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基于簡(jiǎn)易輪胎試驗(yàn)?zāi)B(tài)測(cè)試的滾阻特性評(píng)價(jià)方法(下）

2019-05-14 00:17:10·  來源：《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)》  作者：朱成偉，劉洋，莊曄，高學(xué)亮，陳強(qiáng)  
　
摘要：輪胎滾動(dòng)阻力對(duì)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性有很大影響，約占汽車耗油的20%～30%，評(píng)價(jià)輪胎滾阻特性是本領(lǐng)域的難點(diǎn)。通過對(duì)現(xiàn)階段評(píng)價(jià)輪胎滾阻特性的總結(jié)及對(duì)輪胎滾阻產(chǎn)
摘要：輪胎滾動(dòng)阻力對(duì)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性有很大影響，約占汽車耗油的20%～30%，評(píng)價(jià)輪胎滾阻特性是本領(lǐng)域的難點(diǎn)。通過對(duì)現(xiàn)階段評(píng)價(jià)輪胎滾阻特性的總結(jié)及對(duì)輪胎滾阻產(chǎn)生機(jī)理分析，本文提出了一種基于簡(jiǎn)易輪胎試驗(yàn)?zāi)B(tài)測(cè)試的滾阻特性評(píng)價(jià)方法，利用半功率帶寬法對(duì)輪胎試驗(yàn)?zāi)B(tài)幅頻特性進(jìn)行計(jì)算，得到不同輪胎的阻尼比評(píng)價(jià)其滾阻特性。試驗(yàn)結(jié)果表明，輪胎試驗(yàn)?zāi)B(tài)幅頻特性的半功率帶寬與其滾動(dòng)阻力有密切關(guān)系且呈正相關(guān)，其半功率帶寬越大，一階共振能量越分散，輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)就越大。該結(jié)果進(jìn)一步表明不同輪胎的模態(tài)阻尼比與其滾動(dòng)阻力系數(shù)兩者之間具有很好的一致性，輪胎的阻尼比越大，其滾動(dòng)阻力系數(shù)越大，證明該方法能夠定性評(píng)價(jià)輪胎滾阻特性，從而提高了輪胎滾動(dòng)阻力測(cè)試效率及降低測(cè)試成本。

關(guān)鍵詞：輪胎滾阻；模態(tài)參數(shù)；壓電薄膜；半功率帶寬

3 輪胎滾動(dòng)阻力測(cè)試
 
3.1 測(cè)試原理

根據(jù)輪胎滾動(dòng)阻力測(cè)試相關(guān)文獻(xiàn)ISO28580:2009[16-17]以及歐標(biāo)R117:2014，輪胎滾動(dòng)阻力測(cè)試方法包括減速度法、力法、功率法和扭矩法。由于力法測(cè)試精度較高，計(jì)算方便，故采用以力法為依據(jù)的測(cè)定輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)測(cè)試。輪胎滾動(dòng)阻力測(cè)試原理如圖6 所示。

1.輪胎 2.轉(zhuǎn)鼓
圖6 輪胎滾動(dòng)阻力測(cè)試示意圖

輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)可表示為：


式中：Crr ——輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)， N/kN； F r   ——輪胎滾動(dòng)阻力， N； F z  ——輪胎垂向負(fù)荷，kN。



3.2 滾阻試驗(yàn)



表1 輪胎滾阻系數(shù)測(cè)試相關(guān)參數(shù)

1.力傳感器 2. 溫度傳感器 3. 轉(zhuǎn)鼓 4.乘用車輪胎工位 5.商用車輪胎工位
圖7 輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)測(cè)試系統(tǒng)

4 試驗(yàn)結(jié)果
 
4.1 輪胎試驗(yàn)?zāi)B(tài)數(shù)據(jù)

輪胎模態(tài)試驗(yàn)的試樣為5 個(gè)不同滾動(dòng)阻力系數(shù)的輪胎，分別為C1、C2、C3、C4、C5，利用提出的簡(jiǎn)易基于輪胎試驗(yàn)?zāi)B(tài)阻尼測(cè)試裝置，得到不同輪胎模態(tài)試驗(yàn)的時(shí)域信號(hào)如圖8 所示。

圖8 不同輪胎的模態(tài)試驗(yàn)時(shí)域信號(hào)

對(duì)5 個(gè)輪胎模態(tài)試驗(yàn)的時(shí)域數(shù)據(jù)進(jìn)行幅頻特性分析，得到對(duì)應(yīng)輪胎模態(tài)的幅頻特性曲線，縱坐標(biāo)為線性坐標(biāo)，同時(shí)對(duì)幅頻特性曲線的第一階共振峰進(jìn)行基于半功率帶寬方法的分析，如圖9 所示。

圖9 不同輪胎模態(tài)幅頻特性曲線

由圖9 輪胎試驗(yàn)?zāi)B(tài)的幅頻特性曲線可知，錘擊法對(duì)輪胎進(jìn)行單點(diǎn)激勵(lì)模態(tài)試驗(yàn)?zāi)軌虬演喬サ谝浑A固有頻率激發(fā)出來，對(duì)研究輪胎阻尼特性和輪胎滾動(dòng)阻力有價(jià)值。因此對(duì)輪胎試驗(yàn)?zāi)B(tài)數(shù)據(jù)的幅頻特性曲線進(jìn)行基于半功率帶寬法來計(jì)算不同輪胎模態(tài)阻尼，是對(duì)每條輪胎的幅頻特性曲線第一階峰值進(jìn)行半功率帶寬提取，圖9中黑色曲線是輪胎幅頻特性曲線，根據(jù)半功率帶寬原理，紅色線部分為頻率峰值


表2 不同輪胎阻尼比結(jié)果

4.2 輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)結(jié)果分析

根據(jù)上述輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)的力法試驗(yàn)方法得到5 個(gè)輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)結(jié)果如表3 所示，由于輪胎結(jié)構(gòu)存在不對(duì)稱性存在錐度效應(yīng)，輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)力法測(cè)試時(shí)需要輪胎正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)兩個(gè)工況完成，由于垂向負(fù)荷是實(shí)時(shí)采集，輪胎正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)工況的垂向負(fù)荷是有微小浮動(dòng)但基本不影響測(cè)試結(jié)果，對(duì)應(yīng)輪胎滾動(dòng)阻力的試驗(yàn)結(jié)果正值與負(fù)值，滾動(dòng)阻力系數(shù)正值與負(fù)值，滾動(dòng)阻力系數(shù)正值與負(fù)值兩者絕對(duì)值的平均值作為最終輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)。

表3 不同輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)測(cè)試結(jié)果

根據(jù)表2 的半功率帶寬和表3 輪胎滾阻系數(shù)結(jié)果得到C3 輪胎半功率帶寬最大，其滾阻系數(shù)也是最大的，而C1 輪胎的半功率帶寬最小，滾阻系數(shù)也是最小，從整體來看，輪胎模態(tài)幅頻特性曲線的半功率帶寬與輪胎滾動(dòng)阻力有密切關(guān)系且為正相關(guān)關(guān)系。

根據(jù)表2 的輪胎阻尼比和表3 輪胎滾阻系數(shù)結(jié)果得到C3 輪胎的阻尼比最大，其滾阻系數(shù)也是最大的，而C1 輪胎的阻尼比最小，其滾阻系數(shù)也是最小的，整體來看，5 個(gè)輪胎的阻尼比與其滾阻系數(shù)為正相關(guān)關(guān)系。

5 結(jié)論
 
（1）利用輪胎試驗(yàn)?zāi)B(tài)的阻尼特性評(píng)價(jià)輪胎滾動(dòng)阻力。提出一種簡(jiǎn)易基于壓電薄膜傳感器的測(cè)試輪胎模態(tài)阻尼的試驗(yàn)方法。通過此測(cè)試方法，利用半功率帶寬原理對(duì)不同輪胎模態(tài)阻尼特性進(jìn)行試驗(yàn)，通過不同輪胎模態(tài)阻尼評(píng)價(jià)輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)，且兩者之間保持正相關(guān)關(guān)系。不同輪胎的阻尼比與起滾動(dòng)阻力系數(shù)具有很好的一致性，與輪胎滾動(dòng)阻力因粘性遲滯效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理是一致的。通過計(jì)算輪胎阻尼比能夠定性評(píng)價(jià)輪胎滾動(dòng)阻力可行合理。

（2）對(duì)不同輪胎進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)時(shí)得到半功率帶寬，發(fā)現(xiàn)不同輪胎幅頻特性的半功率帶寬與輪胎滾阻系數(shù)存在著正相關(guān)關(guān)系。輪胎模態(tài)幅頻特性的半功率帶寬越大，一階峰值坡度越小，一階共振處的能量越分散，滾阻系數(shù)越大，反之，輪胎模態(tài)幅頻特性的半功率帶寬越小，一階模態(tài)峰值坡度越大，一階共振處的能量越集中，輪胎滾阻系數(shù)越小，具體表現(xiàn)為輪胎的半功率帶寬越大，輪胎滾阻系數(shù)越大，因此也可以利用輪胎模態(tài)試驗(yàn)的幅頻特性半功率帶寬評(píng)價(jià)其滾阻特性。
 
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