[发明专利]基于脉冲试验获取工程机械轮胎垂向特性参数的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于脉冲试验获取工程机械轮胎垂向特性参数的方法，特别是指一种基于脉冲试验获取工程机械轮胎垂向刚度阻尼参数的方法；属于汽车设计领域。

背景技术

轮胎作为车辆与路面接触的唯一载体，不仅承载着车身重量，而且作为车辆的第一级减振系统，缓冲和衰减在行驶过程中来自路面的冲击和振动，其力学特性是车辆动力学分析和研究的基础。超大型轮胎因其承载量大，能有效提升运输效率，被广泛应用于大吨位矿用自卸车、轮式装载机等大型工程车辆。其结构组分类似于轿车轮胎，由多种材料复合压制而成，主要包括胎体帘布层、带束层、钢丝圈和橡胶层。其主要力学性能有：在很大程度上决定并影响车辆的驱动性能和制动安全性的轮胎纵滑特性；决定车辆的转向操纵和方向稳定性的轮胎侧偏特性；对车辆的NVH(噪声、振动、平顺性)特性具有重要影响的轮胎垂向刚度阻尼特性；影响车辆燃油经济性的轮胎滚动阻力特性等。因而，构建合理而准确的轮胎力学模型，对于提高整车动力学仿真精度，进行与轮胎相关的车辆动力学开发，具有重要意义。国内外专家学者在这方面进行了大量的研究工作，构建了形式多样的轮胎理论模型或经验半经验模型，这些模型可以在一定程度上同时描述轮胎的多方面力学特性而被广泛应用。理论模型是在轮胎物理模型进行合理简化的基础上，构建数学模型以对轮胎力学特性加以描述。具有代表性的有：Fiala轮胎模型、Pacejka弦模型和Ftire轮胎模型等。理论模型通用性强，求解精度高，能准确反映出轮胎模型各参数对轮胎力学性能的影响，但缺点是模型表达式繁琐，用于车辆动力学仿真时的计算效率偏低。经验模型是在大量轮胎力学特性试验数据的基础上，构建相关数学模型来表达轮胎的动力学特性，如魔术公式(Magicformula)轮胎模型、MF-Tyre模型和Swift轮胎模型等。经验模型的优点在于结构较为简单，运算较快，但缺点是对试验结果的依赖性较大。半经验模型则是介于理论模型和经验模型之间的一种模型，如统一(UniTire)轮胎模型。除此之外，也有直接通过台架试验(一般为德国SCHENCK公司制造)获取轮胎垂向刚度阻尼参数的。但是，通过这些模型来描述轮胎动力学特性的普遍问题是，模型参数的物理意义不够明确，不能直接跟轮胎本身的结构特点和材料参数联系起来；同时它们都依赖于大量的有针对性的试验数据，而且这些试验设备一般只能针对轮胎直径在1.5米以内的乘用车轮胎开展动力学试验，试验设备能够提供的试验载荷不超过1吨。

超大型轮胎体型巨大，单胎承载量接近100吨，最大直径接近4米，一般为无内胎式轮胎。目前除了法国米其林轮胎公司和日本普利司通轮胎公司等几家国外大型轮胎公司能够为相关特种车辆提供超大型轮胎的试验设备外，我国尤其对于整车厂家来说几乎没有相关的试验条件来开展超大型轮胎的力学特性测试，而轮胎生产厂家又不愿意公开相关的试验数据。

尽管随着虚拟样机技术的兴起，CAE技术被引入轮胎力学特性的研究，采用有限元法对轮胎进行力学特性分析已成为近年来轮胎领域的研究热点。但是这些分析也主要集中在小型轿车轮胎本身的结构强度分析，很少有涉及汽车设计过程中所关心的轮胎刚度阻尼特性获取问题的研究。由于轮胎结构、材料性质、载荷及变形的复杂性和特殊性，超大型轮胎的力学性能分析一直是十分困难的工作，现有分析方法显得无能为力，几乎没有相关文献对其力学特性分析所需的理论或试验方法进行公开报道。目前国内以大吨位电动轮自卸车为代表的大型工程车辆正处于由国外垄断进入规模国产化的阶段，在产品设计过程中，作为与地面唯一接触的部件，超大型轮胎的力学特性直接影响整车的动力学特性，是整车开发设计的基础和关键。然而，现实情况是因为没有轮胎生产厂家提供的力学特性参数，开发者在设计过程中往往不得不对其做大量简化，或者在分析计算中直接避开实际的轮胎模型，仅凭借经验取值。结果是整车厂家很难确认开发设计过程中的计算精度，甚至导致很大的误差，严重制约了产品开发的可靠度，和类似大型工程车辆国产化的进程。因此，针对诸如车辆NVH性能等特定的设计目标，谋求超大型轮胎相关力学特性参数获取的新方法，推进企业掌握产品开发过程中的核心技术，推动国产化进程，就显得尤为重要。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种基于脉冲试验获取工程机械轮胎垂向特性参数的方法。