專利名稱：通過比較分析估計(jì)一對(duì)輪胎的橫向抓地力的方法
通過比較分析估計(jì)一對(duì)輪胎的橫向抓地力的方法本發(fā)明涉及一種使用對(duì)照另一對(duì)輪胎的比較分析來估計(jì)用于裝備到兩輪車輛上 的一對(duì)輪胎的橫向抓地力的方法。參考摩托車來更具體地描述本發(fā)明，盡管不限于這類應(yīng) 用。本發(fā)明可應(yīng)用于所有類型的兩輪車輛，無論是機(jī)動(dòng)車還是非機(jī)動(dòng)車，例如自行車、踏板本絕絕 牛寸寸。輪胎設(shè)計(jì)和研發(fā)需要能夠盡可能客觀地評(píng)價(jià)輪胎的效果，特別是評(píng)價(jià)輪胎在行駛 狀態(tài)下的表現(xiàn)如何。摩托車輪胎在使用時(shí)具有相對(duì)較高的外傾角從而能夠轉(zhuǎn)向，在這方面 摩托車輪胎在其他類型的輪胎當(dāng)中是特殊的。在這種轉(zhuǎn)向過程中，輪胎的橫向抓地力是輪胎設(shè)計(jì)者為推進(jìn)輪胎研發(fā)而希望評(píng)估 的關(guān)鍵參數(shù)。目前用于評(píng)估輪胎的橫向抓地力的方法包括通過駕駛員圍繞包括最大彎道的跑 道駕駛兩輪車輛來進(jìn)行的主觀評(píng)價(jià)。這些方法可將輪胎對(duì)照彼此進(jìn)行分級(jí)，但部分地依賴 于駕駛員的評(píng)價(jià)，可能還依賴于駕駛員的駕駛方式。因此，發(fā)明人希望開發(fā)一種能夠更客觀地評(píng)估輪胎的橫向抓地力的方法，該輪胎 在用于轉(zhuǎn)向的外傾角下使用。根據(jù)本發(fā)明，已經(jīng)通過使用通過對(duì)照另一對(duì)輪胎進(jìn)行比較分析來估計(jì)用于裝備在 兩輪車輛上的一對(duì)輪胎的橫向抓地力的方法而實(shí)現(xiàn)了這一目的，其中輪胎成對(duì)安裝在車輛 上，車輛在具有設(shè)定半徑的圓周中行駛，直到其獲得最大抓地速度，本發(fā)明還包含確定在穩(wěn) 定狀態(tài)條件下車輛的平均速度和/或平均轉(zhuǎn)向角(cornering angle)和/或平均單圈時(shí)間。車輛的轉(zhuǎn)向角對(duì)應(yīng)于車輛的傾斜角度。通過輪胎的外傾角來有利地確定轉(zhuǎn)向角。 還可以在經(jīng)過車輛重心的直線和輪胎與地面之間的接觸點(diǎn)之間，根據(jù)在子午面(或者包含 輪胎的旋轉(zhuǎn)軸的平面)中所形成的角度來確定轉(zhuǎn)向角。在車輛由個(gè)人駕駛的情況下，所認(rèn) 為的重心有利地是車輛和駕駛員所構(gòu)成的實(shí)體的重心；駕駛員的體形和駕駛方式必然會(huì)對(duì) 測(cè)量值產(chǎn)生影響。進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)已顯示，這些與個(gè)人有關(guān)的因素所產(chǎn)生的變化不干擾各對(duì)輪 胎之間的比較，所引入的影響以完全相同的方式出現(xiàn)在所有各對(duì)輪胎中?？梢詮能囕v或車輛/駕駛員系統(tǒng)的橫向加速度來確定在經(jīng)過車輛或車輛/駕駛員 系統(tǒng)的重心的直線和輪胎與地面之間的接觸點(diǎn)之間，在子午面(或者包含輪胎的旋轉(zhuǎn)軸的 平面)中所形成的角度，該橫向加速度本身從例如使用固定在車輛上的GPS(全球定位系 統(tǒng))測(cè)量的速度和偏航角推導(dǎo)得出。輪胎的外傾角是圓周面(或垂直于旋轉(zhuǎn)軸的平面)與行駛面形成的角度。例如可 以使用以設(shè)定的間距安裝在底座上與輪胎的旋轉(zhuǎn)軸形成設(shè)定角度的兩個(gè)距離傳感器(例 如激光傳感器)來測(cè)量外傾角，所述傳感器測(cè)量在垂直于所述底座的方向上地面與傳感器 分別在底座上的安裝點(diǎn)之間的距離。測(cè)量這兩個(gè)距離可以用簡(jiǎn)單的三角關(guān)系來確定輪胎的 外傾角。發(fā)明人還能證明，為了代表實(shí)際使用的兩輪車輛，輪胎的橫向抓地力的估計(jì)必須 在這些輪胎安裝在車輛上時(shí)在該對(duì)輪胎上同時(shí)進(jìn)行。在穩(wěn)定狀態(tài)條件下，車輛呈轉(zhuǎn)向角以其最大抓地速度行駛，該速度基本不變，轉(zhuǎn)向角也是基本不變的。沿圓周行駛更易于獲得穩(wěn)定狀態(tài)條件。此外，由于圓周半徑是設(shè)定好的，在車輛一 直沿基本相同的路線行駛的情況下，這更容易使連續(xù)裝備了不同對(duì)的輪胎車輛在近乎相同 的地面條件下行駛。在盡量短的周期中接連使用將被比較的各對(duì)輪胎來有利地實(shí)施該方法，從而車輛 和輪胎的所有外部參數(shù)(例如天氣狀況)保持恒定。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明，在穩(wěn)定狀態(tài)條件下，在1至5秒間變化的周期中，轉(zhuǎn)向角的變 化不超過3°或者速度變化不超過2千米/小時(shí)。當(dāng)速度和/或轉(zhuǎn)向角變化超過這些水平 時(shí)，發(fā)明人認(rèn)為車輛不再處于充分穩(wěn)定的狀態(tài)，因此速度和轉(zhuǎn)向角數(shù)據(jù)采集對(duì)于估計(jì)橫向 抓地力來說不夠相關(guān)。因此根據(jù)本發(fā)明描述的方法在于沿著給定的路線確定穩(wěn)定狀態(tài)條件下平均速度 或平均轉(zhuǎn)向角這些參數(shù)的至少其中之一，或者確定平均單圈時(shí)間，以便可以比較各對(duì)輪胎 的橫向抓地力。這些參數(shù)中的任意一個(gè)都允許通過比較各對(duì)輪胎來估計(jì)橫向抓地力。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，確定這些參數(shù)中的至少兩個(gè)，以便提高估計(jì)的準(zhǔn)確度。同樣是優(yōu)選的，在穩(wěn)定狀態(tài)條件下至少確定平均速度和平均轉(zhuǎn)向角，根據(jù)實(shí)施方 法的條件，并且因?yàn)樗鰠?shù)是在穩(wěn)定狀態(tài)條件下確定的，因此這些參數(shù)比確定平均單圈 時(shí)間來得準(zhǔn)確。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施例，從至少八個(gè)、優(yōu)選至少十個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)條件下的 周期來確定平均速度和平均轉(zhuǎn)向角。所進(jìn)行的測(cè)試顯示在穩(wěn)定狀態(tài)條件下的至少八個(gè)周期 中進(jìn)行的測(cè)量可以獲得速度平均值和轉(zhuǎn)向角平均值的統(tǒng)計(jì)圖像，這樣可以在各對(duì)輪胎之間 進(jìn)行令人滿意的比較。穩(wěn)定狀態(tài)條件下的測(cè)量周期的數(shù)量有利地小于十五個(gè)，以便車輛的總的行駛時(shí)間 不會(huì)太長(zhǎng)，尤其是為了不引起輪胎溫度的升高，輪胎溫度的升高會(huì)導(dǎo)致輪胎性能的明顯變 化。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，駕駛員駕駛車輛行駛，直到車輛達(dá)到最大抓地速 度。實(shí)際上可以想象的是，提供一種操作和駕駛車輛的機(jī)械設(shè)備，這種機(jī)械設(shè)備能夠在具 有設(shè)定半徑的圓周上獲得最大抓地速度，然后使車輛保持在穩(wěn)定狀態(tài)條件下以所述速度行 駛。但是，研究顯示，雖然這樣確定的速度可以在更長(zhǎng)的周期內(nèi)穩(wěn)定，但確定最大抓地速度 所用的時(shí)間是非常長(zhǎng)的，并且對(duì)于所述機(jī)械設(shè)備的給定配置，該時(shí)間隨著輪胎而變化。因 此，確定最大抓地速度所用的這一冗長(zhǎng)的時(shí)間由于輪胎升溫而相應(yīng)地導(dǎo)致輪胎狀態(tài)的變 化。由于確定最大抓地速度所用的時(shí)間可能隨著一對(duì)輪胎和另一對(duì)輪胎而變化，因此降低 了測(cè)量的客觀性。因此發(fā)明人證明，由駕駛員來駕駛車輛可以更快速地并且在與測(cè)試輪胎 對(duì)無關(guān)的彼此相似的時(shí)間內(nèi)達(dá)到最大抓地速度。輪胎沒有運(yùn)轉(zhuǎn)太長(zhǎng)的周期，并且無論車輛 上裝配的是哪對(duì)輪胎，輪胎運(yùn)轉(zhuǎn)的周期也都基本上彼此相等，因此可以使輪胎的橫向抓地 力的估計(jì)盡可能地客觀。根據(jù)本發(fā)明還有利的是，車輛行駛的圓周半徑在25至90米的范圍內(nèi)。這一半徑 值的范圍允許在60至120千米/小時(shí)的速度范圍內(nèi)估計(jì)各對(duì)輪胎的橫向抓地力，從而其最好地對(duì)應(yīng)于車輛的實(shí)際應(yīng)用，特別是在摩托車的情況下更是如此。仍根據(jù)本發(fā)明，更優(yōu)選的是，車輛行駛的圓周半徑在小于40米。這樣的半徑值一 方面可以限制最大抓地速度，從而限制駕駛員的風(fēng)險(xiǎn)。同樣，還是因?yàn)榘踩脑?，在由無 障礙緩沖帶圍成的跑道上有利地實(shí)施該方法，緩沖帶足夠?qū)?，以便如果發(fā)生事故，駕駛員不 會(huì)撞到任何東西。因此優(yōu)選限制車輛行駛的圓周半徑，以便能夠得到這種跑道。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施例，車輛行駛的圓周的表面覆蓋物具有范圍在0. 3 和0. 8之間的抓地系數(shù)(grip number)。同樣有利地，抓地系數(shù)在0. 5和0. 6之間的范圍 內(nèi)，以便對(duì)應(yīng)于與車輛可能會(huì)行駛的道路類似的抓地力水平。使用Findlay/Irvine Grip Tester MK II在濕滑條件下測(cè)量抓地系數(shù)(GP)。根據(jù)本發(fā)明的有利實(shí)施例，當(dāng)車輛行駛時(shí)連續(xù)記錄車輛的轉(zhuǎn)向角和/或速度，確 定穩(wěn)定狀態(tài)條件的周期，對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)條件下的每個(gè)周期確定車輛的平均轉(zhuǎn)向角和/或平均 速度，并且對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)條件下的全部周期中的車輛的轉(zhuǎn)向角和/或速度取統(tǒng)計(jì)平均值。同樣有利地，對(duì)兩對(duì)輪胎統(tǒng)計(jì)地比較車輛的轉(zhuǎn)向角和/或速度的平均值，以便確 定哪對(duì)輪胎具有最佳的橫向抓地力，并且將各對(duì)輪胎彼此對(duì)照進(jìn)行分級(jí)。接下來參考顯示所進(jìn)行的測(cè)量的記錄的附圖來描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，從中將 顯現(xiàn)本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)和有利的特征。在摩托車上接連裝備六對(duì)輪胎以對(duì)它們的相對(duì)橫向抓地力進(jìn)行分級(jí)，從而實(shí)施該方法。摩托車為具有標(biāo)準(zhǔn)出廠設(shè)置的Honda 600 CBR0各對(duì)輪胎為前輪上的120/70 ZR 17和后輪上的180/55 ZR 17。摩托車裝備有如上文所述安裝在底座上的由兩個(gè)距離傳感器組成的系統(tǒng)，以確定 輪胎的外傾角。兩個(gè)傳感器使用3a類激光器，通過光學(xué)三角測(cè)量工作，并且由Optimess公 司以O(shè)ptima 356HPV的標(biāo)識(shí)銷售。為了測(cè)量速度，摩托車裝備有2D Me β systeme Gmbh公司以動(dòng)態(tài)GPS模塊標(biāo)識(shí)銷 售的動(dòng)態(tài)GPS模塊。實(shí)施該方法所使用的跑道半徑為30米。實(shí)際上，在地上劃出兩條線。這兩條線是 兩個(gè)與摩托車將要跑完的參考圓同心的圓，劃出寬度基本上等于大約50厘米的行駛帶。該 行駛帶可以使駕駛員確保他繞著預(yù)定的圓來駕車。駕駛員是經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)人員，他在圓形跑道上啟動(dòng)摩托車，先在跑道上開兩圈 以便能夠確定最大抓地速度。在之后的六圈中進(jìn)行測(cè)量，以便能夠獲得十個(gè)左右與穩(wěn)定狀 態(tài)條件相對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度為至少一秒的周期。如前文所述，用變化不超過2千米/小時(shí)的速度以及變化不超過3°的外傾角來限 定根據(jù)本發(fā)明的穩(wěn)定狀態(tài)條件。在摩托車在跑道上所用的全部時(shí)間中對(duì)測(cè)量進(jìn)行記錄。附圖中顯示了得到的記錄，

圖1中顯示的是摩托車的外傾角，圖2中顯示的是摩托 車的速度。橫坐標(biāo)軸顯示行駛時(shí)間，縱坐標(biāo)軸在圖1中顯示外傾角的值，在圖2中顯示以千 米/小時(shí)表示的速度值。對(duì)一對(duì)輪胎進(jìn)行測(cè)量所需的行駛時(shí)間是75秒，包括允許駕駛員用來確定最大抓 地速度的開始兩圈的時(shí)間在內(nèi)。該行駛時(shí)間對(duì)應(yīng)輪胎經(jīng)過1130米的距離。為了測(cè)量目的5所需要的這一時(shí)間和這一距離足夠的小，從而在該行駛過程中輪胎的性能不會(huì)改變。并且， 其給出了能夠獲得至少八個(gè)長(zhǎng)度為至少一秒的穩(wěn)定狀態(tài)條件下的周期的可能性。然后確定六圈測(cè)量中的周期L，然后尋求與如上文確定的穩(wěn)定狀態(tài)條件下的周期 相對(duì)應(yīng)的區(qū)域S。圖中用粗線顯示了這些周期S ；在圖1和圖2中，確定了穩(wěn)定狀態(tài)條件下 的十個(gè)周期S。在每個(gè)周期S中取均值以確定平均外傾角，然后對(duì)所確定的全部十個(gè)周期取統(tǒng)計(jì) 平均值。當(dāng)然可以使用計(jì)算機(jī)化工具來執(zhí)行測(cè)量信號(hào)處理中的這些不同的階段，以便有助 于加快處理。這種計(jì)算機(jī)化工具例如可以是Matlab類型的軟件。當(dāng)已經(jīng)完成車輛的行駛并且對(duì)于各對(duì)輪胎已經(jīng)對(duì)所記錄的信號(hào)進(jìn)行了處理時(shí)，可 以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)比較，以便根據(jù)橫向抓地力對(duì)于這些輪胎對(duì)彼此對(duì)照進(jìn)行分級(jí)。還可以使用諸 如Matlab或Excel的計(jì)算機(jī)化工具來執(zhí)行該統(tǒng)計(jì)比較。所進(jìn)行的行駛和測(cè)量使得無論如何都可以毫無疑義地對(duì)摩托車上測(cè)試的六對(duì)輪 胎進(jìn)行分級(jí)。對(duì)安裝在由其他駕駛員(同樣是專業(yè)駕駛員)駕駛的同一摩托車上的同一對(duì)輪胎 執(zhí)行其他測(cè)試。所得到的結(jié)果表明，在測(cè)得的速度和外傾角方面具有基本不同的值，這些差 別可以用與駕駛員的體形(在不同的身高和體重方面)或者與駕駛員在抓地極限下駕車的 相對(duì)能力有關(guān)的影響來解釋。相反，各對(duì)輪胎根據(jù)橫向抓地力的比較分級(jí)在解釋結(jié)果方面 仍然是毫無疑義的。在干燥地面和濕滑地面上都執(zhí)行這種類型的測(cè)試。在這兩種情況下，用于估計(jì)一 對(duì)輪胎的橫向抓地力的方法都被證明是完全合適的。
權(quán)利要求
1.一種通過對(duì)照另一對(duì)輪胎進(jìn)行比較分析來估計(jì)用于裝備到兩輪車輛上的一對(duì)輪胎 的橫向抓地力的方法，其特征在于，將輪胎成對(duì)安裝在車輛上，而且，在具有設(shè)定半徑的圓 周上駕駛車輛，直到車輛獲得最大抓地速度，而且，確定車輛在穩(wěn)定狀態(tài)條件下的平均速度 和/或平均轉(zhuǎn)向角和/或平均單圈時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在穩(wěn)定條件下，在1至5秒之間變化的周 期內(nèi)，轉(zhuǎn)向角的變化不超過3 °，或者速度的變化不超過2千米/小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，通過穩(wěn)定條件下的至少八個(gè)、優(yōu)選至 少十個(gè)周期來確定平均速度和平均轉(zhuǎn)向角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過穩(wěn)定狀態(tài)條件下的小于 15個(gè)周期來確定平均速度和平均轉(zhuǎn)向角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，駕駛員駕駛車輛，直到該車 輛達(dá)到最大抓地速度。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，圓周半徑的范圍在25和90米 之間，優(yōu)選小于40米。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，圓周的表面覆蓋物具有范圍 在0. 3和0. 8之間的抓地系數(shù)，優(yōu)選地，具有范圍在0. 5和0. 6之間的抓地系數(shù)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，當(dāng)車輛行駛時(shí)連續(xù)記錄車輛 的轉(zhuǎn)向角和/或速度，而且，確定穩(wěn)定狀態(tài)條件的周期，而且，對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)條件下的每個(gè)周 期確定車輛的平均轉(zhuǎn)向角和/或平均速度，而且，對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)條件下的全部周期中的車輛 的轉(zhuǎn)向角和/或速度取統(tǒng)計(jì)平均值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，對(duì)兩對(duì)輪胎統(tǒng)計(jì)地比較車輛的轉(zhuǎn)向角和/ 或速度的平均值。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述車輛為摩托車。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過對(duì)照另一對(duì)輪胎進(jìn)行比較分析來估計(jì)用于裝備到兩輪車輛上的一對(duì)輪胎的橫向抓地力的方法。根據(jù)本發(fā)明，將輪胎成對(duì)安裝在車輛上，在具有設(shè)定半徑的圓周上開動(dòng)車輛，直到車輛獲得最大抓地速度，并且確定車輛的平均曲線處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的平均速度和/或通路角度和/或平均單圈時(shí)間。
文檔編號(hào)G01M17/06GK102057267SQ200980120963
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2009年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月6日
發(fā)明者B·佩拉爾, B·羅克, J-F·羅齊埃 申請(qǐng)人:米其林技術(shù)公司, 米其林研究和技術(shù)股份有限公司