轮胎花纹排水性实验台及实验方法与流程

本发明涉及轮胎花纹性能测试领域，具体地说是一种轮胎花纹排水性实验台及实验方法，适用于轮胎花纹排水性能的测试。

背景技术：

刚下过雨的路面会有积水，前车驶过会甩水，形成水雾，这种现象会给汽车行驶带来很大的安全隐患。轮胎的排水主要是靠轮胎的花纹和沟槽进行排水，通过轮胎上的花纹将水从其花纹排除，保证车辆的行驶。轮胎排水的重点在于轮胎花纹的样式，排水槽的样式多种多样，有封闭或半封闭的纵向直线花纹，也有是曲线花纹，对于普通轮胎，起到主要排水作用的是中间的纵向条纹，他们比较深，呈均匀与或者不均匀的分布，而横向花纹起到切割水膜和辅助作用。除此之外，花纹块较碎小的胎面可以改善噪音和碾破水膜。为了减少汽车轮胎甩水雾化现象，就要搞清楚轮胎花纹排水时液滴尺寸、运动方向和速度等液滴的形成与运动状态。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种轮胎花纹排水性能动态测试实验台及实验方法，该实验台及实验方法满足轮胎实际运行工况要求，能够模拟轮胎与路面之间排水现象，为轮胎花纹研发提供完善的实验数据。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

轮胎花纹排水性实验台，包括一个底架，在所述的底架上安装有用于模拟路面的回转带装置，在所述的回转带的上方安装有轮毂，所述的轮毂上安装有轮胎，且所述的轮毂通过电机驱动其旋转，且所述的电机通过一个悬臂固定；在所述的底架上还安装有储水器，所述的储水器上安装有水管接口、气管接口以及出水管；水管接口接进水管，气管接口接气泵，出水管的出水口正对轮胎的圆周面；储水器中水量一定时，调整气泵的输出气压大小就可以改变喷水量；在轮胎的一侧安装有摄像头，相对的另一侧安装有磨砂玻璃板和泛光灯。

进一步的，所述的底架上垂直地面装有左立柱、右立柱，所述的左立柱和右立柱通过横梁连接，所述的左立柱上装有悬臂，悬臂通过销轴与螺母与左立柱联接，可绕销轴自由转动；悬臂上有螺栓滑槽和电机安装槽；电机安装在悬臂上，可在螺栓滑槽和电机安装槽上移动到合适的安装位置。

进一步的，在所述的横梁上装有千斤顶连接盘；在千斤顶连接盘上装有液压千斤顶，液压千斤顶的活塞杆上装有数显压力传感器，在传感器上装有用于施加载荷的夹手。液压千斤顶活塞杆伸长时，夹手向下移动，卡在悬臂上；液压千斤顶活塞杆继续伸长，夹手向下压悬臂，使悬臂绕销轴转动，带动轮胎向下压在回转带上。当数显压力传感器显示达到额定载荷后，液压千斤顶停止伸长。

进一步的，在所述的底架上装有滚筒轴，滚筒轴上装有轴承和滚筒，滚筒上装有回转带，回转带用以模拟路面。回转带套在滚筒上，可以自由回转。滚筒轴的两端装有涨紧器，旋转涨紧螺母，使与涨紧螺母螺纹连接的涨紧杆同时向外方向移动，顶紧两个滚筒轴，保证两个滚筒之间的距离最大，以涨紧回转带。

进一步的，所述的电机采用伺服电机，电机转速可调，以模拟不同车速时轮胎的转速。

进一步的，所述的摄像头采用ccd高速摄像头，ccd是chargecoupleddevice(电荷耦合器件)的缩写，它是一种半导体成像器件，因而具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长以及抗震动等优点。数据与图像采集设备可采用电脑，摄像头和数据与图像采集设备相连以获取图像数据。

进一步的，为了满足轮胎实际运行工况的要求，所述的出水管上安装有喷嘴，喷嘴在被测轮胎的正前方喷洒水膜，喷洒水膜的宽度应大于被测轮胎的宽度。

进一步的，电机通过法兰与车轴联接。车轴两端均有法兰，一端与电机法兰联接，另一端法兰与轮辋联接，轮胎安装在轮辋上。

进一步的，在实验台前设有高速摄像头，后方设有磨砂玻璃板，玻璃板后设有大功率泛光灯，高速摄像头、轮胎与回转带接触平面、泛光灯布置在同一水平面。在实验中采用背光的照明技术。在本发明的背光照明装置中，将磨砂玻璃板放置在轮胎的后面并用泛光灯照射。在轮胎和光源之间引入了磨砂玻璃，可以提供均匀的弥散性背光。高速摄像头放置在此设置的前面以捕获图像。由磨砂玻璃漫射并穿过物体平面(与轮胎沟槽共面)的光可以被视为源于该平面。在这种情况下，如果磨砂玻璃被均匀照明，高速摄像头将看到均匀强度的图像。当一滴水移动到物体平面时，来自该液滴位置的光线将被水折射或反射，高速摄像头拍摄的图像中，在对应于对象平面中的液滴的位置的图像平面中的点处将会留下明亮区域。

实验时，启动液压千斤顶，使千斤顶活塞杆伸长，夹手压紧悬臂使轮胎压紧在回转带上，当数显压力传感器显示达到额定载荷后停止千斤顶。启动电机，调整电机以达到额定转速，带动轮胎以规定的车速旋转，回转带在轮胎的带动下自由回转。打开水管和气泵，提供一定流量的水流以模拟路面积水。打开泛光灯及高速摄像头，拍摄水从轮胎与回转带的接触面被抛出的图像。灯光经过磨砂玻璃板被散射，当水流被滚动轮胎的花纹沟槽排出后，会形成扇形的水幕，存在水幕位置的光线将被水折射或反射，形成在黑色背景下明亮清晰的水幕图像。从而记录不同轮胎转速、不同水膜厚度、不同花纹排水时液滴尺寸、液滴运动方向和液滴速度的分布状态。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案还包括：轮胎花纹排水性实验台的实验方法，包括以下步骤：

步骤(1)：将被测轮胎安装在所述轮毂上；在实验台前放置高速摄像头，后方放置磨砂玻璃板，玻璃板后放置大功率泛光灯，高速摄像头、轮胎与回转带接触平面、泛光灯布置在同一水平面；

步骤(2)：通过所述垂直加载液压缸进行加载，使被测轮胎与回转带接触并压紧在回转带上，垂直加载液压缸加载过程中数显压力传感器实时记录力的变化，并将数据实时传输至数据与图像采集设备；

步骤(3)：接通电机电源，控制电机的转速，从而确定被测轮胎的滚动速度；

步骤(4)：打开水管和气泵，提供一定流量的水流以模拟路面积水。储水器中的水通过喷嘴喷出，在回转带上形成水膜，通过控制气压控制水膜厚度；

步骤(5)：被测轮胎旋转的同时，打开泛光灯及高速摄像头，拍摄水从轮胎与回转带的接触面被抛出的图像，记录不同轮胎转速、不同水膜厚度、不同花纹排水时液滴尺寸、液滴运动方向和液滴速度的分布状态。

步骤(6)：通过分析数据与图像采集设备中的各项数据和图像，研究被测轮胎花纹的排水性能。

本发明的有益效果是：

1、采用回转带模拟被测轮胎接触的地面，而不是传统的转鼓模拟地面，更加贴合轮胎实际运行工况，实验结果更加准确可靠，同时实验台的结构更加紧凑；

2、设有回转带、液压千斤顶和储水器等，实现轮胎在积水路面动态工况加载，满足轮胎花纹排水性能测试实际运行工况要求，并可分别实现轮胎在干、湿路面上轮胎滚动接地性能的测试；

3、电机安装在悬臂上，悬臂上有螺栓滑槽和电机安装槽，可在螺栓滑槽和电机安装槽上移动到合适的安装位置。悬臂通过销轴与螺母与左立柱联接，可绕销轴自由转动，能够满足不同尺寸轮胎的测试要求，结构简单，可靠；

3、设置垂直加载液压千斤顶，垂直加载液压千斤顶处设有数显压力传感器，在传感器上装有夹手。液压千斤顶活塞杆伸长时，夹手向下移动，卡在悬臂上，可实现被测轮胎的垂直加载运动及载荷的检测记录；

4、储水器上设有水管接口、气管接口及喷嘴。水管接口接进水管，气管接口接气泵，储水器中水量一定时，调整气泵的输出气压大小就可以改变喷水量；

5、被测轮胎安装在与电机输出轴相连接的轮毂上，拆装方便，实验的可重复性好，节省人力、效率高、劳动强度低。

6、在实验台前设有高速摄像头，后方设有磨砂玻璃板，玻璃板后设有大功率泛光灯。在实验中采用背光照明技术。在本发明的背光照明装置中，将磨砂玻璃板放置在轮胎的后面并用泛光灯照射。在轮胎和光源之间引入了磨砂玻璃，可以提供均匀的弥散性背光；在此基础上，为提高背光均匀程度，还可考虑同时放置2-3块磨砂玻璃板，其中1块玻璃板与实验台平行且垂直地面，其余玻璃板可与实验台成一定倾斜角度，每块玻璃板后均配置一个泛光灯，且与所对应的玻璃板平面垂直。高速摄像头放置在此装置的前面以捕获图像，记录不同花纹排水时液滴尺寸、液滴运动方向和液滴速度的分布状态。

7、本发明的实验方法可模拟轮胎在干、湿路面垂直状态下高速运转时的各种工况，为轮胎研发和性能分析提供完善的实验数据。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明实施例中实验台的整体结构前视示意图；

图2为本发明实施例中实验台的整体结构后视示意图；

图3为本发明实施例中实验台省略底架、立柱、悬臂以及储水器、千斤顶等部件之后的结构示意图；

图4为本发明实施例中实验台省略轮胎、回转带、滚筒以及电机等部件之后的结构示意图；

图5为本发明实施例中涨紧器的结构示意图。

图中：1高速摄像头，2储水器，3气管接口，4水管接口，5轮辋，6轮胎，7左立柱，8千斤顶连接盘，9横梁，10磨砂玻璃板，11泛光灯，12底架，13回转带，14涨紧器，15电机，16悬臂，17夹手，18数显传感器，19液压千斤顶，20螺母，21横板，22车轴，23电机法兰，24滚筒，25螺母，26滚筒轴，27轴承，28销轴，29电机槽，30螺栓滑槽，31千斤顶活塞杆，32右立柱，33滚筒轴固定孔，34滚筒轴滑槽，35喷嘴，36轴孔，37涨紧杆ⅰ，38涨紧螺母，39涨紧杆ⅱ。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在刚下过雨的路面会有积水，前车驶过会甩水，形成水雾，这种现象会给汽车行驶带来很大的安全隐患；为了解决如上的技术问题，本发明的目的在于提供一种轮胎花纹排水性能动态测试实验台及实验方法，该实验台及实验方法满足轮胎实际运行工况要求，能够模拟轮胎与路面之间排水现象，为轮胎花纹研发提供完善的实验数据。

轮胎花纹排水性实验台，包括一个底架12，在所述的底架12上安装有用于模拟路面的回转带装置，在所述的回转带的上方安装有轮毂5，所述的轮毂5上安装有轮胎，且所述的轮毂5通过电机驱动其旋转，且所述的电机15通过一个悬臂16固定；在所述的底架12上安装有横板21，横板21上还安装有储水器2，所述的储水器2上安装有水管接口4、气管接口3以及出水管；水管接口接进水管，气管接口接气泵，出水管的出水口正对轮胎的圆周面；储水器中水量一定时，调整气泵的输出气压大小就可以改变喷水量；在轮胎的一侧安装有摄像头，相对的另一侧安装有泛光灯。

进一步的，所述的底架12上垂直地面装有左立柱7、右立柱32，所述的左立柱和右立柱通过横梁9连接，所述的左立柱上装有悬臂16，悬臂16通过销轴28与螺母20与左立柱联接，可绕销轴自由转动；悬臂上有螺栓滑槽29和电机安装槽28；电机安装在悬臂上，可在螺栓滑槽29和电机安装槽28上移动到合适的安装位置。

进一步的，在所述的横梁上装有千斤顶连接盘8；在千斤顶连接盘8上装有液压千斤顶19，液压千斤顶19的活塞杆上装有数显压力传感器18，在传感器上装有用于卡在悬臂16上施加载荷的夹手17。液压千斤顶活塞杆伸长时，夹手向下移动，卡在悬臂上；液压千斤顶活塞杆30继续伸长，夹手向下压悬臂，使悬臂绕销轴转动，带动轮胎向下压在回转带上。当数显压力传感器显示达到额定载荷后，液压千斤顶停止伸长。

进一步的，在所述的底架上设有滚筒轴滑槽32，在滚筒轴滑槽32内装有两个滚筒轴26，滚筒轴26上装有轴承27和滚筒24，滚筒24上装有回转带13，回转带13用以模拟路面。回转带13套在滚筒24上，可以自由回转。滚筒轴的两端装有涨紧器14，旋转涨紧螺母36，使与涨紧螺母36螺纹连接的涨紧杆i35、ii37同时向外方向移动，顶紧两个滚筒轴26，滚筒轴26a安装在轴孔24内，保证两个滚筒26之间的距离最大，以涨紧回转带。

进一步的，所述的电机采用伺服电机，电机转速可调，以模拟不同车速时轮胎的转速。

进一步的，所述的摄像头采用ccd高速摄像头，ccd是chargecoupleddevice(电荷耦合器件)的缩写，它是一种半导体成像器件，因而具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长以及抗震动等优点。数据与图像采集设备可采用电脑，摄像头和数据与图像采集设备相连以获取图像数据。

进一步的，为了满足轮胎实际运行工况的要求，所述的出水管上安装有喷嘴33，喷嘴33在被测轮胎的正前方喷洒水膜，喷洒水膜的宽度应大于被测轮胎的宽度。

进一步的，电机通过法兰与车轴22联接。车轴22两端均有法兰，一端与电机法兰23联接，另一端法兰与轮辋5联接，轮胎6安装在轮辋5上。

进一步的，在实验台前设有高速摄像头1，后方设有磨砂玻璃板10，玻璃板后设有大功率泛光灯11，高速摄像头1、轮胎与回转带接触平面、泛光灯11布置在同一水平面。在实验中采用背光的照明技术。在本发明的背光照明装置中，将磨砂玻璃板放置在轮胎的后面并用泛光灯照射。在轮胎和光源之间引入了磨砂玻璃，可以提供均匀的弥散性背光。高速摄像头放置在此设置的前面以捕获图像。由磨砂玻璃漫射并穿过物体平面(与轮胎沟槽共面)的光可以被视为源于该平面。在这种情况下，如果磨砂玻璃被均匀照明，高速摄像头将看到均匀强度的图像。当一滴水移动到物体平面时，来自该液滴位置的光线将被水折射或反射，高速摄像头拍摄的图像中，在对应于对象平面中的液滴的位置的图像平面中的点处将会留下明亮区域。

实验时，启动液压千斤顶，使千斤顶活塞杆伸长，夹手压紧悬臂使轮胎压紧在回转带上，当数显压力传感器现实达到额定载荷后停止千斤顶。启动电机，调整电机以达到额定转速，带动轮胎以规定的车速旋转，回转带在轮胎的带动下自由回转。打开水管和气泵，提供一定流量的水流以模拟路面积水。打开泛光灯及高速摄像头，拍摄水从轮胎与回转带的接触面被抛出的图像。灯光经过磨砂玻璃板被散射，当水流被滚动轮胎的花纹沟槽排出后，会形成扇形的水幕，存在水幕位置的光线将被水折射或反射，形成在黑色背景下明亮清晰的水幕图像。从而记录不同轮胎转速、不同水膜厚度、不同花纹排水时液滴尺寸、液滴运动方向和液滴速度的分布状态。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案还包括：轮胎花纹排水性实验台的实验方法，包括以下步骤：

步骤(1)：将被测轮胎安装在所述轮毂上；在实验台前放置高速摄像头，后方放置磨砂玻璃板，玻璃板后放置大功率泛光灯，高速摄像头、轮胎与回转带接触平面、泛光灯布置在同一水平面；

步骤(2)：通过所述垂直加载液压缸进行加载，使被测轮胎与回转带接触并压紧在回转带上，垂直加载液压缸加载过程中数显压力传感器实时记录力的变化，并将数据实时传输至数据与图像采集设备；

步骤(3)：接通电机电源，控制电机的转速，从而确定被测轮胎的滚动速度；

步骤(4)：打开水管和气泵，提供一定流量的水流以模拟路面积水。储水器中的水通过喷嘴喷出，在回转带上形成水膜，通过控制气压控制水膜厚度；

步骤(5)：被测轮胎旋转的同时，打开泛光灯及高速摄像头，拍摄水从轮胎与回转带的接触面被抛出的图像，记录不同花纹排水时液滴尺寸、液滴运动方向和液滴速度的分布状态。

步骤(6)：通过分析数据与图像采集设备中的各项数据和图像，研究被测轮胎花纹的排水性能。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。