一种动态载荷加载下的轮胎侧偏特性试验方法与流程

1.本发明属于汽车侧向动力学技术领域，涉及一种动态载荷加载下的轮胎侧偏特性试验方法。


背景技术：

2.在车辆操纵稳定性研究领域，精准的测试与建模一直是研究的重点内容，轮胎作为车辆与路面的唯一接触部件，其侧偏特性对车辆操纵稳定性有着很重要的影响。目前针对轮胎侧偏特性(稳态/准稳态/瞬态)的研究，不论是理论研究还是特性测试，均是在恒定垂直载荷作用下进行。但是汽车在高速运动时由于路面起伏、凸起等激励，不可避免地会产生垂向的振动，进而引发车轮在垂直方向上载荷的剧烈变化，使得轮胎的实际动力学性能出现较大波动。
3.在动态垂向载荷的激励下，轮胎的侧向力会产生波动，使得车辆侧向稳定性和动态响应变差。因此，动态垂向载荷激励下轮胎的侧偏特性表达是很重要的。由于目前缺乏理论研究与试验数据的支撑，动载对轮胎侧偏特性的影响没有得到很好的研究。
4.与论文《单_双轮辙激励下轮胎动载荷研究》的差异性说明：
5.论文是通过不同路面模型的输入研究载货汽车的轮胎动载特性，与本文提出的通过不同频率的正弦载荷叠加测试不同。通过车辆上的动载特性分析是间接得到的，环境因素和噪声都很大，不能得到有效的建模数据，本专利的方法可以在试验室试验设备上进行测试，控制单一因素变量研究轮胎动载特性，更加精准的产生动载模型的建模数据。
6.与论文《动态载荷下轮胎侧偏特性的理论及试验研究》的差异性说明：
7.该论文主要是集中于轮胎动载侧偏的建模问题上，本质上使用的是半经验的建模方式，仅仅表达的是瞬态的部分，本专利也对瞬态部分进行了建模，使用的是弹簧阻尼的物理模型进行的辨识参数，与上述论文有很大区别。
8.上述论文中其中提到的侧偏动载试验方法是基于低速平板六分力来实现的，由于其设备能力限制，所使用的依然是对于侧偏瞬态特性的试验，而本专利是采用轮胎高速六分力试验设备，有着更强的试验能力，专利介绍了对于变频率下的动载特性试验方法及数据处理分析过程，相对于轮胎动载特性的表达，该方法结合瞬态和动态，表达精度更高，表达更全面。
9.与论文《非平稳行驶条件下重型汽车轮胎动载特性分析》的差异性分析：
10.上述论文是采用三自由度车辆模型来对轮胎的附加动载作为研究，其采用的方法较简单，近似于估计，精度不高，与本专利通过测试方法来获取轮胎动载特性有很大差异。
11.专利文献cn103278339b涉及一种轮胎侧向力估算方法，包括以下步骤：1)设置一包括有轮心纵向速度传感器、路面附着系数传感器、轮胎垂向力传感器、轮胎侧偏角传感器、轮胎滑转率传感器和侧向力估计模块的轮胎侧向力估算系统；2)所述侧向力估计模块根据所采集的轮胎滑转率值、轮胎垂向力值、轮胎侧偏角和路面附着系数值，估算轮胎的准静态侧向力值；3)根据轮胎的动态侧向力与准静态侧向力的关系建立动态轮胎模型，所述
侧向力估计模块根据采集的轮心纵向速度，并通过动态轮胎模型对所述步骤2)估算的轮胎准静态侧向力值进行修正，得到动态轮胎侧向力值；4)将所述步骤3)得到的动态轮胎侧向力值发送到整车控制器中，用于对车辆进行控制和监测。本发明可以广泛应用于轮胎侧向力的实时估算中。
12.专利文献cn103353402a涉及一种多工况轮胎力学特性测试车及测试方法，包括4个分别通过转向支架连接在车底盘上的电动轮运动单元，设置在车底盘上的控制台、电池、非接触速度传感器、惯量测试单元，通过调整滑台设置在车底盘上的重块，所述的每个电动轮运动单元包括：轮毂电机、转向伺服电机、车轮转向角传感器、轮胎六分力传感器、装置被测试轮胎的轮胎连接盘和车轮支架；车轮转向角传感器、轮胎六分力传感器、非接触速度传感器、惯量测试单元通过数据线分别与控制台中的中央控制器通讯联接，以实现轮胎转向角和六分力及车辆的纵向加速度、侧向加速度和横摆角速度的测量数据采集。可实现轮胎的驱动、制动、滚动阻力、侧偏、侧偏/纵滑复合等多工况的模拟测试。
13.上述专利与本技术相关度低。


技术实现要素：

14.本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的无法精准的表达动态载荷对侧偏特性影响的问题，提供了一种动态载荷加载下的轮胎侧偏特性试验方法。
15.研究理论的基础是试验数据的积累，本发明提出了一种动态载荷加载下的侧偏特性试验方法，旨在通过规范的试验方法进行测试以及数据积累，获得动态激励下的轮胎侧偏特性。
16.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
17.为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：
18.一种动态载荷加载下的轮胎侧偏特性试验方法，包括动态阶跃工况测试及辨识、动载侧偏特性测试；
19.所述动态阶跃工况测试及辨识是在侧向松弛长度辨识结果的基础上进行数据的无量纲处理以及设定参数的模型辨识，以满足轮胎侧向瞬态特性的表达；
20.所述动载侧偏特性测试是在原有离散侧偏角测试的基础上引入动态载荷的变量，通过对离散频率的输入变化，达到使用较少的试验次数完成轮胎动载侧偏特性测试目的，总结数据的处理及表达方法。
21.进一步地，所述动态阶跃工况测试及辨识，具体包括：
22.线性区、非线性区动态阶跃工况测试；
23.侧向松弛长度参数辨识及无量纲处理；
24.非线性松弛长度模型参数辨识。
25.进一步地，所述线性区、非线性区动态阶跃工况测试，具体包括：
26.设定工况：测试载荷、侧偏角、路面速度；
27.采集所需信号，并绘制轮胎驶过的距离与侧向力的建立过程曲线。
28.进一步地，所述侧向松弛长度参数辨识及无量纲处理，具体包括：
29.将不同载荷下的侧向松弛长度进行无量纲处理，通过标准载荷下的松弛长度设为1，其余松弛长度按照比值来进行计算。
30.进一步地，所述非线性松弛长度模型参数辨识，具体包括：
31.将胎面弹性力建立模型等效为
①
和
②
连个部分连接组成，
①
为一组并联的弹簧阻尼单元，
②
为一组串联的弹簧阻尼单元，来表达非恒定松弛长度的非线性特征。
32.进一步地，所述动载侧偏特性测试，具体内容包括：
33.设定工况：设定侧偏角为1deg、6deg，进行两次测试；设定路面速度为5km/h；设定垂直载荷加载方式为正弦；设定加载频率依次设定为0.1hz、0.5hz、1hz、2hz、4hz、6hz、8hz和16hz；
34.分别输出侧向力、回正力矩与垂向力的关系曲线。
35.一种动态载荷加载下的轮胎侧偏特性试验方法，还包括试验曲线绘制及测试效果对比：除了常规的侧偏侧向力随侧偏角变化曲线外，还需要增加自变量因素频率，分别表达的是轮胎线性区和非线性区的动态载荷曲线。
36.进一步地，在动态阶跃工况测试及辨识前，做试验前准备工作；
37.将轮胎轮辋组合体安装在轮胎六分力试验台上，调节胎压并启动六分力试验台。
38.进一步地，试验前准备工作具体包括：正式试验前对轮胎进行试运行以消除应力；设定试运行程序，即轮胎在额定载荷下速度从低速20km/h到高速120km/h运行10分钟，随后进行1分钟的小侧偏角-1
°
～1
°
的往复运动，保证轮胎均匀生热并消除轮胎内部应力。；后续对轮胎进行冷却，施加一个小载荷500n和小速度30km/h对轮胎进行冷却，直到胎面温度满足30℃-35℃要求。
39.进一步地，所述线性区、非线性区动态阶跃工况测试中设定工况：测试载荷为10％，40％，70％和100％；侧偏角设定为1deg、6deg；设定路面速度为5km/h。
40.与现有技术相比本发明的有益效果是：
41.本发明提出了一种动态载荷加载下的侧偏特性试验方法，旨在通过规范的试验方法进行测试以及数据积累，获得动态激励下的轮胎侧偏特性。解决了现有技术中无法精准的表达动态载荷对侧偏特性影响的问题。
附图说明
42.下面结合附图对本发明作进一步的说明：
43.图1为动态加载下的轮胎侧偏特性试验流程图；
44.图2为动态阶跃工况测试与辨识流程图；
45.图3a为线性区侧偏角阶跃测试结果图；
46.图3b为非线性区侧偏角阶跃测试结果图；
47.图4为辨识模型结构示意图；
48.图5为非恒定松弛长度模型辨识结果图；
49.图6为侧偏动载测试流程图；
50.图7为线性区动态载荷加载下侧偏特性测试结果图；
51.图8为非线性区动态加载下侧偏特性测试结果图。
具体实施方式
52.为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
53.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
54.下面结合附图对本发明作详细的描述：
55.本发明根据轮胎动态载荷下的侧偏特性提出了一种测试方法，主要包含轮胎侧偏工况瞬态和动态特性的测试，其中每个部分的测试均包含线性区和非线性区两部分，提出了较为全面的动态载荷下侧偏特性的试验方法。该试验方法的流程图如图1所示，具体的操作过程分为以下4个步骤完成。
56.1、试验前准备工作：将轮胎轮辋组合体安装在轮胎六分力试验台上，调节胎压并启动六分力试验台。由于轮胎在制造和成型过程中的残余和集中应力未能完全消除，在正式试验前宜对轮胎进行试运行以消除应力。设定试运行程序，即轮胎在额定载荷下速度从低速(20km/h)到高速(120km/h)运行10分钟，随后进行1分钟的小侧偏角(-1
°
～1
°
)的往复运动，保证轮胎均匀生热并消除轮胎内部应力。由于生热导致的胎面升温，会影响侧偏刚度的测试结果，因此后续还需对轮胎进行冷却。即施加一个小载荷(500n)和小速度(30km/h)对轮胎进行冷却，直到胎面温度满足要求(30℃-35℃)。
57.2、动态阶跃工况测试及辨识：由于动态加载下(轮胎垂直载荷发生变化)轮胎的侧向力一直处于加载/卸载中，因此存在轮胎侧向力的建立过程，因此动态载荷加载下的侧偏特性测试，首先包含轮胎侧向力的瞬态建立过程测试，即松弛长度测试，具体分为两个部分：测试与辨识，如图2所示。
58.线性区/非线性区动态阶跃工况测试：
59.设定工况：测试载荷为10％，40％，70％和100％等；侧偏角设定为1deg/6deg；设定路面速度为5km/h。
60.采集所需信号，并绘制轮胎驶过的距离与侧向力的建立过程曲线，结果如图3a、图3b所示。
61.侧向松弛长度参数辨识及无量纲处理：侧向松弛长度为侧向力建立过程的参数，本身表示轮胎建立完整侧向力时驶过的距离，从曲线上表示为稳定状态下横坐标的数值，
将不同载荷下的侧向松弛长度进行无量纲处理，即通过标准载荷下的松弛长度设为1，其余松弛长度按照为相对值来进行计算。
62.非线性松弛长度模型参数辨识：模型结构示意图如图4所示，将胎面弹性力建立模型等效为
①
和
②
连个部分连接组成，
①
为一组并联的弹簧阻尼单元，
②
为一组串联的弹簧阻尼单元，来表达非恒定松弛长度的非线性特征，辨识结果如图5所示。
63.3、动载侧偏特性测试：
64.具体测试流程如图6所示，设定工况：设定侧偏角为1deg/6deg(两次测试)；设定路面速度为5km/h；设定垂直载荷加载方式为正弦；设定加载频率依次设定为0.1hz、0.5hz、1hz、2hz、4hz、6hz、8hz和16hz等；载荷加载范围按照设备能力尽可能大。分别输出侧向力/回正力矩与垂向力的关系曲线。
65.4、试验曲线绘制及测试效果对比：除了常规的侧偏侧向力随侧偏角变化曲线外，还需要增加自变量因素频率，因此绘制如图7、图8的系列曲线。
66.图7和图8分别表达的是轮胎线性区和非线性区的动态载荷曲线，图中表达的是轮胎侧向力(x轴)与轮胎垂直载荷(y轴)/频率的关系。
67.本发明提出了一种动态载荷加载下的轮胎侧偏特性测试方法，具体包含试验前准备工作、动态阶跃工况测试及辨识、侧偏动载特性测试以及试验曲线绘制和测试效果对比四个部分，主要是将动载侧偏特性的测试以及数据处理分为瞬态与动态两部分分别进行。
68.动态阶跃工况测试是在侧向松弛长度辨识结果的基础上进行了数据的无量纲处理以及设定参数的模型辨识，以满足轮胎侧向瞬态特性的表达。
69.动载侧偏特性测试是本专利提出的新型测试方法，重点是在原有离散侧偏角测试的基础上引入了动态载荷的变量，通过对离散频率的输入变化，可以达到使用较少的试验次数完成轮胎动载侧偏特性测试的目的，并总结了数据的处理及表达方法。
70.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。