，N為車輪對地面的垂直壓力(N)，u(λ)為輪胎與路面之間的附著系數，它是車輪滑轉率λ的函數。
式(4)也可寫為u(λ)=FdN---(5)]]>由式(3)可得Fd=Tm-Iwdωdtrw---(6)]]>由式錯誤！未找到引用源。5)、錯誤！未找到引用源。6)可得u(λ)=1Nrw(Tm-Iwdωdt)---(7)]]>由式錯誤！未找到引用源。7)可知，輪胎與路面之間的附著系數可表示為車輪與地面之間正壓力N、車輪半徑rw、車輪驅動轉矩Tm、車輪轉速ω的函數。
所述的設置在測試車驅動輪上的轉矩/轉速傳感器和設置在測試車從動輪上的轉速傳感器分別與設置在測試車上的按所述式(1)、式(2)編程的數據處理單片機串行通訊連接，該數據處理單片機還與一筆記本電腦串行通訊連接，測試給定的所述測試車驅動輪與地面之間的正壓力及車輪半徑數據通過筆記本電腦輸入到數據處理單片機，數據處理單片機接受由從動輪上的轉速傳感器及驅動輪上的轉速/轉矩傳感器傳來的轉速與轉矩信號，并對信號進行濾波處理后，根據式(1)計算車輪附著系數，根據式(2)計算車輪滑轉率，然后將計算結果實時傳送至筆記本電腦進行記錄、保存及顯示，以實現輪胎縱向附著特性的實時、連續性測定。
參照圖2，一種用于上述輪胎與路面縱向附著特性的實時測定方法的測試車，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作為整車動力源，兩側前驅動輪的驅動半軸6、16通過固設在車身1上的兩臺減速器3、17與兩臺電機7、14分別驅動連接，所述兩臺電機7、14通過兩臺電機控制器9、12分別與蓄電池11電連接，設置在車體上的電子油門13與電機控制器9、12的控制指令輸入端相連，并設定為按轉矩控制模式對電機進行控制；在所述的一側減速器3的輸出軸與車輪5的驅動半軸6之間連接一轉矩/轉速傳感器4，在同側的后從動輪軸上設置一轉速傳感器10，轉矩/轉速傳感器4和轉速傳感器10與一數據處理單片機8相連接，該數據處理單片機8通過串行通訊口與一筆記本電腦15相連接；在車身1的前部設有用于放置載荷2的加載臺。電機控制器的輸出與驅動電機相連并設定為按轉矩控制模式對電機進行控制。
采用本測試車進行實際路面上的輪胎測試的具體做法是，將被測輪胎裝在測試車的車輪上，根據被測輪胎的試驗載荷要求，在加載臺上放置滿足要求的載荷并測量車輪半徑。車輪的載荷及車輪半徑通過筆記本電腦輸入數據處理單片機。由駕駛員駕駛試驗車行駛于試驗路面，并由駕駛員踩電子油門逐漸加大驅動電機的轉矩，使車輪滑轉率逐漸增加并最終使車輪完全打滑。數據處理單片機接受由從動輪轉速傳感器及驅動車輪上的轉速與轉矩傳感器傳來的轉速與轉矩信號，并對信號進行濾波處理后，根據式(1)計算車輪附著系數，根據式(2)計算車輪滑轉率。然后將計算結果實時傳送至筆記本電腦進行記錄、保存及顯示。
權利要求
1.一種輪胎與路面縱向附著特性的實時測定方法，其特征在于，是將被測輪胎安裝在進行路面行駛的測試車的車輪上，通過設置在測試車驅動輪上的轉矩/轉速傳感器測得驅動輪上的驅動轉矩與車輪轉速，通過設置在測試車從動輪上的轉速傳感器測得從動輪的車輪轉速；根據測試車驅動輪與地面之間的正壓力及車輪半徑，由下式(1)即可計算得出該車輪輪胎與路面之間的附著系數u=1Nrw(Tm-Iwdωdt)--(1)]]>式中u-輪胎與路面之間的縱向附著系數，Tm-作用于車輪的驅動轉矩N.m，Iw-車輪繞中心軸的轉動慣量kg.m2，ω-驅動車輪轉速rad/s，N-車輪與地面之間的正壓力N，rw-車輪半徑m；以從動輪的旋轉線速度作為車速，由驅動輪的旋轉線速度及車速根據下式(2)即可計算得出驅動輪的滑轉率 式中λ-車輪滑轉率，vw-從動輪旋轉線速度m/s。
2.根據權利要求1所述的輪胎與路面縱向附著特性的實時測定方法，其特征在于，所述的設置在測試車驅動輪上的轉矩/轉速傳感器和設置在測試車從動輪上的轉速傳感器分別與設置在測試車上的按所述式(1)、式(2)編程的數據處理單片機相連接，該數據處理單片機還與一筆記本電腦相連接，測試給定的所述測試車驅動輪與地面之間的正壓力及車輪半徑數據通過筆記本電腦輸入到數據處理單片機，數據處理單片機接受由從動輪上的轉速傳感器及驅動輪上的轉速/轉矩傳感器傳來的轉速與轉矩信號，并對信號進行濾波處理后，根據式(1)計算車輪附著系數，根據式(2)計算車輪滑轉率，然后將計算結果實時傳送至筆記本電腦進行記錄、保存及顯示，以實現輪胎縱向附著特性的實時、連續性測定。
3.一種用于權利要求1所述的輪胎與路面縱向附著特性的實時測定方法的測試車，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)作為整車動力源，其特征在于，兩側前驅動輪的驅動半軸(6、16)通過固設在車身(1)上的兩臺減速器(3、17)與兩臺電機(7、14)分別驅動連接，所述兩臺電機(7、14)通過兩臺電機控制器(9、12)分別與蓄電池(11)電連接，設置在車體上的電子油門(13)與電機控制器(9、12)的控制指令輸入端相連；在所述的一側減速器(3)的輸出軸與車輪驅動半軸(6)之間連接一轉矩/轉速傳感器(4)，在同側的后從動輪軸上設置一轉速傳感器(10)，轉矩/轉速傳感器(4)和轉速傳感器(10)與一數據處理單片機(8)相連接，該數據處理單片機(8)通過串行通訊口與一筆記本電腦相連接；在車身(1)的前部設有用于放置載荷(2)的加載臺。
全文摘要
本發明涉及輪胎與路面縱向附著特性的實時測定方法及其測試車，是將被測輪胎安裝在進行路面行駛的測試車的車輪上，通過設置在測試車驅動輪上的轉矩/轉速傳感器測得驅動輪上的驅動轉矩與車輪轉速，通過設置在測試車從動輪上的轉速傳感器測得從動輪的車輪轉速ω；根據測試車驅動輪與地面之間的正壓力N及車輪半徑r
文檔編號G01N19/00GK1865895SQ200610016958
公開日2006年11月22日 申請日期2006年6月20日 優先權日2006年6月20日
發明者王慶年, 靳立強, 宋傳學, 彭彥宏, 張俠, 趙碩 申請人:吉林大學