轮胎力学特性.ppt

充气轮胎力学 轮胎标识含义 1、概述 作用：轮胎是车辆重要的组成部分，功能包括： 支撑整个车辆； 与悬架元件共同作用，抑制由路面不平引起的振动与冲击； 传递纵向力以实现加速、驱动和制动； 传递侧向力，为车辆提供转向并保证行驶稳定性 轮胎的要求 轮胎的类型和各类轮胎的特点 按用途分为： 载货汽车轮胎（重型、中型、轻型）、 轿车轮胎 有无内胎分为： 有内胎轮胎； 无内胎轮胎。 按轮胎结构特点分为： 斜交轮胎；子午线轮胎。 按轮胎胎面花纹可分为： 普通花纹轮胎、混合花纹轮胎、越野花纹轮胎； 按充气大小分为： 高压、 低压、 超低压 二、轮胎结构特点 普通斜交轮胎： 子午线轮胎 轮胎结构发展 轮胎是典型的粘弹性结构，其材料组成十分复杂（橡胶41%、炭黑37%、油18%、化学物质等）。 橡胶混合物的材料构成、胎面花纹以及内部结构都是决定轮胎品质的重要因素。 其结构特性直接影响了轮胎的物理特性，包括前进方向所受的滚动阻力、车轮所提供的垂向减振与缓冲作用，以及为车辆提供侧向转向力的能力。 下面以德国新倍力（Semperit)轮胎为例说明轮胎的发展进程 3、轮胎模型 描述了轮胎六分力与车轮运动参数之间的数学关系，即轮胎在特定工作条件下的输入和输出之间的关系。 车轮运动参数 滑动率S (滑转/滑移） 车轮相对于纯滚动（或纯滑动）状态的偏离程度，是影响轮胎产生纵向力的一个重要因素。0 s 1 驱动：雪天打滑 制动：完全抱死 车轮运动参数 轮胎侧偏角 是影响轮胎侧向力的一重要因素，定义为车轮平面与车轮中心运动方向的夹角 车轮平面 垂直于车轮旋转轴线的轮胎中分平面称为车轮平面 坐标系的原点O 车轮平面和地平面的交线与车轮旋转轴线在地平面上的投影线的交点 车轮平面与地平面的交线取为X轴，规定向前为正 Z轴与地面垂直规定为正 Y轴在地平面上规定面向车轮前进方向时指向左方为正 车轮运动参数 轮胎径向变形 车辆行驶过程中遇到路面不平度影响而使轮胎在半径方向上产生的变形，定义为无负载时的轮胎半径与负载时的轮胎半径之差 轮胎模型 根据车轮动力学研究内容不同： 纵滑模型：预测车辆在驱动与制动工况下的纵向力 侧偏模型和侧倾模型：预测轮胎的侧向力和回正力矩 垂向振动模型：用于高频垂向振动的评价 3、轮胎模型分类 经验模型 根据轮胎的实验数据，通过插值或函数拟合方法给出预测轮胎特性的公式 物理模型 根据轮胎与路面之间的相互作用机理和力学关系建立模型，旨在模拟力和力矩产生的机理和过程 3、轮胎模型 基于物理建模的轮胎模型 轮胎通常被简化成一系列理想化、具有给定的物理特性的径向排列的弹性单元体。根据轮胎与路面相互作用的关系，推导出以数学公式表达的物理过程模型。几个典型的轮胎物理模型： (1)弦模型； (2)梁模型； (3)刷子模型； (4)辐条模型 3、轮胎模型 基于实测数据的轮胎经验模型 经验模型必须充分利用所有可获得的数据，以此来计算各种运行工况范围内的轮胎力。 两种典型的测量方法： 实车中安装一个测试轮胎； 是转鼓实验台上测试轮胎。 3、轮胎模型 基于实测数据的轮胎经验模型 插值法： 数据太少，插值不可靠；数据太多，插值过于复杂。 超出测试点之外的插值法通常不可靠。 不如数据拟合函数可靠。被函数拟合取代 简单函数拟合法 复合函数拟合法： 3、轮胎模型 基于实测数据的轮胎经验模型 简单函数拟合法 大多情况下．轮胎侧向力F、与侧偏角，侧向力与垂直载荷的关系可近似用指数函数形式表达如F： 适用小侧偏角或小垂直载荷的线性特性，也适用于大侧偏角或大载荷下的饱和情况。 对最简单的操纵模型而言，轮胎的垂直载荷通常假定为恒定，只利用第1个公式。在完全线性模型中，当侧偏角为0时的梯度，即为系数A1，该值表示轮胎的侧偏刚度，通常用K表示。 如果垂直载荷变化（如考虑了载荷的重新分配），则可把上式合为一个公式： 3、轮胎模型 基于实测数据的轮胎经验模型 复合函数拟合法：魔术公式，越来越占据主导地位 与简单函数拟合方法采用相同的思想．只是更复杂。 魔术公式轮胎模型（Magic Formula Tire Model)为侧向力、回正力矩和纵向力提供了一个统一形式的函数拟合公式，其通式表达如下（Pacejka教授提出）： 式中，Y可以是纵向力、侧向力或回正力矩 x可以在不同的情况下分别表示轮胎侧偏角或纵向滑移率。 3、轮胎模型 复合函数拟合法：魔术公式 3、轮胎模型 基于实测数据的轮胎经验模型 复合函数拟合法：魔术公式的特点 用