一种轮胎橡胶热力耦合摩擦系数的表征方法

本发明涉及一种轮胎橡胶热力耦合摩擦系数的表征方法，属于海上通讯领域。

背景技术：

1、轮胎是装配在汽车上的接地滚动的圆环形弹性橡胶制品，作为车辆在行驶过程中与路面接触的唯一部件，其摩擦性能的优劣直接影响行车的安全性。

2、制作轮胎的主要原材料：橡胶。其具有粘弹性、非线性、温度敏感性等特性，且摩擦机理不同于金属材料，具有典型的热力耦合特征。

3、橡胶的动摩擦特性与速度、压力和温度等多种因素有关，在不同工况下橡胶的摩擦性能会表现出相当大的差异。

4、由于橡胶的热力耦合特征，胎面胶温度对轮胎摩擦性能有着不可忽视的影响。现有技术中表征橡胶摩擦性能的模型，往往未考虑温度对摩擦性能的影响，或仅将温度作为滑动速度的函数来考虑。

5、例如，中国专利202210979684.9公开的一种车辆轮胎精确建模方法及其应用，通过建立考虑轮胎迟滞特性的轮胎简化物理模型，引入描述粘弹性材料力位移特性的弹簧阻尼迟滞系统，其次结合rc算子，建立弹簧阻尼迟滞系统加载与卸载过程的复合力变形关系特性模型，再次将纯工况下轮胎与地面的相互作用关系同样划分为加载阶段和卸载阶段，建立sae轮胎坐标系下基于迟滞特性的纵滑与侧偏工况表达统一的半经验轮胎模型。

6、中国专利202011062061.2公开的一种基于橡胶-粗糙表面接触的摩擦力学建模方法，通过建立动摩擦试验仪橡胶几何模型、获取道路剖面图、对橡胶滑动部分与路表纹理进行假定、计算橡胶粗糙表面接触控制方程、基于数值分辨率建立橡胶粗糙表面接触的橡胶滞后摩擦计算方法，对摩擦系数进行求解。

7、中国专利201811418159.x公开的一种路面摩擦系数的估测方法，根据驾驶员对车辆进行侧向操作而产生的轮胎滑移角、轮胎侧向力及转向速率，选择对应的分类器集合来计算路面摩擦系数；以及确定所计算出的最大路面摩擦系数为最终路面摩擦系数。

8、现有技术中，各种相关的表征方法中，还未有将温度作为一个独立参数来考虑其对摩擦特性的影响的技术方案，胎面橡胶在不同胎面温度下的摩擦性能研究不足，不能为行车安全性的改进提供理论支持。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的“胎面橡胶在不同胎面温度下的摩擦性能研究不足”的问题，本申请提出一种轮胎橡胶热力耦合摩擦系数的表征方法，构建一个橡胶热力耦合摩擦模型，表征胎面橡胶在不同胎面温度、滑动速度和接触压力下的摩擦性能，为行车安全性的改进提供理论支持。

2、为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是，一种轮胎橡胶热力耦合摩擦系数的表征方法，包括以下步骤：

3、1)确定影响轮胎橡胶摩擦特性的因素；

4、2)根据步骤1)确定的因素构建常温下的摩擦模型；

5、3)对轮胎橡胶进行加热，分析温度与摩擦系数的函数关系；

6、4)基于步骤2)确定的常温下的摩擦模型、步骤3)中温度与摩擦系数的函数关系，构建摩擦系数的热力耦合模型。

7、优化的，上述轮胎橡胶热力耦合摩擦系数的表征方法，步骤1)中，确定影响橡胶摩擦特性的因素，选取胎面温度、滑动速度和接触压力作为构建摩擦模型的参数。

8、步骤2)中，通过实验数据构建常温下摩擦系数与滑动速度、接触压力的摩擦模型.

9、优化的，上述轮胎橡胶热力耦合摩擦系数的表征方法，步骤4)中，基于常温下摩擦系数与滑动速度、接触压力的摩擦模型，及温度与摩擦系数的函数关系，建立摩擦系数对胎面温度、滑动速度和接触压力的函数关系，即摩擦系数的热力耦合模型。

10、优化的，上述轮胎橡胶热力耦合摩擦系数的表征方法，步骤1)中，确定影响橡胶摩擦特性的因素，选取胎面温度、滑动速度和接触压力作为构建摩擦模型的参数，有μ＝μ(p，v，t)，其中，t为胎面温度，p为接触压力，v为滑动速度；

11、建立常温下摩擦系数与滑动速度、接触压力的摩擦模型为

12、

13、式中，a1、a2、b1、b2为常数，a1、a2与橡胶接地形状及路面粗糙度相关，b1、b2与橡胶本身的材料物性及压力、速度的敏感性相关。

14、优化的，上述轮胎橡胶热力耦合摩擦系数的表征方法，在步骤3)中，建立摩擦系数与温度的函数关系，其表征为：

15、

16、式中，tm表示最大摩擦系数对应的温度，α、β表征曲线坡度特征，y表征曲线高度特征。

17、优化的，上述轮胎橡胶热力耦合摩擦系数的表征方法，步骤4)中，建立的热力耦合综合摩擦模型表征为：

18、

19、式中，α、β为橡胶粘弹性相关系数，γ为温度相关系数，tm为μ取最大值时对应的温度，a1、a2与橡胶接地形状及路面粗糙度相关，b1、b2与橡胶本身的材料物性及压力、速度的敏感性相关，t为温度，p为接触压力，v为滑动速度。

20、优化的，上述轮胎橡胶热力耦合摩擦系数的表征方法，在热力耦合综合摩擦模型中，e通过下式得到，

21、式中，a为指前因子，e为表观活化能，r为摩尔气体常量，t为热力学温度，k为速率系数。

22、优化的，上述轮胎橡胶热力耦合摩擦系数的表征方法，常温下摩擦系数与滑动速度、接触压力的摩擦模型中，a1、a2、b1、b2是利用25℃下测试数据拟合得到的参数，通过μ(t)＝μ(t-t0)进行变量置换，其中t0＝25℃。

23、本申请的有益效果为：

24、本申请的技术方案中，将接触压力、橡胶温度、滑动速度等因素考虑进橡胶摩擦系数的表达中，构建了热力耦合综合摩擦模型，可以对接触压力、橡胶温度、滑动速度变化所导致的摩擦系数变化趋势进行较为准确的表达，为行车安全性的改进提供理论支持。

技术特征：

1.一种轮胎橡胶热力耦合摩擦系数的表征方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的轮胎橡胶热力耦合摩擦系数的表征方法，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的轮胎橡胶热力耦合摩擦系数的表征方法，其特征在于：

4.根据权利要求2所述的轮胎橡胶热力耦合摩擦系数的表征方法，其特征在于：步骤1)中，确定影响橡胶摩擦特性的因素，选取胎面温度、滑动速度和接触压力作为构建摩擦模型的参数，有μ＝μ(p，v，t)，其中，t为胎面温度，p为接触压力，v为滑动速度；

5.根据权利要求2所述的轮胎橡胶热力耦合摩擦系数的表征方法，其特征在于：在步骤3)中，建立摩擦系数与温度的函数关系，其表征为：

6.根据权利要求3所述的轮胎橡胶热力耦合摩擦系数的表征方法，其特征在于：步骤4)中，建立的热力耦合综合摩擦模型表征为：

7.根据权利要求6所述的轮胎橡胶热力耦合摩擦系数的表征方法，其特征在于：在热力耦合综合摩擦模型中，e通过下式得到，

8.根据权利要求4所述的轮胎橡胶热力耦合摩擦系数的表征方法，其特征在于：常温下摩擦系数与滑动速度、接触压力的摩擦模型中，a1、a2、b1、b2是利用25℃下测试数据拟合得到的参数，通过μ(t)＝μ(t-t0)进行变量置换，其中t0＝25℃。

技术总结
本申请公开了一种轮胎橡胶热力耦合摩擦系数的表征方法，属于橡胶检测领域。针对现有技术中存在的“胎面橡胶在不同胎面温度下的摩擦性能研究不足”的问题，本申请包括以下步骤：1)确定影响轮胎橡胶摩擦特性的因素；2)根据步骤1)确定的因素构建常温下的摩擦模型；3)对轮胎橡胶进行加热，分析温度与摩擦系数的函数关系；4)基于步骤2)确定的常温下的摩擦模型、步骤3)中温度与摩擦系数的函数关系，构建摩擦系数的热力耦合模型。本申请的技术方案，构建一个橡胶热力耦合摩擦模型，表征胎面橡胶在不同胎面温度、滑动速度和接触压力下的摩擦性能，为行车安全性的改进提供理论支持。

技术研发人员：尹海山,行祺程,晋琦,仇星文
受保护的技术使用者：青岛科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15