《充气轮胎动力学》PPT课件.ppt

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1、汽车系统动力学马天飞第三章充气轮胎动力学1第一节概述轮胎运动坐标系（SAE）定义了轮胎的作用力、力矩（六分力）和相关运动变量。汽车系统动力学马天飞2车轮运动参数滑动率s描述的是车轮相对于纯滚动状态的偏离程度。驱动时，滑转率：制动时，滑移率：汽车系统动力学马天飞3车轮运动参数轮胎侧偏角车轮平面与车轮中心运动方向的夹角，顺时针为正。负的侧偏角将产生正的轮胎侧向力。汽车系统动力学马天飞4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rt与

2、负载时的轮胎半径rtf之差。符号定义：正的轮胎径向变形产生负的轮胎法向力。汽车系统动力学马天飞5第二节轮胎的功能、结构及发展基本功能支撑整车重量；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。基本结构胎体：帘线层、橡胶胎圈胎面：包括胎冠、胎肩和胎侧汽车系统动力学马天飞6轮胎的发展轮胎的结构特性很大程度上影响了轮胎的物理特性。德国新倍力轮胎公司产品性能的发展汽车系统动力学马天飞7第三节轮胎模型概述描述了轮胎六分力与车轮运动参数之间的数学关系。汽车系统动

3、力学马天飞8轮胎模型的分类单一工况模型轮胎纵滑模型用于预测驱动和制动工况时的纵向力轮胎侧偏模型和侧倾模型侧向力和回正力矩轮胎垂向振动模型高频垂向振动联合工况模型轮胎纵滑侧偏特性模型汽车系统动力学马天飞9轮胎模型的分类经验模型根据轮胎试验数据，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，旨在模拟力或力矩产生的机理和过程。通常被简化成一系列理想化、具有给定物理特性的径向排列的弹性单元。弦模型刷子模型汽车系统动力学马天飞10幂指数统一轮胎模型郭孔辉

4、院士提出的半经验模型。可用于轮胎的稳态侧偏、纵滑和纵滑侧偏联合工况。通过获得有效的滑移率，也可计算非稳态工况下的轮胎纵向力、侧向力及回正力矩。模型特点一次台架试验得到的试验数据可用于模拟不同的路面只需改变路面的附着特性参数纯工况和联合工况的表达式是统一的；可表达各种垂向载荷下的轮胎特性；使用的模型参数少，拟合方便。汽车系统动力学马天飞11“魔术公式”轮胎模型由Pacejka教授提出。用三角函数组合的形式来拟合轮胎试验数据，得到的纵向力、侧向力和回正力矩公式形式相同。x表示轮胎侧偏角或纵向滑移率。汽车系统

5、动力学马天飞D=yp，曲线峰值；C为曲线形状系数，由峰值和稳态值决定，见教材；B为刚度系数，B=tan/(CD)；E描述了曲线峰值处的曲率，见教材。12“魔术公式”轮胎模型的特点用一套公式可以表达出轮胎的各项力学特性，统一方便；需拟合的参数较少，各参数物理意义明确，初值易确定；拟合精度比较高；由于是非线性函数，参数拟合较困难，计算量大；不能很好的拟合小侧偏情况下的轮胎侧偏特性。汽车系统动力学马天飞13SWIFT轮胎模型是荷兰Delft工业大学提出的一种轮胎模型。采用刚性圈理论，结合魔术公式综合而成。适

6、用于小波长、大滑移、中频（60Hz）输入。汽车系统动力学马天飞14SWIFT轮胎模型特点在高频范围内，假设带束层为一个刚性圈，使胎体建模与接地区域分离，建模精度更高，可计算从瞬态到稳态的轮胎动力学特性。利用魔术公式计算侧向力和回正力矩，采用刚性圈理论计算垂向力和纵向力。在接地区域和刚性圈之间引入残余刚度，模拟轮胎的静态刚度，并且考虑了胎体和胎面的柔性，更加全面。考虑了接地印迹有效长度和宽度的影响。可实现轮胎在非水平路面和不平路面的仿真。汽车系统动力学马天飞15第四节轮胎纵向力学特性概述车轮滚动阻力是指滚

7、动车轮产生的所有阻力。轮胎滚动阻力轮胎变形产生的阻力道路阻力路面变形产生的阻力轮胎侧偏阻力轮胎侧向载荷使轮胎侧偏产生的附加纵向阻力汽车系统动力学马天飞16一、轮胎滚动阻力充气轮胎在理想（平坦、干、硬）路面上直线滚动时受到的阻力。包括弹性迟滞阻力、摩擦阻力和风扇效应阻力。弹性迟滞阻力胎体变形引起轮胎材料迟滞作用产生的阻力。轮胎等效系统模型低阻尼胎面材料会降低附着力帘布层数越多，阻尼越大汽车系统动力学马天飞17轮胎驻波的形成及其危害轮胎的阻尼随车轮转速的增加而减小。高速时，离开接触区域的胎面变形不能立即恢复

8、，残留变形导致径向波动，形成驻波。危害：显著增加能量损失，并破坏轮胎，因此限制了轮胎的最高安全行驶速度。汽车系统动力学马天飞18滚动阻力系数轮胎滚动阻力和车轮载荷近似成线性关系定义轮胎滚动阻力系数汽车系统动力学马天飞19轮胎接地印记内压力的分布轮胎接地印迹内的压力在横向和纵向均呈不对称分布。汽车系统动力学马天飞斜交轮胎子午线轮胎20滚动阻力的产生在车轮中心面上，纵向压力的分布车轮转动阻力矩滚动阻力系数汽车系统动力学马天飞21滚动阻力系数的影