[发明专利]一种机轮侧滑速度的估算方法

说明书

技术领域

本发明涉及刹车系统控制技术领域，具体是一种轮胎在地面侧滑速度的估算方法，用于对防滑刹车系统的侧滑特性进行仿真计算和评估。

背景技术

常见汽车或者飞机的刹车系统，不仅要对刹车距离和刹车工作效率要有明确的要求，而且还不能让驾驶员失去对方向的控制，这对驾驶员和机动车或者飞机的安全至关重要，因为在制动过程中，轮胎受力状况非常复杂多变，除了刹车所需的制动力外，还免不了要承受一定的侧向力，以保持对方向的控制，而轮胎在整个刹车和转弯过程中，在地面上产生侧滑的速度计算就显得非常重要，必须进行准确的评估和计算，以衡量机动车或者飞机的地面操控能力。

与刹车过程中所产生的制动力一样，轮胎所能产生的侧向力也是有限度的，而且它会随着道面的质地和状态、轮胎的材料特性、花纹、充气压力和表面温度、机轮的转速和受到的径向载荷、纵向载荷、水平扭矩等要素而发生变化，轮胎在不同状况下的侧向力极限值能够利用专用的试验设备进行测试得到。当轮胎受到的侧向力超出它所能承受的最大极限时，轮胎会发生侧向打滑，侧向的摩擦系数急剧下降，给机动车或者飞机带来安全隐患。当机轮同时受到制动力和侧向力的综合作用时，在典型的地面和机轮条件下，地面所能提供给轮胎的摩擦系数曲线如图1所示，图中的横坐标代表轮胎的滑移率s，纵坐标代表地面提供给轮胎的摩擦系数μ，曲线1代表轮胎的纵向摩擦系数，即刹车滚转过程中所受到的阻力摩擦系数，曲线2代表机轮在这种滚转条件下地面所能提供的最大侧向摩擦系数，因为侧向摩擦力是个被动的作用力，具体在每个时刻所产生的摩擦系数取决于主动作用于轮胎上的侧向力。

机轮受到径向载荷且纵向处于自由滚动状态时，机轮与地面的接触面如图2所示，机轮受地面的支撑载荷F_Z的作用，产生压缩量δ，机轮轴心到地面的高度由r变为h，机轮自由滚动时对应于机轮滚动半径的轮胎与地面接触域的纵向长度为a。

当机轮受径向载荷作用且在纵向处于自由滚动状态，此时若受到侧向联合载荷时，轮胎会向侧面产生滑移，并且径向力的中心点相对机轮的中心平面会发生一定的偏移，如图3所示，假设偏移量为λ。

本发明重点讨论轮胎在没有发生打滑状态下，即轮胎还处于弹性变形阶段时，受侧向力的影响而产生的侧滑速度的估算方法。

目前，对飞机的地面滑行动力学研究大都设定了一些几何或者运动学的假设，或者干脆引入刚性无侧滑轮胎的假设，不考虑轮胎在滚动过程中受到侧向力时会产生一定的侧滑速度，这样的假设与实际状况偏差很大；另外有一些研究虽然也考虑了轮胎的侧向刚度和变形，但并没有给出在实际复杂多变的滚转条件下，简单明了的轮胎侧向滑移速度的计算方法。

在2012年出版的SAE ARP4955A标准《Recommended Practice for Measurement of Static and Dynamic Characteristic Properties of Aircraft Tires》中，也给出了一族曲线，描述了某航天飞机的前起落架机轮在不同的垂直载荷、偏航角和速度条件下的侧向摩擦系数变化情况，见图4，曲线6、7、8、9、10、11分别代表垂直载荷为22.2KN、44.5KN、66.7KN、89KN、111KN、133KN下所得到的机轮侧向摩擦系数，ψ为机轮的偏航角，由1°到12°，V为机轮滚转的线速度，单位为节，分50、75、100、180四种情况，分别用不同的图形符号表示。所述的机轮是自由滚转状态的，因此根据偏航角和机办的滚转速度求得侧滑的速度，通过摩擦系数和垂直载荷也能求得机轮所受的侧向力，从而建立侧向力与侧滑速度的关系，但是这种描述方式不能反映这两者之间的数学逻辑关系，仅是试验测试结果，对不同的机轮和工作状况没有明确的求解参考价值。

有关这一方面的估算方法是非常有意义的，该研究能够用来对飞机或者机动车的方向和侧向滑移速度进行评估和控制，研究和分析其地面机动能力和操纵特性。如果有必要，可以研究对防滑刹车系统及方向操纵系统进行控制律和参数做进一步的优化调整。

发明内容

为克服现有技术不能根据轮胎受到的侧向力来得到侧滑速度的问题，本发明提出了一种机轮侧滑速度的估算方法。

本发明的具体过程是：

步骤1，确定纵轴长度a：

确定纵轴长度a时，将主机轮产品安装在飞机主起落架上，保持飞机直线滑行，控制飞机的滑行速度，记录飞机在不同速度V状态下机轮所承受的径向载荷和对应的机轮角速度ω，利用公式(1)得到在对应于不同的线速度和载荷下机轮的有效滚转半径r_e。