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1、第5期吕斌川等.轮胎侧向力测试分析29轮胎侧向力测试分析试验#测试吕斌川,杨浩,赵军(中橡集团曙光橡胶工业研究设计院,广西桂林541004)摘要:分析了影响汽车操纵稳定性中最重要物理量之一)))轮胎侧向力的影响因素。轮胎的侧偏角、侧倾角、垂直载荷、充气压力、轮胎结构和材料、断面高宽比、轮辋直径等对轮胎侧向力有一定的影响。通过采用扁平率小的宽轮胎、轮辋宽度的增加以及采用钢丝子午线轮胎增加带束层屈挠刚性均可增加轮胎侧向力,提高汽车的操纵稳定性。关键词:轮胎;侧偏特性;侧向力;侧偏角;倾角随着人们对汽车行驶安全性意识的增强,汽有3个方向的力:FX
2、(纵向力)、FY(侧向力)、车操纵稳定性作为直接影响行车安全的重要因素FZ(垂直载荷),它们和3个方向的力矩[TX而受到各大汽车厂和轮胎厂的高度重视。汽车的(翻转力矩)、TY(滚动阻力矩)、TZ(回正力操纵稳定性是汽车在行驶过程中受外界干扰后保矩)]称为六分力。持稳定行驶能力及抵御发生侧滑侧翻的能力。侧向操纵稳定性对汽车来说尤其重要。汽车的操纵稳定性主要是由轮胎的侧偏特性决定的,轮胎的侧偏特性主要是指侧向力、回正力矩与侧偏角间的关系,是研究操纵稳定性的基础。在车辆操纵稳定性分析中,车辆所受的最重要的外力就是侧向力。一般行驶时,实际的侧偏角在
3、5b以下,在侧偏角较小情况下,侧向力较大的轮胎,轮胎侧偏图1轮胎六分力示意图性能较优,汽车的操纵稳定性就越好。1.2轮胎的侧偏现象本文借鉴有关轮胎侧偏特性理论对轮胎侧偏因轮胎侧向弹性的影响,当车轮有侧向力作特性最重要的物理量之一侧向力进行试验研究,用时,FY没有达到附着极限,车轮行驶方向亦将通过MTS860转鼓试验机测量轮胎动态下的侧向偏离车轮直进的方向,这就是轮胎的侧偏现象。力特性,分析了轮胎的侧偏角、侧倾角、垂直载荷、侧向力因转向、路面倾斜、风力等引起。转向引起充气压力、轮胎结构和材料、轮胎断面高宽比、轮的侧向力总是作用于汽车内侧。侧偏
4、角总是位于辋直径等影响侧向力特性的因素,并相应的提出与侧向力作用方向相反的一侧。了改善轮胎侧向力特性的方法。为轮胎性能的改1.3轮胎外倾角进及轮胎设计提供了依据。轮胎外倾角和外倾侧向力如图2所示。轮胎产生外倾角的原因是由于车桥因载荷变形、汽车1基本概念转向时的离心力、路面倾斜、前轮定位参数的需要1.1轮胎六分力示意图所致。如图1所示,地面作用于轮胎接地印痕处作者简介:吕斌川(1974-),男,广西陆川人,工程师,主要从2轮胎侧向力的测试事轮胎试验研究。测试轮胎侧向力的试验设备是MTS860轮胎30现代橡胶技术2009年第35卷性能试验机。该
5、机是1996年从美国MTS公司购3.2轮胎垂直载荷进,测试工位最大速度为350km/h,最大垂直载荷如图3所示,通过试验表明,当轮胎垂直载荷为25kN,最大侧向力?9kN,适合做轮胎(动态、静为285kg、570kg、670kg时,随着轮胎垂直载荷的态)侧偏角、倾角试验以及测量轮胎动态下的侧向增大,轮胎侧向力也增大;达到一定的垂直载荷力(侧向防滑力)。时,侧向力增大的幅度减小;载荷过大(800kg)时,轮胎与地面接触区的压力变得极不均匀,轮胎侧向力反而有所减小。因此,超载不利于车辆的操纵稳定性和安全性。除此之外,超载引起的轮胎切向力(包括侧
6、向力和纵向力)变大也会导致轮胎磨损加剧,大大缩短轮胎的使用寿命。图2轮胎外倾角和外倾侧向力示意图3影响轮胎侧向力的因素3.1侧偏角图3所示为同一条轮胎195/65R1591V在垂直载荷285kg、570kg、670kg、800kg、气压180kPa、图3侧向力与侧偏角的关系侧偏角0~10b、速度60km/h时的侧向力特性,即侧向力FY与侧偏角之间的关系。从图3中可以看出,在侧偏角<5b时,侧向力和侧偏角成线性关系。FY=kA式中,k为侧偏刚度,是曲线在A=0处的斜率。按轮胎坐标系,侧向力和侧偏角总是反号,故侧偏刚度总是负值。侧向力随侧偏角增
7、大而增大,在侧偏角>6b图4侧向力与侧偏角的关系时,轮胎侧向力虽存在随侧偏角增大而略微增大的趋势,但大体上可看作是定值。这是因为侧偏角较小时,就轮胎接地面整体而言,胎面的滑动部分较小,几乎都是粘着部分,粘着摩擦力对应着轮3.3轮胎气压的影响选用两条胎体结构、材料、花纹相同的195/胎横向刚性和横向变形量,因横向变形量与侧偏65R1591V轮胎分别以180kPa、240kPa的轮胎气角成正比,所以侧偏角较小时侧向力也与侧偏角成正比。侧偏角较大时,就轮胎接地面整体而言,压在垂直载荷为285kg、侧偏角0~10b、速度胎面的滑动部分增多,所以侧偏
8、力随侧偏角增大60km/h的条件下测试其侧向力。在本试验条件而减小。当接地面全部处于滑动状态时,侧向力下,由于轮胎气压调节范围较窄,轮胎侧向力随气达到最大,因此在汽车操纵过程中,
