汽车轮胎侧偏力学发展综述

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1、第3期赵桂范等1汽车轮胎侧偏力学发展综述131汽车轮胎侧偏力学发展综述112赵桂范,崔胜民,杜星文(11哈尔滨工业大学汽车工程系,山东威海264209;21哈尔滨工业大学复合材料研究所,黑龙江哈尔滨150001)摘要:论述国内外汽车轮胎侧偏力学研究的发展状况。分别介绍了研究稳态轮胎侧偏特性的一般理论模型、纵滑与侧滑联合工况下的模型和半经验模型,并简要介绍了非稳态侧偏特性研究的发展过程以及所建各种模型的主要特点。轮胎稳态侧偏特性的研究取得了较好的结果,但非稳态模型尚需进一步完善。关键词:轮胎;侧偏特性;稳态;非稳态+中图分类号:TQ336111文献标识码:A文章编号:1006

2、28171(2000)0320131204汽车的操纵稳定性是现代汽车重要的性能推导出了简单的轮胎侧偏模型,通过胎冠的侧之一,而轮胎侧偏特性是决定汽车操纵性,影响向变形解释了稳态侧偏角与侧向力的关系。行驶稳定性和前轮摆振以及侧向振动等的最主1954年,德国的Fiala在Fromn简单模型要因素。1888年由英国登录普发明的充气轮的基础上,把轮胎的带束层或缓冲层简化为受胎在1930年由德国Fromn和法国Broulhiet分到侧向集中力作用的弹性支撑“梁”,在侧向力[1]作用下,带束层或缓冲层发生侧向平移变形和别发现了它的侧偏现象。所谓侧偏现象是指轮胎的前进方向与车轮本身的旋转

3、平面成一弯曲变形,从而得到了侧向力、回正力矩、侧偏定角度。轮胎侧偏特性就是研究在垂直载荷作角以及外倾角之间的关系。实验证明,这个模用下侧向力及回正力矩与侧偏角的关系。型的侧偏力值精度较好,回正力矩值的误差则[2]国内外的学者们在研究轮胎的侧偏特性过较大。程中,建立了各种各样的轮胎模型,从理论和实与Fiala的模型不同,Frank在1965年曾验两方面研究轮胎稳态和非稳态的侧偏特性,考虑了更为复杂的胎体变形,他将胎体简化成并且得出了许多具有理论意义和应用价值的数弹性支撑上无限长的梁的一部分,并且考虑了学模型,从而为轮胎力学和现代汽车动力学的胎体变形时受拉以及受分布载荷作用而弯

4、曲的研究发展奠定了基础。特点,用数值计算的方法计算了胎体变形。1966年,Pacejka对轮胎的静态和动态特1轮胎稳态侧偏力学性进行了理论和实验研究,并引入了带有胎冠微元的受拉伸弦模型,该模型用很多弹性支撑111轮胎侧偏特性的一般理论模型的受拉伸平行弦来表示胎体,它们通过横向帘汽车在正常驾驶条件和良好路面上行驶线连接在一起。对于斜交轮胎,Boehm建立了时,汽车的横摆频率一般低于2Hz,此时轮胎圆环模型,通过胎体轨迹与接触区的差别来计的状态称为稳态。它是研究轮胎侧偏特性的基算胎冠变形。但由于这些模型过于复杂,很难础,几十年来这方面的研究成果很多。[3]在实际中应用。本世纪4

5、0年代德国的Fromn在对飞机轮60年代末,Willumeit提出了“胎带2胎侧2胎的研究中,将轮胎的胎体简化为“梁”,第1次[4]轮辋”模型,胎带简化成无质量的圆环,连接作者简介:赵桂范(19622),女,吉林松原人,哈尔滨工业大着可变形的胎冠,胎侧简化成连接轮辋和胎带学汽车工程系副教授,现正在攻读博士学位,从事轮胎侧偏力的膜,得出了车轮载荷、侧向力、回正力矩、外倾学研究。力矩、切向力、侧偏角和侧向变形之间的关系,132轮胎工业2000年第20卷[3]是一个较成功的模型。擦因数和摩擦降低因素的函数。[6]80年代中期,Sharp提出了轮辐式模型,他1981～1982年,日

6、本学者酒井秀男在考认为,轮胎是由一些完全相同的径向轮辐组成,虑了侧偏角、滑移率、外倾角、载荷、气压、速度、这些轮辐与轮毂连接在一起,且具有弹性。轮温度和转鼓曲率等因素的情况下,进行了橡胶辐的周期性变形会导致滞后损失。假定没有滑摩擦与轮胎变形的试验研究,而后用数值积分移,通过运动学关系求得进入接地区后轮辐的的形式计算轮胎的六分力。周向和侧向变形。给定轮辐的弹性特性,就可1990年,GwanghunHG和NikraveshP[7,8]以计算出作用在轮辐顶部的力和后面轮辐上的E分别在纯滑移(包括纵向滑移、纯侧偏、纯力。最后,对接地区内的力和力矩求和,即可以外倾)和复合滑移(外倾、

7、侧偏和纵向滑移同时得到要计算的力和力矩。该模型的优点是参数存在)的情况下建立了轮胎模型。以Bergman[4]少,缺点是精度不够高。的交互作用弹簧概念为基础,充气轮胎被认为[1]1990年,郭孔辉建立了轮胎侧偏特性的是由一系列三维变形微元组成的,这些微元可一般理论模型。该模型并不关心胎体像个梁还以在径向、纵向和侧向传递力。每一个轮胎微是像个弦,而是从胎体的一般变形模式和垂直元用3个弹簧微元来表示,其对称轴相互垂直。载荷分布的一般形式出发推导出侧向力和回正径向弹簧在车轮平面内,且沿径向指向车轮中力矩的一般表达式。该模