一种消除内转鼓模拟路面变形的方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明属于轮胎特性测试【技术领域】，具体涉及一种用于消除重载轮胎特性测试时内转鼓模拟路面变形的方法及装置。其可以解决技术上存在的在内转鼓模拟路面上加载重载轮胎进行轮胎特性测试时易发生变形的问题。本发明消除内转鼓模拟路面变形的方法为：在内转鼓模拟路面的外鼓面上加载一个负载平衡轮胎，通过实时控制负载平衡轮胎施加于外鼓面的作用力来抵消测试轮胎施加于内鼓面的作用力，从而保证内转鼓模拟路面不易发生变形，提高了测试的精度和安全性。本发明还提供了一种实现上述方法的装置，该装置简单合理，通过实时控制加载给负载平衡轮胎的径向变形和侧偏角来实时控制负载平衡轮胎施加到内转鼓模拟路面的外鼓面上的作用力。
【专利说明】一种消除内转鼓模拟路面变形的方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明属于轮胎特性测试【技术领域】，具体涉及一种用于消除重载轮胎特性测试时内转鼓模拟路面变形的方法及装置。
【背景技术】
[0002]模拟路面作为轮胎特性试验机的重要组成部分，其能否真实的模拟实际路面对轮胎特性试验机的测量结果有重要的影响。目前，由于内转鼓模拟路面在测量水滑路面、冰雪路面、不平路面、变摩擦系数路面上轮胎特性的优势，使得内转鼓模拟路面成为了轮胎特性测试模拟路面的主要形式之一。
[0003]但因内转鼓模拟路面必须采用单侧辐板半封闭结构，当将航空轮胎、重卡轮胎等重载轮胎加载到内转鼓模拟路面进行轮胎特性试验时，内转鼓模拟路面很容易在大垂直力和大侧向力的作用下产生径向和端部变形，不仅降低了试验数据的精确度，在高速试验时还存在一定的安全隐患。因此，迫切需要一种用于消除重载轮胎特性测试时内转鼓模拟路面变形的装置。
[0004]为了解决在内转鼓模拟路面上加载重载轮胎进行轮胎特性测试时易发生变形的问题，目前主要的方法是通过拓扑结构优化提高内转鼓模拟路面的机械刚度，例如在内转鼓模拟路面上安装加强筋、采用变截面辐板等。这些方法虽然在一定程度上减小了变形，但其代价却是系统结构异常复杂，还通常导致制造加工成本大幅提高；此外，增加的转鼓质量也会降低模拟路面系统的固有频率，影响试验效果；还有，测试轮胎对内转鼓模拟路面的反复作用会导致内转鼓模拟路面慢慢产生疲劳变形。而本实用新型提出的消除内转鼓模拟路面变形的方法及装置能保证内转鼓模拟路面在轮胎特性测试过程中所受的外力基本为零，因此可以在长时间内保证内转鼓模拟路面不发生变形，大大提高了内转鼓模拟路面的寿命O
【发明内容】
[0005]本发明的目的是要提供一种消除内转鼓模拟路面变形的方法及装置，提高测试的精度和安全性。
[0006]结合附图，说明如下:
[0007]—种消除内转鼓模拟路面变形的方法，在内转鼓模拟路面的外鼓面上加载一个负载平衡轮胎，通过实时控制该轮胎施加于外鼓面的作用力来抵消测试轮胎施加于内鼓面上的作用力，从而保证内转鼓模拟路面不易发生变形，至少包括以下步骤:
[0008]第一步；在内转鼓模拟路面的外鼓面上加载一个能够在外鼓面上滚动的负载平衡轮胎，该负载平衡轮胎在外鼓面上的接地印迹中心与测试轮胎在内鼓面上的接地印迹中心，两者在内转鼓模拟路面上的周向位置和相对于内转鼓模拟路面辐板的侧向位置均一致；
[0009]负载平衡轮胎施加于外鼓面的作用力包括负载平衡轮胎在外鼓面滚动时作用于外鼓面的垂直力及侧向力，且侧向力为负载平衡轮胎侧偏运动产生的侧向力和/或侧倾运动产生的侧向力；
[0010]第二步:测量得到负载平衡轮胎在内转鼓模拟路面的外鼓面滚动时的垂直载荷、侧偏侧向力及侧倾侧向力特性的试验数据，建立描述负载平衡轮胎垂直力与径向变形量、侧偏侧向力与侧偏角及侧倾侧向力与侧倾角关系的模型；
[0011]第三步:实时采集在内鼓面上滚动的测试轮胎的垂直力和侧向力；
[0012]第四步:根据实时采集得到的测试轮胎的垂直力和侧向力，通过建立的负载平衡轮胎垂直力与径向变形量、侧偏侧向力与侧偏角及侧倾侧向力与侧倾角关系的模型，计算得到负载平衡轮胎的径向变形量、侧偏角和/或侧倾角；
[0013]第五步:给负载平衡轮胎实时加载计算得到的径向变形量、侧偏角和/或侧倾角，使负载平衡轮胎产生与测试轮胎作用方向相反但大小相等的垂直力和侧向力，刚好使负载平衡轮胎施加于外鼓面的垂直力和侧向力抵消测试轮胎施加于内鼓面的垂直力和侧向力，从而可以保证内转鼓模拟路面不易发生变形。
[0014]一种消除内转鼓模拟路面变形的装置，包括内转鼓模拟路面1、测试轮胎2、六分力传感器3，它还包括随动负载平衡执行装置、负载平衡轮胎4以及计算机控制单元9 ；
[0015]所述的随动负载平衡执行装置包括负责给负载平衡轮胎4加载相应径向变形的负载平衡轮胎垂直加载总成以及加载相应侧向力的负载平衡轮胎侧向力加载总成；
[0016]所述的侧向力为负载平衡轮胎侧偏运动产生的侧向力和/或侧倾运动产生的侧向力；
[0017]所述的随动负载平衡执行装置的负载平衡轮胎垂直加载总成的上部固定有支架15，负载平衡轮胎4与支架15转动连接；负载平衡轮胎4被负载平衡轮胎垂直加载总成加载到内转鼓模拟路面I的外鼓面上，并且可以在外鼓面上滚动，且该负载平衡轮胎在外鼓面上的接地印迹中心与测试轮胎在内鼓面上的接地印迹中心，两者在内转鼓模拟路面I上的周向位置和相对于内转鼓模拟路面I辐板的侧向位置均一致；
[0018]所述的测试轮胎2通过六分力传感器3与计算机控制单元9连接，计算机控制单元9的输出端分别与负载平衡轮胎垂直加载总成及负载平衡轮胎侧向力加载总成的驱动系统连接。
[0019]所述的负载平衡轮胎垂直加载总成包括套筒18、伺服液压缸5、活塞杆周向锁止机构；所述的套筒18套在伺服液压缸5的外部，同时，套筒18与伺服液压缸5的缸筒17之间周向固定，伺服液压缸5负责对负载平衡轮胎4加载相应的径向变形。
[0020]所述伺服液压缸5的活塞杆16上部固定有支架15。
[0021]所述的活塞杆周向锁止机构包括两根锁止导向杆14和四个与套筒18做成一体的带圆孔的凸台13，所述的两根锁止导向杆14穿过活塞杆16，两端分别穿过凸台13的圆孔；该凸台13能限制两根锁止导向杆14的径向运动，但是，凸台13与锁止导向杆14之间的接触面是光滑的，锁止导向杆14可以在凸台13的圆孔中沿轴向运动。
[0022]所述的给负载平衡轮胎加载相应侧向力的侧向力加载总成为负载平衡轮胎侧偏运动加载总成，该负载平衡轮胎侧偏运动加载总成包括固定在伺服电机座10上的伺服电机11、固定在蜗杆基座6上的蜗杆12、外齿转盘轴承7、基座8 ;所述的外齿转盘轴承7的内圈19的下端面与基座8固定，外圈外侧带齿，且外圈20的上端面与套筒17固定，蜗杆12在伺服电机11的驱动下可以带动外齿转盘轴承7的外圈齿轮转动，构成涡轮蜗杆机构，实现对负载平衡轮胎4侧偏角的加载；
[0023]计算机控制单元9的输出端分别与负载平衡轮胎垂直加载总成及负载平衡轮胎侧偏运动加载总成的伺服液压缸5和伺服电机11相连。
[0024]本发明的优点和有益效果是:
[0025]1、本发明提出的一种消除内转鼓模拟路面变形的方法，解决了技术上存在的在内转鼓模拟路面上加载重载轮胎进行轮胎特性测试时易发生变形的问题，大大提高了测试的精度以及高速测试时的安全性。
[0026]2、本发明提出的一种实现消除内转鼓模拟路面变形方法的装置，该装置简单合理，通过实时控制加载给负载平衡轮胎的径向变形和侧偏角来实时控制负载平衡轮胎施加到内转鼓模拟路面的外鼓面上的作用力，从而抵消了测试轮胎加载到内鼓面的作用力，使内转鼓模拟路面不受力的作用，从而不易发生变形，大大提高了内转鼓模拟路面的寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是本发明一种消除内转鼓模拟路面变形方法的工作流程图；
[0028]图2是本发明一种实现消除内转鼓模拟路面变形方法的装置的整体结构示意图；
[0029]图3是本发明随动负载平衡执行装置的整体结构示意图；
[0030]图4是本发明负载平衡轮胎垂直加载总成和外齿转盘轴承剖视图；
[0031]其中:1、内转鼓模拟路面2、测试轮胎3、六分力传感器4、负载平衡轮胎5、伺服液压缸6、蜗杆基座7、外齿转盘轴承8、基座9、计算机控制单元10、伺服电机座11、伺服电机12、蜗杆13、凸台14、锁止导向杆15、支架16、活塞杆17、缸筒18、套筒19、外齿转盘轴承内圈20、外齿转盘轴承外圈
【具体实施方式】:
[0032]以下结合实施例对发明的技术方案做出进一步的说明。
[0033]结合图1，一种消除内转鼓模拟路面变形的方法，该方法在内转鼓模拟路面的外鼓面上加载一个负载平衡轮胎，通过实时控制该轮胎施加于外鼓面的作用力来抵消测试轮胎施加于内鼓面上的作用力，从而保证内转鼓模拟路面不易发生变形，至少包括以下步骤:
[0034]第一步；在内转鼓模拟路面的外鼓面上加载一个可以在外鼓面上滚动的负载平衡轮胎，该负载平衡轮胎在外鼓面上的接地印迹中心与测试轮胎在内鼓面上的接地印迹中心，两者在内转鼓模拟路面上的周向位置和相对于内转鼓模拟路面辐板的侧向位置均一致；
[0035]负载平衡轮胎施加于外鼓面的作用力包括负载平衡轮胎在外鼓面滚动时作用于外鼓面的垂直力及侧向力，且侧向力可以是负载平衡轮胎侧偏运动产生的侧向力和/或侧倾运动产生的侧向力；
[0036]第二步:测量得到负载平衡轮胎在内转鼓模拟路面的外鼓面滚动时的垂直载荷、侧偏侧向力及侧倾侧向力特性的试验数据，应用Pacejka教授的Magic Formula模型或郭孔辉教授的UniTire等轮胎模型，通过参数辨识，建立描述负载平衡轮胎垂直力与径向变形量、侧偏侧向力与侧偏角及侧倾侧向力与侧倾角关系的模型；[0037]第三步:实时采集在内鼓面上滚动的测试轮胎的垂直力和侧向力；
[0038]第四步:根据实时采集得到的测试轮胎的垂直力和侧向力，通过建立的负载平衡轮胎垂直力与径向变形量、侧偏侧向力与侧偏角及侧倾侧向力与侧倾角关系的模型，计算得到负载平衡轮胎的径向变形量、侧偏角和/或侧倾角；
[0039]第五步:给负载平衡轮胎实时加载计算得到的径向变形量、侧偏角和/或侧倾角，使负载平衡轮胎产生与测试轮胎作用方向相反但大小相等的垂直力和侧向力，刚好使负载平衡轮胎施加于外鼓面的垂直力和侧向力抵消测试轮胎施加于内鼓面的垂直力和侧向力，从而可以保证内转鼓模拟路面不易发生变形。
[0040]如图2?图4所示，本发明一种实现消除内转鼓模拟路面变形方法的装置，该装置通过实时控制加载给负载平衡轮胎的径向变形和侧偏角，来实时控制负载平衡轮胎施加于内转鼓模拟路面的外鼓面上的垂直力和侧向力，以抵消测试轮胎施加于内鼓面上的作用力；该装置包括内转鼓模拟路面1、测试轮胎2、六分力传感器3，它还包括随动负载平衡执行装置、负载平衡轮胎4以及计算机控制单元9。
[0041]所述的六分力传感器3与测试轮胎2连接，可以测量得到测试轮胎2在内转鼓模拟路面11滚动时产生于接地印迹内的垂直于内鼓面的垂直力及相切于内鼓面的侧向力；
[0042]所述的随动负载平衡执行装置包括负载平衡轮胎垂直加载总成以及负载平衡轮胎侧偏运动加载总成；
[0043]所述的随动负载平衡执行装置中的负载平衡轮胎垂直加载总成负责给负载平衡轮胎加载相应的径向变形，该负载平衡轮胎垂直加载总成包括套筒18、伺服液压缸5、活塞杆周向锁止机构；
[0044]所述的套筒18套在伺服液压缸5的外部，起到提高伺服液压缸5所能承受的径向力的作用，同时，套筒18与伺服液压缸5的缸筒17之间通过平键连接，以实现两者之间的周向固定；
[0045]所述的伺服液压缸5负责对负载平衡轮胎4加载相应的径向变形；
[0046]所述伺服液压缸5的活塞杆16上部固定有支架15，负载平衡轮胎4与支架15转动连接；负载平衡轮胎4被负载平衡轮胎垂直加载总成加载到内转鼓模拟路面I的外鼓面上，并且可以在外鼓面上滚动，且该负载平衡轮胎在外鼓面上的接地印迹中心与测试轮胎在内鼓面上的接地印迹中心，两者在内转鼓模拟路面I上的周向位置和相对于内转鼓模拟路面I辐板的侧向位置均一致；
[0047]所述的活塞杆周向锁止机构能防止套筒18与伺服液压缸活塞杆16之间的周向转动，该活塞杆周向锁止机构包括两根锁止导向杆14和四个与套筒做成一体的带圆孔的凸台13。所述的两根锁止导向杆14穿过活塞杆16，两端分别穿过凸台13的圆孔；该凸台13能限制两根锁止导向杆14的径向运动，但是，凸台13与锁止导向杆14之间的接触面是光滑的，锁止导向杆14可以在凸台13的圆孔中沿轴向运动；
[0048]所述的随动负载平衡执行装置中的负载平衡轮胎侧偏运动加载总成负责给负载平衡轮胎加载相应的侧偏角，该负载平衡轮胎侧偏运动加载总成包括伺服电机座10、伺服电机11、蜗杆基座6、蜗杆12、外齿转盘轴承7、基座8 ；
[0049]所述的伺服电机座10用于支撑伺服电机11 ;所述的伺服电机11用于驱动蜗杆12 ；[0050]所述的蜗杆基座6用于支撑蜗杆12 ;所述的蜗杆12可以带动外齿转盘轴承7的外圈齿轮转动，构成涡轮蜗杆机构；
[0051]所述的外齿转盘轴承7的内圈19的下端面通过螺栓与基座8固定，外圈外侧带齿，且外圈20的上端面与套筒18通过螺栓固定，涡轮蜗杆机构带动外圈20，从而带动整个负载平衡轮胎垂直加载总成转动，实现对负载平衡4轮胎侧偏角的加载；
[0052]所述的测试轮胎2通过六分力传感器3与计算机控制单元9连接，计算机控制单元9的输出端分别与负载平衡轮胎垂直加载总成及负载平衡轮胎侧偏运动加载总成的伺服液压缸5和伺服电机11相连。
[0053]所述的计算机控制单元9采集六分力传感器3输出的测试轮胎2对内鼓面的垂直力和侧向力，根据负载平衡轮胎4垂直力与径向变形量、侧偏侧向力与侧偏角关系的模型，计算得到负载平衡轮胎4的径向变形量、侧偏角，并且控制随动负载平衡执行装置对负载平衡轮胎4加载计算得到的垂直变形和侧偏角。
[0054]上述的负载平衡轮胎垂直加载总成和负载平衡轮胎侧向力加载总成还可以借鉴专利 CN102393309A、专利 CN102435449A、专利 CN102323069A 以及专利 CN102279111A 中的实现对轮胎垂直加载和侧向力加载的机构，所述的侧向力为侧偏运动和/或侧倾运动产生的侧向力。
【权利要求】
1.一种消除内转鼓模拟路面变形的方法，其特征在于，在内转鼓模拟路面的外鼓面上加载一个负载平衡轮胎，通过实时控制该轮胎施加于外鼓面的作用力来抵消测试轮胎施加于内鼓面上的作用力，从而保证内转鼓模拟路面不易发生变形，至少包括以下步骤: 第一步；在内转鼓模拟路面的外鼓面上加载一个能够在外鼓面上滚动的负载平衡轮胎，该负载平衡轮胎在外鼓面上的接地印迹中心与测试轮胎在内鼓面上的接地印迹中心，两者在内转鼓模拟路面上的周向位置和相对于内转鼓模拟路面辐板的侧向位置均一致；负载平衡轮胎施加于外鼓面的作用力包括负载平衡轮胎在外鼓面滚动时作用于外鼓面的垂直力及侧向力，且侧向力为负载平衡轮胎侧偏运动产生的侧向力和/或侧倾运动产生的侧向力； 第二步:测量得到负载平衡轮胎在内转鼓模拟路面的外鼓面滚动时的垂直载荷、侧偏侧向力及侧倾侧向力特性的试验数据，建立描述负载平衡轮胎垂直力与径向变形量、侧偏侧向力与侧偏角及侧倾侧向力与侧倾角关系的模型； 第三步:实时采集在内鼓面上滚动的测试轮胎的垂直力和侧向力； 第四步:根据实时采集得到的测试轮胎的垂直力和侧向力，通过建立的负载平衡轮胎垂直力与径向变形量、侧偏侧向力与侧偏角及侧倾侧向力与侧倾角关系的模型，计算得到负载平衡轮胎的径向变形量、侧偏角和/或侧倾角； 第五步:给负载平衡轮胎实时加载计算得到的径向变形量、侧偏角和/或侧倾角，使负载平衡轮胎产生与测试轮胎作用方向相反但大小相等的垂直力和侧向力，刚好使负载平衡轮胎施加于 外鼓面的垂直力和侧向力抵消测试轮胎施加于内鼓面的垂直力和侧向力，从而可以保证内转鼓模拟路面不易发生变形。
2.一种实现权利要求1所述方法的消除内转鼓模拟路面变形的装置，包括内转鼓模拟路面(I)、测试轮胎(2)、六分力传感器(3)，其特征在于:它还包括随动负载平衡执行装置、负载平衡轮胎(4)以及计算机控制单元(9)； 所述的随动负载平衡执行装置包括负责给负载平衡轮胎(4)加载相应径向变形的负载平衡轮胎垂直加载总成以及加载相应侧向力的负载平衡轮胎侧向力加载总成； 所述的侧向力为负载平衡轮胎侧偏运动产生的侧向力和/或侧倾运动产生的侧向力；所述的随动负载平衡执行装置的负载平衡轮胎垂直加载总成的上部固定有支架(15)，负载平衡轮胎(4)与支架(15)转动连接；负载平衡轮胎(4)被负载平衡轮胎垂直加载总成加载到内转鼓模拟路面(I)的外鼓面上，并且可以在外鼓面上滚动，且该负载平衡轮胎在外鼓面上的接地印迹中心与测试轮胎在内鼓面上的接地印迹中心，两者在内转鼓模拟路面(O上的周向位置和相对于内转鼓模拟路面(I)辐板的侧向位置均一致； 所述的测试轮胎(2)通过六分力传感器(3)与计算机控制单元(9)连接，计算机控制单元(9)的输出端分别与负载平衡轮胎垂直加载总成及负载平衡轮胎侧向力加载总成的驱动系统连接。
3.根据权利要求2所述的一种消除内转鼓模拟路面变形的装置，其特征在于:所述的负载平衡轮胎垂直加载总成包括套筒(18)、伺服液压缸(5)、活塞杆周向锁止机构；所述的套筒(18)套在伺服液压缸(5)的外部，同时，套筒(18)与伺服液压缸(5)的缸筒(17)之间周向固定，伺服液压缸(5)负责对负载平衡轮胎(4)加载相应的径向变形。
4.根据权利要求3所述的一种消除内转鼓模拟路面变形的装置，其特征在于:所述伺服液压缸(5 )的活塞杆(16 )上部固定有支架(15)。
5.根据权利要求3所述的一种消除内转鼓模拟路面变形的装置，其特征在于:所述的活塞杆周向锁止机构包括两根锁止导向杆(14)和四个与套筒(18)做成一体的带圆孔的凸台(13)，所述的两根锁止导向杆(14)穿过活塞杆(16)，两端分别穿过凸台(13)的圆孔；该凸台(13)能限制两根锁止导向杆(14)的径向运动，但是，凸台(13)与锁止导向杆(14)之间的接触面是光滑的，锁止导向杆(14)可以在凸台(13)的圆孔中沿轴向运动。
6.根据权利要求2所述的一种消除内转鼓模拟路面变形的装置，其特征在于:所述的给负载平衡轮胎加载相应侧向力的侧向力加载总成为负载平衡轮胎侧偏运动加载总成，该负载平衡轮胎侧偏运动加载总成包括固定在伺服电机座(10)上的伺服电机(11)、固定在蜗杆基座(6)上的蜗杆(12)、外齿转盘轴承(7)、基座(8);所述的外齿转盘轴承(7)的内圈(19)的下端面与基座(8)固定，外圈外侧带齿，且外圈(20)的上端面与套筒(17)固定，蜗杆(12)在伺服电机(11)的驱动下可以带动外齿转盘轴承(7)的外圈齿轮转动，构成涡轮蜗杆机构，实现对负载平衡 轮胎(4)侧偏角的加载。
7.根据权利要求3或6所述的一种消除内转鼓模拟路面变形的装置，其特征在于:计算机控制单元(9)的输出端分别与负载平衡轮胎垂直加载总成及负载平衡轮胎侧偏运动加载总成的伺服液压缸(5)和伺服电机(11)相连。
【文档编号】G01M17/02GK103759953SQ201410054668
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年2月18日 优先权日:2014年2月18日
【发明者】卢荡, 徐婷, 杨博 申请人:吉林大学