室内模拟试验模拟路面阻力研究

室内模拟试验模拟路面阻力研究 林 军，刘呜震 (上海师范大学机械与电子信息工程学院，上海 201418) l引言 室内模拟试验具有不受环境条件限制 ，试验周期短， 试验条件可控，试验结果可比性好及试验安全可靠等优 点。随着汽车工业和汽车技术的发展，室内模拟试验愈来 愈受到汽车 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 、研究及汽车厂家的重视。 模拟试验，无论是零部件和总成试验，还是整车试验，最 重要的是在性能试验时，调查掌握零部件性能和整车性能 的关系、总成性能和整车性能的关系，以及整车道路行驶 状态下受到的应力，据此调整试验条件，合理设计试验系 统，提高试验仿真精度。 惯性式转鼓试验台以其传动系统的转动惯量模拟汽车 行驶的平移动能，以转鼓作为模拟路面代替真实道路，并 尽可能在模拟整车实际行驶条件下进行测试。本文通过理 论和汽车检测实践研究滚动阻力、试验台模拟路面阻力、 转鼓技术参数确定等汽车室内模拟试验检测技术问题。 2汽车道路行驶阻力 汽车在平直路面上行驶时受到的行驶阻力由轮胎滚动 阻力、空气阻力以及惯性阻力组成。车轮滚动时，车轮和 道路的变形产生两方面的能量消耗，其一为内摩擦 ，其二 为轮胎 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面与路面间的摩擦 (或滑动)。弹性轮胎在硬路 面上滚动时，轮胎内部摩擦产生的弹性迟滞使轮胎变形时 所作的功不能全部回收，形成车轮的滚动阻力。车轮及路 面受力和驱动轮胎接触面上力的分布如图 l所示。 车轮在平地上滚动时有如下运动方程： r ImRx=Fv—G--o l ，， ⋯ 1m = 一 + )=0 【1) l I @^~=M-Fvs—G--o 上述方程中的R 为轴重， 为垂向载荷，Mp=F~e为接 触面上力非对称分布产生的力矩，m 为车轮质量，@ 为带 收稿 日期：2003—o9—29 制动装置的车轮的转动惯量，s为车桥与路面的距离， 为 驱动力矩，M--O为滚动阻力。如果驱动力矩 ，则有 = 一 R =MJS (2) 亏 为滚动阻力系数) (3) 将 =F,e代入，则有 = MJS=Fp·e／S (4) 以及 =e／s (5) 式 (5)表明，滚动阻力的存在与印迹中心前有垂直载 荷是互为依存的条件。一部分滚动阻力可以解释为轮胎内 部的变形阻力，另一部分则源于轮胎接地印迹面打滑的现 象 。 滚动阻力产生的根本原 因可 以用 图 2所示 的简化轮胎 模型来解释 [”。滚动阻力是这些变形 A与驶过的路程 f (印迹长度)之比。即 Fj=A／l 每个单元做的功 dA=Fodz 图 1滚动的车轮受到的力与力矩 维普资讯 http://www.cqvip.com 与 图2简化的 “弹簧一阻尼器”轮胎模型 式 中 z为印迹面上 的压人长 f即印迹 中心径 向最大压 缩量)， 为阻尼力 。用变形速度来表达阻尼力 ，则有 Fo=k·dz／dt(k为阻尼力与压缩速度的比例系数) dA=k—dz dz／dt=k(鲁)‘dt A=k』(鲁) l／v是轮胎在印迹面上停留的单位时间。 假设 印迹面上的变形呈正弦分布 ： z =Az·sintot 则 oJmql"·v／l A=k‘0△z 。』c0s2 cd )=k‘0△z2鲁 (6) 图3为滚动阻力系数与行驶速度关系的试验曲线，两 条曲线来 自不同的厂家。理论与试验均表明，在很大区域 内滚动阻力受速度的影响很小，说明低速行驶时从 “弹 簧一阻尼”轮胎模型得到的结果还是比较精确的。高速行 驶时滚动阻力随行驶速度上升很快，导致轮胎变热直至其 强度降低，造成所谓 “轮胎驻波现象”。这种现象不能用 “弹簧一阻尼”轮胎模型来解释。 图 4显示了轮胎内压与滚动阻力的关系。轮胎印迹面 滚 动 阻 力 系 数 相 对 振 动 阻 力 系 数 行驶速度／(km‘h‘‘) 图3滚动阻力系数／行驶速度试验曲线 Z 轮胎 内压 P．／bar 图4滚动阻力系数随轮胎内压变化曲线 O．Ol2· A O．Oll O．Ol ＼＼、 ‘ · · — — — — — - 一 · 一 O．3 O-35 O．4 MPa — __J P O．45 O．5 O．55 图5，『R关系曲线 A：G=2905kg B：G=3740kg C：G--4650kg D：G=5650kg o．014 O．Ol3 O．Ol2 O．Oll O．Ol 2000 3000 40O0 5000 6OO0 图6 r-C关系曲线 A：P：0．38MPa B：P=0．43MPa C：P--0A7MPa D：P=0．54MPa 的最大变形随着轮胎内压的增加而减小，滚动阻力也随之 减小；内压很低的时候，弹簧一阻尼单元被强烈地挤压在 一 起，阻尼增大，损耗增加，阻力也随之增大。 同一种轮胎，当充气压力和负载不同时，其滚动阻力 系数亦有较大变化。某轻型车道路滑行试验测得的滚动阻 力系数 与轮胎气压 P、滚动阻力系数 与整车重量 C之 间 的关系如图 5、图 6所示 口。 道路试验汽车滚动阻力系数 与汽车总重量 C之间存 在近似线性关系。在规定的轮胎充气压力条件下，滚动阻 力系数的变化较小 ，可视为定值 ；当轮胎充气压力偏低 图7试验轴荷力学模型 D C B —，．_T--．．-l L ．．--r-- _J I 5 4 3 O O O O O O ． ． ． I - LI。I●1．‘l-。--●--IlIlI-l L 维普资讯 http://www.cqvip.com 与开发 0．015 0．014 0．013 0．012 O．Oll O．Ol O．o3 MPa P 0．3 0．35 0．4 0．45 0．5 0．55 图8f,-p关系曲线 A：G=1505kg B：G=2290kg C：G=3140kg D：G=4030kg O．Ol4 0．013 O．0l2 O．Oll O．Ol A：O．38MPa B：0．43 C：0．47 D：O．52 A l0oO 20oO 3OOO 4OOO 50oO 图9f,-c 关系曲线 A：P：o．38MPa B：P=0．43MPa C：P=0．47MPa D：P=O．52MPa 时，其变化较大。同样负载条件下 ， 一G曲线随轮胎充 气压力的增大渐趋平缓；充气压力较低时，曲线较陡。 3模拟路面阻力 汽车在转鼓上的滚动阻力系数 定义为： f~=F,2／G2 (7) (8) 式中 为汽车驱动轮在转鼓上的滚动阻力， 为汽 车轮胎上所受的阻力矩，G 为汽车驱动轮负荷。 室内模拟试验时给模拟路面以汽车在真实道路上行驶 时所受到的负荷。并在尽量接近实际行驶状态下作各种测 试。试验载荷以均布载荷的形式施加于钢板弹簧座上，如 图 7所示。 图8、图 9为某轻型载货汽车在底盘测功机上试验所得 的 与轮胎充气压力P 与驱动轮负荷 G 的关系曲线。 上述结果表明，试验台上汽车轮胎滚动阻力系数随轮 胎充气压力、载荷的变化情况与道路环境相似。但轮胎充 气压力较高、负载较低时 ． 增大比较明显 ，主要原因是转 鼓上轮胎气压高、负荷小，车轮相对于转鼓存在较大的滑 转率。 通常，车轮在转鼓上的附着系数较道路试验小，对于 制动试验，台试制动距离比道路试验长。为了提高车轮与 转鼓之间的附着性能，使模拟路面附着系数接近路试情 况，可采取如下措施。 (1)在转鼓表面火焰喷涂 O．1-4)．15ram厚度的含镍碳 化钨和镍铬铝钇合金 ； (2)转鼓表面开槽； (3)施加试验轴荷增加轮胎对转鼓的正压力，同时， 也使试验时的轮胎受力更接近整车道路行驶工况。 这些措施可使车轮与转鼓问的附着系数 ≥O．8，以满 足拟实试验与检测的要求。 4转鼓技术参数确定 转鼓半径对模拟路面附着系数和滚动阻力有较大影 响，合理确定转鼓技术参数，可以提高室内模拟试验仿真 精度和试验装置使用性能。试验表明当 O．35--0．40， 即转鼓半径与车轮半径的比值小于 0．35--0．40 时，转鼓曲 率增大使车轮在转鼓上滑移产生的损耗剧烈增加。同时由 于轮胎变形量大使车轮滚动的迟滞损耗也增长较快 I．]。 为减少滚动阻力对检测结果的影响，转鼓半径 r2最好 大于O． ，从而使模拟路面滚动阻力减小，提高测试精 度。对于高速测试且要求较低滚动阻力及模拟道路滚动阻 力的转鼓，其半径应取较大值 ≥O．8。 5小结 惯性式转鼓试验台以转鼓作为模拟路面，为减少轮胎 滚动阻力的影响，转鼓半径应满足 r2--~0．40r ，并采取结构 措施或表明涂覆技术使转鼓表面附着系数 I>0．8。 合理匹配试验台传动系统 (包括转鼓和飞轮)的转动 惯量，能较好地模拟汽车行驶动能。 为了增大轮胎和转鼓之间的附着情况 ，在转鼓试验台 上降低轮胎充气压力进行试验，其结果将存在较大误差， 测定值将小于真实值。 给整车加载或对总成施加试验轴荷来增加轮胎对转鼓 的正压力，可使试验时的轮胎受力更接近整车道路行驶工 况，试验仿真精度高。 参考文献： 【1] H-P威鲁麦特．车辆动力学模拟及其方法 【M】．北京-=IE京理 工大学出版社，1998 【2] 卫修敬，龚标．底盘测功机模拟汽车滚动 阻力 系薮的研 究 【A]．第三届全国测试技术学术会议 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 集 【C】．1993：23- 28 【3] 杨丽春，吴德宣．提高转鼓表面附着性能的研究 【J】．江苏工 学院学报．1998(4)：9-17 【4] 陈换江．滚筒试验台滚筒机构技术参敷的探讨 啪 ．汽车研究 与开发，1999 (4)：16-19 【5] 鲍晓峰．汽车试验与检测 【M】．北京：机械工业出版社，1995 第一作者简介：林军，女，1956年生，辽宁人．副教授。研究领 域：汽车技术、机电一体化。 (|_I辑 ：蘑召旗 ) 维普资讯 http://www.cqvip.com