分析轮胎接触参数使用视觉处理

文摘

论述了应用非接触方法分析轮胎表面接触互动。这种方法使用的轮胎试验台的印迹监控基于图像处理程序。本文的第一部分实验的结果估计印迹区域根据正常轮载荷和通货膨胀的压力不同的汽车轮胎。试验台的数据得到的视觉处理条件的基础上踏足迹。进一步,凝聚力的接触长度区域在车轮滚动轮胎上的单点配置文件被选为基准标准。本文分析了轮正常负载和轮胎的影响通货膨胀的压力接触长度与小滚动速度。调查的结果给出过冬和不同等级的赛车轮胎磨损。

1。介绍

的永久发展新方法在模拟和实验研究轮胎表面接触过程的交互提供了一个机会,完美的轮胎结构和汽车控制系统考虑车轮动力学。然而,复杂的数学仪器描述轮胎接触过程,这是典型的对许多最新的研究工作,并不总是允许易于使用的评估等基本参数的印迹区域或气动小道。

提到参数轮胎建设重要性的比较分析,特别是对(我)认可的新胎面材料,(2)轮胎胎面花纹的影响评估运动,(3)验证模型有效性的轮胎交互。

相关研究资料的分析显示,下面的理论方法是最常用来评估轮胎接触特点:(我)多体模型(1- - - - - -3),(2)摩擦学的模型(4),(3)有限元分析(5,6),(iv)逆动力学,观察人士(7- - - - - -9]。

参数化和验证轮胎接触模型、领域和钻井平台测试可以应用。为此,温度记录器的方法、光学和声学测量得到认可(10- - - - - -13),或典型摩擦学的测量可应用于轮胎标本(14]。

本文的框架内,另一种方法是考虑。它是基于一个无损测量技术和视觉信息处理。两个案例研究进一步讨论说明了该方法的适用性分析接触面积和接触长度。作者提出获得的结果,发表在16,17]。

2。测试设备

轮胎接触属性的数据进行分析,这将在下一个部分,研究了使用轮胎试验台[15)如图1和2技术数据显示在表1。这种结构允许安装轮胎在轴向轴承调整垂直加载的可能性,切向平面上的转向角,倾角在垂直的平面上。轮胎的旋转运动的发展从钢化玻璃支承板。驱动电机控制盘的速度运动。摄像机与CCD-matrix放置在玻璃板下,提供了一种以每秒30帧的速度拍摄。使用相机,快照的联系得到了补丁,和国家仪器愿景助理(18)软件被用来处理这些图片。

测试的过程可以通过以下简要介绍里程碑。(1)Video-Measuring系统的校准。为此摄像机需要细胞的网格的照片与直径1毫米毫米和节点,图3(一个)。这张照片是保存在内存作为参考模板。(2)根据测量任务,相机拍摄单引号的照片由预定的轮胎印迹通货膨胀和加载(1,图3 (b))或在轮胎滚动图片序列(案例,图3 (d))。(3)为例 。使用国家仪器的内部算法视觉助手软件,印迹的照片转换为模式允许后续数值处理、人物3 (c)。这种模式的实际面积是重新计算使用参考模板从像素到平方单位()。应该提到有可能计算整个接触面积和名义接触面积。为应用于图3 (c),名义接触面积仅覆盖“黑色”对象;“白色”像素被排除在处理。(4)为例 。图片可以用来跟踪序列的位置奇异轮胎接触面积内点在他们的运动。为此,国家仪器视觉助手软件措施每幅序列之间的距离一定的参考静止点和移动轮胎。在实验过程中,序列已经由频率每秒10快照。更详细的描述这个过程将在下一个部分。

3所示。案例研究1:印迹

3.1。理论背景

轮胎/表面接触的面积是关键参数的影响在分析各种表面和车辆参数对接触摩擦过程。它应该区分轮胎接触面积和名义接触补丁,因为胎面花纹。在这一点上使用以下公式计算: 在哪里整个地区的轮胎接触面积,是名义接触面积,胎面花纹饱和系数。这里的名义接触面积不考虑接触表面的显微组织。

印迹内的单点压力不同的价值取决于许多操作参数,因此平均因素合理的接触互动的初步评估:(我)平均轮廓压力接触面积内给出 (2)平均应力作为 (3)面加载平衡系数给出

在哪里是正常轮载荷和p轮胎通货膨胀压力。

3.2。轮胎样本和测试程序

找到可能的规律形成轮胎接触面积,五个来自不同制造商与多样化的胎面花纹轮胎被选为测试对象:(我)轮胎1:155/70 75年代R13(使用),(2)轮胎2:195/65R15 91 h(使用),(3)轮胎3:185/65R14 86 t(新)(iv)轮胎4:175/70R13 82 h(使用),(v)轮胎5:155/70R13 78年代(使用)。

图4显示了接触补丁可以直观地呈现在讨论与相应的软件测试平台。应该指出,接触面积的表示一个三维的形式获得美国国家仪器使用特殊过程视觉助手软件。这些程序估计亮度、强度和对比的快照和重建3 d对象。这种转变是一个说明性的目的。此外,图5给治疗的例子图片适合随后的数值处理轮胎接触面积。

测试程序相似的视觉处理的轮胎进行调查,由接触补丁在下列条件:(我)轮胎充气压力:1.8条、2.1条、2.4条、2.7条,(2)正常轮载荷:1000 N, 1500 N, 2000 N, 3000 N, 4000 N。

3.3。讨论测试结果的印迹

3.3.1。胎面花纹饱和

表2显示了系数的统计数据轮胎在调查中基于所有范围的改变的参数(轮胎充气压力和轮加载)。为这个参数可能需要注意的是轮胎充气压力和轮载荷无关紧要的影响胎面花纹饱和系数的大小。此外,系数从(1)所有测试轮胎的躺在狭窄的范围内。这些观测证据未使用的潜在发展的踏板变量模式允许增强轮胎具有自适应特性的设计。

3.3.2。名义接触面积

正常轮载荷影响名义接触面积;轮胎充气压力有影响程度不一样。的价值成正比和成反比。图6显示的特征依赖轮胎195/65R15 91 h(轮胎2)。它应该提到四倍的差异之间可以发生公称接触区域的范围内操作压力和负载。从这一点上,近似统计依赖关系在95%的置信区间。

在图7的函数为一个完整的负载范围N所有轮胎的比较。这些图的分析表明,即使是同一个类的轮胎,橡胶具有密切的化学成分和摩擦特性,可以提供完全不同的接触平面的特征。忽视这个因素可能导致严重差错的轮胎模型特别是曲线和垂直车辆动力学研究时,轮胎接触面积对形成有重要影响车轮力和时刻。

3.3.3。平均轮廓压力

平均轮廓的压力估计几乎从车辆荷载传递通过一个轮胎一条道路。这个参数主要用于加载模式的道路。特征的一个例子轮胎195/65R15 91 h(轮胎2),呈现在图8显示,相当于平均压力总是小于轮胎通货膨胀压力。回归的比较分析5轮胎只揭示了不同的性格轮胎3和4。其他轮胎有类似行为的参数在车轮荷载(图的依赖9)。各种轮胎特性的差异可以解释在第一时间通过多样化的模式行事。这种影响正在进一步调查。

3.3.4。面加载平衡系数

考虑到环形轮胎模型,胎面加载平衡系数装货允许评估模式对胎面壳。此外,该参数是非常有用的在调查的内部摩擦面元素,因为它反映了变形之间的平衡加载一个元素从轮胎的表面和通货膨胀的压力。图10显示的功能对轮胎2。这些曲线为其他轮胎在讨论中也有类似的形状和他们可以被描述为多项式的3 d功能。

4所示。案例研究2:气动小道

4.1。理论背景

常见的做法是细分轮胎表面接触到凝聚力和领域在全球范围内(图11)。假设两个领域内出现的轮胎修补轮胎面收缩(接触之前)或拉伸(接触后)。因此,车辆速度应用于轮中心不对应于车轮圆周速度在接触区域车轮的角速度和吗是动态轮胎半径。因为这个事实,立即补丁滑动接触区域发生,也就是说,橡胶元素的变化由于切向应力超过特定的切向和侧向力。例如,提到了切向应力在制动分为以下组件19]: 在组件是由于轮胎macrodeformation从正常的加载;组件是由于车轮滚动阻力;组件是由于胎面元素的旋转频率的区别在这个区域的接触;和制动力矩是动机。

接触的定性比较属性通过不同轮胎的变形组件高度推测,因为组件的分布规律,,通常从实证基础根据接触补丁的大小。

力在接触摩擦关系的精力破坏凝聚力。从这里其潜在性格将是显而易见的;也就是说,为了使之间的滑动接触示意了轮子和一个表面出现,接触力应该有凝聚力的潜力。因此,目前开始滑胎的内聚力应该躺在一个间隔受到许多因素:载荷、温度、地表条件下,轮胎通货膨胀压力,等等。的一个变体比较轮胎分析关于潜在的参数是基于特征获得了车轮滚动的驱动模式。应用于这个问题,下面将讨论实验调查的问题。

4.2。测试程序

考虑使用测试平台和视觉处理软件,下面的测试程序的评估接触长度(凝聚力区域或气路的长度)。

车轮滚动的驱动模式最初选择测试条件。在车辆动力学、驱动模式意味着一个轮胎没有转矩直接用于轴和移动只有通过减少的推动力量。相比之下,一个力矩总是应用在驾驶模式。

印迹内的滑动过程本质上是一个小的驱动模式相比,刹车或开车。这给了一个机会来确定实际的防滑涂层接触长度包括单点的轮胎接触长度。相对滑动速度或车轮滑移系数,这个参数是比较轮胎分析更可靠的变形参数以及外部因素的影响的调查接触补丁。图12说明了提到的变量的确定。

按照图12摄像机跟踪模式在某一点的位移1轮胎表面可以是相对于定点2板表面。通过车轮轧制过程,点1,进入印迹区域,间隔期间的相对运动停止和转移只有一起支承板由于所谓的“粘住”效应。的距离对应于实际接触长度没有下滑。因此,实验任务的参数在不同加载条件下各种轮胎。

测试标本(我)冬季轮胎R 195/65 15 91 h斜剖面(轮胎2从案例研究1),(2)赛车轮胎,胎面花纹16/55-13(“光滑轮胎”)。

实验按照以下顺序进行。(1)测试1。冬季轮胎;玻璃板的表面。测量10分在两个不同的面元素;数据(13日)和13 (b)。(2)测试2。冬季轮胎;玻璃板的表面。测量了两种不同的胎面元素应用车轮的制动力矩。的制动功率与驱动电动机功率的30%。这个测试进行的定性分析与车轮滚动接触过程驱动和制动模式。(3)测试3。灵活的轮胎和新的胎面;玻璃板的表面。测量三个点放在一个横切线相对于运动的方向;图13 (c)。(4)测试4。轮胎胎面磨损;灵活的轮胎和玻璃板的表面。测量三个点放在一个横切线相对于运动的方向。胎面磨损是允许范围内进一步轮胎运行。

下面的操作参数在实验各有不同:(我)板块运动的速度(见图1):8.4毫米/秒,11.2毫米/秒,14.0毫米/秒,(2)轮胎充气压力p:1.2条、1.8条、2.4条,(3)垂直加载:2000 N, 3000 N, 4000 N。

测量三个样本的数量为每个参数组合“轮胎通货膨胀:轮加载:速度”,相当于81个样本每一点的轮胎胎面。为此,一个等价的视觉处理的不确定性是不超过0.085毫米。函数依赖的方法获得的测试结果已经统计处理通过三阶多项式近似置信区间为95%。

4.3。讨论气动测试结果的记录

4.3.1。冬季轮胎

图14显示了轧制实验治疗的例子依赖的冬季轮胎驱动模式。在这张照片的接触长度两个相邻面元素显示垂直加载的函数和联系速度通胀压力的总范围酒吧。

测试结果可以得出以下结论。(1)在测试条件下的接触长度驱动车轮滚动方式增加比例的增加正常轮装载不论轮胎通货膨胀压力。(2)固定轮加载和轮胎压力,接触长度适度取决于速度。(3)两个随机点的接触长度的差异在轮胎表面可达到15% - -20%的所有模式进行测试,即使对于相同的元素。这个结论是基本重要的因为它允许由于轮胎滚动接触过程被认为是对象的不确定动态。

制动轮的测试进行定性评估的一个固定的制动力矩的大小。相应的依赖关系,至于驱动模式,如图所示15。

这个实验可以得出以下结论。(1)固定压力和车轮荷载作用下的接触长度不实际上取决于轧制速度。(2)至于驱动模式,轮胎充气压力的增加降低了接触长度。(3)与驱动模式相比,正常装载的增加会导致接触只有很小程度的增加。(4)凝聚力接触长度的平均值之间的差异无关紧要的制动和驱动模式(因为制动试验与部分制动轮阻塞)。但是参数范围内的单点联系的胎面元素是轻微制动:平均0.5% - -7%。

最后的结论证实了假说的本地化的轮胎接触(图中的最大摩擦力16)[20.]。在任何弹性气动当地使用滚动轮胎的最大摩擦力相互作用发生由于运动轮胎轮廓和路面之间的偏差。本地化的等级取决于应用驱动或制动转矩的强度。

4.3.2。光滑的轮胎

因为浮有限的功能目的只应用于高速赛车,这种轮胎的化学成分和结构本质上不同于普通轮胎的参数。研究任务的手干胎的胎面花纹的缺乏重视,因为胎面几何接触长度不影响在这种情况下,有一个数据采集的可能性“理想化”轮胎的滚动。表3显示了光滑轮胎的测试结果。图17给的例子得到依赖性。

可以得出以下结论。(1)玻璃表面光滑轮胎滚动结果验证接触长度显著增加,胎面穿。(2)这是表明,车轮荷载的影响和轮胎通货膨胀压力接触长度有一个单调的比例,作为与轮胎胎面花纹。(3)色散值单一的接触点是低于冬季轮胎,不超过8% - -10%。这种效果稳定的特点可能是由于小的影响内部光滑轮胎轮胎橡胶。

5。摘要和结论

应用程序的执行调查说明一个好的可能性的非侵入性方法和视觉处理轮胎接触相互作用的定量评估。应用于印迹区域,该程序允许估计胎面花纹的饱和,真实接触面积,平均接触应变,胎面加载平衡系数。相应的测试结果说明本文对五种不同的汽车轮胎。气动轨迹参数,可以是下一个讨论评估拟议中的视觉处理方法。冬用轮胎的实验数据和光滑轮胎允许一个比较分析的凝聚力接触长度在不同的操作模式。

作者计划讨论描述方法的应用在未来的工程轮胎动力学的分析问题。

确认

本文开始的支持下亚历山大•冯•洪堡基金会(测试数据获得)和进一步加工和先进的初始部分玛丽Curie-International传入Fellowship-project第七届欧洲共同体框架内“INTYRE”计划。作者要感谢Dr.-Ing教授。克劳斯奥格斯堡,DiplEng。对于Shyrokau期间的合作研究工作。

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