汽車雙滾筒試驗臺試與路試輪胎滾動阻力關(guān)聯(lián)性模型

汽車雙滾筒試驗臺試與路試輪胎滾動阻力關(guān)聯(lián)性模型

1道路條件與檢測方向不同時,試驗結(jié)果與實際情況相對誤差較大在滾壓試臺上進(jìn)行車輛性能室內(nèi)檢測，測試條件簡單易于控制，測量數(shù)據(jù)可靠，操作方便安全。這是車輛性能檢測的發(fā)展方向。但是由于試驗條件與道路條件存在差異,測試結(jié)果與實際情況相對誤差較大。研究室內(nèi)實驗與實際情況的關(guān)聯(lián)性,使室內(nèi)汽車實驗?zāi)苤苯臃从称噷嶋H運行情況是當(dāng)今各國汽車試驗工作者的重要研究方向。此文在研究雙滾筒試驗臺試驗與路試輪胎滾動阻力關(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車輪軸承軸承阻力的相關(guān)性邏輯結(jié)構(gòu)描繪臺試與路試輪胎滾動阻力關(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滾動式小波rroad建立臺試與路試輪胎滾動阻力關(guān)聯(lián)性模型可以從兩方面著手。對于兩種滾動阻力影響規(guī)律相同的因素,可以直接應(yīng)用臺試研究成果(滾動阻力模型)來計算路試滾動阻力;對于影響規(guī)律不同的因素,分析兩者之間的差異量,對臺試滾動阻力進(jìn)行補償。關(guān)聯(lián)性模型可表述成RRroad=ηrRRroller(1)式中RRroad為單個輪胎在道路上行駛時的滾動阻力;RRroller為單個輪胎在滾筒上的滾動阻力;ηr為滾動阻力關(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)為臺試與路試環(huán)境溫度相同,這時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速、胎壓、軸荷條件下測試?；谏鲜黾僭O(shè),影響臺試和路試輪胎滾動阻力的因素主要有: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)熱和對流導(dǎo)熱。3.1單輪道變形面積和變形特點的計算因輪胎的滾動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為輪胎自由滾動半徑;θ為輪胎變形夾角;l為輪胎接觸面的長度;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為雙滾筒試驗臺滾筒半徑;ld為輪胎與雙滾筒作用時切向上的接觸長度;φd、θd為輪胎與雙滾筒作用時的相應(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)計有關(guān)的參數(shù),對斜交輪胎c1=347.3,而對子午線輪胎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為車輪滾動半徑。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試與路試滾動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可通過溫升來分析。定義熱交換相關(guān)因子kh為kh=Trol/Troa(10)式中Trol、Troa為臺試與路試時在同樣使用條件下的輪胎平衡溫度。設(shè)輪胎在滾筒上運行達(dá)穩(wěn)態(tài)時的溫升為ΔTrol,輪胎在道路上運行達(dá)穩(wěn)態(tài)時的溫升為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)對溫升的影響程度;x、y為與具體輪胎型號有關(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。平均對流換熱系數(shù)hp可通過滾動輪胎表面各部位的換熱系數(shù)來確定。而各部位的換熱系數(shù)大多是用經(jīng)驗公式來確定的,其中Yeow公式簡單,計算的可信度也滿足要求。為了分析臺試與路試測試條件差異,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,輪胎臺試時風(fēng)速vw;φ為風(fēng)向與車輛行駛方向所夾的銳角。3.3修正系數(shù)的測定試驗表明,輪胎的滾動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,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通過試驗求得。將式(15)代入式(1)得RRroad=λkmcknhRRroller(16)因輪胎滾動阻力基本和載荷成正比,故臺試與路試輪胎滾動阻力系數(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)行臺試與路試對比試驗遵循下列原則。(1)試驗條件,即車輪速度、輪胎初始?xì)鈮?、載荷等保持一致。(2)試驗前車輛以40km/h的速度運行30min,使輪胎達(dá)到熱穩(wěn)態(tài)。(3)為保證數(shù)據(jù)的有效性,每次對比試驗均重復(fù)三次。(4)道路試驗時,按照SAEJ-1269標(biāo)準(zhǔn)試驗(混凝土路面),既要保證各種試驗條件的相對穩(wěn)定性又要控制在一定的范圍內(nèi)。試驗中,順次做室內(nèi)臺試試驗和道路滑行試驗(兩個試驗之間間隔時間盡量短,以保證環(huán)境溫度的差別相對小)。室內(nèi)試驗采用雙滾筒式申克底盤測功機(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試驗運行的旋轉(zhuǎn)阻力試驗依據(jù)反拖方法,對被檢車輛進(jìn)行臺試試驗,結(jié)果如表2所示。4.2初始企業(yè)初始空擋性能汽車在平直道路上加速到某個較高車速時,開始空擋滑行,其間駕駛員盡量不打轉(zhuǎn)向盤,汽車保持直線行駛工況,用五輪儀測量v-t或s-t數(shù)據(jù)列。表3為試驗條件,表4為處理結(jié)果。4.3模型預(yù)測的結(jié)果表明表5是根據(jù)臺試試驗數(shù)據(jù),采用關(guān)聯(lián)性模型計算的路試結(jié)果。4.4雙滾筒式底部測功機根據(jù)表5關(guān)聯(lián)性因子ηr值,輪胎在申克牌底盤測功機上的滾動阻力要比路面上的滾動阻力大83%左右。所以雙滾筒式底盤測功機,考慮其價格較低,只能在檢測線上進(jìn)行汽車性能的檢測。對于更精確的科學(xué)研究,易使用大直徑單滾筒的底盤測功機進(jìn)行試驗。比較表4和表5可知,道路試驗結(jié)果和關(guān)聯(lián)性模型計算結(jié)果基本一致,最大相對誤差為4