汽車(chē)雙滾筒試驗(yàn)臺(tái)試與路試輪胎滾動(dòng)阻力關(guān)聯(lián)性模型

汽車(chē)雙滾筒試驗(yàn)臺(tái)試與路試輪胎滾動(dòng)阻力關(guān)聯(lián)性模型

1道路條件與檢測(cè)方向不同時(shí),試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際情況相對(duì)誤差較大在滾壓試臺(tái)上進(jìn)行車(chē)輛性能室內(nèi)檢測(cè)，測(cè)試條件簡(jiǎn)單易于控制，測(cè)量數(shù)據(jù)可靠，操作方便安全。這是車(chē)輛性能檢測(cè)的發(fā)展方向。但是由于試驗(yàn)條件與道路條件存在差異,測(cè)試結(jié)果與實(shí)際情況相對(duì)誤差較大。研究室內(nèi)實(shí)驗(yàn)與實(shí)際情況的關(guān)聯(lián)性,使室內(nèi)汽車(chē)實(shí)驗(yàn)?zāi)苤苯臃从称?chē)實(shí)際運(yùn)行情況是當(dāng)今各國(guó)汽車(chē)試驗(yàn)工作者的重要研究方向。此文在研究雙滾筒試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)與路試輪胎滾動(dòng)阻力關(guān)聯(lián)性邏輯結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上建立了關(guān)聯(lián)性模型。2車(chē)輪軸承軸承阻力的相關(guān)性邏輯結(jié)構(gòu)描繪臺(tái)試與路試輪胎滾動(dòng)阻力關(guān)聯(lián)性邏輯結(jié)構(gòu),有助于認(rèn)清兩者的關(guān)聯(lián)性,從而為建立關(guān)聯(lián)性模型奠定基礎(chǔ)。關(guān)聯(lián)性邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示。3滾動(dòng)式小波rroad建立臺(tái)試與路試輪胎滾動(dòng)阻力關(guān)聯(lián)性模型可以從兩方面著手。對(duì)于兩種滾動(dòng)阻力影響規(guī)律相同的因素,可以直接應(yīng)用臺(tái)試研究成果(滾動(dòng)阻力模型)來(lái)計(jì)算路試滾動(dòng)阻力;對(duì)于影響規(guī)律不同的因素,分析兩者之間的差異量,對(duì)臺(tái)試滾動(dòng)阻力進(jìn)行補(bǔ)償。關(guān)聯(lián)性模型可表述成RRroad=ηrRRroller(1)式中RRroad為單個(gè)輪胎在道路上行駛時(shí)的滾動(dòng)阻力;RRroller為單個(gè)輪胎在滾筒上的滾動(dòng)阻力;ηr為滾動(dòng)阻力關(guān)聯(lián)性因子。ηr可表示為ηr=f(kw,km,kc)(2)式中kw為環(huán)境條件影響(尤指空氣流動(dòng)狀態(tài))相關(guān)因子;km為支承面材質(zhì)影響相關(guān)因子;kc為支承面曲率影響相關(guān)因子。為簡(jiǎn)化分析,作如下假設(shè)。①輪胎在平直干燥瀝青路面上行駛;②不考慮環(huán)境溫度的影響,即所建立的關(guān)聯(lián)性模型認(rèn)為臺(tái)試與路試環(huán)境溫度相同,這時(shí)兩種情況下輻射換熱基本相同;③行駛條件相同,即同一輪胎在相同車(chē)速、胎壓、軸荷條件下測(cè)試?；谏鲜黾僭O(shè),影響臺(tái)試和路試輪胎滾動(dòng)阻力的因素主要有:①支承面曲率;②支承面材質(zhì);③空氣流動(dòng)狀態(tài)(風(fēng)向風(fēng)速)。支撐面曲率主要影響輪胎變形。材質(zhì)與空氣流動(dòng)狀態(tài)將影響輪胎和外界熱交換,造成輪胎熱平衡狀態(tài)下的溫升不同。所以關(guān)聯(lián)性模型因子ηr可簡(jiǎn)化成ηr=f(kc,kh)(3)式中kh為熱交換相關(guān)因子,包括接觸導(dǎo)熱和對(duì)流導(dǎo)熱。3.1單輪道變形面積和變形特點(diǎn)的計(jì)算因輪胎的滾動(dòng)阻力與輪胎變形密切相關(guān),在載荷一定的情況下支承面曲率的不同直接影響輪胎變形大小。所以可定義支承面曲率影響相關(guān)因子kc為kc=Sroa/Sdrol(4)式中Sroa為輪胎在道路上徑向變形面積;Sdrol為輪胎在雙滾筒上徑向變形面積。圖2為臺(tái)試和路試輪胎變形圖,輪胎在路面上的徑向變形面積Sroa為Sroa=R2sθ-l(Rs-δ)/2(5)式中Rs為輪胎自由滾動(dòng)半徑;θ為輪胎變形夾角;l為輪胎接觸面的長(zhǎng)度;δ為輪胎變形量。θ=arccos(1-δ/Rs)l=2(2Rsδ-δ2)1/2輪胎在雙滾筒上的變形面積Sdrol是每個(gè)滾筒上變形面積之和(幾何推導(dǎo)略),則Sdrol=2[r2φd-ld(4r2-l2dd2)1/2/4+R2ss2θd-ld(Rs-δd)/2](6)式中r為雙滾筒試驗(yàn)臺(tái)滾筒半徑;ld為輪胎與雙滾筒作用時(shí)切向上的接觸長(zhǎng)度;φd、θd為輪胎與雙滾筒作用時(shí)的相應(yīng)夾角;δd為輪胎在雙滾筒上沿滾筒徑向上的下沉量。ld=2(2Rsδd-δ2dd2)1/2φd=arcsin(ld/(2r))θd=arccos(1-δd/Rs)文獻(xiàn)提供的輪胎變形δ的經(jīng)驗(yàn)公式為δ=c1W0.85rS0.70D0.43p0.6K0(7)δ=c1Wr0.85S00.7D0.43p0.6Κ0(7)式中c1為與輪胎設(shè)計(jì)有關(guān)的參數(shù),對(duì)斜交輪胎c1=347.3,而對(duì)子午線輪胎c1=453;Wr為輪胎上的載荷;D為輪胎外徑;S0為輪胎寬度;p為輪胎內(nèi)氣壓;K0=(15×10-4)S0+0.42在雙滾筒上,Wr和車(chē)輪軸荷W存在以下關(guān)系(圖3)。Wr=W(Rd+r)4(Rd+r)2?L2√(8)Wr=W(Rd+r)4(Rd+r)2-L2(8)式中Rd為車(chē)輪滾動(dòng)半徑。δd=c1K0.85LoadW0.85S0.70D0.43p0.6K0=K0.85Loadδ(9)δd=c1ΚLoad0.85W0.85S00.7D0.43p0.6Κ0=ΚLoad0.85δ(9)式中KLoad=Rd+r4(Rd+r)2?L2√ΚLoad=Rd+r4(Rd+r)2-L23.2輪胎初始溫度輪胎臺(tái)試與路試滾動(dòng)阻力的不同主要原因是接觸條件和環(huán)境條件的不同導(dǎo)致輪胎溫升的不同。因此確定熱交換相關(guān)因子kh可通過(guò)溫升來(lái)分析。定義熱交換相關(guān)因子kh為kh=Trol/Troa(10)式中Trol、Troa為臺(tái)試與路試時(shí)在同樣使用條件下的輪胎平衡溫度。設(shè)輪胎在滾筒上運(yùn)行達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)的溫升為ΔTrol,輪胎在道路上運(yùn)行達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)的溫升為ΔTroa,則Trol=T0+ΔTrol(11)Troa=T0+ΔTroa(12)式中T0為輪胎初始溫度。研究表明,輪胎的溫升與輪胎材料、支承面材料及空氣流動(dòng)狀態(tài)密切相關(guān),可用下式表示其關(guān)系。ΔT=(πap)x/2KxphypΔT(13)ΔΤ=(πap)x/2ΚpxhpyΔΤ(13)式中hp為輪胎平均對(duì)流換熱系數(shù);ΔT為輪胎其它參數(shù)(輪胎結(jié)構(gòu)等)及使用條件(如速度、胎壓、載荷等)對(duì)溫升的影響程度;x、y為與具體輪胎型號(hào)有關(guān)的待求指數(shù),一般在0.4～0.6之間,文中取0.5;kp為材料導(dǎo)熱系數(shù),如表1所示;ap為材料的熱擴(kuò)散系數(shù),如表1所示。平均對(duì)流換熱系數(shù)hp可通過(guò)滾動(dòng)輪胎表面各部位的換熱系數(shù)來(lái)確定。而各部位的換熱系數(shù)大多是用經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定的,其中Yeow公式簡(jiǎn)單,計(jì)算的可信度也滿足要求。為了分析臺(tái)試與路試測(cè)試條件差異,考慮風(fēng)速與風(fēng)向的影響,在Yeow公式的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)出輪胎平均對(duì)流換熱系數(shù)hp為hp=0.733[(v+vwcosφ)0.84+(v+vwsinφ)0.84](14)式中v為風(fēng)速,輪胎臺(tái)試時(shí)風(fēng)速vw;φ為風(fēng)向與車(chē)輛行駛方向所夾的銳角。3.3修正系數(shù)的測(cè)定試驗(yàn)表明,輪胎的滾動(dòng)阻力隨輪胎的變形增大而增大,隨胎溫的升高而減小,且基本成指數(shù)變化趨勢(shì),所以關(guān)聯(lián)性因子ηr可表示為ηr=λkmcknhhn(15)式中m、n為待定指數(shù);λ為修正系數(shù)。m、n、λ通過(guò)試驗(yàn)求得。將式(15)代入式(1)得RRroad=λkmcknhRRroller(16)因輪胎滾動(dòng)阻力基本和載荷成正比,故臺(tái)試與路試輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)相關(guān)性模型可表示為froad=λkmcknhfroller(17)4輪胎達(dá)到熱穩(wěn)態(tài)進(jìn)行臺(tái)試與路試對(duì)比試驗(yàn)遵循下列原則。(1)試驗(yàn)條件,即車(chē)輪速度、輪胎初始?xì)鈮骸⑤d荷等保持一致。(2)試驗(yàn)前車(chē)輛以40km/h的速度運(yùn)行30min,使輪胎達(dá)到熱穩(wěn)態(tài)。(3)為保證數(shù)據(jù)的有效性,每次對(duì)比試驗(yàn)均重復(fù)三次。(4)道路試驗(yàn)時(shí),按照SAEJ-1269標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)(混凝土路面),既要保證各種試驗(yàn)條件的相對(duì)穩(wěn)定性又要控制在一定的范圍內(nèi)。試驗(yàn)中,順次做室內(nèi)臺(tái)試試驗(yàn)和道路滑行試驗(yàn)(兩個(gè)試驗(yàn)之間間隔時(shí)間盡量短,以保證環(huán)境溫度的差別相對(duì)小)。室內(nèi)試驗(yàn)采用雙滾筒式申克底盤(pán)測(cè)功機(jī)(改造型,增加反拖系統(tǒng)和慣性飛輪系統(tǒng)),滾筒間距為700mm,滾筒直徑為364mm。4.1試驗(yàn)運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)阻力試驗(yàn)依據(jù)反拖方法,對(duì)被檢車(chē)輛進(jìn)行臺(tái)試試驗(yàn),結(jié)果如表2所示。4.2初始企業(yè)初始空擋性能汽車(chē)在平直道路上加速到某個(gè)較高車(chē)速時(shí),開(kāi)始空擋滑行,其間駕駛員盡量不打轉(zhuǎn)向盤(pán),汽車(chē)保持直線行駛工況,用五輪儀測(cè)量v-t或s-t數(shù)據(jù)列。表3為試驗(yàn)條件,表4為處理結(jié)果。4.3模型預(yù)測(cè)的結(jié)果表明表5是根據(jù)臺(tái)試試驗(yàn)數(shù)據(jù),采用關(guān)聯(lián)性模型計(jì)算的路試結(jié)果。4.4雙滾筒式底部測(cè)功機(jī)根據(jù)表5關(guān)聯(lián)性因子ηr值,輪胎在申克牌底盤(pán)測(cè)功機(jī)上的滾動(dòng)阻力要比路面上的滾動(dòng)阻力大83%左右。所以雙滾筒式底盤(pán)測(cè)功機(jī),考慮其價(jià)格較低,只能在檢測(cè)線上進(jìn)行汽車(chē)性能的檢測(cè)。對(duì)于更精確的科學(xué)研究,易使用大直徑單滾筒的底盤(pán)測(cè)功機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。比較表4和表5可知,道路試驗(yàn)結(jié)果和關(guān)聯(lián)性模型計(jì)算結(jié)果基本一致,最大相對(duì)誤差為4