一种静态轮胎纵向力分区拟合方法和装置与流程

1.本技术涉及轮胎力学特性数据处理领域，更具体地，涉及一种静态轮胎纵向力分区拟合方法和装置。


背景技术：

2.轮胎在承受负荷时，受到纵向力作用时，纵向力和纵向位移之间的关系称为纵向刚性，其影响轮胎的驱动及刹车性能。
3.在国标中轮胎纵向刚性计算方法有两种，一种是两点法，纵向刚性kx＝δfx/δsx＝(fx2
–
fx1)/(sx2
–
sx1)，fx2是基准纵向力
×
30％
×
9.8m/s 250n，fx1是基准纵向力
×
30％
×
9.8m/s-250n，sx2是fx2相对应的纵向位移，sx1是fx1相对应的纵向位移。
4.另一种是提取纵向力和纵向位移曲线中垂直力的30％～60％的纵向力和纵向位移数据段，按照y＝b0 b1x式运用最小二乘法进行一元线性方程拟合，将直线斜率作为轮胎的纵向刚性。
5.然而，上述两种方法仅获取垂直力加载阶段的试验数据，并没有考虑到垂直力卸载阶段的试验数据，得出的静态轮胎纵向刚性的精度较低，并且得出的纵向刚性均为单点值，不便于对轮胎的特性进行分析。
6.因此，如何提高静态轮胎纵向刚性结果的精度并使其更加便于进行轮胎特性分析，是目前有待解决的技术问题。


技术实现要素：

7.本发明公开了一种静态轮胎纵向力分区拟合方法，用以解决现有技术中静态轮胎纵向刚性结果精度低且不便于进行轮胎特性分析的技术问题，该方法包括：
8.将测试轮胎装配到试验轮辋上，对测试轮胎充气到预设气压并停放至满足第一预设时长；
9.将测试轮胎和试验轮辋的组合体固定到试验刚性机上，并使测试轮胎与接触平台接触；
10.分别以第一预设移动速度对测试轮胎加载垂直力直至达到各预设目标负荷，并最终达到预设最大目标负荷，其中，在每达到一个所述预设目标负荷或所述预设最大目标负荷并保持第二预设时长后，以第二预设移动速度给接触平台施加纵向力，并在接触平台与测试轮胎之间发生相对滑移时确定纵向位移；
11.对测试轮胎从所述预设最大目标负荷卸载垂直力直至分别降低至各所述预设目标负荷，其中，在每降低至一个所述预设目标负荷并保持所述第二预设时长后，以所述第二预设移动速度给接触平台施加纵向力，并在接触平台与测试轮胎之间发生相对滑移时确定纵向位移；
12.以纵向位移为横坐标，以纵向力为纵坐标，绘制纵向力和纵向位移的试验数据散点图；
13.根据至少两种预设负荷区间分别对所述试验数据散点图的负荷加载阶段和负荷卸载阶段进行划分并形成多个分区，根据各分区的纵向力和纵向位移确定各分区的纵向刚性；
14.根据各分区的纵向刚性拟合生成纵向刚性曲线；
15.其中，所述预设负荷区间的负荷小于所述预设最大目标负荷。
16.在本技术一些实施例中，根据各分区的纵向力和纵向位移确定各分区的纵向刚性，具体为：
17.分别对各分区的纵向力和纵向位移进行单独的三次多项式拟合，其中，设三次多项式拟合公式为y＝ax3 bx2 cx d，求得常数a、b、c的数值；
18.对三次多项式拟合公式进行求导，得到导数公式y'＝3ax2 2bx c，将常数a、b、c的数值代入导数公式后确定各分区的纵向刚性；
19.其中，y为纵向力，x为纵向位移，y'为纵向刚性。
20.在本技术一些实施例中，所述预设负荷区间包括预设最大目标负荷的0％-30％、30％-60％和60％-90％。
21.在本技术一些实施例中，预设最大目标负荷包括测试轮胎的最大负荷的80％，或100％，或120％。
22.在本技术一些实施例中，在分别以第一预设移动速度对测试轮胎加载垂直力直至达到各预设目标负荷之前，所述方法还包括：
23.以所述第一预设移动速度对测试轮胎加载垂直力直至达到预试负荷，保持第三预设时长后卸载，重复预设次数进行预试，预试完成后对测试轮胎充气到所述预设气压。
24.相应的，本发明还提出了一种静态轮胎纵向力分区拟合装置，所述装置包括：
25.接触平台，容纳测试轮胎并与测试轮胎接触；
26.加载模块，用于向测试轮胎加载垂直力，以及向接触平台施加纵向力；
27.定位模块，用于在接触平台与测试轮胎之间发生相对滑移时确定纵向位移；
28.控制器，用于：
29.在接收用户发送的测试指令时，控制加载模块分别以第一预设移动速度对测试轮胎加载垂直力直至达到各预设目标负荷，并最终达到预设最大目标负荷，其中，在每达到一个所述预设目标负荷或所述预设最大目标负荷并保持第二预设时长后，控制加载模块以第二预设移动速度给接触平台施加纵向力，并在接触平台与测试轮胎之间发生相对滑移时通过定位模块确定纵向位移；
30.控制加载模块对测试轮胎从所述预设最大目标负荷卸载垂直力直至分别降低至各所述预设目标负荷，其中，在每降低至一个所述预设目标负荷并保持所述第二预设时长后，控制加载模块以所述第二预设移动速度给接触平台施加纵向力，并在接触平台与测试轮胎之间发生相对滑移时通过定位模块确定纵向位移；
31.以纵向位移为横坐标，以纵向力为纵坐标，绘制纵向力和纵向位移的试验数据散点图；
32.根据至少两种预设负荷区间分别对所述试验数据散点图的负荷加载阶段和负荷卸载阶段进行划分并形成多个分区，根据各分区的纵向力和纵向位移确定各分区的纵向刚性；
33.根据各分区的纵向刚性拟合生成纵向刚性曲线；
34.其中，所述预设负荷区间的负荷小于所述预设最大目标负荷。
35.在本技术一些实施例中，控制器具体用于：
36.分别对各分区的纵向力和纵向位移进行单独的三次多项式拟合，其中，设三次多项式拟合公式为y＝ax3 bx2 cx d，求得常数a、b、c的数值；
37.对三次多项式拟合公式进行求导，得到导数公式y'＝3ax2 2bx c，将常数a、b、c的数值代入导数公式后确定各分区的纵向刚性；
38.其中，y为纵向力，x为纵向位移，y'为纵向刚性。
39.在本技术一些实施例中，所述预设负荷区间包括预设最大目标负荷的0％-30％、30％-60％和60％-90％。
40.在本技术一些实施例中，预设最大目标负荷包括测试轮胎的最大负荷的80％，或100％，或120％。
41.在本技术一些实施例中，控制器还用于：
42.在接收到用户发送的预试指令时，控制加载模块以所述第一预设移动速度对测试轮胎加载垂直力直至达到预试负荷，保持第三预设时长后卸载，重复预设次数进行预试。
43.通过应用以上技术方案，对测试轮胎进行静态纵向刚性测试，获取负荷加载阶段和负荷卸载阶段的多组纵向力和纵向位移，以纵向位移为横坐标，以纵向力为纵坐标，绘制纵向力和纵向位移的试验数据散点图；根据至少两种预设负荷区间分别对试验数据散点图的负荷加载阶段和负荷卸载阶段进行划分并形成多个分区，根据各分区的纵向力和纵向位移确定各分区的纵向刚性；根据各分区的纵向刚性拟合生成纵向刚性曲线；其中，预设负荷区间的负荷小于预设最大目标负荷，从而进一步提高了静态轮胎纵向刚性结果的精度并使其更加便于进行轮胎特性分析。
附图说明
44.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
45.图1示出了本发明实施例提出的一种静态轮胎纵向力分区拟合方法的流程示意图；
46.图2示出了本发明实施例中轮胎坐标系的示意图；
47.图3示出了本发明实施例中轮胎静态纵向刚性测试示意图；
48.图4示出了本发明实施例提出的一种静态轮胎纵向力分区拟合装置的结构示意图。
具体实施方式
49.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本技术保护的范围。
50.本技术实施例提供一种静态轮胎纵向力分区拟合方法，通过对每个分区的纵向力的试验数据进行处理，可将负荷加载阶段和负荷卸载阶段的试验数据进行高精度拟合成光滑的曲线，用以计算轮胎特征值、对标分析或用于轮胎模型辨识，具有准确性高、重复性好、效率高的特点。如图1所示，包括以下步骤：
51.步骤s101，将测试轮胎装配到试验轮辋上，对测试轮胎充气到预设气压并停放至满足第一预设时长。
52.本实施例中，先进行轮胎纵向刚性试验，根据试验数据确定最终的静态纵向刚性结果。
53.预先挑选出外观质量良好的轮胎作为测试轮胎，然后将测试轮胎装配到试验轮辋上，对测试轮胎充气到预设气压并停放至满足第一预设时长。
54.在本技术一些实施例中，预设气压可以为250千帕或290千帕，第一预设时长不小于24h。本领域技术人员可根据实际需要灵活设置不同的预设气压和第一预设时长。
55.步骤s102，将测试轮胎和试验轮辋的组合体固定到试验刚性机上，并使测试轮胎与接触平台接触。
56.本实施例中，试验刚性机用于对测试轮胎进行纵向刚性测试，在测试时测试轮胎与接触平台接触。接触平台可完整容纳整个轮胎接触的部分且具有足够的粗糙度，接触平台有足够的行程来满足试验要求，接触平台及其支撑结构具备足够刚性，在对轮胎施加垂直力时，接触平台不发生纵向、纵向及弯曲方面的变形。
57.步骤s103，分别以第一预设移动速度对测试轮胎加载垂直力直至达到各预设目标负荷，并最终达到预设最大目标负荷，其中，在每达到一个所述预设目标负荷或所述预设最大目标负荷并保持第二预设时长后，以第二预设移动速度给接触平台施加纵向力，并在接触平台与测试轮胎之间发生相对滑移时确定纵向位移。
58.本实施例中，垂直力和纵向力的方向是与轮胎坐标系对应的，如图2所示，为轮胎坐标系的示意图，垂直力与轮胎坐标系的z'轴对应，纵向力与轮胎坐标系的x'轴对应。轮胎坐标系是以轮胎接地中心为原点的右手直角坐标系，x'轴为轮胎中心平面和道路平面的交线，轮胎中心平面行进方向为正；z'轴为铅垂线，向上为正；y'轴在道路平面内，方向按右手法则确定。
59.预先设置多个预设目标负荷，如图3所示，分别以第一预设移动速度对测试轮胎加载垂直力fz直至达到各预设目标负荷，并最终达到预设最大目标负荷，在每达到一个预设目标负荷或预设最大目标负荷后，为提高测试准确性，保持第二预设时长，然后以第二预设移动速度给接触平台施加纵向力fx，在接触平台与测试轮胎之间发生相对滑移时确定纵向位移sx，从而可获取负荷加载阶段与各预设目标负荷和预设最大目标负荷对应的多组纵向力fx和纵向位移sx。
60.可选的，第一预设移动速度为50mm/min，第二预设时长为1min，第二预设移动速度为30mm/min～50mm/min。本领域技术人员可根据实际需要灵设置不同的第一预设移动速度、第二预设时长和第二预设移动速度。
61.为了提高测试数据的准确性，在本技术一些实施例中，在分别以第一预设移动速度对测试轮胎加载垂直力直至达到各预设目标负荷之前，所述方法还包括：
62.以所述第一预设移动速度对测试轮胎加载垂直力直至达到预试负荷，保持第三预设时长后卸载，重复预设次数进行预试，预试完成后对测试轮胎充气到所述预设气压。
63.本实施例中，在对测试轮胎正式进行纵向刚性测试之前，先进行预设次数的预试，确定测试轮胎和试验刚性机没有问题后，对测试轮胎充气到所述预设气压进行正式测试。
64.可选的，预试负荷为测试轮胎的最大负荷的80％，第三预设时长可以为5s。
65.步骤s104，对测试轮胎从所述预设最大目标负荷卸载垂直力直至分别降低至各所述预设目标负荷，其中，在每降低至一个所述预设目标负荷并保持所述第二预设时长后，以所述第二预设移动速度给接触平台施加纵向力，并在接触平台与测试轮胎之间发生相对滑移时确定纵向位移。
66.本实施例中，如图3所示，在完成负荷加载阶段的测试后进入负荷卸载阶段，对测试轮胎从预设最大目标负荷卸载垂直力fz直至分别降低至各预设目标负荷，在每降低至一个预设目标负荷，保持第二预设时长，然后以第二预设移动速度给接触平台施加纵向力fx，并在接触平台与测试轮胎之间发生相对滑移时确定纵向位移sx，从而可获取负荷卸载阶段与各预设目标负荷对应的多组纵向力fz和纵向位移sx。
67.步骤s105，以纵向位移为横坐标，以纵向力为纵坐标，绘制纵向力和纵向位移的试验数据散点图。
68.本实施例中，根据步骤s103和步骤s104获取的多组纵向力和纵向位移，以纵向位移为横坐标，以纵向力为纵坐标，绘制纵向力和纵向位移的试验数据散点图。
69.步骤s106，根据至少两种预设负荷区间分别对所述试验数据散点图的负荷加载阶段和负荷卸载阶段进行划分并形成多个分区，根据各分区的纵向力和纵向位移确定各分区的纵向刚性。
70.本实施例中，预设负荷区间的负荷小于所述预设最大目标负荷，根据预设负荷区间对所述试验数据散点图的负荷加载阶段进行划分并形成多个分区，以及根据预设负荷区间对所述试验数据散点图的负荷卸载阶段进行划分并形成多个分区，然后根据各分区的测试数据确定各分区的纵向刚性。
71.可选的，负荷加载阶段下的预设负荷区间和负荷卸载阶段下的预设负荷区间一致。
72.为了准确的确定各分区的纵向刚性，在本技术一些实施例中，根据各分区的纵向力和纵向位移确定各分区的纵向刚性，具体为：
73.分别对各分区的纵向力和纵向位移进行单独的三次多项式拟合，其中，设三次多项式拟合公式为y＝ax3 bx2 cx d，求得常数a、b、c的数值；
74.对三次多项式拟合公式进行求导，得到导数公式y'＝3ax2 2bx c，将常数a、b、c的数值代入导数公式后确定各分区的纵向刚性；
75.其中，y为纵向力，x为纵向位移，y'为纵向刚性。
76.可以理解的是，y与图3中的fx均为纵向力，x与图3中的sx均为纵向位移。
77.需要说明的是，以上实施例的方案仅为本技术所提出的一种具体实现方案，其他根据各分区的纵向力和纵向位移确定各分区的纵向刚性的方式均属于本技术的保护范围。
78.步骤s107，根据各分区的纵向刚性拟合生成纵向刚性曲线。
79.本实施例中，根据各分区的纵向刚性拟合生成光滑的纵向刚性曲线。利用该纵向
刚性曲线可计算轮胎特征值、对标分析或用于轮胎模型辨识。
80.可选的，在本技术一些实施例中，所述预设负荷区间包括预设最大目标负荷的0％-30％、30％-60％和60％-90％。
81.可以理解的是，试验数据散点图的负荷加载阶段的各分区是按预设最大目标负荷的0％-30％、30％-60％和60％-90％划分的，形成三个分区；试验数据散点图的负荷卸载阶段的各分区也是按预设最大目标负荷的0％-30％、30％-60％和60％-90％划分的，形成另外三个分区，因此，共形成六个分区。
82.可选的，在本技术一些实施例中，预设最大目标负荷包括测试轮胎的最大负荷的80％，或100％，或120％。
83.通过应用以上技术方案，对测试轮胎进行静态纵向刚性测试，获取负荷加载阶段和负荷卸载阶段的多组纵向力和纵向位移，以纵向位移为横坐标，以纵向力为纵坐标，绘制纵向力和纵向位移的试验数据散点图；根据至少两种预设负荷区间分别对试验数据散点图的负荷加载阶段和负荷卸载阶段进行划分并形成多个分区，根据各分区的纵向力和纵向位移确定各分区的纵向刚性；根据各分区的纵向刚性拟合生成纵向刚性曲线；其中，预设负荷区间的负荷小于预设最大目标负荷，从而进一步提高了静态轮胎纵向刚性结果的精度并使其更加便于进行轮胎特性分析。
84.本技术实施例还提出了一种静态轮胎纵向力分区拟合装置，如图4所示，所述装置包括：
85.接触平台10，容纳测试轮胎并与测试轮胎接触；
86.加载模块20，用于向测试轮胎加载垂直力，以及向接触平台10施加纵向力；
87.定位模块30，用于在接触平台10与测试轮胎之间发生相对滑移时确定纵向位移；
88.控制器40，用于：
89.在接收用户发送的测试指令时，控制加载模块20分别以第一预设移动速度对测试轮胎加载垂直力直至达到各预设目标负荷，并最终达到预设最大目标负荷，其中，在每达到一个所述预设目标负荷或所述预设最大目标负荷并保持第二预设时长后，控制加载模块20以第二预设移动速度给接触平台10施加纵向力，并在接触平台10与测试轮胎之间发生相对滑移时通过定位模块30确定纵向位移；
90.控制加载模块20对测试轮胎从所述预设最大目标负荷卸载垂直力直至分别降低至各所述预设目标负荷，其中，在每降低至一个所述预设目标负荷并保持所述第二预设时长后，控制加载模块20以所述第二预设移动速度给接触平台10施加纵向力，并在接触平台10与测试轮胎之间发生相对滑移时通过定位模块30确定纵向位移；
91.以纵向位移为横坐标，以纵向力为纵坐标，绘制纵向力和纵向位移的试验数据散点图；
92.根据至少两种预设负荷区间分别对所述试验数据散点图的负荷加载阶段和负荷卸载阶段进行划分并形成多个分区，根据各分区的纵向力和纵向位移确定各分区的纵向刚性；
93.根据各分区的纵向刚性拟合生成纵向刚性曲线；
94.其中，所述预设负荷区间的负荷小于所述预设最大目标负荷。
95.在本技术具体的应用场景中，控制器40具体用于：
96.分别对各分区的纵向力和纵向位移进行单独的三次多项式拟合，其中，设三次多项式拟合公式为y＝ax3 bx2 cx d，求得常数a、b、c的数值；
97.对三次多项式拟合公式进行求导，得到导数公式y'＝3ax2 2bx c，将常数a、b、c的数值代入导数公式后确定各分区的纵向刚性；
98.其中，y为纵向力，x为纵向位移，y'为纵向刚性。
99.在本技术具体的应用场景中，所述预设负荷区间包括预设最大目标负荷的0％-30％、30％-60％和60％-90％。
100.在本技术具体的应用场景中，预设最大目标负荷包括测试轮胎的最大负荷的80％，或100％，或120％。
101.在本技术具体的应用场景中，控制器40还用于：
102.在接收到用户发送的预试指令时，控制加载模块20以所述第一预设移动速度对测试轮胎加载垂直力直至达到预试负荷，保持第三预设时长后卸载，重复预设次数进行预试。
103.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。