有關(guān)輪胎均勻性檢測機(jī)理及設(shè)備研究

韓慧清?郭永新

摘 要：文章闡述了輪均勻性檢測機(jī)理及設(shè)備，提出了采用多點(diǎn)高速均勻性檢測的方法。該檢測系統(tǒng)檢測精度較高，為建立標(biāo)準(zhǔn)化輪胎均勻性檢測系統(tǒng)提供了有效的方法，可促進(jìn)我國公路運(yùn)輸?shù)男屎徒档徒煌ㄊ鹿拾l(fā)生率，推動我國輪胎制造業(yè)的發(fā)展都有一定的意義。

關(guān)鍵詞：輪胎均勻性；檢測系統(tǒng)；信號分析處理

隨著我國的汽車工業(yè)、公路交通運(yùn)輸?shù)玫窖该偷陌l(fā)展及家庭轎車普及率的提高，人們對汽車的重要組成部件輪胎認(rèn)識不斷提高，對輪胎質(zhì)量提出了越來越高的要求。而輪胎均勻性直接影響到車輛的操縱穩(wěn)定性和行駛安全性。現(xiàn)代道路交通和汽車工業(yè)對輪胎均勻性的要求越來越高，尤其是在高速行駛條件下。輪胎均勻性對汽車的性能有十分重要的影響，如汽車的振動，噪聲，乘坐舒適度，操縱穩(wěn)定性和高速行駛安全性以及起汽車零部件的壽命。采用多點(diǎn)高速均勻性檢測的方法精度較高，為建立標(biāo)準(zhǔn)化輪胎均勻性檢測系統(tǒng)提供了有效的方法，可促進(jìn)我國公路運(yùn)輸?shù)男屎徒档徒煌ㄊ鹿拾l(fā)生率，確保了計(jì)算參數(shù)的準(zhǔn)確性，推動我國輪胎制造業(yè)的發(fā)展都有一定的意義。

1.低速均勻性檢測機(jī)理

目前國內(nèi)輪胎生產(chǎn)企業(yè)以及相關(guān)的輪胎質(zhì)量檢測單位所采用的均為輪胎低速均勻性檢測設(shè)備。主軸在伺服電機(jī)帶動下轉(zhuǎn)動，在GB/T 18506 2001《汽車輪胎均勻性試驗(yàn)方法》中規(guī)定輪胎轉(zhuǎn)速為60r/min。裝卡并充氣的輪胎通過切向摩擦力帶動負(fù)荷輪轉(zhuǎn)動。上下輪輞模擬輪轂，起到夾持輪胎、防止輪胎充氣后泄氣的作用。負(fù)荷輪軸線應(yīng)與主軸軸線始終保持平行。負(fù)荷輪材質(zhì)均勻，幾何形狀對稱，可以在導(dǎo)軌上水平移動。上下兩個測力傳感器是二維正交力傳感器，可以測x、y向正交的力信號，力的方向由主軸底部的旋轉(zhuǎn)編碼器測得，進(jìn)而合成矢量力。輪胎均勻性測量過程中，主軸與負(fù)荷輪通過機(jī)械支撐保持不動且位置平行，負(fù)荷輪模擬地面并給主軸施加一定負(fù)載，相當(dāng)于輪胎行駛過程中車體對輪胎的壓力。輪胎在每一個轉(zhuǎn)動周期內(nèi)，旋轉(zhuǎn)編碼器均勻發(fā)出n點(diǎn)脈沖，旋轉(zhuǎn)編碼器每發(fā)出一個脈沖，計(jì)算機(jī)將記錄一次傳感器測量并輸出輪胎徑向方向上的徑向力和輪胎側(cè)向上的側(cè)向力，直至采集到n個數(shù)據(jù)為止。根據(jù)測得的徑向力和側(cè)向力算出錐度、角度效應(yīng)等相應(yīng)的參數(shù)。

2.低速均勻性檢測機(jī)理現(xiàn)狀

國外在輪胎均勻性檢測設(shè)備的檢測機(jī)理與數(shù)字化方法以及相應(yīng)的檢測產(chǎn)品研發(fā)方面開展的工作較早，從20世紀(jì)50年代起進(jìn)行了均勻性檢測機(jī)理、多變量測量解耦算法、測量與標(biāo)定方法以及數(shù)據(jù)處理方法等基礎(chǔ)性研究，并取得了一系列研究成果。1965年，輪胎均勻性試驗(yàn)機(jī)由美國阿克隆標(biāo)準(zhǔn)公司確立試驗(yàn)用機(jī)和生產(chǎn)用機(jī)后，開始供應(yīng)市場并迅速擴(kuò)大應(yīng)用。1979年，美國汽車制造商協(xié)會和橡膠制造商協(xié)會合作對卡車輪胎非均勻性在卡車行駛過程中產(chǎn)生的影響進(jìn)行了研究，得出了輪胎均勻性和輪胎圓周力之間的關(guān)系。1986年，美國密歇根大學(xué)交通研究所在上述研究基礎(chǔ)上研發(fā)出新型輪胎均勻性測試裝置，該裝置測試頻率達(dá)到50Hz。國外企業(yè)對輪胎均勻性測試的核心技術(shù)、測控系統(tǒng)的核心元件以及軟件技術(shù)均嚴(yán)格保密。目前，關(guān)于輪胎均勻性測試設(shè)備的報(bào)道大多是與工程產(chǎn)品相關(guān)的專利技術(shù)以及相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)等文獻(xiàn)，很少見到相關(guān)的測試機(jī)理、多變量測量解耦算法與結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)研究的資料。

3.高速均勻性檢測技術(shù)分析

迄今為止，對輪胎均勻性質(zhì)量優(yōu)劣的判級仍以低速均勻性的測試數(shù)據(jù)為依據(jù)，即測試轉(zhuǎn)速為60r/min的測量數(shù)據(jù)。然而外徑700mm的輪胎以60r/min轉(zhuǎn)動時換算成車輛行駛速度約為8km/h，此速度下輪胎的力學(xué)性能遠(yuǎn)不能真實(shí)反映車輛在正常行駛速度下的輪胎的力學(xué)性能。而且研究表明，切向力變化受旋轉(zhuǎn)速度的影響很大，低速時很小，當(dāng)達(dá)到60km/h時切向力的影響就必須考慮，在120km/h時其變化程度最大，因此在車輛高速行駛時必須考慮輪胎切向力的影響。如何獲得輪胎的高速均勻性特性參數(shù)，以給汽車制造商提供實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的輪胎性能就成了研究的熱點(diǎn)。通過在低速均勻性試驗(yàn)機(jī)上測出的多個低速均勻性參數(shù)（如徑向尺寸偏差、徑向力波動等）來預(yù)測高速均勻性的特性參數(shù)。通過低速均勻性的測量來預(yù)測高速均勻性的高次諧波成分。然而人們常會忽略由于速度的大幅度變化給輪胎力學(xué)性能帶來的其他影響。輪胎均勻性測試設(shè)備測量得到的某個方向上的力（例如徑向力）旋轉(zhuǎn)一周的波動是一個復(fù)雜的波形，人們通常采用傅里葉變換的方法將其分解為多個諧波的疊加，而不同的諧波則會對車輛的行駛性能產(chǎn)生不同的影響。旋轉(zhuǎn)速度對一些諧波的影響不容忽視，同一條輪胎在不同速度下的力學(xué)特性也大不相同。國外知名企業(yè)相繼研發(fā)出了輪胎高速均勻性檢測設(shè)備并逐步投入了工業(yè)應(yīng)用。2000年日本生產(chǎn)的輪胎高速均勻性檢測設(shè)備，用三軸正交測力傳感器實(shí)現(xiàn)動平衡、均勻性在一臺試驗(yàn)機(jī)上的測量，一個軸測量動平衡，另兩個軸測量低速和高速均勻性，目前，已經(jīng)有大約500臺高速均勻性試驗(yàn)機(jī)在輪胎工廠投入使用。國外生產(chǎn)的輪胎高速均勻性試驗(yàn)機(jī)的性能也在不斷提高，2014年，日本神戶制鋼所稱其新一代產(chǎn)品可以精確測試最高速度達(dá)300km/h時的輪胎不均勻性，該機(jī)采用水平運(yùn)行，因而中心較低。此外，該機(jī)采用了高強(qiáng)度的元器件和材料，消除了由試驗(yàn)機(jī)和輪胎產(chǎn)生的振動。這款新型試驗(yàn)機(jī)的固有頻率為450Hz，是普通試驗(yàn)機(jī)的2倍。美國1064B型輪胎高速均勻性測試機(jī)主要用于轎車與輕型卡車的力、力矩以及不均勻性的檢測，測試速度可以達(dá)到440km/h。考慮到測試設(shè)備在測試輪胎高速旋轉(zhuǎn)時有可能產(chǎn)生振動進(jìn)而影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，將該設(shè)備主軸的固有頻率提升至700Hz，因此可進(jìn)行0"-700Hz的相關(guān)測試，足以避免測試過程中的共振干擾。迄今為止，還沒有發(fā)現(xiàn)其他公司的高速均勻性檢測設(shè)備具有如此高的固有頻率。

4.結(jié)束語

輪胎均勻性是影響車輛行駛性能的重要參數(shù)之一，獲取正確的能夠真實(shí)反映輪胎實(shí)際行駛性能的均勻性參數(shù)對車輛行駛的舒適性和安全性具有重要價值，輪胎高速均勻性的檢測必將成為未來發(fā)展的趨勢。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙明達(dá)，輪胎均勻性參數(shù)測量方法研究[J].企業(yè)文化，2013

[2]杭柏林；趙明達(dá)；呂浦偉，輪胎二維力測量方法的研究[J]-橡塑技術(shù)與裝備.2014