用于测量轮胎高速均匀性的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于测量轮胎高速均匀性的方法，轮胎设置在轮胎转鼓试验机上，轮胎的转轴分别与多个力传感器和旋转编码器连接，该方法包括：S1、当轮胎的转速达到预设的高速状态之后，多个力传感器采集轮胎对转轴的垂直、横向、纵向三个方向上的力信号；S2、数据采集板根据旋转编码器发送的脉冲信号采集力信号，并将力信号与轮胎的旋转角度之间建立关系，以及根据时域同步平均算法和关系测量轮胎的均匀性。本发明实施例的方法具有简单化、降低测量成本的优点，且同样可以满足技术上的需求。本发明还公开了一种用于测量轮胎高速均匀性的系统。
【专利说明】用于测量轮胎高速均匀性的方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及测量轮胎均匀性【技术领域】，尤其涉及一种用于测量轮胎高速均匀性的方法和系统。
【背景技术】
[0002]目前中国轮胎工业界在测量轮胎均匀性时，一般除了静态不平衡和胎冠半径变化，即不圆度之外，还有滚动态的径向力变化和横向力变化。而在测量轮胎均匀性的过程中，滚动速度都很慢，约每秒只转一圈。这比实际使用时的转速差了一个数量级。之所以如此，理由有以下三点:1)在生产线上的均匀性试验机除了检查均匀性之外，一般还有均匀性校正的功能，即用高速旋转的砂轮将轮胎面胶磨去少许，以提高轮胎均匀性，因此，轮胎转速不能太快；2)高速旋转对钢架要求高，否则会出现共振，因此，设备价钱会变得十分昂贵；3)对高速性能要求不高。
[0003]然而实际上，由不均匀性产生的力是随着轮胎的速度增加的，例如，质量不均匀所产生的离心力的增加，是与速度的平方成正比。更有甚者，当力的波动变化频率接近轮胎胎体共振频率时，共振作用会使得不均匀性所激励的震动幅度更大。在低转速下测得的不均匀性，和高速旋转时所得的结果是截然不同的。因此，要改善轮胎的舒适性，降低震动及其引起的噪声，必须直接测量其高速均匀性。
[0004]目前一般轮胎高速均匀性试验机，如前所述，用加强了支架刚性的转鼓试验机，在轮胎轴上安装垂直、横向和纵向(即Fz、Fy和Fx)三个方向力的传感器，来测量轮胎力的变化。为了避免使用笨重和昂贵的加强支架，美国的Gerald Potts发明了一种简化的高速均匀性试验机，利用加速度传感器的信号，经过计算求得由钢架振动引起的惯性力，从而在力传感器信号中消去干扰，得到正确的轮胎由均匀性产生力的变化之数据。
[0005]但是，前述两种方法虽然都能满足轮胎均匀性测量的需求，但都相对较为复杂，而且测量成本昂贵。
【发明内容】
[0006]本发明的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术缺陷之一。
[0007]为此，本发明的一个目的在于提出一种用于测量轮胎高速均匀性的方法。该方法具有简单化、降低测量成本的优点，且同样可以满足技术上的需求。
[0008]本发明的另一个目的在于提出一种用于测量轮胎高速均匀性的系统。
[0009]为了实现上述目的，本发明一方面实施例的用于测量轮胎高速均匀性的方法，所述轮胎设置在轮胎转鼓试验机上，所述轮胎的转轴分别与多个力传感器和旋转编码器连接，所述方法包括:S1、当所述轮胎的转速达到预设的高速状态之后，所述多个力传感器采集所述轮胎对所述转轴的垂直、横向、纵向三个方向上的力信号；S2、数据采集板根据所述旋转编码器发送的脉冲信号采集所述力信号，并将所述力信号与所述轮胎的旋转角度之间建立关系，以及根据时域同步平均算法和所述关系测量所述轮胎的均匀性。
[0010]根据本发明实施例的用于测量轮胎高速均匀性的方法，当轮胎的转速达到预设的高速状态之后，多个力传感器可采集轮胎对转轴的垂直、横向、纵向三个方向上的力信号，数据采集板可根据旋转编码器发送的脉冲信号采集力信号，并将力信号与轮胎的旋转角度之间建立关系，以及根据时域同步平均算法和关系测量轮胎的均匀性，本发明提出的方法要简单的多，因此降低了测量成本，且同样可以满足技术上的需求。
[0011]为了实现上述目的，本发明另一方面实施例的用于测量轮胎高速均匀性的系统，包括:轮胎转鼓试验机、多个力传感器、旋转编码器和数据采集板，其中，所述多个力传感器与所述轮胎转鼓试验机中的轮胎的转轴连接，所述多个力传感器用于在所述轮胎的转速达到预设的高速状态之后，采集所述轮胎对所述转轴的垂直、横向、纵向三个方向上的力信号；所述旋转编码器与所述轮胎的转轴连接，所述旋转编码器用于发送脉冲信号；所述数据采集板用于根据所述脉冲信号采集所述力信号，并将所述力信号与所述轮胎的旋转角度之间建立关系，以及根据时域同步平均算法和所述关系测量所述轮胎的均匀性。
[0012]根据本发明实施例的用于测量轮胎高速均匀性的系统，可通过多个力传感器在轮胎的转速达到预设的高速状态之后，采集轮胎对转轴的垂直、横向、纵向三个方向上的力信号，数据采集板根据旋转编码器发送的脉冲信号采集力信号，并将该力信号与轮胎的旋转角度之间建立关系，以及根据时域同步平均算法和该关系测量轮胎的均匀性，本发明提出的方法要简单的多，因此降低了测量成本，且同样可以满足技术上的需求。
[0013]本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0015]图1是根据本发明一个实施例的用于测量轮胎高速均匀性的方法的流程图；
[0016]图2是根据本发明一个具体实施例的用于测量轮胎高速均匀性的方法的流程图；
[0017]图3是根据本发明一个实施例的用于测量轮胎高速均匀性的系统的结构示意图；以及
[0018]图4是根据本发明实施例的用于测量轮胎高速均匀性的系统的示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0020]目前，轮胎高速均匀性直接影响车辆行驶时的震动和噪声，是乘坐舒适性以及降低环境噪声的重要因素。在新车配套轮胎的主要技术门槛里，除了低滚动阻力之外，就是操纵性能和乘坐舒适性。要使中国汽车能和世界一流品牌竞争，在质量上高舒适性的改善是不可回避的技术挑战。另外，由于欧、美国家的环保意识愈来愈高，例如，从2012年11月起，欧盟新法规对新轮胎的噪声的限制提出了更高的标准，更有甚者，还规定新轮胎必须贴上标签，标明在滚动阻力、抗湿滑以及轮胎噪声三方面的等级，而其中以轮胎噪声的技术难度最闻。
[0021]轮胎噪声产生的机理可分成两大类，即轮胎花纹沟的气泵效应和轮胎胎体的振动效应。由于胎面花纹设计来降低气泵效应噪声的技术已经相当成熟，因此可以改善的空间比较有限。在不断要求降低噪声的压力之下，人们开始注意从改善胎体振动上以降噪的可能性。其中以载重的卡车轮胎最为明显，因为其充气压一般比起轿车轮胎的要高出四倍以上，就像绷紧的鼓皮，敲起来更响。从轮胎胎体结构设计考虑，无论是改变各个模态的振动频率或者设法限制振动幅度，其手段和效果大都比较有限，因此胎体震动大小的差异，主要来自于激励源的不同。换言之，就是轮胎均匀性的问题，尤其是在高速滚动时，振动会更加剧烈。由此可知，轮胎的高速均匀性对降低轮胎噪声具有至关重要的影响。然而，如何测量轮胎高速均匀性已成为亟待解决的问题。
[0022]为此，本发明提出了一种用于测量轮胎高速均匀性的方法和系统。具体地，下面参考附图描述根据本发明实施例的用于测量轮胎高速均匀性的方法和系统。
[0023]图1是根据本发明一个实施例的用于测量轮胎高速均匀性的方法的流程图。需要说明的是，在本发明的实施例中，轮胎设置在轮胎转鼓试验机上，轮胎的转轴分别与多个力传感器和旋转编码器连接。
[0024]如图1所示，该用于测量轮胎高速均匀性的方法可以包括:
[0025]S101，当轮胎的转速达到预设的高速状态之后，多个力传感器采集轮胎对转轴的垂直、横向、纵向三个方向上的力信号。
[0026]其中，在本发明的一个实施例中，预设的高速状态可为系统预先设置的，也可为用户自己设置的，即可理解为在轮胎经过预热行驶之后，开始进入等速稳定状态。需要说明的是，在测量均匀性的过程中，轮胎的旋转速度可一直保持在特定的高速状态，但根据实际的测量方法和标准，可选取多个不同的速度等级分别进行测量。
[0027]此外，在本发明的一个实施例中，多个力传感器可包括第一力传感器、第二力传感器和第三力传感器。其中，在本发明的实施例中，第一力传感器可米集轮胎的垂直方向上的力信号，第二力传感器可采集轮胎的横向方向上的力信号，第三力传感器可采集轮胎的纵向方向上的力信号。
[0028]具体地，当轮胎经过预热行驶，开始进入等速稳定状态之后，多个力传感器分别采集轮胎对转轴的垂直、横向、纵向三个方向(z,y,x)上的力信号(Fz, Fy, Fx)。
[0029]S102，数据采集板根据旋转编码器发送的脉冲信号采集力信号，并将力信号与轮胎的旋转角度之间建立关系，以及根据时域同步平均算法和关系测量轮胎的均匀性。
[0030]在本发明的一个实施例中，当轮胎每旋转一圈时，旋转编码器可发送N个脉冲信号，其中N为正整数。
[0031]具体而言，数据采集板可根据采集到的多个力传感器传回的力信号Fx、Fy, FzjP旋转编码器发送的脉冲信号即可显示出转轴上正交的三个方向X，1，Z上的反力随轮胎转动的周期性变化规律，并可根据反力随轮胎的旋转角度的关系即可计算出轮胎的均匀性。应当理解，在本发明的实施例中，旋转编码器的脉冲频率即为多个力传感器的采样频率，由此可将多个力传感器采集的力信号与轮胎旋转角度之间建立一一对应的关系。
[0032]需要说明的是，轮胎在高速旋转的过程中，由于其质量的不均匀分布，会在转轴上产生周期性的反力，其频率是轮胎转动频率的整数倍。但反映不均匀性的反力信号会被轮胎转鼓试验机100、转鼓等机械设备产生的噪声信号干扰，有时噪声信号过强，覆盖了有用的周期信号，因此有必要使用时域同步平均算法，将与轮胎转动周期不相关的信号消去。
[0033]还需要说明的是，本发明的基本假设为:轮胎不均匀性在行走时产生的各种力是“周期函数”，而且与轮胎的旋转同步。如此，在轮胎的转速达到稳定的高速状态之后，可根据时域同步平均算法将随机产生的干扰信号及频率与轮胎旋转频率不相同的信号，在多次叠加然后平均之后逐渐消去。也就是说，所要量的函数的“信噪比”在多次同步叠加平均之后，例如10次到100次，会大大地改善。因此，试验机上的钢架振动所得的干扰信号能得以有效地消除。
[0034]在本发明的一个实施例中，时域同步平均算法的具体过程如下所述:
[0035]设力传感器所得到的反力信号为X (t)，按照采样频率f离散化后的信号为Xn =χ(ηΔ),Δ为采样间隔。根据轮胎的旋转周期T分割采集到的信号，将Xn分割为P段，每段被旋转编码器分为N个采样点，将P段中相同相位的采样点信号进行平均，组合得到一个周期的信号。这样即消除了频率不相关的噪声信号。若采用算数平均法进行平均，则时域同步平均信号:
【权利要求】
1.一种用于测量轮胎高速均匀性的方法，其特征在于，所述轮胎设置在轮胎转鼓试验机上，所述轮胎的转轴分别与多个力传感器和旋转编码器连接，所述方法包括: 51、当所述轮胎的转速达到预设的高速状态之后，所述多个力传感器采集所述轮胎对所述转轴的垂直、横向、纵向三个方向上的力信号； 52、数据采集板根据所述旋转编码器发送的脉冲信号采集所述力信号，并将所述力信号与所述轮胎的旋转角度之间建立关系，以及根据时域同步平均算法和所述关系测量所述轮胎的均匀性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个力传感器包括第一力传感器、第二力传感器和第三力传感器，所述第一力传感器采集所述轮胎的垂直方向上的力信号，所述第二力传感器采集所述轮胎的横向方向上的力信号，所述第三力传感器采集所述轮胎的纵向方向上的力信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述轮胎每旋转一圈时，所述旋转编码器发送N个脉冲信号，其中N为正整数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括: 令所述轮胎的旋转圈数为M，并将圆的360度分成N等分，其中，M为正整数； 每当所述轮胎旋转一圈时，采集每等分中所述轮胎对所述转轴的垂直、横向、纵向三个方向上的力信号； 当所述轮胎旋转M圈之后，分别将所述每等分在所述M圈后采集到的力信号进行求平均； 根据求平均后的每等分在M圈后采集到的力信号和所述关系，确定所述轮胎的均匀性。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当所述轮胎每旋转一圈时，所述数据采集板控制采集的力信号的起点均在同一个位置或者角度。
6.一种用于测量轮胎高速均匀性的系统，其特征在于，包括:轮胎转鼓试验机、多个力传感器、旋转编码器和数据采集板，其中， 所述多个力传感器与所述轮胎转鼓试验机中的轮胎的转轴连接，所述多个力传感器用于在所述轮胎的转速达到预设的高速状态之后，采集所述轮胎对所述转轴的垂直、横向、纵向三个方向上的力信号； 所述旋转编码器与所述轮胎的转轴连接，所述旋转编码器用于发送脉冲信号； 所述数据采集板用于根据所述脉冲信号采集所述力信号，并将所述力信号与所述轮胎的旋转角度之间建立关系，以及根据时域同步平均算法和所述关系测量所述轮胎的均匀性。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述多个力传感器包括第一力传感器、第二力传感器和第三力传感器，所述第一力传感器采集所述轮胎的垂直方向上的力信号，所述第二力传感器采集所述轮胎的横向方向上的力信号，所述第三力传感器采集所述轮胎的纵向方向上的力信号。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述旋转编码器具体用于在所述轮胎每旋转一圈时，发送N个脉冲信号，其中N为正整数。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述数据采集板具体用于:令所述轮胎的旋转圈数为M，并将圆的360度分成N等分，其中，M为正整数； 每当所述轮胎旋转一圈时，采集每等分中所述轮胎对所述转轴的垂直、横向、纵向三个方向上的力信号； 当所述轮胎旋转M圈之后，分别将所述每等分在所述M圈后采集到的力信号进行求平均； 根据求平均后的每等分在M圈后采集到的力信号和所述关系，确定所述轮胎的均匀性。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述数据采集板在所述轮胎每旋转一圈时，控制采集的力信 号的起点均在同一个位置或者角度。
【文档编号】G01M17/02GK104075895SQ201410295208
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】陈亚龙, 危银涛, 欧阳博 申请人:清华大学