多功能轮胎道路检测装置及其测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种适用于在室外路况下获得轮胎特性的检测装置及其基于该装置的轮胎特性测试方法。
【背景技术】
[0002]轮胎是位于车辆与路面之间的唯一部件，轮胎与路面的相互作用决定了车辆的运动状态。车辆的许多重要性能都与轮胎的特性有关。车辆的操纵稳定性，制动安全性，车辆垂直振动，车辆动力性，都依赖于轮胎特性的研宄。因此，轮胎特性研宄具有十分重大的现实意义和广阔的应用前景。
[0003]然而轮胎物理结构和轮胎橡胶与各种路面的摩擦特性都非常复杂的，它不仅与速度、垂直压力有关，而且受路面种类与路面状况(干路面、冰雪路面、积水路面)的影响。与此同时，在车辆行驶过程中，轮胎的受力状况、运动状态以及与路面间的相互作用复杂多变。总而言之，这些因素都极大增加了轮胎特性获取的难度。
[0004]目前，轮胎特性的检测装置包括两类:轮胎室内检测装置、轮胎室外检测装置。轮胎室内检测装置存在的主要问题是:难于模拟实际使用路面状况(干路面、冰雪路面、积水路面)和使用环境；轮胎室外检测装置主要包含单轮检测装置和双轮检测装置，存在的主要问题是:针对室外单轮检测装置结构复杂，同时单轮导致轮胎在侧偏、侧倾工况下受力不平衡，针对室外双轮检测装置能够实现滚阻、滑阻等单一工况，不能实现侧偏、侧倾及复合工况下的轮胎特性检测。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了克服现有轮胎道路检测系统和方法存在的缺陷，提出一种多功能轮胎道路检测装置及其测试方法。基于该检测装置，解决了室内检测装置难于模拟实际使用路面状况(干路面、冰雪路面、积水路面)及使用环境和轮胎室外检测装置受力不平衡、检测工况单一，不能实现侧偏、侧倾及复合工况下的轮胎特性检测等问题，同时可以获取轮胎与实际使用路面间的摩擦系数。
[0006]本发明多功能轮胎道路检测装置，包括车架、测试轮胎、悬架系统、轮胎转向机构、牵引车连接结构、制动盘、车轮轴承、制动装置、非接触速度传感器、车轮转角传感器、惯量测试单元、转速传感器、控制台、电池；
[0007]两套所述悬架系统以行驶方向为中心对称的设置在所述车架上，每套悬架系统由减振器组件、转向连接件、轮胎侧倾调节机构和连接臂组成；即，减振器组件的一端固连在车架的支板上，另一端固连在转向连接件的上端，转向连接件的下端通过轮胎侧倾调节机构与连接臂一端球铰连接，连接臂的另一端与车架下支撑板铰连；
[0008]转向连接件与所述的车轮轴承内环固连，所述的制动盘与车轮轴承外环固连；对应于制动盘的所述的制动装置与转向连接件固连；所述的测试轮胎通过轮辋同制动盘固连。
[0009]两套所述轮胎转向机构以行驶方向为中心对称的设置在所述车架上，每套轮胎转向机构由传动套、转向片、转向球头、转向拉杆组件、转向接头和伺服电机、行星减速器、侧向力传感器组成；即，行星减速器固设在车架的上支撑板上，伺服电机与行星减速器的输入轴驱动连接，行星减速器的输出轴同传动套以键传动方式固连，传动套与转向片以键传动方式固连，转向片另一端与转向球头一端铰连，转向球头另一端与转向拉杆组件一端螺纹连接，转向拉杆组件另一端与侧向力传感器固连，侧向力传感器与转向接头固连；转向接头另一端与所述的转向连接件下端铰连；所述的车轮转角传感器设置在伺服电机自由端上；
[0010]所述的轮胎侧倾调节机构由球铰梯形调节块、调节丝杆、调节螺母和锁紧螺母组成；球铰梯形调节块的球头螺杆同所述转向连接件固连，并通过锁紧螺母将球铰梯形调节块的球头螺杆锁定，球铰梯形调节块的梯形导向面的下表面与连接臂梯形导向面的上表面贴合，调节丝杠的一端同球铰梯形调节块固连，另一端以螺纹连接方式与连接臂连接，调节螺母同调节丝杆连接。
[0011]所述的牵引车连接结构由同步微调组件、连接件、调节板、挂环、焊接支架和拉力传感器所组成；同步微调组件两端分别与挂环和连接件固定，拉力传感器一端同连接件固连，另一端同调节板固连，调节板同焊接支架固连，焊接支架两端与车架上支撑板固连。
[0012]所述的控制台、电池、惯量测试单元分别固设在车架上支撑板上，所述的非接触速度传感器固连在车架下固定板上；
[0013]所述的转速传感器一端同轮辋方孔过渡配合方式固连，另一端同车轮轴承方孔过渡配合方式固连；
[0014]所述的伺服电机与控制台中的驱动控制板相联接；
[0015]所述的非接触速度传感器、车轮转角传感器、惯量测试单元、拉力传感器、侧向力传感器和转速传感器通过数据线分别与控制台中的中央控制器通讯联接。
[0016]在车架上还设置一载沙桶，通过装沙量以实现检测装置轮胎垂直载荷调节。
[0017]轮胎在指定工况下滚动时，通过非接触速度传感器在检测装置行驶时获取装置的纵向速度和侧向速度，通过惯性测试单元在检测装置行驶时获取装置的纵向加速度、侧向加速度和横摆角速度，通过拉力传感器测量检测装置的纵向力(包括滚动阻力和制动力)，通过侧向力传感器获取轮胎侧向力。
[0018]本发明的多功能轮胎道路检测装置可用于轮胎的侧偏、纵滑、滚动阻力、侧倾、侧倾纵滑复合、侧倾侧偏复合、侧偏纵滑复合和侧倾侧偏纵滑复合等特性试验，获得轮胎在各个工况下的试验特性曲线。
[0019]采用本发明多功能轮胎道路检测装置，可实现以下轮胎特性的检测试验:
[0020]1、轮胎侧偏特性的测试
[0021]a.通过载沙桶中预先称重的沙子，实现检测装置轮胎垂直载荷精确加载或卸载，使测试装置轮胎处于不同的指定载荷；
[0022]b.通过牵引车连接结构将牵引车同检测装置连接，在牵引车的牵引下使检测装置直线行驶至指定速度，通过轮胎转向机构中的伺服电机给两轮胎施加确定的相反转角，此时车辆行驶阻力增加，调整牵引车的牵引力，使得检测装置保持指定的速度，通过侧向力传感器和车轮转角传感器获取轮胎侧偏角和轮胎侧向力；
[0023]c.改变两轮胎转角，重复步骤b获得各种侧偏角下的轮胎侧偏特性曲线。此实验还可以在不同的速度、胎压等条件下完成。
[0024]2、轮胎纵滑特性的测试
[0025]a.通过载沙桶中预先称重的沙子，实现检测装置轮胎垂直载荷精确加载或卸载，使测试装置轮胎处于不同的指定载荷；
[0026]b.通过牵引车连接结构将牵引车同检测装置连接，在牵引车的牵引下使检测装置直线行驶至指定速度，通过制动装置分别给两轮胎一个较小的制动力，此时车辆行驶阻力增加，调整牵引车的牵引力，使得检测装置保持指定的速度，此时通过拉力传感器获取轮胎纵向力，通过转速传感器测量轮胎角速度，通过非接触速度传感器测量检测装置速度，以获取制动滑移率；
[0027]c.改变轮胎制动装置制动力直至轮胎全滑，重复步骤b获得制动特性曲线，改变载荷和速度得到相应工况下的制动特性实验结果。此实验还可以在不同的速度、胎压等条件下完成。
[0028]3、轮胎滚动阻力特性的测试
[0029]a.通过载沙桶中预先称重的沙子，实现检测装置轮胎垂直载荷精确加载或卸载，使测试装置轮胎处于不同的指定载荷；
[0030]b.通过牵引车连接结构将牵引车同检测装置连接，在牵引车的牵引下使检测装置直线行驶至指定速度，通过拉力传感器获取轮胎滚动阻力；
[0031]c.改变牵引车的牵引速度重复步骤b的过程多次，即可得到随速度增加的滚动阻力特性曲线。此实验还可以在不同的速度、胎压等条件下完成。
[0032]4.轮胎侧倾特性的测试
[0033]a.通过载沙桶中预先称重的沙子，实现检测装置轮胎垂直载荷精确加载或卸载，使测试装置轮胎处于不同的指定载荷；
[0034]b.首先通过轮胎侧倾调节机构调整两轮胎侧倾角，然后通过牵引车连接结构将牵引车同检测装置连接，在牵引车的牵引下使检测装置直线行驶至指定速度，通过车轮转角传感器和侧向力传感器获取轮胎的侧偏角和侧向力；
[0035]c.改变两轮胎侧倾角，重复步骤b获得各种侧倾角下的轮胎侧倾特性曲线。此实验还可以在不同的速度、胎压等条件下完成。
[0036]5、轮胎侧倾、侧偏复合特性的测试
[0037]a.通过载沙桶中预先称重的沙子，实现检测装置轮胎垂直载荷精确加载或卸载，使测试装置轮胎处于不同的指定载荷；
[0038]b.首先通过轮胎侧倾调节机构调整两轮胎侧倾角，然后通过牵引车连接结构将牵引车同检测装置连接，在牵引车的牵引下使检测装置直线行驶至指定速度，通过轮胎转向机构中的伺服电机给两轮胎施加确定的相反转角，此时车辆行驶阻力增加，调整牵引车的牵引力，使得检测装置保持指定的速度，此时测量读出轮胎的侧偏角、侧倾角和侧向力；
[0039]c.改变两轮胎的侧倾角和侧偏角，重复步骤b获得各种侧倾角下的轮胎侧倾、侧偏复合特