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基于简易轮胎试验模态测试的滚阻特性评价方法(下）

2019-05-14 00:17:10·  来源：《农业机械学报》  作者：朱成伟，刘洋，庄晔，高学亮，陈强  
　
摘要：轮胎滚动阻力对汽车燃油经济性有很大影响，约占汽车耗油的20%～30%，评价轮胎滚阻特性是本领域的难点。通过对现阶段评价轮胎滚阻特性的总结及对轮胎滚阻产
摘要：轮胎滚动阻力对汽车燃油经济性有很大影响，约占汽车耗油的20%～30%，评价轮胎滚阻特性是本领域的难点。通过对现阶段评价轮胎滚阻特性的总结及对轮胎滚阻产生机理分析，本文提出了一种基于简易轮胎试验模态测试的滚阻特性评价方法，利用半功率带宽法对轮胎试验模态幅频特性进行计算，得到不同轮胎的阻尼比评价其滚阻特性。试验结果表明，轮胎试验模态幅频特性的半功率带宽与其滚动阻力有密切关系且呈正相关，其半功率带宽越大，一阶共振能量越分散，轮胎滚动阻力系数就越大。该结果进一步表明不同轮胎的模态阻尼比与其滚动阻力系数两者之间具有很好的一致性，轮胎的阻尼比越大，其滚动阻力系数越大，证明该方法能够定性评价轮胎滚阻特性，从而提高了轮胎滚动阻力测试效率及降低测试成本。

关键词：轮胎滚阻；模态参数；压电薄膜；半功率带宽

3 轮胎滚动阻力测试
 
3.1 测试原理

根据轮胎滚动阻力测试相关文献ISO28580:2009[16-17]以及欧标R117:2014，轮胎滚动阻力测试方法包括减速度法、力法、功率法和扭矩法。由于力法测试精度较高，计算方便，故采用以力法为依据的测定轮胎滚动阻力系数测试。轮胎滚动阻力测试原理如图6 所示。

1.轮胎 2.转鼓
图6 轮胎滚动阻力测试示意图

轮胎滚动阻力系数可表示为：


式中：Crr ——轮胎滚动阻力系数， N/kN； F r   ——轮胎滚动阻力， N； F z  ——轮胎垂向负荷，kN。



3.2 滚阻试验



表1 轮胎滚阻系数测试相关参数

1.力传感器 2. 温度传感器 3. 转鼓 4.乘用车轮胎工位 5.商用车轮胎工位
图7 轮胎滚动阻力系数测试系统

4 试验结果
 
4.1 轮胎试验模态数据

轮胎模态试验的试样为5 个不同滚动阻力系数的轮胎，分别为C1、C2、C3、C4、C5，利用提出的简易基于轮胎试验模态阻尼测试装置，得到不同轮胎模态试验的时域信号如图8 所示。

图8 不同轮胎的模态试验时域信号

对5 个轮胎模态试验的时域数据进行幅频特性分析，得到对应轮胎模态的幅频特性曲线，纵坐标为线性坐标，同时对幅频特性曲线的第一阶共振峰进行基于半功率带宽方法的分析，如图9 所示。

图9 不同轮胎模态幅频特性曲线

由图9 轮胎试验模态的幅频特性曲线可知，锤击法对轮胎进行单点激励模态试验能够把轮胎第一阶固有频率激发出来，对研究轮胎阻尼特性和轮胎滚动阻力有价值。因此对轮胎试验模态数据的幅频特性曲线进行基于半功率带宽法来计算不同轮胎模态阻尼，是对每条轮胎的幅频特性曲线第一阶峰值进行半功率带宽提取，图9中黑色曲线是轮胎幅频特性曲线，根据半功率带宽原理，红色线部分为频率峰值


表2 不同轮胎阻尼比结果

4.2 轮胎滚动阻力系数结果分析

根据上述轮胎滚动阻力系数的力法试验方法得到5 个轮胎滚动阻力系数结果如表3 所示，由于轮胎结构存在不对称性存在锥度效应，轮胎滚动阻力系数力法测试时需要轮胎正转与反转两个工况完成，由于垂向负荷是实时采集，轮胎正转与反转工况的垂向负荷是有微小浮动但基本不影响测试结果，对应轮胎滚动阻力的试验结果正值与负值，滚动阻力系数正值与负值，滚动阻力系数正值与负值两者绝对值的平均值作为最终轮胎滚动阻力系数。

表3 不同轮胎滚动阻力系数测试结果

根据表2 的半功率带宽和表3 轮胎滚阻系数结果得到C3 轮胎半功率带宽最大，其滚阻系数也是最大的，而C1 轮胎的半功率带宽最小，滚阻系数也是最小，从整体来看，轮胎模态幅频特性曲线的半功率带宽与轮胎滚动阻力有密切关系且为正相关关系。

根据表2 的轮胎阻尼比和表3 轮胎滚阻系数结果得到C3 轮胎的阻尼比最大，其滚阻系数也是最大的，而C1 轮胎的阻尼比最小，其滚阻系数也是最小的，整体来看，5 个轮胎的阻尼比与其滚阻系数为正相关关系。

5 结论
 
（1）利用轮胎试验模态的阻尼特性评价轮胎滚动阻力。提出一种简易基于压电薄膜传感器的测试轮胎模态阻尼的试验方法。通过此测试方法，利用半功率带宽原理对不同轮胎模态阻尼特性进行试验，通过不同轮胎模态阻尼评价轮胎滚动阻力系数，且两者之间保持正相关关系。不同轮胎的阻尼比与起滚动阻力系数具有很好的一致性，与轮胎滚动阻力因粘性迟滞效应的产生机理是一致的。通过计算轮胎阻尼比能够定性评价轮胎滚动阻力可行合理。

（2）对不同轮胎进行模态试验时得到半功率带宽，发现不同轮胎幅频特性的半功率带宽与轮胎滚阻系数存在着正相关关系。轮胎模态幅频特性的半功率带宽越大，一阶峰值坡度越小，一阶共振处的能量越分散，滚阻系数越大，反之，轮胎模态幅频特性的半功率带宽越小，一阶模态峰值坡度越大，一阶共振处的能量越集中，轮胎滚阻系数越小，具体表现为轮胎的半功率带宽越大，轮胎滚阻系数越大，因此也可以利用轮胎模态试验的幅频特性半功率带宽评价其滚阻特性。
 
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