[发明专利]滚动轮胎胎面应变分布和动态滑移率测试装置及方法

权利要求书

1.滚动轮胎胎面应变分布和动态滑移率测试装置，其特征在于：包括支撑平台(1)、第一直线加载调节机构(2)、第二直线加载调节机构(3)、第三直线加载调节机构(4)、橡胶总成(5)、视觉检测系统(6)、玻璃板总成(7)、温度控制单元(8)、直线位移传感器(9)、第一支架(12)、第一联轴器(14)、第一电机(15)、角度编码器(17)、电机支架(18)和计算机，所述的第一直线加载调节机构(2)通过第一螺钉(11)固定在支撑平台(1)上、所述的第二直线加载调节机构(3)通过第二螺钉(13)固定在第一直线加载调节机构(2)的第一滑块(26)上，所述的第三直线加载调节机构(4)通过第一支架(12)固定在支撑平台(1)上，所述的橡胶总成(5)通过支撑架(51)与温度控制单元(8)的有机玻璃板(81)固定连接，所述的视觉检测系统(6)通过相机支架(63)固定连接在第三直线加载调节机构(4)的第三滑块(46)上，所述的玻璃板总成(7)中的旋转轴(73)通过第一联轴器(14)与第一电机(15)连接，所述的温度控制单元(8)通过第一矩形连接板(38)固定连接在第二直线加载调节机构(3)的第二滑块(36)上，所述的直线位移传感器(9)的移动端(91)固定在第二直线加载调节机构(3)的辅助导板(310)上，所述的直线位移传感器(9)的固定端(92)通过第二支架(16)固定在支撑平台(1)上，所述的视觉检测系统(6)的相机(61)和光源(62)的光轴线和橡胶试样(55)的中心线为同一条直线，压力传感器(54)、直线位移传感器(9)、温度传感器(82)分别通过数据采集卡与计算机通讯连接，所述的角度编码器(17)上对应的孔位与第一电机(15)的转轴固定连接，所述的第一电机(15)通过电机支架(18)与支撑平台(1)固定连接，第一电机(15)、第二电机(21)、第三电机(31)、第四电机(41)分别通过控制器与计算机控制连接，所述的相机(61)和光源(62)与计算机控制连接；

基于所述的滚动轮胎胎面应变分布和动态滑移率测试装置的方法，包括以下步骤：

步骤一、根据橡胶试样(55)的形状，在接触表面喷涂油漆散斑纹理，自然干燥，将散斑纹理特征的橡胶试样(55)放入橡胶固定圆柱筒(52)定位夹紧；调整视觉检测系统(6)的相机(61)和光源(62)的光轴线和橡胶试样(55)的几何中心线，使三条轴线共线；

步骤二、将第一直线加载调节机构(2)的第一支撑板(27)、第三直线加载调节机构(4)的第一支架(12)、电机支架(18)、直线位移传感器(9)的移动端的固定第二支架(16)分别与支撑平台(1)固定连接；

步骤三、依次调整视觉检测系统(6)的光源支架(64)的成像距离，调整镜头(66)的成像焦距和光源(62)的光强，在相机(61)和光源(62)的作用下，透过高强度耐压圆柱形透明玻璃(71)在计算机屏幕上获取清晰橡胶试样(55)的接触表面散斑图像并且进行图像标定；

步骤四、通过控制第一直线加载调节机构(2)的第二电机(21)，实现橡胶试样(55)的X向加载压缩，通过驱动第一电机(15)实现高强度耐压圆柱形透明玻璃(71)启动、高速滚动、制动工况的实现，并且使高强度耐压圆柱形透明玻璃(71)的线速度可以在5-30m/s之间进调节，通过控制第二直线加载调节机构(3)的第三电机(31)，实现橡胶试样(55)的Y向剪切变形并且与此同时通过控制第三直线加载调节机构(4)的第四电机(41)，实现视觉检测系统(6)与橡胶试样(55)的Y向的运动同步保证实时获取滚动状态下的接地印迹内的全域位移以及应变分布，通过温度控制单元(8)中的加热单元(83)调节预设置温度，实现橡胶试样(55)的不同温度控制；

步骤五、依据测试轮胎工况下的橡胶试样(55)的变形特性，调整相机(61)的分辨率和帧率，以确保所采集的图像清晰可靠，采用的帧率为5000，即0.002秒采集一幅变形图像；并且通过数字图像模板匹配技术，对所获取不同时刻的橡胶试样(55)全域力学分布形态图像进行对比分析，获取橡胶试样(55)的高速滚动接触印内的全域应变分布特征，并且对全域应变图像的处理计算出接地印迹处的滚动时的纵向速度v₂(t)与此同时，通过压力传感器(54)获取滚动过程中接地印迹的应力和加载载荷以及滚动的扭矩计算，通过温度传感器(82)得到滚动过程的温度数值T，通过编码器计算出高强度耐压圆柱形透明玻璃(71)的线速度，通过直线位移传感器(9)得到切向的滑移速度，并且计算出此时的橡胶试样(55)切向力Fy；

步骤六、对获取的实验数据进行数据处理如下：滑移速度：切向加速度：切向力：Fy＝ma₂，橡胶试样切向线速度与高强度耐压圆柱形透明玻璃(71)的线速度相等v(t)＝ω(t)·r，橡胶胎面块的应力其中Fx表示垂向载荷，A表示轮胎胎面有效接触面积，x₁表示直线位移传感器(9)的位移，x₂表示橡胶试样(55)的位移，m表示橡胶试样(55)的质量；

步骤七、最后，可以得到一种新的计算轮胎启动，滚动和制动状态动态纵向滑移率计算方法：并且可以得到轮胎胎面启动、高速行驶、制动工况下的接触印迹内的动态位移和应变全域图像分布，并且根据X向控制加载量、控制Y向剪切速度等效控制轮胎在行驶过程中受到侧向力、控制温度变化以及滚动速度的不同，得到上述因素对接触印迹内位移和应变动态的分布的影响以及在各种因素中哪些因素对滚动轮胎接地印迹内的应变和位移分布特征占据主导，哪些因素可以忽略，从而，得到指导实践的作用。