用于确定车轮的阻力的空气动力力矩的方法
【专利摘要】本发明涉及一种通过计算围绕轴线旋转的至少一个车轮的旋转速度和围绕轴线的车轮的惯性的乘积的时间变化而确定车轮的阻力的空气动力力矩Maéro-EM的方法，所述车轮配备有用于获得并记录旋转速度的数值的设备。本发明的特征在于所述车轮由可移除的盖保护，且特征在于所述车轮经受空气流。
【专利说明】用于确定车轮的阻力的空气动力力矩的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于精确确定车轮的阻力的空气动力力矩的方法。所述方法适用于陆地运输车辆。
【背景技术】
[0002]应记得，车轮被定义为由轮辋、轮盘和轮胎组成。轮胎(也称为外胎)安装于轮辋上，以形成车轮。
[0003]目前在许多国家中对轻型轿车和轻型多用途车辆采取燃料消耗和污染的控制措施。不幸的是，这些措施不可能精确确定轮胎对向前行驶的阻力的贡献。
[0004]应记得，由轮胎所导致的向前行驶的阻力包括如下三个部分:滚动阻力(或力)、空气动力阻力和阻力的空气动力力矩(或通风转矩)。
[0005]因此，为了计算或估计所述向前行驶的阻力，从业者对简单安装于轮辋上的轮胎在测试床上进行测量，或甚至借助使用计算机软件进行模拟。
[0006]然而，由于目前的测量技术仅通过使安装于轮辋上并设置于不含任何保护的开放环境中的轮胎减速而简单地估计阻力的空气动力力矩，因此在测试床上进行的这些测量或模拟不提供接近于在轮胎的实际使用条件下所遇到的值的阻力的空气动力力矩值。
[0007]目前，诸如阻力的空气动力力矩的物理参数为数学估算的主题，尽管如此，所述数学估算仍不能令人满意，因为它们估算不充分。
[0008]因此，阻力的空气动力力矩的更精确和更理想的测量将允许更好地评估由车轮所导致的向前行驶的阻力，因此允许更好地评估其对燃料消耗的影响。
[0009]因此，需要能够使用一种方法，所述方法用于在类似于通常使用条件的那些条件下极精确、可靠和可重复地确定车轮的阻力的空气动力力矩。
【发明内容】
[0010]因此，本发明的主题为一种通过计算设定为围绕轴线旋转的车轮的旋转速度与所述车轮围绕所述轴线的惯性的乘积相对于时间的变化，从而确定车轮的阻力的空气动力力矩Mato)-EM的方法，所述车轮配备有用于获取并记录其旋转速度的数值的设备。
[0011]本发明的特征在于所述车轮由可移除的盖保护，且特征在于使设定为与传送带接触，并在时间h时由传送带初始驱动的所述车轮在h之后的时间时与所述传送带失去接触，并同时持续经受空气流，且特征在于将所获取的随时间而变化的所述车轮的旋转速度ω (t)的测量值输入如下数学公式:
[0012]ΙΕΜ(?ω (t)/dt) = Μ3?Γ0_ΕΜ(t)+Mf (t) (I)
[0013]其中
[0014]-1em表示车轮围绕所述旋转轴线的惯性力矩的值，
[0015]-ω (t)表示所述车轮的瞬时旋转速度，
[0016]-Mf (t)表示车轮的轮毂的摩擦力矩的值，且
[0017]-Mafa0_EM(t)表示所述车轮的阻力的瞬时空气动力力矩。
[0018]根据本发明的方法提供了如下优点:能够适用于任何类型的轮辋、车轮罩或轮胎，能够便宜地实现，以及能够简单快速地实施。
[0019]最后，所述方法可以快速容易地提供与在常规驾驶条件下发生在车辆上的数据类似的数字数据。
[0020]根据本发明的方法使用可移除的盖保护车轮有可能重现车轮行驶的实际条件，SP将车轮设置于半保护的外壳中，所述半保护的外壳通常由车辆的车轮拱罩组成。根据本发明的盖可具有尽可能地接近在陆地车辆车轮拱罩中遇到的形状的任何三维几何形状。
[0021]迄今为止，已使用在实验室中标准化的模型来测量安装于轮辋上并加压的新轮胎的滚动阻力。这种模型的例子包括标准IS0/FDIS28580，所述标准IS0/FDIS 28580考虑各种物理和数学参数以测量或计算它们；总体获得的结果有可能尽可能精确地评价和/或量化轮胎的滚动阻力。
[0022]与陆地运输车辆(汽车、厢式货车、重型货物车辆)的车轮组的动力学相关的参数由两种不同的运动组成:水平平移运动和旋转运动。这两种运动引起与围绕轮胎的空气流相关的应力，因为空气流在轮胎表面处产生压力场和粘性摩擦场。
[0023]施加至这种车轮组的空气动力应力首先导致纵向拖曳阻力，其次导致对抗车轮旋转的阻力的空气动力力矩。
[0024]尽管使用目前的数学模型(所述数学模型使用在风洞中获得的测量)易于评价纵向阻力，但阻力的空气动力力矩在风洞测量中不考虑。然而，所述合力(其迄今为止被认为是不希望的部分)的确对与车轮的向前行驶的阻力相关的燃料消耗结果具有显著的影响。
[0025]简单实现的根据本发明的方法允许在与车轮在实际行驶情况中遇到的那些条件类似的条件下量化所述的阻力的空气动力应力。
[0026]具体地，根据本发明的方法将车轮置于与通常行驶条件极为类似的条件下，因为车轮在一方面由可移除的盖保护，在另一方面经受空气流，所述可移除的盖旨在重现车辆车轮拱罩的保护作用。
[0027]这种条件在标准化实验室模型的应用中不存在，因为车轮被置于开放环境中，完全无保护(由于不存在盖)，且除了通过车轮本身的运行而产生的空气流之外，车轮不经受空气流。
[0028]因此，相比于迄今为止使用的测量实践，在根据本发明的方法中产生阻力的空气动力力矩的与摩擦和压力相关的应力不同。
[0029]优选地，根据本发明的方法使用的空气流具有与车轮的主方向基本上平行的主方向。
[0030]空气流可具有相对于车轮的主方向成-40°至+40°之间的角度的主方向。所述替代方案可以尽可能精确地重现在实际行驶情况中的侧风、逆风或顺风的作用。
[0031]优选地，为了实施本发明，车轮的轴线相对于固定地面保持固定。这意味着在车轮与传送带之间不存在相对运动，因此车轮的轴线以与传送带相同的方式移动。
[0032]优选地，空气流具有与传送带的速度相等或不同的速度。
[0033]车轮优选包括保持车轮悬挂的至少一个装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]现在将借助于如下示例和附图描述本发明，所述示例和附图不以任何方式限制，其中:
[0035]-图1显示了对于两种不同的车轮，根据本发明的乘积[ΙΕΜω(t)]随时间的变化，所述两种不同的车轮中的一个包括具有平滑胎侧的轮胎，另一个具有由粗糙元件覆盖的胎侧的轮胎，
[0036]-图2显示了根据本发明的方法，阻力的瞬时空气动力力矩Mato)_EM(t)随空气流的速度与车轮的速度之间确定的比例的变化。
【具体实施方式】
[0037]为了实施所述方法，将车轮置于空气动力学风洞中的传送带上。车轮保持与传送带接触。将车轮连接至使其与传送带失去接触的装置。用于将车轮保持在其每个位置中的装置允许在进行测量的同时稳定车轮。
[0038]车轮配备有旨在获取和记录其旋转速度ω (t)的数值的设备。
[0039]在车轮在传送带上运行给定时间长度之后，从传送带上取下车轮，使得车轮与传送带失去接触。因此，车轮自由移动，仅经受来自鼓风机的空气流。在整个操作中记录车轮的旋转速度。
[0040]根据本发明的方法的实施方案的一个可选择的形式，车轮可安装在车辆上，随后使用塔架将所述车辆固定至地面。升高车辆的装置允许将车辆从传送带上取下，因此允许车轮在唯一的鼓风机的影响下持续旋转。将车辆固定至地面首先有可能决定车辆的姿态，其次有可能在车辆升高时稳定车辆。安装于车辆上的车轮最初与传送带接触设置，所述传送带旨在使车轮达到所需的旋转速度％。鼓风机使车辆经受具有相同速度Vtl的空气流。
[0041]应用如下数学公式(I)使得可能使用如下数学公式(I)获得随时间而变化的车轮的阻力的空气动力力矩的值Mate)_EM(t):
[0042]ΙΕΜ(?ω (t)/dt) = Μ3?Γ0_ΕΜ(t)+Mf (t) (I)
[0043]Iem可例如使用扭秤而测得，Iem表示车轮的惯性力矩的值。
[0044]可例如通过轴承制造商提供的技术数据计算Mf (t)，Mf (t)表示车轮的轮毂的摩擦力矩的值。
[0045]对于t =、(即当车轮离开传送带时)的值(d(co)/dt)获自随时间而变化的旋转速度的记录。
[0046]图1显示了具有平滑胎侧的轮胎和具有由粗糙元件覆盖的胎侧的轮胎的阻力的空气动力力矩的变化的比较结果，所述两个轮胎均安装于相同的轮辋上。这两个轮胎安装于客车的前右侧。由传送带驱动的车轮的速度Vtl等于120km/h。风洞产生速度为120km/h的空气流。
[0047]在该图1中，曲线I对应于具有平滑胎侧的轮胎，曲线2对应于具有由粗糙元件覆盖的胎侧的轮胎。两个车轮由相同的轮辋组成。图1显示了安装于轮辋上的每个轮胎的旋转速度不以相同的方式改变。粗糙元件被定义为高度等于大约4mm，直径等于大约4mm的由基本上圆柱形的橡胶制得的元件。在此情况中，250元件在两个胎侧中的每一个上均匀设置。
[0048]具体地，由于在具有粗糙胎侧的轮胎上的更高的侧壁应力，具有粗糙胎侧的轮胎相比于具有平滑胎侧的轮胎产生更迅速的减速。
[0049]在瞬时t = h时，每个类型的轮胎的行为差异显示出大约IN.m的通风转矩的差异。该测量值可被认为是可重复的，因为其具有0.01N.m的标准偏差。
[0050]在配备四个车轮的客车中，阻力的空气动力力矩的值的差异等同于空气动力学阻力的差异，所述空气动力学阻力的差异为车辆的总阻力的大约3%。
[0051 ] 在配备四个车轮的客车中，阻力的空气动力力矩的值的差异产生燃料消耗的差异，所述燃料消耗的差异等同于空气动力学阻力的差异，所述空气动力学阻力的差异为车辆的总空气动力学摩擦阻力的大约3%。
[0052]图2对应于如下情况，其中主要空气流的方向与车轮的方向对齐，但空气流的速度不同于车轮的速度。换言之，鼓风机的速度Vtl相同，仍然等于120km/h，车轮的速度为可变的，并由120km/h逐渐变化至Okm/h。
[0053]图2对应于实际情况，其中由于VPt.，由盖保护的车轮经历逆风。
[0054]对于各种车轮速度值,测量阻力的空气动力力矩Mato)_EM。随后,将随比例[(V0-Vroue)/V0]而变化的 Ma,M_EM 的每个值作图，当 VMUe = Y0= 120km/h 时，比例[(V。- Vroue)/V0]等于零，当Vroue = O且V0 = 120km/h时，比例[(V0 - Vroue)/V0]等于I。这随后产生图2所示的曲线I。
[0055]如图2的曲线I所示，可以说，尽管在两种情况中相对的风相同(即120km/h)，但由在60km/h下行驶，且经历也具有60km/h的速度的逆风的车辆所经历的阻力的空气动力力矩(对于[(Vtl-VroJ/VJ = 0.5，就绝对值而言大约IN.m)低于在120km/h下驾驶，且不存在外风的相同车辆所经历的阻力的空气动力力矩(对于[(Vq-VmJ/V。] =0，就绝对值而言大约3N.m)。
【权利要求】
1.确定车轮的阻力的空气动力力矩Mate)_EM的方法，其中通过计算被设定为围绕轴线旋转的车轮的旋转速度与所述车轮围绕所述轴线的惯性的乘积相对于时间的变化来确定车轮的阻力的空气动力力矩Mato)_EM，所述车轮配备有用于获取并记录其旋转速度的数值的设备，其特征在于，所述车轮由可移除的盖保护，且使设定为与传送带接触，并在时间h时由传送带初始驱动的所述车轮在h之后的时间h时与所述传送带失去接触，并同时持续经受空气流，且将所获取的随时间而变化的所述车轮的旋转速度《(t)的测量值输入如下数学公式:
Iem(?ω (t)/dt) = Mafa0_EM(t)+Mf (t)(I) 其中 -1em表示车轮围绕所述旋转轴线的惯性力矩的值， -ω (t)表示所述车轮的瞬时旋转速度， -Mf (t)表示车轮的轮毂的摩擦力矩的值，且 -Ma6ro-E1 (t)表示所述车轮的瞬时空气动力力矩。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空气流具有与车轮的主方向基本上平行的主方向。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空气流具有相对于车轮的主方向成-40°至+40°之间的角度的主方向。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述车轮的轴线相对于地面保持固定。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述空气流具有与所述传送带的速度相同的速度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述空气流具有与所述传送带的速度不同的速度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述车轮包括保持车轮悬挂的至少一个装置。
【文档编号】G01M17/013GK104412088SQ201380034336
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2013年6月19日 优先权日:2012年6月27日
【发明者】B·加尔达林 申请人:米其林集团总公司, 米其林研究和技术股份有限公司