用于確定車輪的阻力的空氣動(dòng)力力矩的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種通過計(jì)算圍繞軸線旋轉(zhuǎn)的至少一個(gè)車輪的旋轉(zhuǎn)速度和圍繞軸線的車輪的慣性的乘積的時(shí)間變化而確定車輪的阻力的空氣動(dòng)力力矩Maéro-EM的方法，所述車輪配備有用于獲得并記錄旋轉(zhuǎn)速度的數(shù)值的設(shè)備。本發(fā)明的特征在于所述車輪由可移除的蓋保護(hù)，且特征在于所述車輪經(jīng)受空氣流。
【專利說明】用于確定車輪的阻力的空氣動(dòng)力力矩的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于精確確定車輪的阻力的空氣動(dòng)力力矩的方法。所述方法適用于陸地運(yùn)輸車輛。

【背景技術(shù)】
[0002]應(yīng)記得，車輪被定義為由輪輞、輪盤和輪胎組成。輪胎(也稱為外胎)安裝于輪輞上，以形成車輪。
[0003]目前在許多國家中對(duì)輕型轎車和輕型多用途車輛采取燃料消耗和污染的控制措施。不幸的是，這些措施不可能精確確定輪胎對(duì)向前行駛的阻力的貢獻(xiàn)。
[0004]應(yīng)記得，由輪胎所導(dǎo)致的向前行駛的阻力包括如下三個(gè)部分:滾動(dòng)阻力(或力)、空氣動(dòng)力阻力和阻力的空氣動(dòng)力力矩(或通風(fēng)轉(zhuǎn)矩)。
[0005]因此，為了計(jì)算或估計(jì)所述向前行駛的阻力，從業(yè)者對(duì)簡單安裝于輪輞上的輪胎在測試床上進(jìn)行測量，或甚至借助使用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行模擬。
[0006]然而，由于目前的測量技術(shù)僅通過使安裝于輪輞上并設(shè)置于不含任何保護(hù)的開放環(huán)境中的輪胎減速而簡單地估計(jì)阻力的空氣動(dòng)力力矩，因此在測試床上進(jìn)行的這些測量或模擬不提供接近于在輪胎的實(shí)際使用條件下所遇到的值的阻力的空氣動(dòng)力力矩值。
[0007]目前，諸如阻力的空氣動(dòng)力力矩的物理參數(shù)為數(shù)學(xué)估算的主題，盡管如此，所述數(shù)學(xué)估算仍不能令人滿意，因?yàn)樗鼈児浪悴怀浞帧?br> [0008]因此，阻力的空氣動(dòng)力力矩的更精確和更理想的測量將允許更好地評(píng)估由車輪所導(dǎo)致的向前行駛的阻力，因此允許更好地評(píng)估其對(duì)燃料消耗的影響。
[0009]因此，需要能夠使用一種方法，所述方法用于在類似于通常使用條件的那些條件下極精確、可靠和可重復(fù)地確定車輪的阻力的空氣動(dòng)力力矩。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]因此，本發(fā)明的主題為一種通過計(jì)算設(shè)定為圍繞軸線旋轉(zhuǎn)的車輪的旋轉(zhuǎn)速度與所述車輪圍繞所述軸線的慣性的乘積相對(duì)于時(shí)間的變化，從而確定車輪的阻力的空氣動(dòng)力力矩Mato)-EM的方法，所述車輪配備有用于獲取并記錄其旋轉(zhuǎn)速度的數(shù)值的設(shè)備。
[0011]本發(fā)明的特征在于所述車輪由可移除的蓋保護(hù)，且特征在于使設(shè)定為與傳送帶接觸，并在時(shí)間h時(shí)由傳送帶初始驅(qū)動(dòng)的所述車輪在h之后的時(shí)間時(shí)與所述傳送帶失去接觸，并同時(shí)持續(xù)經(jīng)受空氣流，且特征在于將所獲取的隨時(shí)間而變化的所述車輪的旋轉(zhuǎn)速度ω (t)的測量值輸入如下數(shù)學(xué)公式:
[0012]ΙΕΜ(?ω (t)/dt) = Μ3?Γ0_ΕΜ(t)+Mf (t) (I)
[0013]其中
[0014]-1em表示車輪圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線的慣性力矩的值，
[0015]-ω (t)表示所述車輪的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)速度，
[0016]-Mf (t)表示車輪的輪轂的摩擦力矩的值，且
[0017]-Mafa0_EM(t)表示所述車輪的阻力的瞬時(shí)空氣動(dòng)力力矩。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的方法提供了如下優(yōu)點(diǎn):能夠適用于任何類型的輪輞、車輪罩或輪胎，能夠便宜地實(shí)現(xiàn)，以及能夠簡單快速地實(shí)施。
[0019]最后，所述方法可以快速容易地提供與在常規(guī)駕駛條件下發(fā)生在車輛上的數(shù)據(jù)類似的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的方法使用可移除的蓋保護(hù)車輪有可能重現(xiàn)車輪行駛的實(shí)際條件，SP將車輪設(shè)置于半保護(hù)的外殼中，所述半保護(hù)的外殼通常由車輛的車輪拱罩組成。根據(jù)本發(fā)明的蓋可具有盡可能地接近在陸地車輛車輪拱罩中遇到的形狀的任何三維幾何形狀。
[0021]迄今為止，已使用在實(shí)驗(yàn)室中標(biāo)準(zhǔn)化的模型來測量安裝于輪輞上并加壓的新輪胎的滾動(dòng)阻力。這種模型的例子包括標(biāo)準(zhǔn)IS0/FDIS28580，所述標(biāo)準(zhǔn)IS0/FDIS 28580考慮各種物理和數(shù)學(xué)參數(shù)以測量或計(jì)算它們；總體獲得的結(jié)果有可能盡可能精確地評(píng)價(jià)和/或量化輪胎的滾動(dòng)阻力。
[0022]與陸地運(yùn)輸車輛(汽車、廂式貨車、重型貨物車輛)的車輪組的動(dòng)力學(xué)相關(guān)的參數(shù)由兩種不同的運(yùn)動(dòng)組成:水平平移運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這兩種運(yùn)動(dòng)引起與圍繞輪胎的空氣流相關(guān)的應(yīng)力，因?yàn)榭諝饬髟谳喬ケ砻嫣幃a(chǎn)生壓力場和粘性摩擦場。
[0023]施加至這種車輪組的空氣動(dòng)力應(yīng)力首先導(dǎo)致縱向拖曳阻力，其次導(dǎo)致對(duì)抗車輪旋轉(zhuǎn)的阻力的空氣動(dòng)力力矩。
[0024]盡管使用目前的數(shù)學(xué)模型(所述數(shù)學(xué)模型使用在風(fēng)洞中獲得的測量)易于評(píng)價(jià)縱向阻力，但阻力的空氣動(dòng)力力矩在風(fēng)洞測量中不考慮。然而，所述合力(其迄今為止被認(rèn)為是不希望的部分)的確對(duì)與車輪的向前行駛的阻力相關(guān)的燃料消耗結(jié)果具有顯著的影響。
[0025]簡單實(shí)現(xiàn)的根據(jù)本發(fā)明的方法允許在與車輪在實(shí)際行駛情況中遇到的那些條件類似的條件下量化所述的阻力的空氣動(dòng)力應(yīng)力。
[0026]具體地，根據(jù)本發(fā)明的方法將車輪置于與通常行駛條件極為類似的條件下，因?yàn)檐囕喸谝环矫嬗煽梢瞥纳w保護(hù)，在另一方面經(jīng)受空氣流，所述可移除的蓋旨在重現(xiàn)車輛車輪拱罩的保護(hù)作用。
[0027]這種條件在標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)室模型的應(yīng)用中不存在，因?yàn)檐囕啽恢糜陂_放環(huán)境中，完全無保護(hù)(由于不存在蓋)，且除了通過車輪本身的運(yùn)行而產(chǎn)生的空氣流之外，車輪不經(jīng)受空氣流。
[0028]因此，相比于迄今為止使用的測量實(shí)踐，在根據(jù)本發(fā)明的方法中產(chǎn)生阻力的空氣動(dòng)力力矩的與摩擦和壓力相關(guān)的應(yīng)力不同。
[0029]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的方法使用的空氣流具有與車輪的主方向基本上平行的主方向。
[0030]空氣流可具有相對(duì)于車輪的主方向成-40°至+40°之間的角度的主方向。所述替代方案可以盡可能精確地重現(xiàn)在實(shí)際行駛情況中的側(cè)風(fēng)、逆風(fēng)或順風(fēng)的作用。
[0031]優(yōu)選地，為了實(shí)施本發(fā)明，車輪的軸線相對(duì)于固定地面保持固定。這意味著在車輪與傳送帶之間不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此車輪的軸線以與傳送帶相同的方式移動(dòng)。
[0032]優(yōu)選地，空氣流具有與傳送帶的速度相等或不同的速度。
[0033]車輪優(yōu)選包括保持車輪懸掛的至少一個(gè)裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]現(xiàn)在將借助于如下示例和附圖描述本發(fā)明，所述示例和附圖不以任何方式限制，其中:
[0035]-圖1顯示了對(duì)于兩種不同的車輪，根據(jù)本發(fā)明的乘積[ΙΕΜω(t)]隨時(shí)間的變化，所述兩種不同的車輪中的一個(gè)包括具有平滑胎側(cè)的輪胎，另一個(gè)具有由粗糙元件覆蓋的胎側(cè)的輪胎，
[0036]-圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的方法，阻力的瞬時(shí)空氣動(dòng)力力矩Mato)_EM(t)隨空氣流的速度與車輪的速度之間確定的比例的變化。

【具體實(shí)施方式】
[0037]為了實(shí)施所述方法，將車輪置于空氣動(dòng)力學(xué)風(fēng)洞中的傳送帶上。車輪保持與傳送帶接觸。將車輪連接至使其與傳送帶失去接觸的裝置。用于將車輪保持在其每個(gè)位置中的裝置允許在進(jìn)行測量的同時(shí)穩(wěn)定車輪。
[0038]車輪配備有旨在獲取和記錄其旋轉(zhuǎn)速度ω (t)的數(shù)值的設(shè)備。
[0039]在車輪在傳送帶上運(yùn)行給定時(shí)間長度之后，從傳送帶上取下車輪，使得車輪與傳送帶失去接觸。因此，車輪自由移動(dòng)，僅經(jīng)受來自鼓風(fēng)機(jī)的空氣流。在整個(gè)操作中記錄車輪的旋轉(zhuǎn)速度。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施方案的一個(gè)可選擇的形式，車輪可安裝在車輛上，隨后使用塔架將所述車輛固定至地面。升高車輛的裝置允許將車輛從傳送帶上取下，因此允許車輪在唯一的鼓風(fēng)機(jī)的影響下持續(xù)旋轉(zhuǎn)。將車輛固定至地面首先有可能決定車輛的姿態(tài)，其次有可能在車輛升高時(shí)穩(wěn)定車輛。安裝于車輛上的車輪最初與傳送帶接觸設(shè)置，所述傳送帶旨在使車輪達(dá)到所需的旋轉(zhuǎn)速度％。鼓風(fēng)機(jī)使車輛經(jīng)受具有相同速度Vtl的空氣流。
[0041]應(yīng)用如下數(shù)學(xué)公式(I)使得可能使用如下數(shù)學(xué)公式(I)獲得隨時(shí)間而變化的車輪的阻力的空氣動(dòng)力力矩的值Mate)_EM(t):
[0042]ΙΕΜ(?ω (t)/dt) = Μ3?Γ0_ΕΜ(t)+Mf (t) (I)
[0043]Iem可例如使用扭秤而測得，Iem表示車輪的慣性力矩的值。
[0044]可例如通過軸承制造商提供的技術(shù)數(shù)據(jù)計(jì)算Mf (t)，Mf (t)表示車輪的輪轂的摩擦力矩的值。
[0045]對(duì)于t =、(即當(dāng)車輪離開傳送帶時(shí))的值(d(co)/dt)獲自隨時(shí)間而變化的旋轉(zhuǎn)速度的記錄。
[0046]圖1顯示了具有平滑胎側(cè)的輪胎和具有由粗糙元件覆蓋的胎側(cè)的輪胎的阻力的空氣動(dòng)力力矩的變化的比較結(jié)果，所述兩個(gè)輪胎均安裝于相同的輪輞上。這兩個(gè)輪胎安裝于客車的前右側(cè)。由傳送帶驅(qū)動(dòng)的車輪的速度Vtl等于120km/h。風(fēng)洞產(chǎn)生速度為120km/h的空氣流。
[0047]在該圖1中，曲線I對(duì)應(yīng)于具有平滑胎側(cè)的輪胎，曲線2對(duì)應(yīng)于具有由粗糙元件覆蓋的胎側(cè)的輪胎。兩個(gè)車輪由相同的輪輞組成。圖1顯示了安裝于輪輞上的每個(gè)輪胎的旋轉(zhuǎn)速度不以相同的方式改變。粗糙元件被定義為高度等于大約4mm，直徑等于大約4mm的由基本上圓柱形的橡膠制得的元件。在此情況中，250元件在兩個(gè)胎側(cè)中的每一個(gè)上均勻設(shè)置。
[0048]具體地，由于在具有粗糙胎側(cè)的輪胎上的更高的側(cè)壁應(yīng)力，具有粗糙胎側(cè)的輪胎相比于具有平滑胎側(cè)的輪胎產(chǎn)生更迅速的減速。
[0049]在瞬時(shí)t = h時(shí)，每個(gè)類型的輪胎的行為差異顯示出大約IN.m的通風(fēng)轉(zhuǎn)矩的差異。該測量值可被認(rèn)為是可重復(fù)的，因?yàn)槠渚哂?.01N.m的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
[0050]在配備四個(gè)車輪的客車中，阻力的空氣動(dòng)力力矩的值的差異等同于空氣動(dòng)力學(xué)阻力的差異，所述空氣動(dòng)力學(xué)阻力的差異為車輛的總阻力的大約3%。
[0051 ] 在配備四個(gè)車輪的客車中，阻力的空氣動(dòng)力力矩的值的差異產(chǎn)生燃料消耗的差異，所述燃料消耗的差異等同于空氣動(dòng)力學(xué)阻力的差異，所述空氣動(dòng)力學(xué)阻力的差異為車輛的總空氣動(dòng)力學(xué)摩擦阻力的大約3%。
[0052]圖2對(duì)應(yīng)于如下情況，其中主要空氣流的方向與車輪的方向?qū)R，但空氣流的速度不同于車輪的速度。換言之，鼓風(fēng)機(jī)的速度Vtl相同，仍然等于120km/h，車輪的速度為可變的，并由120km/h逐漸變化至Okm/h。
[0053]圖2對(duì)應(yīng)于實(shí)際情況，其中由于VPt.，由蓋保護(hù)的車輪經(jīng)歷逆風(fēng)。
[0054]對(duì)于各種車輪速度值,測量阻力的空氣動(dòng)力力矩Mato)_EM。隨后,將隨比例[(V0-Vroue)/V0]而變化的 Ma,M_EM 的每個(gè)值作圖，當(dāng) VMUe = Y0= 120km/h 時(shí)，比例[(V。- Vroue)/V0]等于零，當(dāng)Vroue = O且V0 = 120km/h時(shí)，比例[(V0 - Vroue)/V0]等于I。這隨后產(chǎn)生圖2所示的曲線I。
[0055]如圖2的曲線I所示，可以說，盡管在兩種情況中相對(duì)的風(fēng)相同(即120km/h)，但由在60km/h下行駛，且經(jīng)歷也具有60km/h的速度的逆風(fēng)的車輛所經(jīng)歷的阻力的空氣動(dòng)力力矩(對(duì)于[(Vtl-VroJ/VJ = 0.5，就絕對(duì)值而言大約IN.m)低于在120km/h下駕駛，且不存在外風(fēng)的相同車輛所經(jīng)歷的阻力的空氣動(dòng)力力矩(對(duì)于[(Vq-VmJ/V。] =0，就絕對(duì)值而言大約3N.m)。
【權(quán)利要求】
1.確定車輪的阻力的空氣動(dòng)力力矩Mate)_EM的方法，其中通過計(jì)算被設(shè)定為圍繞軸線旋轉(zhuǎn)的車輪的旋轉(zhuǎn)速度與所述車輪圍繞所述軸線的慣性的乘積相對(duì)于時(shí)間的變化來確定車輪的阻力的空氣動(dòng)力力矩Mato)_EM，所述車輪配備有用于獲取并記錄其旋轉(zhuǎn)速度的數(shù)值的設(shè)備，其特征在于，所述車輪由可移除的蓋保護(hù)，且使設(shè)定為與傳送帶接觸，并在時(shí)間h時(shí)由傳送帶初始驅(qū)動(dòng)的所述車輪在h之后的時(shí)間h時(shí)與所述傳送帶失去接觸，并同時(shí)持續(xù)經(jīng)受空氣流，且將所獲取的隨時(shí)間而變化的所述車輪的旋轉(zhuǎn)速度《(t)的測量值輸入如下數(shù)學(xué)公式:
Iem(?ω (t)/dt) = Mafa0_EM(t)+Mf (t)(I) 其中 -1em表示車輪圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線的慣性力矩的值， -ω (t)表示所述車輪的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)速度， -Mf (t)表示車輪的輪轂的摩擦力矩的值，且 -Ma6ro-E1 (t)表示所述車輪的瞬時(shí)空氣動(dòng)力力矩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述空氣流具有與車輪的主方向基本上平行的主方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述空氣流具有相對(duì)于車輪的主方向成-40°至+40°之間的角度的主方向。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述車輪的軸線相對(duì)于地面保持固定。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述空氣流具有與所述傳送帶的速度相同的速度。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述空氣流具有與所述傳送帶的速度不同的速度。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述車輪包括保持車輪懸掛的至少一個(gè)裝置。
【文檔編號(hào)】G01M17/013GK104412088SQ201380034336
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2013年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月27日
【發(fā)明者】B·加爾達(dá)林 申請(qǐng)人:米其林集團(tuán)總公司, 米其林研究和技術(shù)股份有限公司