用于確定車輪的阻力的空氣動力力矩的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于通過測量用以保持車輪以恒定速度ω旋轉(zhuǎn)而施加至車輪的機械功率Pm的值，從而確定設(shè)置于軸線上的車輪的阻力的空氣動力力矩Maéro-EM的方法，所述車輪配備有用于旋轉(zhuǎn)車輪的裝置和用于獲得和/或記錄所述機械功率的數(shù)值和旋轉(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，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力力矩的方法。所述方法適用于陸地運輸車輛。

【背景技術(shù)】
[0002]應(yīng)記得，車輪定義為由輪輞、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向前行駛的阻力的貢獻。
[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部分:滾動阻力(或力)、空氣動力阻力和阻力的空氣動力力矩(或通風(fēng)轉(zhuǎn)矩)。
[0005]因此，為了計算或估計所述向前行駛的阻力，從業(yè)者對簡單安裝于輪輞上的輪胎在測試床上進行測量，或甚至借助使用計算機軟件進行模擬。
[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)置于不含任何保護的開放環(huán)境中的輪胎減速而簡單地估計阻力的空氣動力力矩，因此在測試床上進行的這些測量或模擬不提供接近于在輪胎的實際使用條件下所遇到的值的阻力的空氣動力力矩值。
[0007]目前，諸如阻力的空氣動力力矩的物理參數(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，因為它們估算不充分。
[0008]因此，阻力的空氣動力力矩的更精確和更理想的測量將允許更好地評估由車輪所導(dǎo)致的向前行駛的阻力，因此允許更好地評估其對燃料消耗的影響。
[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力力矩。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]因此，本發(fā)明的主題為一種用于通過測量為了保持車輪以恒定速度ω旋轉(zhuǎn)而施加至車輪的機械功率Pni的值，從而確定設(shè)置于軸線上的車輪的阻力的空氣動力力矩Mato)_EM的方法，所述車輪配備有旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置和用于獲取和/或記錄所述機械功率的數(shù)值和旋轉(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，并持續(xù)經(jīng)受空氣流，且特征在于將所述車輪的旋轉(zhuǎn)速度ω和功率Pm的獲取測量值輸入如下數(shù)學(xué)公式:
[0012]Pm = ω (Mafa0_EM+Mf) (I)
[0013]其中
[0014]-Pm表示保持車輪以恒定速度旋轉(zhuǎn)所需的機械功率，
[0015]-ω表示所述車輪的旋轉(zhuǎn)速度，
[0016]-Mf表示車輪的輪轂的摩擦力矩的值，且
[0017]-Mato)_EM表示所述車輪的阻力的空氣動力力矩。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的方法提供了如下優(yōu)點:能夠適用于任何類型的輪輞、車輪罩或輪胎，能夠便宜地實現(xiàn)，以及能夠簡單快速地實施。
[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)字數(shù)據(jù)。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的方法使用可移除的蓋保護車輪有可能重現(xiàn)車輪行駛的實際條件，SP將車輪設(shè)置于半保護的外殼中，所述半保護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，已使用在實驗室中標準化的模型來測量安裝于輪輞上并加壓的新輪胎的滾動阻力。這種模型的例子包括標準IS0/FDIS28580，所述標準IS0/FDIS 28580考慮各種物理和數(shù)學(xué)參數(shù)以測量或計算它們；總體獲得的結(jié)果有可能盡可能精確地評價和/或量化輪胎的滾動阻力。
[0022]與陸地運輸車輛(汽車、廂式貨車、重型貨物車輛)的車輪組的動力學(xué)相關(guān)的參數(shù)由兩種不同的運動組成:水平平移運動和旋轉(zhuǎn)運動。這兩種運動引起與圍繞輪胎的空氣流相關(guān)的應(yīng)力，因為空氣流在輪胎表面處產(chǎn)生壓力場和粘性摩擦場。
[0023]施加至這種車輪組的空氣動力應(yīng)力首先導(dǎo)致縱向拖曳阻力，其次導(dǎo)致對抗車輪旋轉(zhuǎn)的阻力的空氣動力力矩。
[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)易于評價縱向阻力，但阻力的空氣動力力矩在風(fēng)洞測量中不考慮。然而，所述合力(其迄今為止被認為是不希望的部分)的確對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]簡單實現(xiàn)的根據(jù)本發(fā)明的方法允許在與車輪在實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，因為車輪在一方面由可移除的蓋保護，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作用。
[0027]這種條件在標準化實驗室模型的應(yīng)用中不存在，因為車輪被置于開放環(huán)境中，完全無保護(由于不存在蓋)，且除了通過車輪本身的運行而產(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踐，在根據(jù)本發(fā)明的方法中產(chǎn)生阻力的空氣動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，為了實施本發(fā)明，車輪的軸線相對于固定地面保持固定。這意味著車輪與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置之間不存在相對運動。車輪的軸線優(yōu)選保持固定，而驅(qū)動裝置持續(xù)旋轉(zhuǎn)。所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置可為傳送帶。
[0032]優(yōu)選地，空氣流具有與傳送帶的速度相同或不同的速度。
[0033]車輪優(yōu)選包括保持車輪懸掛的至少一個裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]現(xiàn)在將借助于如下示例和單個附圖描述本發(fā)明，所述示例和單個附圖不以任何方式限制，其中:
[0035]-單個附圖顯示了隨各種輪胎的外表面而變化的阻力的空氣動力力矩的值。

【具體實施方式】
[0036]為了實施所述方法，將車輪置于空氣動力學(xué)風(fēng)洞中，并連接至引起旋轉(zhuǎn)的機械裝置，以使車輪以速度ω持續(xù)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)車輪旋轉(zhuǎn)時，車輪不與地面接觸。車輪與地面之間的距離優(yōu)選較小。車輪也連接至旨在穩(wěn)定其旋轉(zhuǎn)的裝置，從而可正確地進行測量。
[0037]車輪配備有旨在獲取和/或記錄其旋轉(zhuǎn)速度ω的數(shù)值和用以保持其旋轉(zhuǎn)所必須施加的機械功率的數(shù)值的設(shè)備。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的方法的實施方案的一個可選擇的形式，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。傳送帶驅(qū)動車輪中的至少一個的旋轉(zhuǎn)。升高車輛的裝置允許從風(fēng)洞的地板上帶走車輛。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穩(wěn)定車輛。鼓風(fēng)機使車輛經(jīng)受速度為Vtl的空氣流，所述速度Vtl等于至少一個車輪的旋轉(zhuǎn)速度ω。
[0039]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)獲得車輪的阻力的空氣動力力矩的值M

aero-EM *
[0040]Pm = ω (Mai5r。-EM+Mf) (I)
[0041]其中
[0042]-Pm表示保持車輪以恒定速度旋轉(zhuǎn)所需的機械功率，
[0043]-ω表示所述車輪的旋轉(zhuǎn)速度，
[0044]-Mf表示車輪的輪轂的摩擦力矩的值，且
[0045]-Μ3?Γ0_ΕΜ表示所述車輪的阻力的空氣動力力矩。
[0046]可例如由軸承制造商提供的技術(shù)數(shù)據(jù)計算Mf，Mf表示車輪的輪轂的摩擦力矩的值。
[0047]旋轉(zhuǎn)速度ω獲自記錄車輪的旋轉(zhuǎn)速度的裝置。
[0048]圖1給出了對于具有相同樣式和相同的模型，但具有不同尺寸的七個不同的輪胎參照，隨每個輪胎的外表面積(m2)而變化的阻力的空氣動力力矩的計算值Mato)_EM(N.m)。根據(jù)本發(fā)明，輪胎的外表面積定義為胎面的表面積和胎側(cè)的表面積。
[0049]根據(jù)所述單個附圖，使用相同的空氣流速度和車輪的旋轉(zhuǎn)速度(等于120km/h)進行計算?？諝饬骶哂信c車輪的主方向基本上相同的主方向。
[0050]根據(jù)圖1，可以看出阻力的空氣動力力矩的值隨輪胎的外表面積而成比例地增加。
【權(quán)利要求】
1.用于通過測量用以保持車輪以恒定速度ω旋轉(zhuǎn)而施加至車輪的機械功率Pm的值，從而確定設(shè)置于軸線上的車輪的阻力的空氣動力力矩Mato)_EM的方法，所述車輪配備旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置和用于獲取和/或記錄所述機械功率的數(shù)值和旋轉(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，且所述車輪持續(xù)經(jīng)受空氣流，且將所述車輪的旋轉(zhuǎn)速度ω和機械功率Pm的獲取測量值輸入如下數(shù)學(xué)公式:
Pm = ω (Mai5ro_EM+Mf)(I) 其中 -Pffl表示保持車輪以恒定速度旋轉(zhuǎn)所需的機械功率， -ω表示所述車輪的旋轉(zhuǎn)速度， -Mf表示車輪的輪轂的摩擦力矩的值，且 -Ma6ro-E1表示所述車輪的阻力的空氣動力力矩。
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)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述車輪的軸線相對于地面保持固定。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述空氣流具有與所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的速度相同的速度。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述空氣流具有與所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的速度不同的速度。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述車輪包括保持車輪懸掛的至少一個裝置。
【文檔編號】G01M17/013GK104395723SQ201380034409
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月29日
【發(fā)明者】B·加爾達林 申請人:米其林集團總公司, 米其林研究和技術(shù)股份有限公司