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《汽车系统动力学配套教学课件第2版喻凡 第3章 充气轮胎动力学.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、绪篇理论和基础理论第一章 车辆动力学概述第二章车辆动力学建模方法及基础理论第三章充气轮胎动力学第四章空气动力学基础第三章 充气轮胎动力学第一节 概述第二节轮胎的功能、结构及发展第三节轮胎模型第四节轮胎纵向力学特性第五节轮胎垂直力学特性第六节轮胎侧向力学特性第一节 概述轮胎是车辆重要的组成部分,直接与地面接触。其作用是支承整车的重量,与悬架共同缓冲来自路面的不平度激励,以保证车辆具有良好的乘坐舒适性和行驶平顺性;保证车轮和路面具有良好的附着性,以提高车辆驱动性、制动性和通过性,并为车辆提供充分的转向力。现代轮胎是一个复杂的黏弹性结构,具有明显的非线性特性。由于轮胎材料、结
2、构及其与路面相互作用关系的复杂性,以及轮胎力学特性对车辆动力学的重要影响,所以有必要在讨论整车动力学之前,先介绍轮胎结构、轮胎模型及力学特性。此外,在整车动力学建模中对轮胎模型的第一节 概述考虑也给予一些建议和说明。首先介绍SAE标准轮胎运动坐标系,然后介绍几个重要的运动学参数的定义,即车轮的滑动率(wheelslipratio)、轮胎侧偏角(tireslipangle)及径向变形(radialdeflection)。第一节 概述一、轮胎运动坐标系为了便于研究人员统一进行轮胎力学模型分析,美国汽车工程师学会(SAE)制定了标准的轮胎运动坐标系,并定义了轮胎的作用力和力矩
3、及相关运动变量。SAE标准轮胎运动坐标系被定义为法向坐标向下的右手三维正交坐标系,如图3-1所示。坐标系的原点是轮胎接地印迹中心,x轴定义为车轮平面与地面的交线,前进方向为正;y轴是指车轮旋转轴线在地面上的投影线,向右为正;z轴与地面垂直,向下为正。第一节 概述一、轮胎运动坐标系第一节 概述一、轮胎运动坐标系轮胎受到分别沿x轴、y轴和z轴三个方向的力以及绕三个轴的力矩作用,通常称为轮胎的六分力。其术语见表3-1。第一节 概述二、车轮运动参数1.滑动率s车轮滑动率表示车轮相对于纯滚动(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。为了使其总为正值,可将驱动
4、和被驱动两种情况分开考虑。驱动工况时称为滑转率;被驱动(包括制动,常用下标b以示区别)时称为滑移率,二者统称为车轮的滑动率。参照图3-2,若车轮的滚动半径为rd,轮心前进速度(等于车辆行驶速度)为uw,车轮角速度为ω,则车轮滑动率s定义如下:第一节 概述二、车轮运动参数1.滑动率s车轮的滑动率数值在0~1之间变化。当车轮做纯滚动时,即uw=rdω,此时s=0;当被驱动轮处于纯滑动状态时,s=1。第一节 概述二、车轮运动参数1.滑动率s第一节 概述二、车轮运动参数2.轮胎侧偏角α轮胎侧偏角是影响轮胎侧向力的一个重要因素,定义为车轮回转平面与车轮中心运动方向的夹角,顺时针方
5、向为正,用α表示,如图3-3所示。实际上,轮胎接地区内胎面侧向变形相对于接地中心轴呈非对称分布,因而接地区变形力的合力(即轮胎侧向力Fy)的作用点并不处于接地区中心,而是向后偏移一段距离,通常将这段距离称为“轮胎气胎拖距”(tirepneumatictrail),记为tp。由于SAE轮胎坐标系是将轮胎侧向力的作用点定义于轮胎接地中心,因此需要引入一项“回正力矩”(aligningtorque),记为Mz,第一节 概述二、车轮运动参数2.轮胎侧偏角α轮胎侧向力与轮胎气胎拖距的乘积,以此来描述实际轮胎侧向力相对于接地中心的非对称性。在SAE标准轮胎运动坐标系中,若分别用uw
6、和vw表示轮心的前进速度与侧向速度,则轮胎侧偏角通常可表示为:根据图3-1中规定的侧偏角、侧向力和回正力矩的方向,由图3-3可以看出,在标准轮胎运动坐标系中,负的轮胎侧向力将产生正的侧偏角。第一节 概述二、车轮运动参数2.轮胎侧偏角α第一节 概述二、车轮运动参数3.轮胎径向变形ρ轮胎径向变形是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与负载时的轮胎半径rtf之差,其表达式如下:其符号定义为正的轮胎径向变形产生于负的(向上的)轮胎法向力Fz(图3-2)。第二节 轮胎的功能、结构及发展轮胎的基本功能包括:1)支撑整车重量;2
7、)与悬架元件共同作用,衰减由路面不平引起的振动与冲击;3)传递纵向力,以实现驱动和制动;4)传递侧向力,以使车辆转向并保证行驶稳定性。。第二节 轮胎的功能、结构及发展为实现以上功能,任何一个充气轮胎都必须具备以下基本结构:(1)胎体具有高弹性模量的帘线层内嵌于低弹性模量的橡胶中,构成了轮胎的胎体,其结构决定了轮胎的基本性能。帘线层通常由尼龙、织物、聚酯物、人造纤维或钢丝等材料制成。对于无内胎轮胎来说,则有一层低浸透性的内衬置于胎体内侧并与其做成一体。(2)胎圈为便于胎体从轮辋上装卸,具有高弹性模量的卷边胎圈包容并贴合于轮辋。胎圈内含胎圈芯
