汽车系统动力学轮胎动力学精要.ppt

主讲：胡爱军 第三章 充气轮胎动力学 汽车系统动力学 3.1概述 3.2轮胎的功能、结构与发展 3.3轮胎模型 3.4轮胎纵向力学特性 3.5轮胎垂向力学特性 3.6轮胎侧向力学特性 1 1.轮胎运动坐标系 □纵向力 □侧向力 □法向力 □翻转力矩 □滚动阻力矩 □回正力矩 3.1概述 2 2.车轮运动参数 3.1概述 □滑动率(s=0~1) ,表示车轮相对于 纯滚动(或纯滑动)状态的偏离程度。 ▲滑转率(驱动时) ▲滑移率(制动时) □轮胎侧偏角 负的轮胎侧向力产生正的侧偏角 □轮胎径向变形 无负载轮胎径向半径与负载时半径之差。 3 顺时针方向为正 3.2轮胎的功能、结构及发展 ?轮胎的功能 □支撑整车质量 □与悬架共同作用，衰减由路面不平引起的振动与冲击 □传递纵向力，实现驱动和制动 □传递侧向力，使车辆转向并保证行驶稳定性 4 3.2轮胎的功能、结构及发展 □胎体 □胎圈 □胎面 ■胎冠 ■胎肩 ■胎侧 ▲常用的充气轮胎有两种，斜交轮胎和子午线轮胎，主要 是胎体帘线角度的不同，前者为20-40度，后者为85-90度。 ?轮胎的结构 5 保护胎体、内胎 决定轮胎基本性能 便于胎体装卸 子午线轮胎 斜交轮胎 3.2轮胎的功能、结构及发展 6 3.2轮胎的功能、结构及发展 轮胎的材料、胎面花纹以及内部结构影响轮胎的物理特性。 □低滚动阻力 □良好的平顺性 □良好的操稳性 □良好的附着性 □低噪声 ?轮胎的发展 7 3.3轮胎模型 ?什么是轮胎模型？ ?轮胎模型分类 □轮胎纵滑模型，预测车辆在驱动和制动工况时的纵向力。 □轮胎侧偏和侧倾模型，预测侧向力和回正力矩。 □轮胎垂向振动模型，用于高频垂向振动的评价。 8 □幂指数统一轮胎模型 3.3轮胎模型 ?几种常用的轮胎模型 ▲稳态纯纵滑工况纵向力 ▲稳态纯侧偏工况纵向力 ▲稳态纯侧偏工况回正力矩 ▲稳态纵滑侧偏联合工况 ◇无量纲，表达式统一，可表达各种垂向载荷下的轮胎特性，参数拟合方便，能拟合原点刚度。 由郭孔辉院士提出，用于预测轮胎的稳态特性。 9 □“魔术公式”轮胎模型 3.3轮胎模型 Pacejka提出，以三角函数组合的形式来拟合轮胎试验数据，得出一套公式可以同时表达纵向力、侧向力和回正力矩的轮胎模型。 ◇拟合精度高，由于非线性计算量大；C值的变化对拟合的误差影响较大；不能很好地拟合极小侧偏情况下轮胎的侧偏特性。 10 3.3轮胎模型 □SWIFT轮胎模型 荷兰Delft工业大学提出，采用刚性圈理论，结合“魔术公式”综合而成。 □Fiala模型 □Gim模型 □有限元模型 …… □Dugoff模型 11 3.4轮胎纵向力学特性 1.干、硬的平坦路面上轮胎滚动阻力及其产生机理 2.道路条件引起的附加阻力 3.轮胎侧偏引起的附加阻力 4.总的车轮滚动阻力 5.轮胎纵向力与滑动率的关系 12 3.4轮胎纵向力学特性 1.干、硬的平坦路面上轮胎滚动阻力及其产生机理 ?轮胎滚动阻力 □弹性迟滞阻力 ■产生过程 ■驻波 高速工况；增加能量损失，产生大量热，限制最高安全行驶速度。 13 □摩擦阻力 3.4轮胎纵向力学特性 □风扇效应阻力 ?轮胎滚动阻力 □滚动阻力系数 滚动阻力 滚动阻力系数 滚动阻力系数 ■滚动阻力系数随着胎压增加而降低 ■滚动阻力系数随着车速增加而增加 ■滚动阻力系数随着车轮载荷增加而降低 14 3.4轮胎纵向力学特性 □滚动阻力系数测量 ?轮胎滚动阻力 ■整车道路测试 ■室内台架测试 15 2.道路条件产生的附加阻力 ?路面不平 不平路面阻力 ?塑性路面 3.4轮胎纵向力学特性 压实阻力 推土阻力 剪切阻力 ▲塑性路面阻力随胎压的增加而增大 16 2.道路条件产生的附加阻力 3.4轮胎纵向力学特性 ?湿路面 扰流阻力 湿路面上的轮胎滚动阻力 17 3.4轮胎纵向力学特性 ?侧向载荷的影响 由轮胎侧偏附加的阻力 由侧偏角引起的附加滚动阻力系数 小侧偏角时， ，假定 3. 轮胎侧偏引起的附加阻力 18 3.4轮胎纵向力学特性 ?车轮定位的影响 □车轮前束角 3. 轮胎侧偏引起的附加阻力 19 3.4轮胎纵向力学特性 ?车轮定位的影响 □车轮外倾角 由于车轮外倾角的存在，使轮胎在滚动过程中不垂直于地面，胎面滚动区域将受不断变化的载荷作用，胎壁产生变形，引起滚动阻力稍有增加。 3. 轮胎侧偏引起的附加阻力 20 3.4轮胎纵向力学特性 4. 总的车轮滚动阻力 总的车轮滚动阻力是各部分阻力之和。车辆在普通干路面上作直线行驶时，一般可认为车轮阻力就是轮胎滚动阻力。 5. 轮胎纵向力与滑动率的关系 ◇纵向力在滑动率15%-20%附近时达到最大值。 ◇制动防抱死系统和驱动力控制系统的理论依据。 21 3.5