通过比较分析估计一对轮胎的横向抓地力的方法

摘要

本发明涉及一种通过对照另一对轮胎进行比较分析来估计用于装备到两轮车辆上的一对轮胎的横向抓地力的方法。根据本发明，将轮胎成对安装在车辆上，在具有设定半径的圆周上开动车辆，直到车辆获得最大抓地速度，并且确定车辆的平均曲线处于稳定状态时的平均速度和/或通路角度和/或平均单圈时间。

说明书

本发明涉及一种使用对照另一对轮胎的比较分析来估计用于装备到两轮车辆上的一对轮胎的横向抓地力的方法。参考摩托车来更具体地描述本发明，尽管不限于这类应用。本发明可应用于所有类型的两轮车辆，无论是机动车还是非机动车，例如自行车、踏板车等等。

轮胎设计和研发需要能够尽可能客观地评价轮胎的效果，特别是评价轮胎在行驶状态下的表现如何。摩托车轮胎在使用时具有相对较高的外倾角从而能够转向，在这方面摩托车轮胎在其他类型的轮胎当中是特殊的。

在这种转向过程中，轮胎的横向抓地力是轮胎设计者为推进轮胎研发而希望评估的关键参数。

目前用于评估轮胎的横向抓地力的方法包括通过驾驶员围绕包括最大弯道的跑道驾驶两轮车辆来进行的主观评价。这些方法可将轮胎对照彼此进行分级，但部分地依赖于驾驶员的评价，可能还依赖于驾驶员的驾驶方式。

因此，发明人希望开发一种能够更客观地评估轮胎的横向抓地力的方法，该轮胎在用于转向的外倾角下使用。

根据本发明，已经通过使用通过对照另一对轮胎进行比较分析来估计用于装备在两轮车辆上的一对轮胎的横向抓地力的方法而实现了这一目的，其中轮胎成对安装在车辆上，车辆在具有设定半径的圆周中行驶，直到其获得最大抓地速度，本发明还包含确定在稳定状态条件下车辆的平均速度和/或平均转向角(cornering angle)和/或平均单圈时间。

车辆的转向角对应于车辆的倾斜角度。通过轮胎的外倾角来有利地确定转向角。还可以在经过车辆重心的直线和轮胎与地面之间的接触点之间，根据在子午面(或者包含轮胎的旋转轴的平面)中所形成的角度来确定转向角。在车辆由个人驾驶的情况下，所认为的重心有利地是车辆和驾驶员所构成的实体的重心；驾驶员的体形和驾驶方式必然会对测量值产生影响。进行的实验已显示，这些与个人有关的因素所产生的变化不干扰各对轮胎之间的比较，所引入的影响以完全相同的方式出现在所有各对轮胎中。

可以从车辆或车辆/驾驶员系统的横向加速度来确定在经过车辆或车辆/驾驶员系统的重心的直线和轮胎与地面之间的接触点之间，在子午面(或者包含轮胎的旋转轴的平面)中所形成的角度，该横向加速度本身从例如使用固定在车辆上的GPS(全球定位系统)测量的速度和偏航角推导得出。

轮胎的外倾角是圆周面(或垂直于旋转轴的平面)与行驶面形成的角度。例如可以使用以设定的间距安装在底座上与轮胎的旋转轴形成设定角度的两个距离传感器(例如激光传感器)来测量外倾角，所述传感器测量在垂直于所述底座的方向上地面与传感器分别在底座上的安装点之间的距离。测量这两个距离可以用简单的三角关系来确定轮胎的外倾角。

发明人还能证明，为了代表实际使用的两轮车辆，轮胎的横向抓地力的估计必须在这些轮胎安装在车辆上时在该对轮胎上同时进行。

在稳定状态条件下，车辆呈转向角以其最大抓地速度行驶，该速度基本不变，转向角也是基本不变的。

沿圆周行驶更易于获得稳定状态条件。此外，由于圆周半径是设定好的，在车辆一直沿基本相同的路线行驶的情况下，这更容易使连续装备了不同对的轮胎车辆在近乎相同的地面条件下行驶。

在尽量短的周期中接连使用将被比较的各对轮胎来有利地实施该方法，从而车辆和轮胎的所有外部参数(例如天气状况)保持恒定。

优选地，根据本发明，在稳定状态条件下，在1至5秒间变化的周期中，转向角的变化不超过3°或者速度变化不超过2千米/小时。当速度和/或转向角变化超过这些水平时，发明人认为车辆不再处于充分稳定的状态，因此速度和转向角数据采集对于估计横向抓地力来说不够相关。

因此根据本发明描述的方法在于沿着给定的路线确定稳定状态条件下平均速度或平均转向角这些参数的至少其中之一，或者确定平均单圈时间，以便可以比较各对轮胎的横向抓地力。

这些参数中的任意一个都允许通过比较各对轮胎来估计横向抓地力。

根据本发明的一个优选实施例，确定这些参数中的至少两个，以便提高估计的准确度。

同样是优选的，在稳定状态条件下至少确定平均速度和平均转向角，根据实施方法的条件，并且因为所述参数是在稳定状态条件下确定的，因此这些参数比确定平均单圈时间来得准确。

根据本发明的一个有利的实施例，从至少八个、优选至少十个稳定状态条件下的周期来确定平均速度和平均转向角。所进行的测试显示在稳定状态条件下的至少八个周期中进行的测量可以获得速度平均值和转向角平均值的统计图像，这样可以在各对轮胎之间进行令人满意的比较。

稳定状态条件下的测量周期的数量有利地小于十五个，以便车辆的总的行驶时间不会太长，尤其是为了不引起轮胎温度的升高，轮胎温度的升高会导致轮胎性能的明显变化。

根据本发明的一个优选实施例，驾驶员驾驶车辆行驶，直到车辆达到最大抓地速度。实际上可以想象的是，提供一种操作和驾驶车辆的机械设备，这种机械设备能够在具有设定半径的圆周上获得最大抓地速度，然后使车辆保持在稳定状态条件下以所述速度行驶。但是，研究显示，虽然这样确定的速度可以在更长的周期内稳定，但确定最大抓地速度所用的时间是非常长的，并且对于所述机械设备的给定配置，该时间随着轮胎而变化。因此，确定最大抓地速度所用的这一冗长的时间由于轮胎升温而相应地导致轮胎状态的变化。由于确定最大抓地速度所用的时间可能随着一对轮胎和另一对轮胎而变化，因此降低了测量的客观性。因此发明人证明，由驾驶员来驾驶车辆可以更快速地并且在与测试轮胎对无关的彼此相似的时间内达到最大抓地速度。轮胎没有运转太长的周期，并且无论车辆上装配的是哪对轮胎，轮胎运转的周期也都基本上彼此相等，因此可以使轮胎的横向抓地力的估计尽可能地客观。

根据本发明还有利的是，车辆行驶的圆周半径在25至90米的范围内。这一半径值的范围允许在60至120千米/小时的速度范围内估计各对轮胎的横向抓地力，从而其最好地对应于车辆的实际应用，特别是在摩托车的情况下更是如此。

仍根据本发明，更优选的是，车辆行驶的圆周半径在小于40米。这样的半径值一方面可以限制最大抓地速度，从而限制驾驶员的风险。同样，还是因为安全的原因，在由无障碍缓冲带围成的跑道上有利地实施该方法，缓冲带足够宽，以便如果发生事故，驾驶员不会撞到任何东西。因此优选限制车辆行驶的圆周半径，以便能够得到这种跑道。

根据本发明的一个有利的实施例，车辆行驶的圆周的表面覆盖物具有范围在0.3和0.8之间的抓地系数(grip number)。同样有利地，抓地系数在0.5和0.6之间的范围内，以便对应于与车辆可能会行驶的道路类似的抓地力水平。

使用Findlay/Irvine Grip Tester MK II在湿滑条件下测量抓地系数(GP)。

根据本发明的有利实施例，当车辆行驶时连续记录车辆的转向角和/或速度，确定稳定状态条件的周期，对稳定状态条件下的每个周期确定车辆的平均转向角和/或平均速度，并且对稳定状态条件下的全部周期中的车辆的转向角和/或速度取统计平均值。

同样有利地，对两对轮胎统计地比较车辆的转向角和/或速度的平均值，以便确定哪对轮胎具有最佳的横向抓地力，并且将各对轮胎彼此对照进行分级。

接下来参考显示所进行的测量的记录的附图来描述本发明的一个实施例，从中将显现本发明的其他细节和有利的特征。

在摩托车上接连装备六对轮胎以对它们的相对横向抓地力进行分级，从而实施该方法。

摩托车为具有标准出厂设置的Honda 600 CBR。

各对轮胎为前轮上的120/70 ZR 17和后轮上的180/55 ZR 17。

摩托车装备有如上文所述安装在底座上的由两个距离传感器组成的系统，以确定轮胎的外倾角。两个传感器使用3a类激光器，通过光学三角测量工作，并且由Optimess公司以Optima 356HPV的标识销售。

为了测量速度，摩托车装备有2D Meβsysteme Gmbh公司以动态GPS模块标识销售的动态GPS模块。

实施该方法所使用的跑道半径为30米。实际上，在地上划出两条线。这两条线是两个与摩托车将要跑完的参考圆同心的圆，划出宽度基本上等于大约50厘米的行驶带。该行驶带可以使驾驶员确保他绕着预定的圆来驾车。

驾驶员是经验丰富的专业人员，他在圆形跑道上启动摩托车，先在跑道上开两圈以便能够确定最大抓地速度。在之后的六圈中进行测量，以便能够获得十个左右与稳定状态条件相对应的长度为至少一秒的周期。

如前文所述，用变化不超过2千米/小时的速度以及变化不超过3°的外倾角来限定根据本发明的稳定状态条件。

在摩托车在跑道上所用的全部时间中对测量进行记录。

附图中显示了得到的记录，图1中显示的是摩托车的外倾角，图2中显示的是摩托车的速度。横坐标轴显示行驶时间，纵坐标轴在图1中显示外倾角的值，在图2中显示以千米/小时表示的速度值。

对一对轮胎进行测量所需的行驶时间是75秒，包括允许驾驶员用来确定最大抓地速度的开始两圈的时间在内。该行驶时间对应轮胎经过1130米的距离。为了测量目的所需要的这一时间和这一距离足够的小，从而在该行驶过程中轮胎的性能不会改变。并且，其给出了能够获得至少八个长度为至少一秒的稳定状态条件下的周期的可能性。

然后确定六圈测量中的周期L，然后寻求与如上文确定的稳定状态条件下的周期相对应的区域S。图中用粗线显示了这些周期S；在图1和图2中，确定了稳定状态条件下的十个周期S。

在每个周期S中取均值以确定平均外倾角，然后对所确定的全部十个周期取统计平均值。

当然可以使用计算机化工具来执行测量信号处理中的这些不同的阶段，以便有助于加快处理。这种计算机化工具例如可以是Matlab类型的软件。

当已经完成车辆的行驶并且对于各对轮胎已经对所记录的信号进行了处理时，可以进行统计比较，以便根据横向抓地力对于这些轮胎对彼此对照进行分级。还可以使用诸如Matlab或Excel的计算机化工具来执行该统计比较。

所进行的行驶和测量使得无论如何都可以毫无疑义地对摩托车上测试的六对轮胎进行分级。

对安装在由其他驾驶员(同样是专业驾驶员)驾驶的同一摩托车上的同一对轮胎执行其他测试。所得到的结果表明，在测得的速度和外倾角方面具有基本不同的值，这些差别可以用与驾驶员的体形(在不同的身高和体重方面)或者与驾驶员在抓地极限下驾车的相对能力有关的影响来解释。相反，各对轮胎根据横向抓地力的比较分级在解释结果方面仍然是毫无疑义的。

在干燥地面和湿滑地面上都执行这种类型的测试。在这两种情况下，用于估计一对轮胎的横向抓地力的方法都被证明是完全合适的。