第-3-章-充气轮胎动力学概要教学内容.ppt

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1、第-3-章-充气轮胎动力学概要1、轮胎运动坐标系O点：轮胎接地印迹中心；X轴：车轮平面与地面的交线，前进方向为正；Y轴：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。2、车轮运动参数1）滑动率s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。考虑为驱动与被驱动两种情况。滑转率----驱动工况滑移率----被驱动工况车轮的滑动率若车轮滚动半径为，轮心前进速度（等于车辆行驶速度）为，车轮角速度为，则车轮滑动率定义如下：驱动时：制动时：车轮的滑动率数值在0-1之间变化。当车轮作纯滚动时，即，此时；当被驱动轮处于纯滑动状态时，。

2、2）轮胎侧偏角车轮平面与车轮中心运动方向的夹角，顺时针方向为正，用表示，SAE标准轮胎运动坐标系中规定，分别用和表示车轮的前进速度与侧向速度，则轮胎侧偏角可表示为：在下图的标准轮胎运动坐标系中，负的侧偏角将产生正的轮胎侧向力。3）轮胎径向变形轮胎径向变形是车辆行驶过程中遇到路面不平度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，表达式为：正的轮胎径向变形产生正的轮胎法向力。第二节轮胎功能、结构及发展1.轮胎的基本功能：传递垂向力：支撑车重，衰减振动与冲击；传递纵向力：以实现驱动和制动；传递侧向力：保证车辆转向和行驶稳定。2.轮胎的基本结构：任

3、何充气轮胎必须具备以下结构：（1）胎体（2）胎圈（3）胎面胎体：轮胎最重要的部分，其结构决定了轮胎的基本性能。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。胎圈：保证胎体从轮辋上装卸，具有高弹性模量的卷边胎圈包容；胎圈内含胎圈芯，有多股高强度钢丝组成。胎圈须有一定刚度，以保证与轮辋紧密结合。胎面：包括胎冠、胎肩和胎侧胎冠—承受摩擦和冲击，保护胎体和内胎；提供与路面的摩擦接触，以传递驱动力、制动力和转向力；胎冠花纹能够排水、排污，以保证轮胎与路面具有良好的附着力胎肩—用于散热胎侧—用于帘布层侧壁，免受潮湿和机械损失3.常用充气轮胎种类：两种斜交轮胎子午线轮胎

4、帘线角：胎体帘布层单线与车轮中心线形成的夹角子午线轮胎帘线角斜交轮胎的帘线角教材中列出了典型轮胎中各种材料所占的比例。胎体帘线角度不同轮胎结构很大程度上影响了其物理特性，包括前进方向滚动阻力、车轮垂向减振与缓冲，车辆侧向转向力的能力。现代车辆设计中对轮胎的要求很高。第三节轮胎模型轮胎模型描述了轮胎六分力与车轮运动参数之间的关系，即轮胎在特定工作条件下的输入和输出之间的关系，如左图所示：根据车辆动力学的研究内容，轮胎模型可分为：轮胎纵滑模型轮胎侧偏模型和侧倾模型轮胎垂向振动模型此外，轮胎模型还可以分为经验模型和物理模型几种典型的常用的轮胎模型幂指数统一轮胎模型“魔术公式”轮胎模

5、型(MagicFormulaTireModel)SWIFT轮胎模型1.幂指数统一轮胎模型一种半经验模型，由郭孔辉院士提出，用于预测轮胎的稳定特性。在理论分析和试验研究基础上提出的半经验“指数公式”轮胎模型，可用于轮胎的稳态侧偏、纵滑及纵滑侧偏联合工况。在稳态纯纵滑、纯侧偏工况下，轮胎的纵向力、侧向力及回正力矩分别表示如下：1.幂指数统一轮胎模型稳态纵滑侧偏联合工况时，轮胎的纵向力、侧向力与回正力矩的表达式：—无量纲总切向力，—相对总滑移率，—轮胎的侧向偏矩，—侧向刚度，式中均由试验数据拟合得到。幂指数统一轮胎模型的特点：无量纲表达式，纯工况下的1次台架试验得到的数据可用于各种

6、不同的路面；无论是纯工况还是联合工况，其表达式统一；可表达各种垂向载荷下的轮胎特性；可较少参数建立全域模型，参数拟合计算量小；幂指数统一轮胎模型能拟合原点刚度。2.“魔术公式”轮胎模型（MagicFormulaTireModel）“魔术公式”轮胎模型表达式：式中，y可以是纵向力侧向力或回正力矩，自变量x可以在不同的情况下分别表示轮胎的侧偏角或纵向滑移率“魔术公式”轮胎模型的特点：统一性强，编程方便，需拟合参数较少，且各个参数都有明确的物理意义，容易确定其初值；拟合精度比较高；参数的拟合较困难，计算量大；c值的变化对拟合的误差影响较大；不能很好地拟合小侧偏情况下轮胎的侧偏特性。

7、3.SWIFT轮胎模型荷兰Delft工业大学提出，刚性圈理论+“魔术公式”；适用小波长、大滑移幅度的高频(<=60Hz)输入情况；采用了胎体建模与接地区域分离的建模方法；可精确描述小波长、大滑移时的轮胎特性；可计算从瞬态到稳态连续变化的轮胎动力学行为。SWIFT轮胎模型的特点：考虑带束层惯量，并假设在高频范围内带束层为一个刚性圈引入了接地区域和刚性圈间的残余刚度，在垂向、纵向、侧向以及侧偏方向的刚度值分别等于各向轮胎静刚度。考虑了胎体柔性、残余柔性和胎面柔性。考虑了接地印迹有效长度和宽度的影响。通过有效