專利名稱：全天候輪胎胎面-路面摩擦特性測試系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明屬于輪胎摩擦學研究領域，具體涉及一種全天候輪胎胎面-路面摩擦特性測試系統(tǒng)及方法，可為輪胎胎面橡膠材料摩擦、磨損性能提供有效的測試手段與測試方法。 同時可為測量不同速度下輪胎-路面的摩擦特性提供平臺。
背景技術：
橡膠作為輪胎的主要組成部分，其摩擦特性很特殊，它并不符合庫侖摩擦定律。橡膠輪胎的機械特性很大程度上取決于橡膠的摩擦特性(尤其在一些極限工況下)。目前對橡膠摩擦的理論研究尚不成熟。因此，橡膠摩擦的測試研究對輪胎力學特性的研究就十分重要。為了研究橡膠的摩擦特性，人們開發(fā)了各種測試設備，大體分三類恒牽引力式摩擦儀，恒速式摩擦儀和擺式摩擦儀。這些設備的開發(fā)很大程度地推動了摩擦理論的進步，但這些儀器的一些特點使其很難進行輪胎摩擦特性的研究(1)由于結構的限制使其速度范圍都很窄(多為低速，小于lm/s)；(2)摩擦介質(zhì)單一，不易更換；(3)測量時間長，導致試件磨損嚴重和急劇生熱，影響測量結果的準確性；(4)無環(huán)境溫度控制系統(tǒng)；(5)載荷的施加未實現(xiàn)自動化，變化范圍小。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有測試系統(tǒng)和方法的不足，本發(fā)明提出一種能夠?qū)崿F(xiàn)在指定的壓力、 溫度、濕度、速度條件下獲得橡膠輪胎胎面與路面間的摩擦系數(shù)的全天候輪胎胎面-路面摩擦特性測試系統(tǒng)及方法。本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)一種全天候輪胎胎面-路面摩擦特性測試系統(tǒng)，包括控制臺1，液壓源2，調(diào)速電機3，旋轉盤4，壓力盤5，液壓加載缸6，垂直壓力傳感器7，輪胎胎面試塊8，環(huán)境艙9，風道 10，環(huán)境控制單元11，速度傳感器12，主框架13，水平拉壓傳感器14，摩擦路面15。其中，控制臺1通過數(shù)據(jù)線纜分別與控制調(diào)速電機3、液壓加載缸6、環(huán)境控制單元 11相連接；液壓源2通過液壓油管與液壓加載缸6連接，為其提供液壓動力；調(diào)速電機3通過主框架13內(nèi)部的傳動機構與旋轉盤4實現(xiàn)傳動，為旋轉盤4提供規(guī)定的轉速，實現(xiàn)汽車輪胎工作速度下的滑移速度(0-30m/s)調(diào)節(jié)；壓力盤5通過鉸接在液壓加載缸6下部，輪胎胎面試塊8被固定在壓力盤5的下端，測試中通過液壓加載缸6驅(qū)動壓力盤5下壓，使輪胎胎面試塊8與旋轉盤4上的摩擦路面15接觸，從而形成二者間的摩擦；水平拉壓傳感器14安裝在壓力盤5與主框架13之間，可測出壓力盤5的水平受 4力，經(jīng)力矩平衡可算出輪胎胎面試塊8處受到的摩擦力；垂直壓力傳感器7安裝在壓力盤5 與液壓加載缸6之間，可測出壓力盤5的垂直受力，加上加載機構的自重就得到垂直載荷的數(shù)值，從而得到輪胎胎面試塊8與摩擦路面15之間的摩擦系數(shù)；環(huán)境控制單元11通過風道10與環(huán)境艙9連接，環(huán)境控制單元11對環(huán)境艙9進行溫度、濕度的調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)不同溫度、濕度條件下摩擦系數(shù)的測量；速度傳感器12位于旋轉盤4的下方、固定在主框架13上，測量旋轉盤4的轉速。由此可見，本發(fā)明的測試系統(tǒng)可用于輪胎胎面的摩擦特性測試，獲得輪胎胎面與不同路面間摩擦系數(shù)隨滑移速度、垂直載荷、環(huán)境溫度和濕度變化的測試曲線?？紤]到橡膠輪胎胎面-路面間摩擦時的快速溫升和磨損的問題，本發(fā)明提出了一種針對汽車輪胎的全天候輪胎胎面-路面摩擦特性測試方法，該方法采用以上測試系統(tǒng)， 通過控制輪胎胎面試塊8與摩擦路面15的接觸時間，可有效獲得多工況下的摩擦系數(shù)測試結果。本發(fā)明的一種全天候輪胎胎面-路面摩擦特性測試方法，包括以下步驟(1)選擇摩擦路面15，通過更換不同表面材料的摩擦路面15實現(xiàn)不同路面與輪胎胎面試塊8摩擦系數(shù)的測試，其中包括冰面，水泥路面、濕滑路面等；(2)在控制臺1上設定調(diào)速電機3的轉速、液壓加載缸6的垂直加載力、環(huán)境控制單元11的溫度和濕度；(3)由控制臺1控制調(diào)速電機3啟動，旋轉盤4開始轉動；由控制臺1控制液壓加載缸6伸長，壓下輪胎胎面試塊8直到指定的垂直加載力；(4)由垂直壓力傳感器7實時測量垂直加載力，水平拉壓傳感器14實時測量輪胎胎面試塊8與摩擦路面15之間摩擦力，速度傳感器12實時測量旋轉盤4的轉速，并由控制臺1同步記錄上述的垂直加載力、摩擦力；
(5)由控制臺1控制液壓加載缸6抬起、調(diào)速電機3停轉；(6)由控制臺1顯示測得的摩擦系數(shù)結果；(7)測試結束。根據(jù)滑移速度工況的不同，可以對上述步驟進行微調(diào)，這里主要針對高速段和低速段兩種不同工況進一步介紹A、進行高速段輪胎胎面摩擦測試時，即當滑移速度為lm/s 30m/s時，首先設定滑移速度和摩擦時間，為避免輪胎胎面試塊8與摩擦路面15的過分磨損，應盡量縮短二者的接觸時間；而加載后輪胎胎面試塊8進入穩(wěn)定狀態(tài)和測量又都需要有足夠的時間，故將整個測試過程分為4個階段空載階段、，加載階段、，保持階段t2，卸載階段t3，其中 t0-電機啟動、開始加載后的等待時間，tr輪胎胎面試塊8與摩擦路面15從接觸到載荷穩(wěn)定的時間，t2-從載荷穩(wěn)定到輪胎胎面試塊8開始抬起的時間，t3-電機停止，輪胎胎面試塊 8抬起的時間。測試中可控制ti ( 0. 05s, t3 ( 0. 05s，保證t2彡0. 2s。將摩擦時間Vt2 控制在0. 3s之內(nèi)，以使得摩擦表面溫度近似于空載階段環(huán)境箱內(nèi)所保持的溫度。B、進行低速段輪胎胎面摩擦測試時，即當滑移速度為0 lm/s時，摩擦產(chǎn)生的熱量對摩擦系數(shù)的影響基本可以忽略。這樣輪胎胎面試塊8與摩擦路面15的接觸時間就可以放長些。具體步驟是①先使調(diào)速電機3在指定滑移速度下低速轉動，液壓加載缸6伸長， 壓下輪胎胎面試塊8，并使液壓加載缸6加載到指定垂直加載力。②切斷調(diào)速電機3電源。 此時旋轉盤4會由于慣性繼續(xù)轉動，但由于摩擦力的作用，其速度會逐漸降低至停止。在進行上兩步的同時，連續(xù)記錄下整個過程的垂直加載力和摩擦力。這樣低速段的摩擦系數(shù)就可以得到了。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的測試系統(tǒng)可實現(xiàn)覆蓋汽車輪胎使用工況(包括各種不同接觸壓力、環(huán)境溫度和濕度、滑移速度、路面條件)變化范圍的全天候橡膠輪胎胎面與路面之間的摩擦系數(shù)測量，為橡膠材料的摩擦系數(shù)-滑移速度曲線的獲得提供了有效技術手段。結合提出的測試系統(tǒng)，本發(fā)明應用短時接觸測量的測試方法大幅降低了橡膠摩擦系數(shù)測試中橡膠磨損和溫度升高對測試結果的影響，顯著提高了測試結果的可重復性和準確性。


圖1全天候輪胎胎面-路面摩擦特性測試系統(tǒng)；圖2水平拉壓傳感器的連接示意圖；圖3全天候輪胎胎面-路面摩擦特性測試方法流程圖；圖4高速段輪胎胎面摩擦測試加載階段的示意圖；圖5高速段輪胎胎面摩擦測試流程圖；圖6低速段輪胎胎面摩擦測試流程圖。圖中控制臺1，液壓源2，調(diào)速電機3，旋轉盤4，壓力盤5，液壓加載缸6，垂直壓力傳感器7，輪胎胎面試塊8，環(huán)境艙9，風道10，環(huán)境控制單元11，速度傳感器12，主框架13， 水平拉壓傳感器14，摩擦路面15。
具體實施例方式下面將結合附圖，對本發(fā)明的技術方案做進一步介紹如圖1所示，本發(fā)明的一種全天候輪胎胎面-路面摩擦特性測試系統(tǒng)，包括控制臺1，液壓源2，調(diào)速電機3，旋轉盤4，壓力盤5，液壓加載缸6，垂直壓力傳感器7，輪胎胎面試塊8，環(huán)境艙9，風道10，環(huán)境控制單元11，速度傳感器12，主框架13，水平拉壓傳感器14， 摩擦路面15。其中，控制臺1通過數(shù)據(jù)線纜分別與控制調(diào)速電機3、液壓加載缸6、環(huán)境控制單元 11相連接；液壓源2通過液壓油管與液壓加載缸6連接，為其提供液壓動力；調(diào)速電機3通過主框架13內(nèi)部的傳動機構與旋轉盤4實現(xiàn)傳動，為旋轉盤4提供規(guī)定的轉速，實現(xiàn)汽車輪胎工作速度下的滑移速度(0-30m/s)調(diào)節(jié)；壓力盤5通過鉸接在液壓加載缸6下部，輪胎胎面試塊8被固定在壓力盤5的下端，測試中通過液壓加載缸6驅(qū)動壓力盤5下壓，使輪胎胎面試塊8與旋轉盤4上的摩擦路面15接觸，從而形成二者間的摩擦；如圖2所示，水平拉壓傳感器14安裝在壓力盤5與主框架13之間，可測出壓力盤 5的受力，經(jīng)力矩平衡可算出輪胎胎面試塊8處受到的摩擦力；垂直壓力傳感器7安裝在壓力盤5與液壓加載缸6之間，可測出壓力盤5的垂直受力，加上加載機構的自重就得到垂直載荷的數(shù)值，從而得到輪胎胎面試塊8與摩擦路面15之間的摩擦系數(shù)；環(huán)境控制單元11通過風道10與環(huán)境艙9連接，環(huán)境控制單元11對環(huán)境艙9進行溫度、濕度的調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)不同溫度、濕度條件下摩擦系數(shù)的測量；速度傳感器12位于旋轉盤4的下方、固定在主框架13上，測量旋轉盤4的轉速。由此可見，本發(fā)明的測試系統(tǒng)可用于輪胎胎面的摩擦特性測試，獲得輪胎胎面與不同路面間摩擦系數(shù)隨滑移速度、垂直載荷、環(huán)境溫度和濕度變化的測試曲線。如圖3所示，考慮到橡膠輪胎胎面-路面間摩擦時的快速溫升和磨損的問題，本發(fā)明提出了一種針對汽車輪胎的全天候輪胎胎面-路面摩擦特性測試方法，該方法采用以上測試系統(tǒng)，通過控制輪胎胎面試塊8與摩擦路面15的接觸時間，可有效獲得多工況下的摩擦系數(shù)測試結果。本發(fā)明的一種全天候輪胎胎面-路面摩擦特性測試方法，包括以下步驟(1)選擇摩擦路面15，通過更換不同表面材料的摩擦路面15實現(xiàn)不同路面與輪胎胎面試塊8摩擦系數(shù)的測試，其中包括冰面，水泥路面、濕滑路面等；(2)在控制臺1上設定調(diào)速電機3的轉速、液壓加載缸6的垂直加載力、環(huán)境控制單元11的溫度和濕度；(3)由控制臺1控制調(diào)速電機3啟動，旋轉盤4開始轉動；由控制臺1控制液壓加載缸6伸長，壓下輪胎胎面試塊8直到指定的垂直加載力；(4)由垂直壓力傳感器7實時測量垂直加載力，水平拉壓傳感器14實時測量輪胎胎面試塊8與摩擦路面15之間摩擦力，速度傳感器12實時測量旋轉盤4的轉速，并由控制臺1同步記錄上述的垂直加載力、摩擦力；(5)由控制臺1控制液壓加載缸6抬起、調(diào)速電機3停轉；(6)由控制臺1顯示測得的摩擦系數(shù)結果；(7)測試結束。根據(jù)滑移速度工況的不同，可以對上述步驟進行微調(diào)，這里主要針對高速段和低速段兩種不同工況進一步介紹A、如圖4所示，進行高速段輪胎胎面摩擦測試時，即當滑移速度為lm/s 30m/s 時，首先設定滑移速度和摩擦時間，為避免輪胎胎面試塊8與摩擦路面15的過分磨損，應盡量縮短二者的接觸時間；而加載后輪胎胎面試塊8進入穩(wěn)定狀態(tài)和測量又都需要有足夠的時間，故將整個測試過程分為4個階段空載階段、，加載階段、，保持階段t2，卸載階段t3， 其中、_電機啟動、開始加載后的等待時間，t「輪胎胎面試塊8與摩擦路面15從接觸到載荷穩(wěn)定的時間，t2-從載荷穩(wěn)定到輪胎胎面試塊8開始抬起的時間，t3-電機停止，輪胎胎面試塊8抬起的時間。測試中可控制、(0. 05s, t3 ( 0. 05s，保證t2彡0. 2s。將摩擦時間、+t2控制在0. 3s之內(nèi)，以使得摩擦表面溫度近似于空載階段環(huán)境箱內(nèi)所保持的溫度。B、如圖6所示，進行低速段輪胎胎面摩擦測試時，即當滑移速度為0 lm/s時，摩擦產(chǎn)生的熱量對摩擦系數(shù)的影響基本可以忽略。這樣輪胎胎面試塊8與摩擦路面15的接觸時間就可以放長些。具體步驟是①先使調(diào)速電機3在指定滑移速度下低速轉動，液壓加載缸6伸長，壓下輪胎胎面試塊8，并使液壓加載缸6加載到指定垂直加載力。②切斷調(diào)速電機3電源。此時旋轉盤4會由于慣性繼續(xù)轉動，但由于摩擦力的作用，其速度會逐漸降低至停止。在進行上兩步的同時，連續(xù)記錄下整個過程的垂直加載力和摩擦力。這樣在低速段的摩擦系數(shù)就可以得到了。值得注意的是，上述具體實施是用來做舉例的。本領域普通技術人員可以認識到許多修改、變化和改型。這些修改、變化和改型都在本申請的宗旨和范圍內(nèi)，并落入權利要求書的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種全天候輪胎胎面-路面摩擦特性測試系統(tǒng)，包括控制臺(1)，液壓源O)，調(diào)速電機(3)，旋轉盤G)，壓力盤(5)，液壓加載缸(6)，垂直壓力傳感器(7)，輪胎胎面試塊(8)，環(huán)境艙(9)，風道(10)，環(huán)境控制單元(11)，速度傳感器(12)，主框架(13)，水平拉壓傳感器(14)，摩擦路面(15)，其特征在于控制臺(1)通過數(shù)據(jù)線纜分別與控制調(diào)速電機(3)、液壓加載缸(6)、環(huán)境控制單元 (11)相連接；液壓源( 通過液壓油管與液壓加載缸(6)連接；調(diào)速電機C3)通過主框架(1 內(nèi)部的傳動機構與旋轉盤(4)實現(xiàn)傳動，旋轉盤(4)的滑移速度在0-30m/s之間調(diào)節(jié)；壓力盤( 鉸接在液壓加載缸(6)下端，輪胎胎面試塊(8)被固定在壓力盤(5)的下端；水平拉壓傳感器(14)安裝在壓力盤(5)與主框架(13)之間，能夠測出壓力盤(5)的水平受力；垂直壓力傳感器(7)安裝在壓力盤( 與液壓加載缸(6)之間，能夠測出壓力盤(5) 的垂直受力；環(huán)境控制單元(11)通過風道(10)與環(huán)境艙(9)連接，環(huán)境控制單元(11)對環(huán)境艙(9)進行溫度、濕度的調(diào)節(jié)；速度傳感器(12)位于旋轉盤⑷的下方、固定在主框架(13)上，能夠測量旋轉盤⑷ 的轉速。
2.一種全天候輪胎胎面-路面摩擦特性測試方法，其特征在于包括以下步驟(1)選擇摩擦路面(1 通過更換不同表面材料的摩擦路面(1 實現(xiàn)不同路面與輪胎胎面試塊(8)之間的摩擦系數(shù)的測試；(2)在控制臺(1)上設定調(diào)速電機(3)的轉速、液壓加載缸(6)的垂直加載力、環(huán)境控制單元(11)的溫度和濕度；(3)由控制臺⑴控制調(diào)速電機(3)啟動，旋轉盤⑷開始轉動；由控制臺⑴控制液壓加載缸(6)伸長，壓下輪胎胎面試塊(8)直到指定的垂直加載力；(4)由垂直壓力傳感器(7)實時測量垂直加載力，水平拉壓傳感器(14)實時測量輪胎胎面試塊(8)與摩擦路面(1 之間的摩擦力，速度傳感器(1 實時測量旋轉盤(4)的轉速，并由控制臺(1)同步記錄上述的垂直加載力、摩擦力；(5)由控制臺⑴控制液壓加載缸(6)抬起；調(diào)速電機(3)停轉；(6)由控制臺(1)顯示測得的摩擦系數(shù)結果；(7)測試結束。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種全天候輪胎胎面-路面摩擦特性測試方法，其特征在于能夠根據(jù)滑移速度工況的不同，對上述步驟進行微調(diào)(1)進行高速段(滑移速度為lm/s 30m/s)輪胎胎面摩擦測試時，首先設定滑移速度和摩擦時間，則整個測試過程分為4個階段空載階段、，加載階段、，保持階段t2，卸載階段t3 ；測試中控制加載階段、^ 0. 05s，保持階段t2 ^ 0. 2s，卸載階段t3 ^ 0. 05s，摩擦時間 Vt2 ^ 0. 3s ；(2)進行低速段(滑移速度為0 lm/s)輪胎胎面摩擦測試時，具體步驟是首先，使調(diào)速電機( 驅(qū)動旋轉盤(4)在指定滑移速度下低速轉動，液壓加載缸(6)伸長，壓下輪胎胎面試塊(8)，并使液壓加載缸(6)加載到指定垂直加載力；其次，切斷調(diào)速電機(3)電源， 此時旋轉盤的速度會逐漸降低直至停止；在進行上兩步的同時，連續(xù)記錄下整個過程的垂直加載力和摩擦力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全天候輪胎胎面-路面摩擦特性測試系統(tǒng)及方法，本發(fā)明的測試系統(tǒng)包括控制臺、調(diào)速電機、旋轉盤、壓力盤、液壓加載缸、垂直壓力傳感器、輪胎胎面試塊、環(huán)境艙、環(huán)境控制單元、水平拉壓傳感器、摩擦路面等，可實現(xiàn)覆蓋汽車輪胎使用工況(包括各種不同接觸壓力、環(huán)境溫度和濕度、滑移速度、路面條件)變化范圍的全天候橡膠輪胎胎面與路面之間的摩擦系數(shù)測量，為橡膠材料的摩擦系數(shù)-滑移速度曲線的獲得提供了有效技術手段。結合提出的測試系統(tǒng)，本發(fā)明應用短時接觸測量的測試方法大幅降低了橡膠摩擦系數(shù)測試中橡膠磨損和溫度升高對實驗結果的影響，顯著提高了實驗結果的可重復性和準確性。
文檔編號G01N19/02GK102359933SQ20111028684
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月25日 優(yōu)先權日2011年9月25日
發(fā)明者莊曄, 郭孔輝 申請人:吉林大學