CN115855535A - 轮胎动力学研究用道路缺口模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于轮胎的测试技术领域，具体涉及一种轮胎动力学研究用道路缺口模拟装置，包括台架、轮胎架、缺口模拟机构、加载器、以及驱动器，加载器、缺口模拟机构、轮胎架均安装在台架上，轮胎架竖向连接在台架上，加载器的加载端安装在轮胎架上，轮胎架上安装有轮毂，驱动器与轮毂连接，缺口模拟机构包括转轮、缺口单元，转轮周向外缘上开有缺口，缺口内安装至少两组缺口单元，每组缺口单元包括垫块、自锁机构以及触发机构，垫块滑动连接在缺口内，自锁机构安装在缺口内且与垫块连接，触发机构安装在自锁机构上。本发明能够模拟轮胎通过道路缺口的动力学研究的实验环境。

Description

轮胎动力学研究用道路缺口模拟装置

技术领域

本发明属于轮胎的测试技术领域，具体涉及一种轮胎动力学研究用道路缺口模拟装置。

背景技术

汽车和卡车的行驶速度、质量以及轮胎和路面的特性，都影响着汽车和卡车穿越路面的安全性。汽车和卡车通过路面空隙，如坑洼、建筑工程坑和平交道口的专用凸缘通道空隙时，其安全受其运行速度和质量以及轮胎和路面特性的影响。

为了研究轮胎与路面缝隙(道路缺口)之间的相互作用，必须建立一个足够精确的轮胎数值模型，包括非线性接触和材料特性，以捕捉轮胎的真实变形和接触特性。Pacejka和Besselink提出的“Magicformulatyremodelwithtransientproperties”是一种广泛应用的轮胎动力学分析经验模型。在该经验模型中，轮胎跨越间隙时的接触力和变形结果影响着临界速度，而临界速度受轮胎半径/质量的比γ和间隙宽度B的影响。轮胎半径的规格比较统一，但各个规格、品牌的轮胎质量则各部相同，可见在研究轮胎与路面缝隙之间的相互作用时，主要是影响因素是间隙宽度和轮胎质量。为了保证数值模型的准确性，显然在真实的道路环境中去进行实验研究会受环境中各种不确定因素的影响，严重影响轮胎通过道路缺口的动力学研究的准确性，而且成本也很高，采集数据也不方便，因此需要一种对轮胎通过道路缺口的动力学研究的实验环境进行模拟的模拟装置。

发明内容

本发明意在提供一种轮胎动力学研究用道路缺口模拟装置，以模拟轮胎通过道路缺口的动力学研究的实验环境。

为了达到上述目的，本发明的方案为：轮胎动力学研究用道路缺口模拟装置，包括台架、轮胎架、缺口模拟机构、加载器、以及驱动器，加载器、缺口模拟机构、轮胎架均安装在台架上，轮胎架竖向滑动连接在台架上，加载器的加载端安装在轮胎架上，轮胎架上安装有轮毂，驱动器与轮毂连接，缺口模拟机构位于轮毂下方，缺口模拟机构包括转轮、缺口单元，转轮周向外缘上开有缺口，缺口内安装至少两组缺口单元，每组缺口单元包括垫块、自锁机构以及触发机构，垫块滑动连接在缺口内，自锁机构安装在缺口内且与垫块连接，自锁机构处于自锁状态时垫块外侧面与转轮外缘平齐，触发机构安装在自锁机构上，触发机构触发后可改变自锁机构的自锁状态且驱动垫块向内侧移动。

本方案的工作原理及有益效果在于：

待研究轮胎安装到轮毂上，加载器一方面用于调节轮胎架位置以使不同大小的轮胎都能与转轮相抵，另一方面用于施加载荷模拟轮胎质量的变化。

驱动器驱动轮毂转动，致使轮胎和转轮转动，轮胎主动，转轮从动，更符合真实使用场景。

自锁机构可以通过自锁状态改变垫块的位置，当垫块与转轮外缘平齐时，便于轮胎对转轮进行加速以达到设定的实验条件，模拟车速。触发机构触发后，自锁机构的自锁状态改变导致的垫块向内侧移动，在转轮的外缘上形成缺口，模拟出道路缺口。自锁机构自锁状态改变带来的垫块滑动都发生在转盘系统内，整体质量并没有改变，垫块质量相对于转轮的质量占比非常小，质心r也几乎不变，导致整个转盘系统的转动惯量也几乎不变，也就是自锁机构的动作几乎不会影响转盘的转速，转轮缺口露出后就可立马模拟路面缺口，保证了模拟的及时性和准确性。

改变缺口的大小则通过控制不同数量的触发机构触发来进行控制，触发机构触发的数量越多，缺口越大，从而模拟间隙宽度B的影响。

自锁机构自锁时能够对垫块形成支撑作用，让垫块能够承受轮胎加载，利于保持轮胎的形变，进一步保证模拟的准确性。

可选地，缺口成对设置，每对缺口以转轮的轴心作中心对称设置。一是便于保持转轮的动平衡，二是可以模拟增加道路缺口的密度，增加实验数据采集的频次。

可选地，自锁机构包括弹簧片，弹簧片拱起呈C字形，弹簧片两端与缺口的内壁固定连接，弹簧片的中部固定连接有连接臂，连接臂远离弹簧片的一端与垫块连接，触发机构包括触发销，触发销固定到连接臂上。弹簧片向转轮外侧拱起时，弹簧片在一定的压力内是不会塌陷的，弹簧片处于一定的自锁状态，通过触发销右外向内地施加压力，当压力增加到足以促使弹簧片克服自锁状态的临界点后，弹簧片能够迅速变形，由向外侧拱起变为向内侧拱起，变形后则带动垫块移动两倍弹簧片拱起高度的距离。

可选地，自锁机构包括一节杆、二节杆和拉簧，触发机构包括插销，一节杆固定在缺口底部，二节杆固定在垫块内侧，一节杆和二节杆同一侧上开有与插销相配合的凹槽，拉簧一端连接垫块，另一端连接缺口底部，插销插入凹槽后一节杆和二节杆的长度大于拉簧的自然伸长长度。一节杆和二节杆通过插销连接到一起后，在拉簧的配合下，一节杆和二节杆则完成自锁。将插销从凹槽中拨出后，可解除一节杆和二节杆之间的自锁，一节杆在拉簧的作用向二节杆滑动，从而带动垫块移动。

可选地，还包括辅助机构，辅助机构包括拨臂和弧形导杆，拨臂一端铰接在台架上，另一端为自由端，弧形导杆安装到拨臂的自由端上，台架上还安装有驱动拨臂转动的拨臂缸。利用拨臂缸驱动拨臂转动，让弧形导杆去靠近触发机构，知道触发机构与弧形导杆相抵，从而完成触发。

可选地，转轮两侧均设有辅助机构，每个缺口内设有两组缺口单元，同一缺口内的两组缺口单元的两个触发机构分别朝向转轮的两侧。可以用同一侧的辅助机构去触发每个缺口中的一组缺口单元，从而可以分别控制触发两组缺口单元，逐一实现触发，从而实现缺口宽度的两档控制。

可选地，缺口单元均采用铝合金或者铝镁合金制成。在保证强度的情况下，轻量化缺口单元，进一步减小自锁状态的改变对转盘转动惯量的影响。

可选地，轮胎架上安装有悬架。进一步模拟轮胎的真实使用场景，进一步保证了模拟的准确性。

可选地，台架上还安装有纵向滑动结构，纵向滑动结构包括纵向架、丝杠机构，纵向架竖直地固定在台架上，丝杠机构竖直地安装到纵向架上，丝杠机构包括滑座，轮胎架安装到滑座上。用丝杠机构来精确地控制轮胎的纵向移动，实现精确加载。

可选地，转轮两端面上设有导向板，导向板上开有导向槽，触发机构滑动连接在导向槽中。

附图说明

图1为本发明实施例一中轮胎动力学研究用道路缺口模拟装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一中轮胎动力学研究用道路缺口模拟装置的缺口模拟机构的结构示意图；

图3为本发明实施例二中轮胎动力学研究用道路缺口模拟装置的缺口模拟机构的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的标记包括：台架1、轮胎架2、驱动器3、转轮4、缺口5、垫块6、弹簧片7、连接臂8、触发销9、一节杆10、二节杆11、拉簧12、插销13、凹槽14、拨臂15、弧形导杆16、拨臂缸17、悬架18、纵向架19、丝杠机构20、滑座21、导向板22、导向槽23。

实施例一

本实施例基本如图1、图2所示：轮胎动力学研究用道路缺口模拟装置，包括台架1、轮胎架2、缺口模拟机构、加载器、以及驱动器3，加载器、缺口模拟机构、轮胎架2均安装在台架1上，轮胎架2竖向滑动连接在台架1上，加载器的加载端安装在轮胎架2上，轮胎架2上安装有轮毂和悬架18，其中轮毂与轮胎架2可拆卸连接，便于根据不同直径的轮胎搭配安装不同的轮毂。悬架18上设有减震结构。本实施例中的加载器选用伺服电缸，并在伺服电缸的工作端加装力反馈传感器。

驱动器3与轮毂连接，本实施例中驱动器3采用伺服电机，并且通过换向轴与轮毂连接，便于通过伺服电机精确控制轮胎的转速。

台架1上还安装有纵向滑动结构，纵向滑动结构包括纵向架19、丝杠机构20，纵向架19竖直地固定在台架1上，丝杠机构20竖直地安装到纵向架19上，丝杠机构20包括滑座21和驱动丝杠机构20的伺服电机，轮胎架2安装到滑座21上。

缺口模拟机构位于轮毂下方，缺口模拟机构包括转轮4、缺口单元，转轮4周向外缘上开有缺口5，缺口5成对设置，每对缺口5以转轮4的轴心作中心对称设置。缺口5内安装有由铝合金两组缺口单元，每组缺口单元包括垫块6、自锁机构以及触发机构，垫块6厚度为10mm，朝向内侧的侧面上一体成型有加强筋。垫块6滑动连接在缺口5内，自锁机构包括弹簧片7，弹簧片7拱起呈C字形，弹簧片7两端与缺口5的内壁固定连接，弹簧片7的中部固定连接有连接臂8，连接臂8远离弹簧片7的一端与垫块6连接，触发机构包括触发销9，触发销9固定到连接臂8上，同一缺口5内的两组缺口单元的两个触发机构分别朝向转轮4的两侧。转轮4两端面上均设有导向板22，导向板22上开有导向槽23，触发销9滑动连接在导向槽23中。

转轮4两侧均设有辅助机构，辅助机构包括拨臂15和弧形导杆16，拨臂15一端铰接在台架1上，另一端为自由端，弧形导杆16安装到拨臂15的自由端上，弧形导杆16的凹面朝上，台架1上还安装有驱动拨臂15转动的拨臂缸17，拨臂缸17一端安装到台架1上，另一端铰接到拨臂15上。拨臂缸17可采用油缸、气缸、电缸等能够进行直线伸缩的结构，本实施例中选用电缸，整个系统都采用电控，结构更简单，控制也更方便，成本更低。

轮毂上还安装有刹车装置，本实施例中安装有刹车盘和刹车卡钳，尽量还原单个轮胎的真实使用状态，进一步提升轮胎动力学研究的准确性。

具体实施过程为：

将待研究轮胎安装到轮毂上，驱动丝杠机构20的伺服电机转动，驱动丝杠机构20上的丝杠转动，让滑座21带动整个轮胎架2向下运动，知道轮胎的下端与转轮4的上端贴触。启动轮胎架2上的伺服电机，将轮胎调定到设计的转速。轮胎对转轮4也进行加速，直至两者外缘线速度相等。然后通过伺服电缸模拟加载，加载的大小通过力反馈传感器读取。达到指定的负载后，启动转轮4一侧的拨臂缸17，使得拨臂15带动弧形导杆16平行于导向板22向转轮4的中心摆动，直到触发销9与弧形导杆16的凹面相抵，在弧形导杆16的导向作用下，随着转轮4的旋转，触发销9被向内侧退，让向外侧拱起弹簧片7改变自锁状态后向内侧拱起，使得同一对成对的垫块6在缺口5内下陷，从而模拟出一倍于垫块6宽度的道路缺口5。自锁状态改变后，收起拨臂15即可。在需要增加缺口5宽度时，启动转轮4另一侧的拨臂缸17，让另一对垫块6下陷，模拟出二倍于垫块6宽度的道路缺口5。

实施例二

本实施例与实施例一的区别之处在于：缺口模拟机构基本如附图3所示，自锁机构包括一节杆10、二节杆11和拉簧12，触发机构包括插销13，一节杆10固定在缺口5底部，二节杆11固定在垫块6内侧，一节杆10和二节杆11同一侧上开有与插销13相配合的凹槽14，拉簧12一端连接垫块6，另一端连接缺口5底部，插销13插入凹槽14后一节杆10和二节杆11的长度大于拉簧12的自然伸长长度。

具体实施过程与实施例一相同，弧形导杆16的凸面将插销13从凹槽14中拨出，即可解除一节杆10和二节杆11之间的自锁状态，让拉簧12带动垫块6在缺口5内下陷，从而模拟出一倍或者二倍于垫块6宽度的道路缺口5。

以上的仅是本发明的实施例，该发明不限于此实施案例涉及的领域，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.轮胎动力学研究用道路缺口模拟装置，其特征在于：包括台架、轮胎架、缺口模拟机构、加载器、以及驱动器，加载器、缺口模拟机构、轮胎架均安装在台架上，轮胎架竖向滑动连接在台架上，加载器的加载端安装在轮胎架上，轮胎架上安装有轮毂，驱动器与轮毂连接，缺口模拟机构位于轮毂下方，缺口模拟机构包括转轮、缺口单元，转轮周向外缘上开有缺口，缺口内安装至少两组缺口单元，每组缺口单元包括垫块、自锁机构以及触发机构，垫块滑动连接在缺口内，自锁机构安装在缺口内且与垫块连接，自锁机构处于自锁状态时垫块外侧面与转轮外缘平齐，触发机构安装在自锁机构上，触发机构触发后可改变自锁机构的自锁状态且驱动垫块向内侧移动。

2.根据权利要求1所述的轮胎动力学研究用道路缺口模拟装置，其特征在于：缺口成对设置，每对缺口以转轮的轴心作中心对称设置。

3.根据权利要求2所述的轮胎动力学研究用道路缺口模拟装置，其特征在于：自锁机构包括弹簧片，弹簧片拱起呈C字形，弹簧片两端与缺口的内壁固定连接，弹簧片的中部固定连接有连接臂，连接臂远离弹簧片的一端与垫块连接，触发机构包括触发销，触发销固定到连接臂上。

4.根据权利要求2所述的轮胎动力学研究用道路缺口模拟装置，其特征在于：自锁机构包括一节杆、二节杆和拉簧，触发机构包括插销，一节杆固定在缺口底部，二节杆固定在垫块内侧，一节杆和二节杆同一侧上开有与插销相配合的凹槽，拉簧一端连接垫块，另一端连接缺口底部，插销插入凹槽后一节杆和二节杆的长度大于拉簧的自然伸长长度。

5.根据权利要求3或4中任一项所述的轮胎动力学研究用道路缺口模拟装置，其特征在于：还包括辅助机构，辅助机构包括拨臂和弧形导杆，拨臂一端铰接在台架上，另一端为自由端，弧形导杆安装到拨臂的自由端上，台架上还安装有驱动拨臂转动的拨臂缸。

6.根据权利要求5所述的轮胎动力学研究用道路缺口模拟装置，其特征在于：转轮两侧均设有辅助机构，每个缺口内设有两组缺口单元，同一缺口内的两组缺口单元的两个触发机构分别朝向转轮的两侧。

7.根据权利要求1所述的轮胎动力学研究用道路缺口模拟装置，其特征在于：缺口单元均采用铝合金或者铝镁合金制成。

8.根据权利要求1所述的轮胎动力学研究用道路缺口模拟装置，其特征在于：轮胎架上安装有悬架。

9.根据权利要求1所述的轮胎动力学研究用道路缺口模拟装置，其特征在于：台架上还安装有纵向滑动结构，纵向滑动结构包括纵向架、丝杠机构，纵向架竖直地固定在台架上，丝杠机构竖直地安装到纵向架上，丝杠机构包括滑座，轮胎架安装到滑座上。

10.根据权利要求6所述的轮胎动力学研究用道路缺口模拟装置，其特征在于：转轮两端面上设有导向板，导向板上开有导向槽，触发机构滑动连接在导向槽中。

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