專利名稱：評(píng)估輪胎性能的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及車(chē)輛領(lǐng)域，并且更具體地，涉及評(píng)估車(chē)輛輪胎的性能的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
通常在設(shè)計(jì)和制造時(shí)，以及在輪胎壽命中的多個(gè)其他時(shí)點(diǎn)上，對(duì)車(chē)輛輪胎進(jìn)行測(cè) 試。例如，物理測(cè)試和有限元分析(FEA)技術(shù)可在輪胎或預(yù)期的相關(guān)車(chē)輛的開(kāi)發(fā)過(guò)程中執(zhí)行，以例如評(píng)估輪胎的車(chē)輛性能和進(jìn)一步改善輪胎構(gòu)成。不過(guò)，對(duì)輪胎性能的評(píng)估可被改進(jìn)，尤其是在在駕駛過(guò)程中預(yù)測(cè)的輪胎響應(yīng)方面。因此，期望提供改進(jìn)的用于評(píng)估車(chē)輛輪胎的系統(tǒng)和方法，其更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)輪胎的駕駛響應(yīng)。而且，通過(guò)結(jié)合附圖和前述的技術(shù)領(lǐng)域和背景技術(shù)來(lái)閱讀后續(xù)的具體描述和所附權(quán)利要求，可以明了本發(fā)明的其他可取的特征和特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)示例性實(shí)施例，提供了用于評(píng)估輪胎的方法。該方法包括用力沖擊輪胎；測(cè)量運(yùn)動(dòng)信息；從測(cè)量的運(yùn)動(dòng)信息提取共振頻率；和根據(jù)共振頻率計(jì)算輪胎的剛度特性。根據(jù)另一示例性實(shí)施例，評(píng)估輪胎的系統(tǒng)包括構(gòu)造成打擊輪胎的力裝置；連接到輪胎并構(gòu)造成從輪胎收集振動(dòng)信息的加速度計(jì)；和連接到加速度計(jì)并構(gòu)造成從加速度計(jì)接收振動(dòng)信息的后處理器。該后處理器進(jìn)一步被構(gòu)造成從振動(dòng)信息提取共振頻率，并根據(jù)運(yùn)動(dòng)信息計(jì)算輪胎的剛度特性的至少一個(gè)。本發(fā)明還提供了如下方案
方案I. 一種評(píng)估輪胎的方法，該方法包括如下步驟
用力沖擊輪胎；
測(cè)量運(yùn)動(dòng)信息；
從測(cè)量的運(yùn)動(dòng)信息提取共振頻率；和 從所述共振頻率計(jì)算輪胎的剛度特性。方案2.如方案I的方法，進(jìn)一步包括步驟從運(yùn)動(dòng)信息確定無(wú)阻尼共振頻率。方案3.如方案2的方法，進(jìn)一步包括步驟計(jì)算阻尼。方案4.如方案I的方法，其中計(jì)算步驟包括在多個(gè)輪胎壓力下計(jì)算剛度特性。方案5.如方案4的方法,其中計(jì)算步驟進(jìn)一步包括計(jì)算對(duì)所述剛度特性的氣動(dòng)貢獻(xiàn)和非氣動(dòng)貢獻(xiàn)。方案6.如方案I的方法，其中計(jì)算步驟包括計(jì)算對(duì)于彎曲、第一剪切、第二剪切和徑向剛度中的至少一者的剛度系數(shù)。方案7.如方案I的方法，其中計(jì)算步驟包括計(jì)算對(duì)于彎曲的第一剛度系數(shù)、對(duì)于第一剪切的第二剛度系數(shù)、對(duì)于第二剪切的第三剛度系數(shù)、和對(duì)于徑向剛度的第四剛度系數(shù)。方案8.如方案I的方法，其中計(jì)算步驟包括計(jì)算沿側(cè)向方向、徑向方向和切向方向的剛度特性。方案9.如方案I的方法，其中計(jì)算步驟包括用所述共振頻率的回歸擬合模型計(jì)算剛度特性。方案10.如方案I的方法，其中計(jì)算步驟包括根據(jù)下面的方程計(jì)算剛度特性
.. -- I (\vf, -(> ■/'. 1,-,1 —.
·P 2-τ|.，'{1^ .......Γ I: ........;?！?. —|#r. — 1.1 - + ........^ -|" 一 ......['十 C Oti, + (
tr HH-η
其中
θη =無(wú)阻尼模式η的時(shí)間頻率ft._,其中η = I, 2, 3,…N
η =模式數(shù) N=總模式數(shù)
P =每單位圓周的密度，M'lIkRK kg/m R =輪胎的半徑，m CfKf;=與彎曲相關(guān)聯(lián)的剛度系數(shù) Γ 於=與第一剪切相關(guān)聯(lián)的剛度系數(shù) 《’《>/J =與第二剪切相關(guān)聯(lián)的剛度系數(shù) Coefi =與徑向位移相關(guān)聯(lián)的剛度系數(shù)。方案11.如方案I的方法，進(jìn)一步包括使剛度特性與實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的響應(yīng)和驅(qū)動(dòng)響應(yīng)中的至少一個(gè)相關(guān)聯(lián)。方案12.如方案11的方法，其中關(guān)聯(lián)步驟包括計(jì)算將剛度特性和阻尼特性中的至少一個(gè)與實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的響應(yīng)和驅(qū)動(dòng)響應(yīng)中的至少一個(gè)相關(guān)聯(lián)的影響系數(shù)。方案13. —種評(píng)估輪胎的系統(tǒng)，包括
構(gòu)造成打擊輪胎的力裝置；
加速度計(jì)，其聯(lián)接到輪胎并構(gòu)造成從所述輪胎收集振動(dòng)信息；和
后處理器，其聯(lián)接到加速度計(jì)并構(gòu)造成從加速度計(jì)接收振動(dòng)信息，該后處理器還構(gòu)造
成
從所述振動(dòng)信息提取共振頻率，和
從運(yùn)動(dòng)信息計(jì)算輪胎的剛度特性中的至少一個(gè)。方案14.如方案13的系統(tǒng)，其中后處理器被進(jìn)一步構(gòu)造成從運(yùn)動(dòng)信息確定無(wú)阻尼共振頻率。方案15.如方案13的系統(tǒng)，其中后處理器被進(jìn)一步構(gòu)造成計(jì)算對(duì)所述剛度特性的氣動(dòng)貢獻(xiàn)和非氣動(dòng)貢獻(xiàn)。方案16.如方案13的系統(tǒng)，其中后處理器被進(jìn)一步構(gòu)造成計(jì)算包括對(duì)于彎曲、第一剪切、第二剪切和徑向剛度中的至少一者的剛度系數(shù)的剛度特性。
方案17.如方案13的系統(tǒng)，其中后處理器被進(jìn)一步構(gòu)造成根據(jù)下面的方程計(jì)算剛度特性
_, t, I1 C Vir/, . , Oitf、 , I ,-.. I
P *|。,|■ ftil, ■ 11 +· . I= ■ . -|" 11 —'V ' -|" ■■■■■ I * C ocf.…^ -t"(仇
—Rt/r Γ
其中
f(M =無(wú)阻尼模式η的時(shí)間頻率,其中η = I, 2, 3,…N
η =模式數(shù) N=總模式數(shù)·
"=每單位圓周的密度，M/mm. Lij/m R =輪胎的半徑，m (■ 味=與彎曲相關(guān)聯(lián)的剛度系數(shù)
=與第一剪切相關(guān)聯(lián)的剛度系數(shù) (OCfJ =與第二剪切相關(guān)聯(lián)的剛度系數(shù) Coqf4 =與徑向位移相關(guān)聯(lián)的剛度系數(shù)。方案18.如方案13的系統(tǒng)，其中后處理器被進(jìn)一步構(gòu)造成使剛度特性與實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的響應(yīng)和驅(qū)動(dòng)響應(yīng)中的至少一個(gè)相關(guān)聯(lián)。方案19.如方案18的系統(tǒng)，其中后處理器被進(jìn)一步構(gòu)造成計(jì)算將剛度特性和阻尼特性中的至少一個(gè)與實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的響應(yīng)和驅(qū)動(dòng)響應(yīng)中的至少一個(gè)相關(guān)聯(lián)的影響系數(shù)。方案20. —種用于評(píng)估輪胎的方法，所述方法包括如下步驟
用力沖擊輪胎；
測(cè)量運(yùn)動(dòng)信息；
從測(cè)量的運(yùn)動(dòng)信息提取共振頻率；
從運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)確定無(wú)阻尼共振頻率；
從無(wú)阻尼共振頻率計(jì)算輪胎的剛度特性，所述剛度特性包括胎冠彎曲、胎冠剪切、胎側(cè)剪切和胎側(cè)徑向剛度的氣動(dòng)和非氣動(dòng)貢獻(xiàn)，計(jì)算步驟包括根據(jù)下列方程計(jì)算剛度特性
P 12,τ|·.{I+ I ^一 Ir 二 1 I·' * r仇I 十iW,
H-- RΛ-itII-
其中
jfjn =無(wú)阻尼模式η的時(shí)間頻率&,其中η = I, 2, 3,…N
η =模式數(shù) N=總模式數(shù)
P =每單位圓周的密度，kg/m R =輪胎的半徑，m Cmf;=與彎曲相關(guān)聯(lián)的剛度系數(shù) Coe/) =與第一剪切相關(guān)聯(lián)的剛度系數(shù) <'#/3 =與第二剪切相關(guān)聯(lián)的剛度系數(shù) =與徑向位移相關(guān)聯(lián)的剛度系數(shù)并且使剛度特性與驅(qū)動(dòng)響應(yīng)相關(guān)聯(lián)。


此后將結(jié)合以下附圖描述本發(fā)明，其中相同的標(biāo)記指示相同的元件，其中
圖I是根據(jù)示例性實(shí)施例的輪胎評(píng)估系統(tǒng)的功能框 圖2是根據(jù)示例性實(shí)施例的評(píng)估車(chē)輛輪胎的方法的流程 圖3是由圖I的系統(tǒng)和圖2的方法所考慮的頻率數(shù)據(jù)曲線 圖4是在圖I的系統(tǒng)和圖2的方法中提取沿徑向方向的無(wú)阻尼頻率的方法的流程圖；圖5是在圖I的系統(tǒng)和圖2的方法中提取沿切向方向的無(wú)阻尼頻率的方法的流程圖；圖6是在圖I的系統(tǒng)和圖2的方法中提取沿側(cè)向方向的無(wú)阻尼頻率的方法的流程圖；圖7是曲線圖，其指示所計(jì)算的剛度系數(shù)的描述在圖I的系統(tǒng)和圖2的方法中的以 OaLY為單位的徑向共振頻率數(shù)據(jù)的能力；
圖8是指示作為圖I的系統(tǒng)和圖2的方法中的壓力的函數(shù)的徑向剛度系數(shù)的幅值的曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面的具體描述本質(zhì)上僅是示例性的，而并非是用來(lái)限制本發(fā)明或者本發(fā)明的應(yīng)用和使用。而且，并沒(méi)有打算用在先前的技術(shù)領(lǐng)域、背景技術(shù)、發(fā)明內(nèi)容或者此后的具體描述中出現(xiàn)的任何明示或暗示的理論加以約束。寬泛地說(shuō)，本文所討論的示例性實(shí)施例提供了用于評(píng)估車(chē)輛輪胎的系統(tǒng)和方法。具體地，輪胎被測(cè)試設(shè)備中的力裝置沖擊。所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)和機(jī)械動(dòng)作數(shù)據(jù)由加速度計(jì)和力-力矩傳感器測(cè)量，并且這些數(shù)據(jù)統(tǒng)稱為“運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)”。根據(jù)這些數(shù)據(jù)確定共振頻率，提取無(wú)阻尼共振頻率和阻尼參數(shù)，以及計(jì)算剛度和阻尼系數(shù)。然后將剛度和阻尼系數(shù)與實(shí)驗(yàn)室和駕駛響應(yīng)度量相關(guān)聯(lián)以表征輪胎對(duì)所述響應(yīng)的影響。圖I是根據(jù)示例性實(shí)施例的輪胎評(píng)估系統(tǒng)100的框圖。系統(tǒng)100總體評(píng)估安裝在軸120上的輪胎110。系統(tǒng)100可包括加速度計(jì)130、力裝置140、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)150、任選控制器170、任選力-力矩傳感器160和后處理系統(tǒng)190。在圖I的視圖中，輪胎110具有垂直取向的旋轉(zhuǎn)軸線。如通常所知，輪胎110包括構(gòu)造成接觸車(chē)輪的胎圈(未示出)、從胎圈延伸的胎側(cè)(未示出)，和從胎側(cè)延伸并構(gòu)造成在使用中接觸路面的胎面112。圖I還示出了圖例102，其描述了相對(duì)于輪胎110的胎面112的帶有徑向方向106、切向方向108和側(cè)向方向104的圓柱坐標(biāo)系。該坐標(biāo)系將在下文的描述中被使用。通常，側(cè)向方向104指的是平行于輪胎110的使用旋轉(zhuǎn)軸線并從胎側(cè)延伸到胎側(cè)的方向。徑向方向106指的是垂直于輪胎110的旋轉(zhuǎn)軸線180且垂直于輪胎的胎面112的方向。切向方向108指的是沿著環(huán)形胎面112的周長(zhǎng)延伸、垂直于側(cè)向方向104和徑向方向106的方向。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，輪胎110被剛性地固定到120。這種構(gòu)造通常被稱為固定-自由邊界條件。或者通過(guò)手動(dòng)操作力裝置140，或者，任選地，控制器170致動(dòng)力裝置140從而以預(yù)定的力輕擊或以其他方式打擊輪胎110，使得激勵(lì)了輪胎110的共振頻率。力裝置140例如可以是帶儀表的錘或其他物體。力-力矩傳感器160被構(gòu)造成測(cè)量由輪胎100響應(yīng)于力裝置140的沖擊而作用在軸120上的動(dòng)態(tài)力和力矩中的至少一個(gè)。加速度計(jì)130構(gòu)造成測(cè)量由力裝置140的沖擊產(chǎn)生的輪胎110的運(yùn)動(dòng)。進(jìn)而，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)150記錄從加速度計(jì)130接收的所產(chǎn)生的振動(dòng)和來(lái)自力裝置140的力并且提供該數(shù)據(jù)到后處理系統(tǒng)190。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供兩個(gè)加速度計(jì)130，其中每個(gè)加速度計(jì)130都與另一個(gè)間隔180度地安裝。這種構(gòu)造可提高后續(xù)處理中信噪比，如下文所述。任何數(shù)量的加速度計(jì)130和在輪胎110上的放置位置都是可行的，這取決于所感興趣的模式。例如，在所選模式的預(yù)期有效腹點(diǎn)處的空間構(gòu)造放大了所選模式的求和加速度或求差加速度(相比其他模式)。通過(guò)模態(tài)振型矢量的期望對(duì)加速度計(jì)進(jìn)行加權(quán)求和同樣可以改善用于檢測(cè)各種模態(tài)參數(shù)的信噪比。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，作為有助于快速測(cè)量并且有利于對(duì)多個(gè)輪胎評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)且高效的處理能力的折衷方案，加速度計(jì)130的雙位(例如在O度和180度處)或三位(例如在O度、90度和180度處)構(gòu)造與適當(dāng)?shù)那蠛图铀俣扰c求差加速度的后處理一起使用。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，加速度計(jì)130被安裝在胎面112的外周面上，但是加速度計(jì)130也可以安裝在其他位置，例如在胎側(cè)上。
·
如下面更詳細(xì)討論地，后處理器190基于力裝置140的預(yù)定力和由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)150收集的振動(dòng)數(shù)據(jù)來(lái)量化共振頻率；提取無(wú)阻尼的共振頻率；確定輪胎110的各種剛度特性；并且確定模態(tài)阻尼參數(shù)。對(duì)于所選的輪胎子組，將這些參數(shù)與一個(gè)或多個(gè)輪胎響應(yīng)相關(guān)聯(lián)。此后用于類(lèi)似參數(shù)表征的輪胎后續(xù)測(cè)量可導(dǎo)致基于所量化參數(shù)的性能估測(cè)。如也在下文描述的，可以用剛度和阻尼特性估測(cè)的響應(yīng)的示例可包括噪音、平順性、不平順性、轉(zhuǎn)向、直線行使能力、自由間隙、谷值感覺(jué)、操縱性、時(shí)間響應(yīng)等。以這種方式，可迭代地或預(yù)期地用于足夠的經(jīng)驗(yàn)的和理論的知識(shí)來(lái)優(yōu)化輪胎結(jié)構(gòu)和材料從而提供期望的響應(yīng)組合。在本文描述的技術(shù)的基礎(chǔ)上，也可以使用從其他類(lèi)型技術(shù)得到的知識(shí)，包括概念輪胎抽象和離散化有限元表示，從而引導(dǎo)輪胎特征的開(kāi)發(fā)，即，輪胎結(jié)構(gòu)和材料，從而實(shí)現(xiàn)所測(cè)量參數(shù)的期望組合。這些方面將在下文結(jié)合圖2-8更詳細(xì)地描述。通常，控制器170和后處理器190可包括任何類(lèi)型的處理器或多個(gè)處理器、信號(hào)集成電路如微處理器，或者協(xié)同工作以實(shí)現(xiàn)處理單元的功能的任何合適數(shù)量的集成電路裝置和/或電路板。在運(yùn)行中，控制器170和后處理器190選擇性地執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)程序，這些程序可存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中并因此控制系統(tǒng)100的整體運(yùn)行。如此，控制器170和后處理器190可包括，或者能訪問(wèn)，任何類(lèi)型的存儲(chǔ)器，包括RAM存儲(chǔ)器、ROM存儲(chǔ)器、EPROM存儲(chǔ)器、EEPROM存儲(chǔ)器、和非易失性RAM (NVRAM)存儲(chǔ)器。通常，這些存儲(chǔ)器可存儲(chǔ)此處所討論的示例性實(shí)施例所需的任何信息，包括用于計(jì)算剛度和影響系數(shù)、阻尼和參與質(zhì)量的數(shù)據(jù)。雖然未示出，但系統(tǒng)100可包括帶有顯示器的用戶界面，顯示器用以提供下文討論的數(shù)據(jù)和結(jié)果的圖形顯示。如上所述，在一些實(shí)施例中，各種量的補(bǔ)充質(zhì)量114可被固定到輪胎110以實(shí)現(xiàn)在后續(xù)對(duì)局部剛度和阻尼的量化中的對(duì)參與動(dòng)態(tài)質(zhì)量的量化的提高。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，補(bǔ)充質(zhì)量114可以是鏈。關(guān)于使用補(bǔ)充質(zhì)量114來(lái)量化特別動(dòng)態(tài)質(zhì)量的額外細(xì)節(jié)在下文描述。另外，可以收集數(shù)據(jù)以用于多個(gè)I)氣動(dòng)壓力，例如，用于在后續(xù)產(chǎn)生對(duì)輪胎特性的氣動(dòng)和非氣動(dòng)貢獻(xiàn)；和2)方向，例如，沿側(cè)向方向104、徑向方向106或者切向方向108)。為了確定用工程單位表示的相對(duì)剛度量，如下文更詳細(xì)描述地，可以確定輪胎參與質(zhì)量，如現(xiàn)在將要討論地。輪胎參與質(zhì)量可以通過(guò)測(cè)量在兩種狀態(tài)下響應(yīng)模式的至少一個(gè)的頻率來(lái)實(shí)驗(yàn)地確定，通常是在輪胎的胎冠處添加和不添加增量質(zhì)量114。頻率-提取測(cè)試可在兩種情況下進(jìn)行在輪胎胎冠處添加和不添加額外質(zhì)量114。使用從這兩個(gè)情況中得到的無(wú)阻尼頻率，與輪胎的剛度相關(guān)聯(lián)的各種特性可以通過(guò)首先應(yīng)用如下方程以量化參與質(zhì)量而最終確認(rèn)。
財(cái)=..................f'+ ,方程(I)
八,，
其中，/和分別是在不添加和添加增量模態(tài)質(zhì)量ΔΜ時(shí)測(cè)得的頻率；而M是參與輪胎質(zhì)量。后面的方程可使用這個(gè)量(參與輪胎質(zhì)量)以量化各種剛度性能。在一些情況中， 可以添加足夠的增量模態(tài)質(zhì)量114以克服對(duì)所得到的頻率的提取中的任何不確定性。例如，添加的增量模態(tài)質(zhì)量114的大小可以是大到足以產(chǎn)生所感興趣的一個(gè)或多個(gè)頻率的可測(cè)的減小(例如，與沒(méi)有添加增量模態(tài)質(zhì)量114是的狀況相比)。添加的增量模態(tài)質(zhì)量114對(duì)于當(dāng)前載客型號(hào)輪胎來(lái)說(shuō)的示例量是4. 5kg，圍繞圓周均勻分布，并且對(duì)參與輪胎質(zhì)量的示例性量化可使用沿徑向、側(cè)向和切向方向的輪胎第一模式。對(duì)于這些模式，增量模態(tài)質(zhì)量是總的所應(yīng)用質(zhì)量。在一些實(shí)施例中，用于量化在模式振型中有很小或沒(méi)有胎冠變形的輪胎質(zhì)量的模式可被選擇為在量化參與質(zhì)量時(shí)阻止或減緩增量質(zhì)量114的固定機(jī)構(gòu)產(chǎn)生所感興趣的模式的彈性能量中的增加。如下更詳細(xì)所述，這可在不同方向(例如徑向、側(cè)向和切向)的第一模式時(shí)發(fā)生。添加的增量模態(tài)質(zhì)量114的量可取決于對(duì)參與輪胎質(zhì)量的量的期望，并且可在更大質(zhì)量輪胎(例如輕和重負(fù)載輪胎)時(shí)被增加。如上所述，對(duì)添加的增量質(zhì)量114的量的選擇要遵從的一個(gè)考慮問(wèn)題是減小對(duì)所添加的增量模態(tài)質(zhì)量敏感的頻率。用于估計(jì)非載客型號(hào)輪胎的增量質(zhì)量的一個(gè)技術(shù)包括以標(biāo)的非載客型號(hào)輪胎的總輪胎質(zhì)量與名義當(dāng)前載客型號(hào)輪胎的總輪胎質(zhì)量的比值來(lái)按比例縮放用于當(dāng)前載客型號(hào)輪胎的所選擇的添加增量質(zhì)量。在基于由系統(tǒng)100收集的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)一步詳述輪胎110的評(píng)估之前，要描述共振頻率和局部剛度之間的關(guān)系。使用類(lèi)比方法，一根橫跨在分布式橫置彈性基礎(chǔ)上的繃緊的弦可由下面的方程(2)描述
/丨 / 丨 = , χ.".Ar, . .siv 方程(2)
Px * ￡ - - χ J U I '
其中， η =階數(shù)
k =橫向剛度強(qiáng)度W/i^)
T =張力(N)
P =每單位長(zhǎng)度的密度，(kg/m)
On =空間頻率(rad/m )
=第I空間頻率(rad/m)COt =時(shí)間頻率(rad/sec)
COtn =第η個(gè)模式的時(shí)間頻率(rad/sec) u =橫向位移(m)
X =沿長(zhǎng)度的距離(m) t =時(shí)間(sec)
為了簡(jiǎn)潔，省略(X，t)，方程(2)可被簡(jiǎn)化為下面的方程(3)
‘............. k — H ...... P..........方程(3 )
Vt
對(duì)于自由振動(dòng)模式，作為X和t的函數(shù)的橫向位移u的分布可由下的方程(4)表示·|狀"=W,, .cos(ei,,.r>'cos 鄉(xiāng))方程(4 )
將方程(4)代入方程(3)，并且消除公共項(xiàng)產(chǎn)生下面的方程(5):
TfiJh: T- k P-(!},,方程(5)
各空間頻率如下面方程(6)地相互關(guān)聯(lián) ωη =H' ωχ()方程(6)
將方程(6)代入方程(5)得到下面的方程(7)
I · ■ Γ 1 k = ρ·^ ω.,,"方程(7 )
如上，方程(7)說(shuō)明項(xiàng)IV,.可被線性地表示為帶有斜率<./ ,I' I的模態(tài)數(shù)平方(fl:)的函數(shù)。如果項(xiàng)<:/ · ；. I被認(rèn)為是另一個(gè)變量的函數(shù)(例如，類(lèi)似于輪胎中的壓力機(jī)制的繃緊的弦中的張力)，那么可以收集數(shù)據(jù)以用于多個(gè)張力值(例如，壓力)從而分開(kāi)結(jié)構(gòu)(或非氣動(dòng))和氣動(dòng)剛度。因此，方程(7)說(shuō)明了實(shí)驗(yàn)頻率數(shù)據(jù)可被用于推出結(jié)構(gòu)剛度。輪胎的這種類(lèi)比被用于澄清對(duì)下面所討論的實(shí)施方式和可用于表示輪胎110的機(jī)械結(jié)構(gòu)的額外數(shù)學(xué)公式、表格和方法的一個(gè)簡(jiǎn)化視角。在集合頻率數(shù)據(jù)并提取輪胎的無(wú)阻尼頻率后，如下討論，可將徑向剛度特性建模為方程(8):
P -P對(duì)· - /； ； ,"J.;.I:—I,,.: 一 1|.: ~ —| — I f ^ fw/；.....L + fW/ 方程(8)
!Γ K'HHV'
其中
多九=無(wú)阻尼模式η的時(shí)間頻率匕,其中η = 1,2,3, ...N
η =模式數(shù) N=最大模式數(shù)
P =每單位圓周的密度，Mnim. i.kg細(xì)(見(jiàn)用于確定參與質(zhì)量的方程(I))
R =輪胎的半徑，(m)
=與彎曲相關(guān)聯(lián)的剛度系數(shù) Γ 於=與第一剪切相關(guān)聯(lián)的剛度系數(shù) <+ w/3 =與第二剪切相關(guān)聯(lián)的剛度系數(shù) Coef,=與徑向位移相關(guān)聯(lián)的剛度系數(shù)。
方程(8)的額外細(xì)節(jié)和使用將在下面更詳細(xì)地討論。不過(guò)一般來(lái)說(shuō)，因?yàn)槭占祟l率數(shù)據(jù)，所以可在回歸擬合中使用方程(8)以量化剛度系數(shù)。定性地，方程(8)描述了在由打擊產(chǎn)生的自由振動(dòng)期間彈性能量機(jī)制的各分量。圖2是測(cè)試車(chē)輪輪胎的方法200的流程圖。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，方法200在輪胎110由系統(tǒng)100實(shí)施。如上，在下面的描述中參照?qǐng)DI。應(yīng)當(dāng)理解的是，圖2的方法200的某些步驟可以不同于圖2中所示的和/或參照?qǐng)D2在本文所描述的。在第一步驟205，輪胎110的車(chē)輪被剛性地固定到固定基礎(chǔ)并且輪胎胎面被來(lái)自力裝置140的預(yù)定力輕擊，例如，如在上述測(cè)試裝置中所描述的。在第二步驟210中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)150收集來(lái)自加速度計(jì)130的產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和來(lái)自力裝置140的力數(shù)據(jù)，包括與由力裝置140所激勵(lì)的共振頻率相關(guān)的數(shù)據(jù)，并且將這些數(shù)據(jù)提供到后處理器190。在第三步驟215，后處理器190識(shí)別輪胎110的共振頻率。圖3是從由加速度計(jì)·130收集的且由后處理器190評(píng)估的數(shù)據(jù)得到的譜的曲線圖300，譜由實(shí)線310所示。在圖3的實(shí)施例中，頻率表示在橫軸上而峰302、304、306、和308都很接近每個(gè)模式的共振頻率，例如模式1-6或更大。虛線320示出了從步驟408中的模態(tài)提取得到的構(gòu)造FRF，這將在以后的部分中解釋。通常，可提取任意數(shù)量(N)的模式，包括大于6的。如上所述，可以沿任何方向并在多個(gè)氣動(dòng)壓力下收集和評(píng)估類(lèi)似的頻率數(shù)據(jù)。在第四步驟220，后處理器190從步驟215的數(shù)據(jù)提取無(wú)阻尼的共振頻率和阻尼。圖4是從由加速度計(jì)130感測(cè)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)提取沿徑向方向的無(wú)阻尼共振頻率的一種方法400的框圖。圖5是從由加速度計(jì)130感測(cè)的運(yùn)動(dòng)提取沿切向方向的無(wú)阻尼共振頻率的一種方法500的框圖。圖6是從由加速度計(jì)130感測(cè)的運(yùn)動(dòng)提取沿側(cè)向方向的無(wú)阻尼共振頻率的一種方法600的框圖。多種技術(shù)可用于提取無(wú)阻尼頻率，包括那些在模態(tài)參數(shù)提取技術(shù)中采用的技術(shù)。在一些情況下，在提取過(guò)程中的用戶互動(dòng)可阻止或緩和由信噪困難、與真實(shí)輪胎數(shù)據(jù)的不充分近似，以及加速度計(jì)的放置和朝向中的誤差產(chǎn)生的錯(cuò)誤的或假的擬合模式。帶有頻率的圖案演化的一族共振的期望可被用作選擇標(biāo)準(zhǔn)。額外的選擇標(biāo)準(zhǔn)可包括考慮定義橡膠的循環(huán)應(yīng)變能量分布的所感興趣的模式形狀和所包含空氣的動(dòng)態(tài)膨脹。所包含空氣的膨脹，進(jìn)一步，可發(fā)生在帶有相對(duì)低阻尼的所有機(jī)構(gòu)中，例如，可能呈現(xiàn)相對(duì)地阻尼的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。不過(guò)在一些情況中，橡膠的存在，由于其呈現(xiàn)相對(duì)大的阻尼特性，也對(duì)所感興趣的模式的凈阻尼有貢獻(xiàn)。這些考慮可對(duì)所擬合阻尼的量提供一些期望。這些期望因此可建立被擬合模式呈現(xiàn)超過(guò)預(yù)定閾值(如臨界值的％)的阻尼的標(biāo)準(zhǔn)，而低于這個(gè)閾值的被擬合模式被判定為假的或錯(cuò)誤的并且需要被從最終的數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化中排除。在一些實(shí)施例中，另一個(gè)考慮可能包括確定第一模式的頻率。雖然第一模態(tài)頻率可能在由加速度計(jì)130檢測(cè)到的運(yùn)動(dòng)里是相當(dāng)暗弱的(相對(duì)于其他更具能量的模態(tài)加速度)，但是這些第一模態(tài)頻率的效果在支撐軸120的傳感器160的力和力矩方面是更容易地可觀察的。這種情況的出現(xiàn)是因?yàn)榈谝荒Ｊ降闹芷诘姆菍?duì)稱形狀產(chǎn)生施加在傳感器160上的凈動(dòng)態(tài)力和力矩。因此，一個(gè)適當(dāng)?shù)臉?gòu)造包括用傳感器160測(cè)量第一模態(tài)頻率。沿相應(yīng)的徑向和側(cè)向方向的力和沿對(duì)應(yīng)于激勵(lì)方向的相應(yīng)軸線的力矩實(shí)現(xiàn)徑向、側(cè)向、切向的第一模式和側(cè)向的第二模式(產(chǎn)生平面外的力矩)的量化。后續(xù)的數(shù)據(jù)擬合可以把這些模式限制到被選擇為一個(gè)子組的所有建議的擬合模式，與前面所述的標(biāo)準(zhǔn)中的至少一些相符，并且此后，任選地，僅使用這些被選擇的模態(tài)參數(shù)作為起始點(diǎn)來(lái)執(zhí)行另一個(gè)數(shù)據(jù)擬合的迭代。在一些實(shí)施例中，這些選擇標(biāo)準(zhǔn)可在自動(dòng)處理中被實(shí)施從而提供提高的處理能力并且一致地應(yīng)用基于啟發(fā)式規(guī)則的決策以包括或排除建議的模式從而用于后續(xù)的數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化。圖4、5和6顯示了基于規(guī)則的自動(dòng)處理的一個(gè)示例性實(shí)施例并且展示了數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化的一個(gè)不例性實(shí)施例。在一個(gè)不例性實(shí)施例中，圖4-6中展不的框可由圖I中的后處理器190執(zhí)行。圖4示出了利用使用圍繞輪胎圓周隔開(kāi)180度地放置的兩個(gè)加速度計(jì)130采集的數(shù)據(jù)分兩步處理徑向響應(yīng)數(shù)據(jù)的技術(shù)。這兩步涉及使用這兩個(gè)加速度計(jì)130的組合的數(shù)據(jù)，并且對(duì)于第一步，該組合包括將兩個(gè)頻率響應(yīng)信號(hào)求和(再除以2)成單個(gè)的結(jié)果頻率響應(yīng)信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，頻率響應(yīng)函數(shù)的頻率分辨率的選擇可以是O. 25Hz，但是也可以選擇其他的頻率分辨率。使用局部軸線系統(tǒng)用于將加速度計(jì)130定向成或者正向向外或者向內(nèi)(例如，加速度計(jì)被放置在輪胎的胎冠上使得兩個(gè)加速度計(jì)的正信號(hào)或者正向向外或者向內(nèi)地產(chǎn)生)，加速度計(jì)頻率響應(yīng)的求和放大了偶數(shù)模式。后續(xù)的第二步使用信號(hào)的差(再除以2)并且放大了奇數(shù)模式。在圖4中，該處理以例如由數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化技術(shù)獲得的所采集的徑向振動(dòng)數(shù)據(jù)的頻率響 應(yīng)函數(shù)(例如，動(dòng)態(tài)位移/力)開(kāi)始于框402。如果處理第一步，該處理在框404繼續(xù)，在該框中兩個(gè)加速度計(jì)響應(yīng)的頻率響應(yīng)函數(shù)被相加(再除以2)以形成第一修正頻率響應(yīng)函數(shù)。如果處理第二步，該處理進(jìn)入框406，在該框中兩個(gè)加速度計(jì)響應(yīng)的頻率響應(yīng)函數(shù)被相減(再除以2)以形成第二修正頻率響應(yīng)函數(shù)。然后，無(wú)論哪一步，該處理繼續(xù)到框408和410。在框408，修正的頻率響應(yīng)函數(shù)經(jīng)歷在從第一模態(tài)提取頻率延伸到第二模態(tài)提取頻率的預(yù)定頻帶上的模態(tài)提取。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，第一模態(tài)提取頻率是根據(jù)力和力矩傳感器數(shù)據(jù)確定的第一模態(tài)頻率的約70%，而第二模態(tài)提取頻率是約300Hz?？梢园~外的輸入?yún)?shù)，并且可以產(chǎn)生任意數(shù)量的擬合模式?？?08的輸出是第一擬合模態(tài)參數(shù),其被提供到框420。修正的頻率響應(yīng)函數(shù)還被通過(guò)框410，在其中形成修正的頻率響應(yīng)函數(shù)的虛部，并使其通過(guò)框412。在框412，滑動(dòng)或移動(dòng)窗口平均被應(yīng)用以使用預(yù)定義的平均窗口長(zhǎng)度來(lái)使數(shù)據(jù)平滑。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，這個(gè)平均窗口包括修正的頻率響應(yīng)函數(shù)的虛部的七個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。在框414，確定修正的頻率響應(yīng)的移動(dòng)平均虛部的局部最大值。這可以被稱為峰檢測(cè)或者峰尋找，并且可以使用任意數(shù)量的用于峰檢測(cè)的被接受的算法，例如標(biāo)題為“找峰(fingpeaks)”的MATLAB" \ 7.35函數(shù)，其返回修正的頻率響應(yīng)函數(shù)的移動(dòng)平均虛部的輸入自變量陣列的峰的指數(shù)和峰幅值。根據(jù)返回的陣列指數(shù)計(jì)算頻率。然后使修正的頻率響應(yīng)函數(shù)的移動(dòng)平均虛部的峰幅值通過(guò)框416，在其中使用全局峰幅值(所有局部最大值的最大值)將這些峰幅值正規(guī)化。然后將這些正規(guī)化后的值通過(guò)框418，在其中例如正規(guī)化局部最大值小于10%的任何值可被從局部最大值陣列中剔除。所得到的對(duì)應(yīng)于修正的頻率響應(yīng)函數(shù)的移動(dòng)平均虛部的局部最大值的頻率的簡(jiǎn)化陣列然后被通過(guò)框420。在框420，修正的頻率響應(yīng)函數(shù)的移動(dòng)平均虛部的簡(jiǎn)化局部最大值的頻率被用于定位來(lái)自框408的擬合模式。同樣在框420，擬合模式被解析成具有超過(guò)阻尼閾值的阻尼(例如，臨界值的百分?jǐn)?shù))的模式和小于或等于這個(gè)阻尼閾值的模式。例如，僅超過(guò)閾值的模式可作為框420處進(jìn)一步考慮的候選。而且，在框420中，提取解析的擬合模式的頻率的最接近匹配與修正的頻率響應(yīng)函數(shù)的移動(dòng)平均虛部的局部最大值的頻率的最接近匹配，并使其作為解析的、被選擇的擬合模式通過(guò)到框422。在框422，解析的、被選擇的擬合模式的解析的、被選擇的擬合模態(tài)參數(shù)被用作修正的頻率響應(yīng)數(shù)據(jù)的僅使用解析的、被選擇的模式的另一再擬合的起始值?？?22的輸出可被認(rèn)為是最終擬合模態(tài)參數(shù)。前述的再擬合可由任意數(shù)量的非線性擬合算法實(shí)現(xiàn)。通常來(lái)說(shuō)，從框402到框422的處理是一系列用于量化徑向方向的期望輪胎性能的技術(shù)的一個(gè)示例?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向切向方向，用于簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)的處理在圖5中示出。用于這個(gè)響應(yīng)方向的數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化的各種操作順序中的各個(gè)操作中的多數(shù)對(duì)應(yīng)于圖4中描述的用于徑向方向的所描述的那些。在框502，對(duì)帶有現(xiàn)在取向?yàn)榍邢蚍较虻拿舾休S線的兩個(gè)加速度計(jì)130的頻率響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行求和(再除以2)以形成修正的頻率響應(yīng)函數(shù)。加速度計(jì)130的敏感軸線的取向指向成使得沿著順時(shí)針?lè)较蚧蚰鏁r(shí)針?lè)较虻募铀俣榷籍a(chǎn)生來(lái)自兩個(gè)加速度計(jì)130的正信號(hào)。換句話說(shuō)，來(lái)自兩個(gè)加速度計(jì)130的信號(hào)對(duì)于順時(shí)針切向加速度是相同極性的。在·框504，對(duì)來(lái)自切向取向的加速度計(jì)130的切向頻率響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行相加并除以2，隨后使之作為修正的切向頻率響應(yīng)函數(shù)被傳輸?shù)娇?06和508?？?06、508和512分別對(duì)應(yīng)于上述的框408、410和414。框510在功能上與框412等同，除了該一個(gè)示例性實(shí)施例在該示例中在框510內(nèi)使用30個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的平均窗口?？?06和框512的輸出被傳輸?shù)娇?14。在框514，如上面針對(duì)徑向方向所描述地，應(yīng)用兩個(gè)數(shù)據(jù)流的最接近頻率的標(biāo)準(zhǔn)和最小阻尼(例如，臨界值的百分?jǐn)?shù))。不過(guò)，這個(gè)處理在框516產(chǎn)生單個(gè)的模態(tài)提取，例如，輪胎在相對(duì)剛性的車(chē)輪上的扭轉(zhuǎn)模式。考慮圖6中示出的側(cè)向方向，框604和606分別代表與框404和406的動(dòng)作類(lèi)似的動(dòng)作。如同處理400的動(dòng)作，這些動(dòng)作同樣被以兩部操作的方式進(jìn)行，其中第一步使用測(cè)量側(cè)向加速度的和(除以2)而第二步使用測(cè)量側(cè)向加速度的差(除以2)。對(duì)于這些測(cè)量結(jié)果，響應(yīng)的加速度計(jì)130被側(cè)向地取向以在間隔180度的兩個(gè)加速度計(jì)位置處產(chǎn)生側(cè)向運(yùn)動(dòng)的同一的信號(hào)極性?？?08、610和614分別對(duì)應(yīng)于上述的框408、410和414?？?12在功能上與框412等同，除了一個(gè)示例性實(shí)施例在一個(gè)示例中在框610內(nèi)使用30個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的平均窗口?？?08和614的輸出被傳輸?shù)娇?16。在框616，如上面針對(duì)徑向方向所述地，應(yīng)用兩個(gè)數(shù)據(jù)流中的最接近頻率的標(biāo)準(zhǔn)和最小阻尼(例如，臨界值的百分?jǐn)?shù))。最終的結(jié)果(模態(tài)參數(shù)，包括無(wú)阻尼的頻率、阻尼(% -臨界值))被傳輸?shù)娇?18。阻尼可被表示為臨界阻尼的百分?jǐn)?shù)。例如，表I說(shuō)明了作為徑向模式族的模態(tài)數(shù)和壓力的函數(shù)的阻尼的百分?jǐn)?shù)
權(quán)利要求
1.一種評(píng)估輪胎的方法，該方法包括如下步驟 用力沖擊輪胎； 測(cè)量運(yùn)動(dòng)信息； 從測(cè)量的運(yùn)動(dòng)信息提取共振頻率；和 從所述共振頻率計(jì)算輪胎的剛度特性。
2.如權(quán)利要求I的方法，進(jìn)一步包括步驟從運(yùn)動(dòng)信息確定無(wú)阻尼共振頻率。
3.如權(quán)利要求2的方法，進(jìn)一步包括步驟計(jì)算阻尼。
4.如權(quán)利要求I的方法，其中計(jì)算步驟包括在多個(gè)輪胎壓力下計(jì)算剛度特性。
5.如權(quán)利要求4的方法，其中計(jì)算步驟進(jìn)一步包括計(jì)算對(duì)所述剛度特性的氣動(dòng)貢獻(xiàn)和非氣動(dòng)貢獻(xiàn)。
6.如權(quán)利要求I的方法，其中計(jì)算步驟包括計(jì)算對(duì)于彎曲、第一剪切、第二剪切和徑向剛度中的至少一者的剛度系數(shù)。
7.如權(quán)利要求I的方法，其中計(jì)算步驟包括計(jì)算對(duì)于彎曲的第一剛度系數(shù)、對(duì)于第一剪切的第二剛度系數(shù)、對(duì)于第二剪切的第三剛度系數(shù)、和對(duì)于徑向剛度的第四剛度系數(shù)。
8.如權(quán)利要求I的方法，其中計(jì)算步驟包括計(jì)算沿側(cè)向方向、徑向方向和切向方向的剛度特性。
9.一種評(píng)估輪胎的系統(tǒng)，包括 構(gòu)造成打擊輪胎的力裝置； 加速度計(jì)，其聯(lián)接到輪胎并構(gòu)造成從所述輪胎收集振動(dòng)信息；和 后處理器，其聯(lián)接到加速度計(jì)并構(gòu)造成從加速度計(jì)接收振動(dòng)信息，該后處理器還構(gòu)造成 從所述振動(dòng)信息提取共振頻率，和 從運(yùn)動(dòng)信息計(jì)算輪胎的剛度特性中的至少一個(gè)。
10.一種用于評(píng)估輪胎的方法，所述方法包括如下步驟 用力沖擊輪胎； 測(cè)量運(yùn)動(dòng)信息； 從測(cè)量的運(yùn)動(dòng)信息提取共振頻率； 從運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)確定無(wú)阻尼共振頻率； 從無(wú)阻尼共振頻率計(jì)算輪胎的剛度特性，所述剛度特性包括胎冠彎曲、胎冠剪切、胎側(cè)剪切和胎側(cè)徑向剛度的氣動(dòng)和非氣動(dòng)貢獻(xiàn)，計(jì)算步驟包括根據(jù)下列方程計(jì)算剛度特性
全文摘要
本發(fā)明涉及評(píng)估輪胎性能的方法和系統(tǒng)。提供了用于評(píng)估輪胎的方法。該方法包括用力沖擊輪胎；測(cè)量運(yùn)動(dòng)信息；從測(cè)量的運(yùn)動(dòng)信息提取共振頻率；和從共振頻率計(jì)算輪胎的剛度特性。
文檔編號(hào)G01M17/02GK102788706SQ20121002081
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月28日
發(fā)明者J.D.索波奇, J.朱, K.L.奧布利扎耶克 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司