利用路面模拟试验台对轮胎刚度阻尼特性的分析

摘 要：对车辆常用轮胎在静止、振动和滚动状态下的刚度和阻尼系数进行研究，在自行设计的路面模拟试验台上对各个状态下的轮胎进行测试，利用传感器收集数据并采用多元逐步回归法分析胎压、激振频率、车速对刚度和阻尼系数的影响并给出经验公式。

关键词：轮胎 刚度 阻尼特性 分析

中图分类号：U463.34 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）012-165-02

1 前言

为了研究车辆主动悬架的控制方法，必然需要对车辆悬架进行建模，而在建模的过程中我们会遇到轮胎刚度阻尼特性对车辆悬架模型的影响。轮胎是车辆和路面之间的传力元件，轮胎特性对车辆的振动有很大的影响。工程车辆通常是在不平路面或者是无路面的状况下工作，所以轮胎的刚度和阻尼特性对工程车辆的影响尤为明显。

2 实验测试装置

根据测试目的以及轮胎处于不同状态下的情况设计了试验台如图1所示。试验台由转鼓、减速器、调速电机、激振器、砝码、轮胎及框架、电磁吸盘、皮带、平衡机构、位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器组成。轮胎框架包括一根轴，被测轮胎可以安装在轴上，根据轮胎承载的质量可以在框架上方的平台上面加载砝码。轮胎框架的左侧连接着平衡装置，此装置用来保证当轮胎及其所承载的载荷处于运动状态是，它们只发生上下方向的振动而不左右移动。整个轮胎和所承载的质量压在转鼓上面，转鼓由调速马达带动，当转鼓转动时也带动轮胎转动。转鼓的下方是激振器，激振器运动时可以通过转鼓给轮胎一个特定频率的激振。安装在实验装置上面的传感器分别可以测得轮胎的变形量、振动位移、振动加速度以及轮胎转动速度，并将数据输入计算机进行分析处理。

3 试验测试及结果分析

3.1 载荷与充气压力对轮胎刚度的影响

3.2 激振频率的影响

3.3 轮胎转速的影响

在研究滚动状态下轮胎的刚度和阻尼特性时，给电磁吸盘通电，将轮胎框架和加载的砝码吊起，使轮胎与轮鼓成点接触，调整电机的转速，轮鼓将获得不同的转速，也就相当于不同的路面移动速度，实验中速度变化范围0kM/h-5kM/h步长为0.5kM/h。假设轮胎与轮鼓之间没有滑移现象，这样就可以认为轮鼓转速就是轮胎前进速度。开动电机的同时给电磁吸盘断电，轮胎就开始边滚动边振动。

利用实验台上的传感器对轮胎垂直振动位移、速度、加速度以及轮胎转速进行采样存入计算机并按式（1）进行多元逐步回归。轮胎在启动初期随着转动速度的提高，弹性力系数、和阻尼力系数先快速下降，当速度超过4km/h后，随着转速的继续升高，弹性力系数与阻尼力系数基本保持平稳。

4 结论

本文利用自行设计的试验台对不同状态下轮胎的阻尼和刚度进行了研究，分析了轮胎充气压力、载荷、激振频率以及轮胎滚动速度对轮胎垂直刚度和阻尼的影响，影响规律如下：

当轮胎处于静止状态时，影响轮胎刚度的主要因素是轮胎内气压和载荷，随着轮胎内气压的升高，轮胎径向刚度也相应的增加；随着垂直载荷的增加，轮胎径向刚度也增加，而且表现出一定的非线性；分析了激振频率和轮胎变形量对轮胎弹性系数的影响、激振频率和轮胎变形速率对阻尼系数的影响，弹性力系数随着频率的增加呈现线性增长，阻尼力系数随着频率的增加先快速下降然后保持平稳；随着转速的升高，轮胎的弹性力系数和阻尼力系数都相应的减小，而且当车速超过一定值时，轮胎的弹性力系数和阻尼力系数开始缓慢减小，基本保持平衡。

参考文献：

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