陶亮　張大山　張小龍　潘登　占慶良

摘要：針對專用輪輞總成進行了設(shè)計與試驗研究，包括專用輪輞、彈性體和專用滑環(huán)三個主要部件。首先明確智能輪胎開發(fā)平臺的功能及其對專用輪輞總成的設(shè)計要求，從氣密性、動平衡、安全性等方面進行結(jié)構(gòu)設(shè)計；然后用ABAQUS軟件構(gòu)建專用輪輞總成有限元模型，以某乘用車轉(zhuǎn)向緊急制動工況前輪輪荷的2倍進行加載，專用輪輞強度和剛度校核滿足要求。最后，采用7075航空鋁合金錠材料對專用輪輞進行整體加工與氣密性、動平衡和信號傳輸?shù)闰炞C試驗。專用輪輞總成胎壓為0.24 MPa時靜置5天，胎壓下降約0.8%，密封性良好；將專用輪輞總成安裝在Flat Trac臺架上進行不同車速的測試，同步采集滑環(huán)定子端運動圖像和胎內(nèi)傳感器輸出信號；利用圖像亞像素匹配方法處理得到滑環(huán)定子端撓動量約0.5712 mm（車速50 km/h），滿足輪輞動平衡和滑環(huán)使用條件；不同測試速度下胎內(nèi)多個傳感器信號通過專用輪輞總成實現(xiàn)穩(wěn)定輸出，信號能夠有效表征輪胎接地特征。設(shè)計的專用輪輞總成滿足智能輪胎開發(fā)平臺的構(gòu)建要求，為輪胎接地機理等研究提供了有效手段。

關(guān)鍵詞：智能輪胎；開發(fā)平臺；專用輪輞總成；集成設(shè)計；驗證試驗

中圖分類號：TH122

DOI：10.3969/j.issn.1004-132X.2023.09.012

Design and Experiments of Special Rim Assembly for Intelligent Tire Development Platform

TAO Liang ZHANG Dashan ZHANG Xiaolong PAN Deng ZHAN Qingliang

Abstract： The paper focused on the design and experimental study of the special rim assembly， which consisted of the special rim， the elastomer and the special slip ring. Firstly， the functions of the intelligent tire development platform and the design requirements for the special rim assembly were clarified， and the structural design was carried out according to the requirements of air tightness， dynamic balance， safety， et al. Then， the finite element model of the special rim assembly was constructed based on ABAQUS software. A passenger car steering emergency braking condition was simulated and two times of the front wheel load was setup into the model. The strength and stiffness of the special rim met the design requirements. Finally， the 7075 aerospace aluminum alloy ingot materials were used for the overall processing of the special rim， and verification tests such as air tightness， dynamic balance and signal transmission were conducted. The tire pressure of the special rim assembly is set to 0.24 MPa and left for 5 days， but the tire pressure droppes only about 0.8%， so the air tightness is great. The special rim assembly was mounted on the Flat-trac bench for testing at different speeds， and the images of the slip ring stator end motion and the in-tire sensor output signals were collected simultaneously. The image sub-pixel matching method was used to obtain the displacement of the stator end of the slip ring. When the vehicle speed is as 50 km/h， the displacement is about 0.5712 mm， which meets the test requirements of the rim dynamic balance and slip ring. At different test speeds， the signals from multiple sensors inside the tire are output steadily through the special rim assembly， and the signals may effectively characterize the tire-road contact characteristics. The special rim assembly designed herein meets the requirements for building an intelligent tire development platform and provides an effective means to research on the tire-road contact mechanism.

Key words： intelligent tire; development platform; special rim assembly; integrated design; verification test

0 引言

車輛運動控制的實質(zhì)是對地面作用于輪胎的輪胎力的控制，而對多個車輪輪胎力的協(xié)同控制有利于提高整車的控制品質(zhì)，其中輪胎力的準確獲取是關(guān)鍵［1-3］。當(dāng)前對輪胎力信息的獲取主要通過對車身懸架動力學(xué)和車輪運動學(xué)參數(shù)進行多傳感器冗余估算。STEPHANT等［4］建立了4個觀測器來對輪胎側(cè)向力進行估算，但當(dāng)車輛側(cè)向加速度較大時其估算準確性變低。王秋偉等［5］采集車身縱向加速度、側(cè)向加速度和橫擺角加速度等，通過4個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)結(jié)構(gòu)和梯度下降算法實現(xiàn)各個車輪縱向力和側(cè)向力的在線估算。楊斯琦［6］從測量的發(fā)動機扭矩、轉(zhuǎn)速與輪缸的壓力信號得到車輪驅(qū)動/制動轉(zhuǎn)矩，再結(jié)合車輪角速度信號來實現(xiàn)輪胎縱向力估算。以上間接估算方法存在模型與精度的矛盾以及估計工況、估計輪胎力不全面等不足。

通過在輪胎內(nèi)部布置傳感器直接獲取輪胎和道路交互狀態(tài)信息進而對輪胎力進行估算是一種有效方法［7-8］，可以避免不同車型及其車身懸架動力學(xué)參數(shù)對結(jié)果的影響，是近年來輪胎智能化發(fā)展的主要方面。XU等［9］在輪胎內(nèi)襯層布置1個三軸加速度計，通過后向傳播算法對采集的數(shù)據(jù)和實測的輪胎力進行建模，實現(xiàn)了不同驅(qū)動條件下輪胎力的預(yù)測。CHELI等［10］以三軸加速度信號中的垂向加速度作為特性參數(shù)，辨識輪胎接地印痕的長度，實現(xiàn)對輪胎垂向載荷的估計。梁冠群等［11］采用有限元方法對輪胎進行三維建模并對其進行動態(tài)特性分析，獲取輪胎內(nèi)襯中心處的徑向加速度信號，通過多項式擬合方式提出了一種智能輪胎載荷估算算法。WESTON等［12］ 在輪胎內(nèi)襯層橫向布置多個壓電薄膜傳感器件（polyvinylidene fluoride，PVDF），通過采集輪胎接地和離地時間的差值、胎壓等信息估算輪胎垂直載荷。相關(guān)研究［13-15］對在胎內(nèi)布置傳感器以實現(xiàn)對輪胎力的估算的可行性進行了很好的詮釋，但相關(guān)估算在輪胎側(cè)偏等復(fù)雜工況下的研究存在不足，實用性還有待驗證，需要構(gòu)建測試系統(tǒng)對全工況下的胎內(nèi)傳感信號的特征進行深入研究，從而為探索智能輪胎工程化應(yīng)用提供有力的數(shù)據(jù)支持。

對輪胎接地動力學(xué)行為的研究需要設(shè)計智能輪胎開發(fā)平臺，本文針對其中的專用輪輞總成進行設(shè)計與試驗研究。該專用輪輞總成同時集成多個加速度計、多個壓電薄膜PVDF傳感器，用于監(jiān)測輪胎內(nèi)部不同位置的信號，集成溫壓一體傳感器用于同步感知輪胎內(nèi)部溫度和壓力，它們是構(gòu)建輪胎動力學(xué)模型的重要參數(shù)。該平臺還集成了車輪力傳感器以同步采集輪胎力數(shù)據(jù)，對輪胎力估算的準確性進行驗證。本文首先對智能輪胎開發(fā)平臺中的專用輪輞關(guān)鍵部件總成進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，然后基于ABAQUS軟件驗證總成部件強度與剛度的有效性，最后通過氣密性、動平衡和信號傳輸?shù)仍囼瀸χ谱鞯膶Ｓ幂嗇y的可靠性進行驗證。

1 專用輪輞總體設(shè)計要求

專用輪輞總成是智能輪胎開發(fā)平臺的重要組成部分，整個智能輪胎開發(fā)平臺的架構(gòu)如圖1所示。在輪胎內(nèi)布置傳感器，并通過有線方式經(jīng)專用輪輞引出，再通過專用滑環(huán)實現(xiàn)信號連接傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器。數(shù)據(jù)采集器可獨立工作，對胎內(nèi)傳感信號實現(xiàn)單通道50 kHz的采樣，并由上位機控制、保存與顯示。

專用輪輞總成不僅需實現(xiàn)對車輛的支撐功能，還需實現(xiàn)智能輪胎開發(fā)平臺的傳感器安裝和信號傳輸?？紤]到強度、剛度、動平衡和傳感器布置等多方面要求，需要對專用輪輞總成進行設(shè)計制作。

由圖1可知，在輪胎內(nèi)部胎面對應(yīng)內(nèi)部氣密層位置會布置3只三軸加速度計和3個PVDF傳感器件，其中PVDF后端的電荷放大器因其體積較大需要布置在輪輞外側(cè)面。另外，溫壓一體傳感器需要安裝在輪輞上，從而對輪胎內(nèi)部溫度和壓力進行感知。

考慮到輪胎力估算結(jié)果的驗證測試需要，對輪輞輪輻進行改制，可以嵌入彈性體和輪轂適配器以實現(xiàn)對輪胎六分力的直接測量。該彈性體和輪胎適配器既可自行設(shè)計，也可選用第三方產(chǎn)品，如密歇根科技公司（Michigan scientific corporation，MSC）的車輪六分力傳感器。

專用輪輞總成設(shè)計要求如下：有足夠的剛度和強度，支撐輪胎運行，兼顧臺架試驗和道路試驗；氣密性好和動平衡好，整體結(jié)構(gòu)對稱，結(jié)構(gòu)安全；運動不干涉，穿透密封件與制動鉗、滑環(huán)與輪輞間運動不干涉；保護電荷放大器，避免被輪輞擠壓。

2 專用輪輞總成設(shè)計

2.1 總體設(shè)計思路

專用輪輞總成由改制輪輞、彈性體、滑環(huán)及輪轂適配器，以及穿透密封件、溫壓一體傳感器等組成，輪輞整體采用7075航空鋁合金錠制作方案，并從氣密性、動平衡、安全性等方面進行結(jié)構(gòu)綜合設(shè)計。胎內(nèi)傳感器信號經(jīng)由穿透密封件引出，與溫壓一體傳感器線束一同經(jīng)由滑環(huán)實現(xiàn)輪胎旋轉(zhuǎn)工況下的信號傳輸。

2.2 輪輞尺寸的確定與氣密性設(shè)計

基于輪輞17×7.5j及其配套子午線輪胎225/45 R17確定改制輪輞總體尺寸。GB/T 3487—2015《乘用車輪輞規(guī)格系列》確定了輪輞基本輪廓尺寸和標定寬度范圍值。對商用輪輞成品進行3D掃描以確定關(guān)鍵局部尺寸，如胎圈座圓弧半徑R3和胎圈座寬度P。利用半徑規(guī)對關(guān)鍵位置進行實物測量校核，最后構(gòu)建了輪輞三維模型，確定的具體輪廓尺寸如圖2所示。

氣密性主要發(fā)生在兩個部位：輪輞與胎圈接觸部位，穿透密封件和溫壓一體傳感器在輪輞安裝座孔位置。提高胎內(nèi)充氣壓力，使胎圈橡膠擠壓向輪輞實現(xiàn)密封，通過合理控制尺寸R3和P來實現(xiàn)。

穿透密封件和溫壓一體傳感器通過螺紋固定在輪輞安裝座孔上，分別如圖3a和圖3b所示，根據(jù)螺紋結(jié)構(gòu)采取針對性密封措施。選型的穿透密封件型號WFS-1/2，為錐管螺紋，在輪輞上加工0.5英寸NPT內(nèi)螺紋管與之匹配。在錐管螺紋上纏繞生料帶以減少輪輞變形和加工工藝對孔氣密性的影響。選型的溫壓一體傳感器型號為PCM-167，探頭為M10×1直身管螺紋，除在輪輞上加工對應(yīng)螺紋孔外，在探頭端面布置O型圈，利用軸向擠壓實現(xiàn)密封。

2.3 總成動平衡設(shè)計

總成中包含3個穿透密封件，采用圓周120°等間隔布置。溫壓一體傳感器只有一個，布置在氣門芯座圓心對稱位置，并在氣門芯座位置增加配重以提高對稱性。3個電荷放大器布置在輪輞側(cè)面，并等間隔120°對稱布置。另外，傳感器線束對動平衡影響很大。根據(jù)傳感器線束尺寸，在輪輞側(cè)面布置直徑為10 mm的布線槽，以及用于固定線束的6組線束端蓋安裝孔，具體如圖4所示。對于輪輞總成軸向的動平衡，在系統(tǒng)集成組裝后在動平衡試驗機上進行配重實現(xiàn)。

2.4 電荷放大器保護裝置設(shè)計

PVDF輸出的電荷須經(jīng)過電荷放大器處理成電壓信號后再輸入到滑環(huán)。選型的電荷放大器體積較大，須布置到輪輞側(cè)面，并考慮到測試時可能的輪輞變形擠壓、散熱、防水等影響，需要設(shè)計對應(yīng)保護裝置。如圖5所示，首先在電荷放大器安裝槽兩端設(shè)計O型圈安裝槽，通過O型圈5防止水滴滲入。然后使用硅膠材料3D打印制作固定橡膠2和4，利用其緩沖作用防止輪輞變形損壞電荷放大器。最后設(shè)計上端蓋1保護電荷放大器，上端蓋采用流線型設(shè)計，減少風(fēng)阻，并且設(shè)計5條散熱槽，輔助散熱。

2.5 彈性體與定制滑環(huán)設(shè)計

在輪輞的側(cè)面設(shè)計有彈性體座，用于連接不同的彈性體以實現(xiàn)不同的測試目的?？梢云ヅ銶SC彈性體，并根據(jù)其固定孔設(shè)計三分力彈性體和用于支撐的支撐彈性體等。

自行開發(fā)的三分力彈性體通過布置應(yīng)變片和調(diào)理電路實現(xiàn)車輪三分力（縱向力Fx、垂直力Fz和扭矩My）測量。采用4梁結(jié)構(gòu)，其對稱性好，在梁的正反面開一定深度的槽，便于貼片和組橋［16］。在常規(guī)試驗中為避免MSC六分力傳感器等精密測力設(shè)備損耗，設(shè)計支撐彈性體代替這些設(shè)備實現(xiàn)車輪支撐，該支撐彈性體采用6梁結(jié)構(gòu)，對稱性好且輕便。如圖6所示，在彈性體一側(cè)布置滑環(huán)，實現(xiàn)在輪胎旋轉(zhuǎn)情況下為胎內(nèi)傳感器供電，以及胎內(nèi)多傳感器信號的同步輸出；與MSC的車輪六分力傳感器中滑環(huán)相互替換，便于實車同步測試車輪六分力，驗證輪胎力估算模型；有獨立的編碼器信號輸出。由于現(xiàn)有滑環(huán)無法滿足要求，故委托MSC公司開發(fā)36通道的定制滑環(huán)，如圖6所示。設(shè)計橋盒用于固定定制滑環(huán)，并且在橋盒內(nèi)部布置信號調(diào)理模塊，實現(xiàn)三分力彈性體信號的穩(wěn)定輸出。

2.6 專用輪輞總成三維模型裝配

如圖7所示，專用輪輞總成各部件通過螺栓連接，利用SolidWorks軟件將各部件進行裝配，驗證了各部件螺栓與螺紋孔配合良好，位置尺寸設(shè)計合理。

3 總成強度與剛度校核

構(gòu)建專用輪輞、彈性體與輪轂適配器裝配體有限元模型，分析其最大應(yīng)力與最大位移位置，確定總成強度、剛度的有效性。施加的載荷采用整車外側(cè)轉(zhuǎn)向緊急制動工況下的輪胎力，并假設(shè)載荷直接作用于總成輪心位置。

3.1 施加載荷計算

使用的某試驗車總質(zhì)量為1740 kg，前后軸荷分布850/890 kg。輪胎轉(zhuǎn)彎緊急制動受力如圖8所示，描述了輪胎接地印跡中心O點位置的六分力。其中，x軸為輪胎平面對地投影，正向為汽車前進方向，y軸垂直于x軸，朝向與x軸符合右手定則。v為輪胎接地點水平運動方向，它與x軸的夾角為輪胎側(cè)偏角α。圖8中，

ET為輪胎偏距。

以整車右轉(zhuǎn)向外側(cè)前輪為分析對象，垂直載荷Fz計算公式為

式中，r0為輪胎225/45 R17輪胎靜負荷半徑，取294.76 mm；ET為實測車輪偏距，取51 mm。

以式（1）～式（7）計算值作為極限工況下輪胎轉(zhuǎn)向緊急制動時的輪胎力，見表1，并取其2倍值作為專用輪輞總成強度剛度校核載荷輸入。

3.2 有限元建模與分析

將基于SolidWorks構(gòu)建的輪輞、彈性體與輪轂適配器裝配體模型導(dǎo)入ABAQUS軟件中。各部件材料屬性見表2。在Interaction模塊中利用綁定約束簡化螺紋連接關(guān)系。在Load模塊中固定專用輪輞外圈，在輪轂適配器中心施加輪胎載荷。考慮網(wǎng)格劃分簡便性和提高仿真效率，在Mesh模塊中選擇四面體單元C3D10對各部件進行網(wǎng)格劃分，共劃分成435 685個單元。

總成變形仿真應(yīng)力云圖見圖9，在2倍輪荷下，總成最大應(yīng)力833 MPa發(fā)生在彈性體上，小于42CrMo鍛件的屈服強度930 MPa。同時專用輪輞上的最大應(yīng)力為283 MPa，低于7075鋁合金屈服強度505 MPa，說明總成強度滿足設(shè)計要求。總成位移云圖見圖10，2倍輪荷下總成最大位移為0.6533 mm，變形量小。同時電荷放大器安裝槽最大位移為0.091 mm，而電荷放大器直徑為13 mm，放大器安裝槽寬度設(shè)計為16 mm，使用固定橡膠可保證電荷放大器安全。

4 試驗與分析

通過實車測試驗證專用輪輞總成中的穿透密封件與滑環(huán)無干涉，以及專用輪輞總成與試驗車的制動鉗無干涉，同時滑環(huán)輸出的脈沖信號通過編寫程序可有效計算出輪胎轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角信息。故專用輪輞總成驗證測試主要包括氣密性、動平衡及胎內(nèi)傳感器信號傳輸測試。

4.1 氣密性測試

使用充氣泵在輪胎內(nèi)部充入輪胎額定氣壓值0.24 MPa氣壓。使用肥皂水檢測穿透密封件安裝位置、氣門嘴、溫壓一體傳感器安裝位置無漏氣現(xiàn)象后將專用輪輞總成靜置5天。每天使用溫壓傳感器PCM-167（絕對壓力型，測量值含大氣壓力，精度1.5 kPa）測量胎溫和胎壓，如圖11所示，測得胎壓下降約0.8%。綜合考慮充氣泵誤差及環(huán)境溫度的影響，可認為專用輪輞總成的密封性良好。

4.2 動平衡測試

專用輪輞總成是裝配體，其動平衡測試包含在動平衡試驗機上的自由穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)工況測試和在Flat Trac臺架上有支撐路面（路基）激勵下的滑環(huán)外端面撓動量測試兩個方面。

專用輪輞、彈性體與輪轂適配器分別加工，在裝配時需要同心度和平面度調(diào)校，調(diào)校在CEMB動平衡機上進行?？偝膳c輪胎裝配后可安裝在動平衡機上。用動平衡機適配器UH20代替原長軸，便于安裝滑環(huán)及橋盒。用專用扭矩扳手分別對彈性體與輪輞、彈性體與輪轂適配器之間的連接螺栓進行調(diào)整，通過百分表測量各部件的同心度和輪輞外側(cè)安裝平面度進行反饋。最后根據(jù)調(diào)校結(jié)果和CEMB動平衡機測試結(jié)果，在輪輞合適位置粘貼少量質(zhì)量塊進一步提高總成的動平衡。經(jīng)測試調(diào)校后的總成動不平衡量為4 g和2 g。

將裝配體安裝在Flat Trac臺架上時，輪轂適配器螺栓重新拆裝，故在Flat Trac臺架上時還需要進行同心度和平面度調(diào)校。Flat Trac臺架的模擬路面拖動輪胎或驅(qū)動裝置驅(qū)制動時會對輪胎產(chǎn)生激勵，在車速高時會造成滑環(huán)擾動。如圖6所示，該專用輪輞因單獨設(shè)計了編碼器，軸向長，質(zhì)量偏大，試驗時若撓動量過大會損害滑環(huán)壽命，需要對滑環(huán)定子外端撓動量進行測試。

如圖12所示，在滑環(huán)定子端布置圓形標靶，標靶直徑15 mm，相機正對標靶，調(diào)整焦距使標靶納入取景框且成像質(zhì)量好，X與Y分別表示滑環(huán)水平和豎直方向撓動量。使用佳能EOS 70D單反相機拍攝專用輪輞總成運動視頻，并利用圖像處理技術(shù)提取定制滑環(huán)定子端撓動量。

當(dāng)輪胎旋轉(zhuǎn)時，滑環(huán)定子外端主要是平移運動，選用亞像素匹配法對其撓動量進行分析［20］?？紤]一個參考圖像f（x，y）和對應(yīng)不同后續(xù)時間圖像g（x，y），假設(shè)（x0，y0）是這兩個圖像之間全局坐標系轉(zhuǎn)換平移值，則圖像f（x，y）和g（x，y）之間的標準化均方根誤差（normalized root mean square error， NRMSE）定義如下：

式中，F(xiàn)（u，v）為f（x，y）離散傅里葉變換圖像；G*（u，v）為g（x，y）離散傅里葉變換后復(fù)數(shù)共軛圖像；（M，N）為圖像像素大小。

通過確定互相關(guān)系數(shù)的最大值rfg（x0，y0）實現(xiàn)對NRMSE的評估，并在圖像f（x，y）和圖像g（x，y）上采樣后，實現(xiàn)亞像素圖像匹配。

試驗如圖13所示，以試驗標靶為追蹤區(qū)域，試驗速度50 km/h，垂直載荷從2 kN，間隔1 k N遞增到6 kN。從記錄的視頻中運用亞像素法提取不同工況下的滑環(huán)定子外端撓動量。

定子端撓動量結(jié)果如圖14所示，滑環(huán)定子端在X方向撓動量約8 pixel。由于加載垂直載荷，輪胎存在下沉量，對應(yīng)定子端在Y方向撓動量距離原始標靶階梯增加，但每個載荷階段的相對撓動量仍為8 pixel左右。隨著垂直載荷的增加，X、Y方向信號頻率主要成分無變化，即垂直載荷對滑環(huán)撓動量影響較小。結(jié)合試驗標靶尺寸與視頻中試驗標靶直徑所占像素數(shù)量，計算像素尺寸為0.0714 mm/pixel，故滑環(huán)定子外端撓動量約0.5712 mm。該滑環(huán)撓動量不影響系統(tǒng)測試。

4.3 胎內(nèi)傳感器信號采樣與分析

胎內(nèi)傳感器信號采用有線方式傳輸以便于后端高頻率采樣和分析信號特征。以右前輪為例，3個三軸加速度計與3個PVDF粘貼在輪胎氣密層，如圖15所示，3個三軸加速度計和2個PVDF并排交叉橫向布置，另1個PVDF相對輪胎中心位置的加速度計周向布置。這樣布置可以實現(xiàn)測量輪胎整個橫向接地印跡振動信號，便于表征側(cè)偏縱滑聯(lián)合工況特征，同時也可以比較對稱位置不同傳感器信號差異。圖15中加速度計的Z軸垂直輪胎表面并指向車輪軸心；X軸為輪胎縱向方向并指向加速度計信號輸出端相反方向；Y軸為輪胎側(cè)向方向，其指向由右手定則確定。考慮胎面溝槽不直接與路面接觸，將胎內(nèi)傳感器布置在胎面肋條位置。

胎內(nèi)傳感器命名規(guī)則如下：加速度計為“A”，PVDF為“P”，距離輪胎中心平面最近的傳感器編號為“1”，最遠距離傳感器編號為“3”，“Centre”“Right”“Left”分別代表傳感器在輪胎平面的中間、左邊、右邊位置，如A3-Right表示最右側(cè)（胎側(cè)）的加速度計。

在Flat Trac臺架上進行了不同速度載荷工況下的測試，信號傳輸正常，系統(tǒng)工作穩(wěn)定。以臺架路基帶動輪胎純滾動測試為例分析信號特征。試驗時輪胎胎壓為0.3 MPa，加載Flat Trac垂直載荷為6 kN，車速80 km/h時的胎內(nèi)傳感器信號如圖16所示。圖16a中，輪胎周向加速度AX信號出現(xiàn)兩個方向相反的尖峰，對應(yīng)加速度計進入和離開接地印跡的時刻，提取兩個尖峰的時間差可估算輪胎的接地時長。同時，AX3-Right信號表征的接地時長要小于AX1-Centre和AX2-Left，體現(xiàn)了輪胎橫向不同位置接地過程差異性。圖16b中，靠近胎側(cè)位置的加速度計側(cè)向加速度AY3-Right信號相比輪胎中心平面等其他位置的加速度計側(cè)向加速度更明顯，這主要與輪胎帶束層鋪設(shè)角度有關(guān)，其胎側(cè)位置帶束層鋪設(shè)角度明顯大于輪胎中心位置。圖16c中，3個位置的加速度計徑向加速度AZ信號明顯。通過對該信號進行二次積分可近似獲取輪胎徑向位移［21］，多個加速度計的徑向位移可用于構(gòu)建輪胎徑向位移場。

圖16d中，3個位置的PVDF采集到的接地信號波峰明顯，但離地信號相較于加速度計信號變緩， PVDF能夠敏感捕獲輪胎離地過程伴隨的其他振動信息，可進一步提取輪胎局部滑移信息。其中P1-Centre與其他2個PVDF布置位置不同，導(dǎo)致PVDF峰值不同步。

綜上，加速度計信號能穩(wěn)定表征輪胎接地與離地信號特征，PVDF包含豐富的輪胎離地信息。通過對不同類型傳感器信號特征的分析，有助于探究不同原理智能輪胎應(yīng)用策略。同時，在多個位置布置傳感器可以獲取更豐富的輪胎動力學(xué)信息。

5 結(jié)論

（1）本文根據(jù)智能輪胎開發(fā)平臺需求集成開發(fā)了專用輪輞總成，從氣密性、動平衡等方面進行綜合設(shè)計。通過有限元建模和強度剛度校核，在加載2倍的整車轉(zhuǎn)向緊急制動工況外側(cè)輪胎受力載荷時，總成強度和剛度滿足要求，驗證了該設(shè)計是有效可行的。

（2）采用7075航空鋁合金錠材料對專用輪輞整體加工并進行氣密性、動平衡等驗證試驗。典型臺架試驗結(jié)果表明，采用不同類型和數(shù)量的傳感器并在胎內(nèi)合理布置可以獲取更豐富的輪胎動力學(xué)信息，進一步可以提取輪胎載荷和側(cè)偏等信息，從而為輪胎接地機理等研究提供了全面有效的手段。

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（編輯 陳 勇）

作者簡介：

陶 亮，男，1996年生，博士研究生。研究方向為作物生產(chǎn)測控技術(shù)。

張小龍（通信作者），男，1976年生，教授、博士研究生導(dǎo)師。研究方向為車輛（輪胎）測控與動力學(xué)。E-mail：xlzhang@ahau.edu.cn。

收稿日期：2022-07-05

基金項目：國家自然科學(xué)基金（51675005）