杜魏魏

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

車輪滾動(dòng)半徑動(dòng)力學(xué)建模試驗(yàn)研究

杜魏魏

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

文章建立了整車條件下輪胎滾動(dòng)半徑與車速和輪邊驅(qū)動(dòng)力的測(cè)試模型?；诿绹鳱I cRIO控制器構(gòu)建了測(cè)試系統(tǒng)，進(jìn)行了系統(tǒng)的臺(tái)架試驗(yàn)，基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)測(cè)試模型進(jìn)行參數(shù)擬合。結(jié)果表明實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模型數(shù)據(jù)相關(guān)度高，相關(guān)系數(shù)為 96.64%，說明論文研究方法是合理有效的。論文研究為整車測(cè)試中輪胎滾動(dòng)半徑獲取和研究提供了參考。

輪胎；滾動(dòng)半徑；測(cè)試；建模

前言

車輪滾動(dòng)半徑受垂直載荷、輪胎磨損、車速、輪邊驅(qū)（制）動(dòng)力等因素影響，在實(shí)際車輛性能測(cè)試中需要準(zhǔn)確構(gòu)建輪胎滾動(dòng)半徑的動(dòng)力學(xué)模型[1]。

現(xiàn)今對(duì)車輪滾動(dòng)半徑的測(cè)定方法主要是印跡法和車輪轉(zhuǎn)數(shù)法。所述印跡法是在路面上垂直于道路縱向涂一條油漆線，讓汽車的驅(qū)動(dòng)輪駛過印跡線，并在路面上留下清晰的痕跡，并根據(jù)印跡數(shù)來計(jì)算車輪滾動(dòng)半徑；所述車輪轉(zhuǎn)數(shù)法是汽車以一定的速度勻速行駛，根據(jù)在一定距離內(nèi)的車輪轉(zhuǎn)數(shù)來計(jì)算車輪滾動(dòng)半徑[2]。這兩種方法基本屬于運(yùn)動(dòng)學(xué)測(cè)試方法，沒有量化表征輪邊力對(duì)輪胎滾動(dòng)半徑的影響。

本文基于轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)獲取的輪邊力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，研究構(gòu)建輪胎滾動(dòng)半徑的動(dòng)力學(xué)模型的方法。研究為提高汽車相關(guān)性能測(cè)試精度提供了有效手段。

1 測(cè)試模型的構(gòu)建

實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，車輛載荷固定，輪胎載荷也為固定值。另外，輪胎為新胎且在整個(gè)試驗(yàn)過程中不更換。下文研究中對(duì)輪胎滾動(dòng)半徑影響因素進(jìn)行簡(jiǎn)化，僅考慮滾動(dòng)半徑與車速、輪邊驅(qū)動(dòng)力的關(guān)系。構(gòu)建模型如公式（1）所示。

式中：r——車輪滾動(dòng)半徑，m

a0,…,a5——回歸系數(shù)

ua——車速，km/h

Fd——輪邊驅(qū)動(dòng)力，N

通過構(gòu)建實(shí)際測(cè)試系統(tǒng)可以獲得輪邊力Fd、車速ua和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n，而輪胎滾動(dòng)半徑可以通過公式（2）得到。

式中：r--輪胎滾動(dòng)半徑，m

v--車速，km/h

ig--變速箱速比

i0--主減速比

n--發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min

最后基于實(shí)車試驗(yàn)數(shù)據(jù)按公式（1）進(jìn)行回歸擬合得到回歸系數(shù)。

2 測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)建

綜合考慮測(cè)試系統(tǒng)功能和可靠性要求，構(gòu)建車輪滾動(dòng)半徑測(cè)試系統(tǒng)，如圖1所示[3,4]。

圖1 測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)

測(cè)試系統(tǒng)由傳感器、數(shù)據(jù)采集器和便攜式計(jì)算機(jī)等組成。試驗(yàn)測(cè)試是在轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行，轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)控制器提供汽車行駛車速和輪邊驅(qū)動(dòng)力信息。該轉(zhuǎn)轂選用了奧地利AVL48"性能轉(zhuǎn)轂，輪邊力精度0.1%，速度精度0.1%。

通過發(fā)動(dòng)機(jī)OBD CAN口獲得汽車行駛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信息。數(shù)據(jù)采集器基于美國NI cRIO 9033開發(fā)，其中CAN信號(hào)采集選用了NI 9853模塊，轉(zhuǎn)轂輪邊力采集選用NI 9205模塊，轉(zhuǎn)轂車速采集選用NI 9411模塊。數(shù)據(jù)采集器與便攜式計(jì)算機(jī)之間采用UDP方式雙向通訊。

基于該測(cè)試系統(tǒng)可以同步采集得到轉(zhuǎn)轂輪邊力、車速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等，對(duì)數(shù)據(jù)處理即可得到輪胎半徑動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)。

3 試驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析

3.1 試驗(yàn)過程

試驗(yàn)對(duì)象為某種型號(hào)的汽車，其主要總成件的明細(xì)如表1所示。根據(jù)第2節(jié)所述的測(cè)試原理，對(duì)該型號(hào)的汽車進(jìn)行車輪滾動(dòng)半徑的測(cè)試試驗(yàn)，該試驗(yàn)在轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行，需要對(duì)每個(gè)擋位分別進(jìn)行測(cè)試。

表1 樣車主要總成件明細(xì)表

將試驗(yàn)車固定在轉(zhuǎn)轂上，環(huán)境溫度 25 ℃，充分熱車至變速箱油溫80 ℃開始試驗(yàn)，其具體操作步驟如下：

（1）將變速箱掛入I擋。

（2）測(cè)試對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的輪邊驅(qū)動(dòng)功率。設(shè)置轉(zhuǎn)轂sim模式或G模式，恒定在車速ua，離合器結(jié)合，開風(fēng)機(jī)。同步記錄輪邊驅(qū)動(dòng)力、車速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。其中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速通過發(fā)動(dòng)機(jī)OBD口測(cè)試得到。車速穩(wěn)定時(shí)間10s，記錄時(shí)間10s。

（3）重復(fù)一次試驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)。

（4）將變速箱掛入II擋，重復(fù)進(jìn)行步驟（2）和（3）測(cè)試。依次完成各擋測(cè)試。

（5）取步驟（4）中所測(cè)得各擋位的車速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的平均值。

（6）根據(jù)公式（2）計(jì)算得到車輪滾動(dòng)半徑。

3.2 數(shù)據(jù)分析

通過MATLAB對(duì)公式（1）模型進(jìn)行求解，得到模型回歸系數(shù)的值如表2所示，模型的函數(shù)圖像如圖2所示。

表2 回歸系數(shù)

圖2 模型的函數(shù)圖像

將不同檔位的車速-滾動(dòng)半徑圖像和輪邊驅(qū)動(dòng)力-滾動(dòng)半徑圖像表示出來，如圖3，圖4所示。運(yùn)用MATLAB求得實(shí)測(cè)值與模型的計(jì)算值的相關(guān)系數(shù)為96.64%，可認(rèn)為所建模型是合理有效的。

圖3 不同檔位的車速-滾動(dòng)半徑圖像

圖4 不同檔位的輪邊驅(qū)動(dòng)力-滾動(dòng)半徑圖像

4 結(jié)論

建立輪胎滾動(dòng)半徑與車速、輪胎力的非線性動(dòng)力學(xué)測(cè)試模型，并構(gòu)建測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)臺(tái)架試驗(yàn)。由實(shí)車測(cè)試結(jié)果分析表明本文提出的輪胎滾動(dòng)半徑建模方法合理有效。

[1] 孫達(dá).汽車輪胎滾動(dòng)半徑試驗(yàn)研究[D]. 河北:燕山大學(xué)車輛工程,2005.

[2] 吳媞,劉鵬飛,張小龍,等.車輛部件節(jié)油虛擬測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與快速分析[J]. 汽車工程,2016,38（4）:515-520.

[3] 張小龍,丁文俊,劉鵬飛,等.乘用車駐車制動(dòng)性能轉(zhuǎn)轂測(cè)試與評(píng)價(jià)方法[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2017,46（3）: 361-367.

[4] 張小龍,潘登,盛丹丹,等.新標(biāo)準(zhǔn)下汽車平順性虛擬道路試驗(yàn)系統(tǒng)與評(píng)價(jià)方法[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2016,8（12）: 45-51.

[5] AVL List GmbH.AVL ROADSIM 48"MIM LIGHTTRUCK Chassis Dynamometer [EB/OL].[2016-04-10]. https://www.avl.com/web /gu-est /-/avl-roadsim-48-mim-light-truck-chassis-dynamometer.

Experimental Research on Dynamical Modeling Method for Wheel Rolling Radius

Du Weiwei
( Technical Center of Anhui Jianghuai Automotive Group Co. Ltd, Anhui Hefei 230601 )

A new dynamical modeling method for wheel rolling radius based on the whole vehicle test is put forward in the paper. The test system was constructed based on the controller of America NI cRIO, and the systematic tests were conducted.All the test data were employed to fit the model parameters. The results show that the high correlation coefficient 96.64%between the test data and the model data was achieved, which verified the effectiveness of the modeling method. This study provides a means to achieve the wheel rolling radius for whole vehicle tests.

Tyre; Rolling radius; Test; Dynamic modeling

U467

A

1671-7988(2017)22-88-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.22.031

杜魏魏，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心。

CLC NO.:U467

A

1671-7988(2017)22-88-03