充氣輪胎動(dòng)力學(xué)PPT課件

1、1第一節(jié) 概述 n 輪胎運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系（SAE）定義了輪胎的作用力、力矩（六分力）和相關(guān)運(yùn)動(dòng)變量。汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛第1頁(yè)/共70頁(yè)2n 車(chē)輪運(yùn)動(dòng)參數(shù)滑動(dòng)率s描述的是車(chē)輪相對(duì)于純滾動(dòng)狀態(tài)的偏離程度。驅(qū)動(dòng)時(shí)，滑轉(zhuǎn)率：制動(dòng)時(shí)，滑移率：汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛%100dwdrurs%100wdwburus第2頁(yè)/共70頁(yè)3n 車(chē)輪運(yùn)動(dòng)參數(shù)輪胎側(cè)偏角車(chē)輪平面與車(chē)輪中心運(yùn)動(dòng)方向的夾角，順時(shí)針為正。負(fù)的側(cè)偏角將產(chǎn)生正的輪胎側(cè)向力。汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛wwarctanuv第3頁(yè)/共70頁(yè)4n 車(chē)輪運(yùn)動(dòng)參數(shù)輪胎徑向變形車(chē)輛行駛過(guò)程中，遇到路面不平度影響而使輪胎在半徑方向上產(chǎn)生的變形。定義為無(wú)負(fù)載時(shí)的輪胎半徑r

2、t與負(fù)載時(shí)的輪胎半徑rtf之差。符號(hào)定義：正的輪胎徑向變形產(chǎn)生負(fù)的輪胎法向力。汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛tftrr 第4頁(yè)/共70頁(yè)5第二節(jié) 輪胎的功能、結(jié)構(gòu)及發(fā)展 n 基本功能支撐整車(chē)重量；衰減由路面不平引起的振動(dòng)與沖擊；傳遞縱向力，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)；傳遞側(cè)向力，使車(chē)輛轉(zhuǎn)向并保證行駛穩(wěn)定性。n 基本結(jié)構(gòu)胎體：簾線層、橡膠胎圈 胎面：包括胎冠、胎肩和胎側(cè)汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛第5頁(yè)/共70頁(yè)6n 輪胎的發(fā)展輪胎的結(jié)構(gòu)特性很大程度上影響了輪胎的物理特性。德國(guó)新倍力輪胎公司產(chǎn)品性能的發(fā)展汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛第6頁(yè)/共70頁(yè)7第三節(jié) 輪胎模型 n 概述描述了輪胎六分力與車(chē)輪運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。汽車(chē)系

3、統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛第7頁(yè)/共70頁(yè)8n 輪胎模型的分類(lèi)單一工況模型輪胎縱滑模型用于預(yù)測(cè)驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)工況時(shí)的縱向力輪胎側(cè)偏模型和側(cè)傾模型側(cè)向力和回正力矩輪胎垂向振動(dòng)模型高頻垂向振動(dòng)聯(lián)合工況模型輪胎縱滑側(cè)偏特性模型汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛第8頁(yè)/共70頁(yè)9n 輪胎模型的分類(lèi)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ透鶕?jù)輪胎試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)插值或函數(shù)擬合方法給出預(yù)測(cè)輪胎特性的公式。物理模型根據(jù)輪胎與路面之間的相互作用機(jī)理和力學(xué)關(guān)系建立模型，旨在模擬力或力矩產(chǎn)生的機(jī)理和過(guò)程。通常被簡(jiǎn)化成一系列理想化、具有給定物理特性的徑向排列的彈性單元。弦模型刷子模型汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛第9頁(yè)/共70頁(yè)10n 冪指數(shù)統(tǒng)一輪胎模型郭孔輝院士提出的半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

4、可用于輪胎的穩(wěn)態(tài)側(cè)偏、縱滑和縱滑側(cè)偏聯(lián)合工況。通過(guò)獲得有效的滑移率，也可計(jì)算非穩(wěn)態(tài)工況下的輪胎縱向力、側(cè)向力及回正力矩。模型特點(diǎn)一次臺(tái)架試驗(yàn)得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可用于模擬不同的路面只需改變路面的附著特性參數(shù)純工況和聯(lián)合工況的表達(dá)式是統(tǒng)一的；可表達(dá)各種垂向載荷下的輪胎特性；使用的模型參數(shù)少，擬合方便。汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛第10頁(yè)/共70頁(yè)11n “魔術(shù)公式”輪胎模型由Pacejka教授提出。用三角函數(shù)組合的形式來(lái)擬合輪胎試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到的縱向力、側(cè)向力和回正力矩公式形式相同。x表示輪胎側(cè)偏角或縱向滑移率。汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛)arctan(arctansinBxBxEBxCDylD=yp，曲線峰值；

5、lC為曲線形狀系數(shù)，由峰值和穩(wěn)態(tài)值決定，見(jiàn)教材；lB為剛度系數(shù)，B=tan/(CD)；lE描述了曲線峰值處的曲率，見(jiàn)教材。第11頁(yè)/共70頁(yè)12n “魔術(shù)公式”輪胎模型的特點(diǎn)用一套公式可以表達(dá)出輪胎的各項(xiàng)力學(xué)特性，統(tǒng)一方便；需擬合的參數(shù)較少，各參數(shù)物理意義明確，初值易確定；擬合精度比較高；由于是非線性函數(shù)，參數(shù)擬合較困難，計(jì)算量大；不能很好的擬合小側(cè)偏情況下的輪胎側(cè)偏特性。汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛第12頁(yè)/共70頁(yè)13n SWIFT 輪胎模型是荷蘭Delft工業(yè)大學(xué)提出的一種輪胎模型。采用剛性圈理論，結(jié)合魔術(shù)公式綜合而成。適用于小波長(zhǎng)、大滑移、中頻（60Hz）輸入。汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛第13頁(yè)

6、/共70頁(yè)14n SWIFT 輪胎模型特點(diǎn)在高頻范圍內(nèi)，假設(shè)帶束層為一個(gè)剛性圈，使胎體建模與接地區(qū)域分離，建模精度更高，可計(jì)算從瞬態(tài)到穩(wěn)態(tài)的輪胎動(dòng)力學(xué)特性。利用魔術(shù)公式計(jì)算側(cè)向力和回正力矩，采用剛性圈理論計(jì)算垂向力和縱向力。在接地區(qū)域和剛性圈之間引入殘余剛度，模擬輪胎的靜態(tài)剛度，并且考慮了胎體和胎面的柔性，更加全面?？紤]了接地印跡有效長(zhǎng)度和寬度的影響。可實(shí)現(xiàn)輪胎在非水平路面和不平路面的仿真。汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛第14頁(yè)/共70頁(yè)15第四節(jié) 輪胎縱向力學(xué)特性 n 概述車(chē)輪滾動(dòng)阻力是指滾動(dòng)車(chē)輪產(chǎn)生的所有阻力。輪胎滾動(dòng)阻力輪胎變形產(chǎn)生的阻力道路阻力路面變形產(chǎn)生的阻力輪胎側(cè)偏阻力輪胎側(cè)向載荷使輪胎側(cè)

7、偏產(chǎn)生的附加縱向阻力汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛第15頁(yè)/共70頁(yè)16一、輪胎滾動(dòng)阻力充氣輪胎在理想（平坦、干、硬）路面上直線滾動(dòng)時(shí)受到的阻力。包括彈性遲滯阻力、摩擦阻力和風(fēng)扇效應(yīng)阻力。彈性遲滯阻力胎體變形引起輪胎材料遲滯作用產(chǎn)生的阻力。輪胎等效系統(tǒng)模型低阻尼胎面材料會(huì)降低附著力簾布層數(shù)越多，阻尼越大汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛，風(fēng)扇，摩擦，彈性遲滯RRRRFFFF 第16頁(yè)/共70頁(yè)17n 輪胎駐波的形成及其危害輪胎的阻尼隨車(chē)輪轉(zhuǎn)速的增加而減小。高速時(shí)，離開(kāi)接觸區(qū)域的胎面變形不能立即恢復(fù)，殘留變形導(dǎo)致徑向波動(dòng)，形成駐波。危害：顯著增加能量損失，并破壞輪胎，因此限制了輪胎的最高安全行駛速度。汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)

8、 馬天飛第17頁(yè)/共70頁(yè)18n 滾動(dòng)阻力系數(shù)輪胎滾動(dòng)阻力和車(chē)輪載荷近似成線性關(guān)系定義輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛W,ZRRFFf第18頁(yè)/共70頁(yè)19n輪胎接地印記內(nèi)壓力的分布輪胎接地印跡內(nèi)的壓力在橫向和縱向均呈不對(duì)稱(chēng)分布。汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛斜交輪胎 子午線輪胎第19頁(yè)/共70頁(yè)20n滾動(dòng)阻力的產(chǎn)生在車(chē)輪中心面上，縱向壓力的分布車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)阻力矩滾動(dòng)阻力系數(shù)汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛RWZ,RRWR eFeFMdRR rFM dRRref第20頁(yè)/共70頁(yè)21n 滾動(dòng)阻力系數(shù)的影響因素滾動(dòng)阻力通常隨車(chē)輪載荷的增加而增加，而滾動(dòng)阻力系數(shù)隨載荷的增加而減小；輪胎壓力升高，滾動(dòng)阻力系數(shù)減??；

9、隨著車(chē)速的增加，滾動(dòng)阻力系數(shù)逐漸增加，到顯著增加。汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛第21頁(yè)/共70頁(yè)22n 滾動(dòng)阻力系數(shù)的測(cè)量整車(chē)道路測(cè)試道路狀況和基本條件是真實(shí)的；很難保證指定的試驗(yàn)參數(shù)。室內(nèi)臺(tái)架測(cè)試外支撐試驗(yàn)臺(tái) 內(nèi)支撐試驗(yàn)臺(tái) 平板試驗(yàn)臺(tái)汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛第22頁(yè)/共70頁(yè)23二、道路阻力不平路面、塑性路面和濕路面均會(huì)產(chǎn)生輪胎阻力。1、不平路面使車(chē)輪彈跳，消耗掉的阻尼 功形成滾動(dòng)阻力分量；汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛第23頁(yè)/共70頁(yè)242、塑性路面承載車(chē)輪滾過(guò)軟路面時(shí)將產(chǎn)生輪轍，引起車(chē)輪附加阻力。汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛壓實(shí)阻力 推土阻力 剪切阻力第24頁(yè)/共70頁(yè)253、濕路面在濕路面上，輪胎必須穿透

10、水層與路面接觸，為克服擾流阻力將產(chǎn)生車(chē)輪附加阻力。擾流阻力幾乎完全依賴(lài)于 單位時(shí)間內(nèi)排開(kāi)水的體積。汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛擾流阻力與車(chē)輪滾動(dòng)速度的關(guān)系（Wt為輪胎寬度）第25頁(yè)/共70頁(yè)26三、輪胎側(cè)偏阻力前面討論的滾動(dòng)阻力是基于車(chē)輪前進(jìn)方向垂直于車(chē)軸，且車(chē)軸平行于路面的假設(shè)條件的。側(cè)向載荷和車(chē)輪定位都會(huì)改變以上假設(shè)條件。1、側(cè)向載荷的影響轉(zhuǎn)彎時(shí)，側(cè)向力導(dǎo)致側(cè)偏現(xiàn)象。側(cè)向力在車(chē)輪運(yùn)動(dòng)方向上的分力 形成側(cè)偏阻力。小側(cè)偏角時(shí)，其滾動(dòng)阻力系數(shù)汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛Z，Z，yFCFFf2sin,R 側(cè)偏第26頁(yè)/共70頁(yè)272、車(chē)輪定位的影響車(chē)輪前束角使車(chē)輪中心平面與車(chē)輛行駛方向之間存在夾角。側(cè)偏現(xiàn)象將

11、產(chǎn)生附加滾動(dòng)阻力。車(chē)輪外傾角車(chē)輪中心平面與路面垂線之間的夾角。輪胎滾動(dòng)時(shí)不垂直于地面，滾動(dòng)區(qū)域所受載荷不斷變化，胎壁變形，滾動(dòng)阻力會(huì)稍有增加。汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛第27頁(yè)/共70頁(yè)28四、總的車(chē)輪滾動(dòng)阻力當(dāng)車(chē)輛在普通干路面上作直線行駛時(shí)，一般可以認(rèn)為車(chē)輪阻力就是輪胎滾動(dòng)阻力。汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛WZRRRRRR ，風(fēng)扇，摩擦，彈性遲滯FfFFFFF第28頁(yè)/共70頁(yè)29五、輪胎縱向力與滑動(dòng)率的關(guān)系n驅(qū)動(dòng)時(shí)，車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)大于平移的趨勢(shì)。驅(qū)動(dòng)滑轉(zhuǎn)率輪胎驅(qū)動(dòng)力系數(shù)定義為驅(qū)動(dòng)力與法向力的比值汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛zxFF%100dwdrurs第29頁(yè)/共70頁(yè)30n驅(qū)動(dòng)力系數(shù)與滑轉(zhuǎn)率的關(guān)系OA段

12、：輪胎初始的滑轉(zhuǎn)主要由胎面彈性變形引起；AB段：部分胎面在地面上滑轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)力和滑轉(zhuǎn)率呈非線性關(guān)系；滑轉(zhuǎn)率在15%20%附近，驅(qū)動(dòng)力達(dá)到最大值；滑轉(zhuǎn)率進(jìn)一步增加時(shí)，輪胎進(jìn)入不穩(wěn)定工況；驅(qū)動(dòng)力系數(shù)從峰值p下降到純滑轉(zhuǎn)時(shí)的s（飽和滑動(dòng)值）汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛第30頁(yè)/共70頁(yè)31n制動(dòng)力系數(shù)與車(chē)輪滑移率的關(guān)系制動(dòng)時(shí)，車(chē)輪平移的趨勢(shì)大于轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)。制動(dòng)力系數(shù)（制動(dòng)力與法向載荷之比）與滑移率的關(guān)系汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛第31頁(yè)/共70頁(yè)32n路面附著系數(shù)的差異不同輪胎路面附著系數(shù)的峰值和滑動(dòng)值差別顯著；應(yīng)盡量避免車(chē)輪制動(dòng)時(shí)抱死（sb=1）或加速時(shí)空轉(zhuǎn)（s=1）。在良好路面上，附著系數(shù)受輪胎 結(jié)構(gòu)、充氣

13、壓力的影響并不顯著。汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛第32頁(yè)/共70頁(yè)33n -s關(guān)系的影響因素車(chē)輛行駛速度輪胎載荷汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛第33頁(yè)/共70頁(yè)341、Julien的理論模型 描述驅(qū)動(dòng)力與充氣輪胎縱向滑轉(zhuǎn)率的關(guān)系n假設(shè)胎面為一個(gè)彈性帶；接地印跡為矩形且法向壓力均勻分布；接地區(qū)域分為附著區(qū)和滑轉(zhuǎn)區(qū)：在附著區(qū)，作用力只由輪胎彈性特性決定；在滑轉(zhuǎn)區(qū)，作用力由輪胎和路面的附著條件決定。汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛第34頁(yè)/共70頁(yè)35Julien理論模型輪胎在驅(qū)動(dòng)力矩作用下，胎面接地前端產(chǎn)生縱向變形e0。假設(shè)其壓縮應(yīng)變?cè)诟街鴧^(qū)保持不變，則距前端x處的縱向變形為假設(shè)在附著區(qū)內(nèi)，單位長(zhǎng)度的縱向力與胎面變形成正

14、比，則式中，ktan是胎面的切向剛度。x點(diǎn)之前的附著區(qū)域產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力為汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛)(0 xxeet)(ddttantanxkekxFx)21 (tttan0 xxkdFFxxxn 附著區(qū)域的驅(qū)動(dòng)力第35頁(yè)/共70頁(yè)36n根據(jù)附著條件確定附著區(qū)的臨界長(zhǎng)度附著條件式中，p為法向壓力，b為印跡寬度。附著區(qū)長(zhǎng)度須小于臨界長(zhǎng)度lc式中，lt為輪胎接地長(zhǎng)度。汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛ttantw, zpttanpcklFkpblxpttan)(ddpbxkxFxJulien理論模型第36頁(yè)/共70頁(yè)37n全附著狀態(tài)若ltlc，則輪胎接地區(qū)均為附著區(qū)。全附著時(shí)的驅(qū)動(dòng)力為可以證明，縱向應(yīng)變等于輪胎縱向

15、滑轉(zhuǎn)率s。全附著狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)力Fx與滑轉(zhuǎn)率s之間呈線性關(guān)系，即圖3-31的OA段。汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛ttttttan)21 (KllkFxJulien理論模型srurtruttrle第37頁(yè)/共70頁(yè)38n將要出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)時(shí)的臨界狀態(tài)若輪胎接地長(zhǎng)度等于臨界長(zhǎng)度時(shí)，印跡后端將開(kāi)始發(fā)生滑轉(zhuǎn)，此時(shí)有此時(shí)，滑轉(zhuǎn)率和驅(qū)動(dòng)力的極限值分別為汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛ttantw, zpctsklFll)(tttantw, zpclklFsttttw, zpxc/1)2/(1 llFFJulien理論模型第38頁(yè)/共70頁(yè)39n部分滑轉(zhuǎn)狀態(tài)隨著滑轉(zhuǎn)率或驅(qū)動(dòng)力的進(jìn)一步增加，滑轉(zhuǎn)區(qū)將從印跡后端向前擴(kuò)展?；D(zhuǎn)區(qū)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)

16、力此時(shí)，附著區(qū)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力（全附著公式中l(wèi)t換成lc）總的驅(qū)動(dòng)力此時(shí)，驅(qū)動(dòng)力與滑轉(zhuǎn)率呈非線性關(guān)系（AB段）。汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛)/1 (tcw, zpxsllFF)21 ( stccttanxallkFJulien理論模型sKlsKFFFFF0t20w, zptw, zpxaxsx2)(第39頁(yè)/共70頁(yè)40n全滑轉(zhuǎn)狀態(tài)當(dāng)滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象擴(kuò)展到整個(gè)輪胎接地區(qū)域時(shí)，驅(qū)動(dòng)力達(dá)到最大值，對(duì)應(yīng)著圖3-31中的B點(diǎn)。此時(shí)的驅(qū)動(dòng)力和對(duì)應(yīng)的滑轉(zhuǎn)率為 nB點(diǎn)之后進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)從B點(diǎn)開(kāi)始，輪胎滑轉(zhuǎn)率進(jìn)一步增加，將進(jìn)入不穩(wěn)定工況，路面附著系數(shù)從p下降到s。汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛w, zpxFFttantw, zpkl

17、Fs Julien理論模型第40頁(yè)/共70頁(yè)412、改進(jìn)的Julien理論模型Julien理論中，除了參數(shù)p、Fz,w和lt外，縱向變形系數(shù)t必須已知，需做大量試驗(yàn)。若忽略t項(xiàng)，單位接地長(zhǎng)度的驅(qū)動(dòng)力為如果在接地區(qū)間內(nèi)胎面與地面之間無(wú)滑動(dòng)，則汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛xskxkxFtantanxddslkxsxkFl)2/(d2ttan0tanxt第41頁(yè)/共70頁(yè)42n輪胎縱向剛度cs定義為單位滑移率所受的縱向力，即驅(qū)動(dòng)力-滑轉(zhuǎn)率曲線在原點(diǎn)處的斜率。如果接地區(qū)間無(wú)滑動(dòng)發(fā)生，二者呈線性關(guān)系對(duì)應(yīng)于曲線OA段。汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛scFsx0 x2ttanstan2ssFlkc改進(jìn)的Julien理論模

18、型第42頁(yè)/共70頁(yè)43n出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)時(shí)的臨界狀態(tài)A點(diǎn)以后，印跡后部單位長(zhǎng)度的驅(qū)動(dòng)力達(dá)到附著極限，胎面與地面之間發(fā)生滑動(dòng)?；D(zhuǎn)率和驅(qū)動(dòng)力的界限值分別是汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛tw, zppttanxddlFpbslkxFsw, zp2ttanw, zpc2cFlkFs2w, zpcsxcFscF改進(jìn)的Julien理論模型第43頁(yè)/共70頁(yè)44n出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)時(shí)的臨界狀態(tài)（續(xù)）若滑轉(zhuǎn)率和驅(qū)動(dòng)力超過(guò)以上界限時(shí)，接觸區(qū)（印跡）后端就開(kāi)始發(fā)生滑動(dòng)?？梢?jiàn)，驅(qū)動(dòng)力-滑轉(zhuǎn)率關(guān)系的線性上界為最大驅(qū)動(dòng)力的一半，即A點(diǎn)縱坐標(biāo)值是B點(diǎn)的一半。汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛改進(jìn)的Julien理論模型第44頁(yè)/共70頁(yè)45n部分滑轉(zhuǎn)狀態(tài)在

19、部分滑轉(zhuǎn)時(shí)，滑轉(zhuǎn)區(qū)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力為附著區(qū)的驅(qū)動(dòng)力為總的驅(qū)動(dòng)力為p、Fz,w cs容易獲得。汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛)21 ()1 (sw, zpw, zptcw, zpxsscFFllFFscFllFFs2w, z2ptcw, zpxa421)41 (sw, zpw, zpxaxsxscFFFFF改進(jìn)的Julien理論模型第45頁(yè)/共70頁(yè)46n制動(dòng)力與滑移率的關(guān)系制動(dòng)工況下，輪胎在進(jìn)入接觸印跡之前的胎面發(fā)生拉伸變形。圖3-36b上。采用與驅(qū)動(dòng)工況相類(lèi)似的方法分析?；D(zhuǎn)率和滑移率之間的關(guān)系定義cs,b為制動(dòng)作用下的輪胎縱向剛度，由制動(dòng)力-滑移率曲線的初始斜率給出。如果在接觸區(qū)域無(wú)滑移發(fā)生，則制動(dòng)力

20、和滑移率的關(guān)系為汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛)1/(bbbs,xbsscF改進(jìn)的Julien理論模型)1/(bbsss0bbs,bsxsFc第46頁(yè)/共70頁(yè)47n制動(dòng)滑移的臨界值接地區(qū)域?qū)⒁瑒?dòng)時(shí)，其極限滑移率相應(yīng)的極限制動(dòng)力n當(dāng)部分滑移時(shí)，總的驅(qū)動(dòng)力為汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛bbs,bw, zpw, zpx4)1 (1scsFFFw, zpbs,w, zpbc2FcFs21w, zpbcbcbs,xcFsscF改進(jìn)的Julien理論模型第47頁(yè)/共70頁(yè)483、“刷子”理論模型輪胎模型由連接在剛性基座（輪緣）上的一系列可以產(chǎn)生伸縮變形的彈性刷毛組成。這些刷毛能夠承受垂向載荷，并產(chǎn)生輪胎縱向力和側(cè)向

21、力。輪胎接地區(qū)域長(zhǎng)為2a。汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛第48頁(yè)/共70頁(yè)49n刷毛單元的變形驅(qū)動(dòng)時(shí)，車(chē)輪滾動(dòng)速度大于平移速度，刷毛接地端有粘附于路面的趨勢(shì)，刷毛單元產(chǎn)生形變，兩端產(chǎn)生速度差。假設(shè)車(chē)輪半徑遠(yuǎn)大于接地區(qū)域長(zhǎng)度刷毛單元足夠小刷毛單元沿x方向的縱向變形汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛xxrurturs )(刷子模型第49頁(yè)/共70頁(yè)50n無(wú)滑轉(zhuǎn)狀態(tài)的輪胎縱向力定義cex為刷毛單元?jiǎng)偠?，則刷毛單元縱向變形產(chǎn)生的彈性力為整個(gè)接觸區(qū)域的輪胎縱向力定義輪胎縱向滑轉(zhuǎn)剛度cs=2cexa2，則可見(jiàn)，輪胎縱向力與車(chē)輪滑轉(zhuǎn)率成線性關(guān)系。汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛s2d2exaaexxacxcFscFsx)( ssexex

22、exexxacxccF刷子模型第50頁(yè)/共70頁(yè)51n滑轉(zhuǎn)區(qū)與附著區(qū)臨界點(diǎn)的確定假設(shè)接地印跡內(nèi)垂向載荷的縱向分布為二次函數(shù)式中，待定系數(shù)可以由垂向載荷積分得到若地面附著系數(shù)為，則單元最大縱向力為臨界點(diǎn)坐標(biāo)為汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛)()(22ezxaxF)()(ezexxFxF刷子模型dx)x(aFaaz22acxxexA第51頁(yè)/共70頁(yè)52n部分滑轉(zhuǎn)狀態(tài)的縱向力臨界點(diǎn)A將接地區(qū)域分為附著區(qū)和滑轉(zhuǎn)區(qū)，滑轉(zhuǎn)區(qū)長(zhǎng)度整個(gè)接地印跡的縱向力等于兩個(gè)區(qū)域產(chǎn)生縱向力的和考慮到靜摩擦系數(shù)st通常大于滑動(dòng)摩擦系數(shù)sd，則輪胎縱向力為汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛22221331d)ad(d)a(dFstsdx刷子模型c

23、dxex2222221331d)ad(d)a(d)dxas(xc)dxx(aFaxexxaxAA第52頁(yè)/共70頁(yè)53n純滑轉(zhuǎn)狀態(tài)將要發(fā)生純滑轉(zhuǎn)時(shí)，滑轉(zhuǎn)區(qū)長(zhǎng)度d2a，得到臨界滑轉(zhuǎn)率如果區(qū)分摩擦系數(shù)，則臨界滑轉(zhuǎn)率應(yīng)代入滑動(dòng)摩擦系數(shù)。n刷子模型與魔術(shù)公式的對(duì)比汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛excx,/2ca刷子模型第53頁(yè)/共70頁(yè)54第五節(jié) 輪胎垂向力學(xué)特性 一、輪胎的垂向特性輪胎載荷與垂向變形基本成線性關(guān)系，常簡(jiǎn)化為剛度恒定的線性彈簧；試驗(yàn)表明，非滾動(dòng)輪胎的垂向剛度比滾動(dòng)輪胎的大，且滾動(dòng)輪胎剛度具有更明顯的非線性；根據(jù)測(cè)試條件不同，輪胎垂向剛度可分為靜剛度非滾動(dòng)動(dòng)剛度滾動(dòng)動(dòng)剛度汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛第

24、54頁(yè)/共70頁(yè)551、靜剛度輪胎在不同充氣壓力下的剛度特性曲線，繪成網(wǎng)格圖。輪胎垂向剛度不隨載荷的變化而變化，但與充氣壓力基本成正比變化。（圖3-42）汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛圖中每一條剛度曲線的原點(diǎn)均沿橫軸偏移了一段距離，其偏移量與充氣壓力成正比。輪胎靜態(tài)垂向剛度由曲線斜率決定。第55頁(yè)/共70頁(yè)562、非滾動(dòng)動(dòng)剛度n“下拋”試驗(yàn)測(cè)量動(dòng)剛度在一定載荷作用下的輪胎從高處自由下拋；輪胎落地后上下振動(dòng)但須保證胎面不脫離地面；記錄其瞬態(tài)響應(yīng)，按照單自由度自由振動(dòng)系統(tǒng)分析其動(dòng)剛度和阻尼系數(shù)。固有頻率d=2/；對(duì)數(shù)衰減率=ln(x1/x2)；據(jù)此可以求出等效阻尼系數(shù) （公式3-64）和輪胎動(dòng)剛度 （公式

25、3-65）。汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛第56頁(yè)/共70頁(yè)573、滾動(dòng)動(dòng)剛度n 測(cè)試方法對(duì)于滾動(dòng)輪胎，在胎面上施加簡(jiǎn)諧激勵(lì)在輪軸處測(cè)量其響應(yīng)根據(jù)輸入、輸出之間的頻響函數(shù)獲得輪胎的動(dòng)剛度和阻尼系數(shù)。測(cè)量輪胎在轉(zhuǎn)鼓上滾動(dòng)時(shí)的共振頻率來(lái)獲得滾動(dòng)輪胎的動(dòng)剛度。u在車(chē)輛動(dòng)力學(xué)仿真中，通常采用滾動(dòng)動(dòng)剛度作為計(jì)算參數(shù)。汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛第57頁(yè)/共70頁(yè)58n 輪胎滾動(dòng)動(dòng)剛度的影響因素滾動(dòng)時(shí)輪胎動(dòng)剛度顯著下降，車(chē)速超過(guò)20km/h后變化不明顯。對(duì)輪胎剛度影響較大的參數(shù)充氣壓力、車(chē)速、法向載荷、磨損程度胎面寬度、花紋深度、簾布層數(shù)量、輪胎材料汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛子午線貨車(chē)輪胎的垂向剛度比斜交胎的低；滾動(dòng)動(dòng)剛度

26、比靜剛度小10%15%（轎車(chē)）；5%（重型貨車(chē)）；第58頁(yè)/共70頁(yè)59二、輪胎噪聲n輪胎噪聲的機(jī)理空氣泵吸效應(yīng)空氣在輪胎和路面之間的空隙中被吸入擠壓。胎面單元振動(dòng)胎面單元離開(kāi)接觸區(qū)時(shí)由高變形狀態(tài)恢復(fù)并產(chǎn)生噪聲。n輪胎噪聲與車(chē)速和路面材料有關(guān)（表3-7）汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛第59頁(yè)/共70頁(yè)60n 輪胎垂向振動(dòng)特性利用轉(zhuǎn)鼓對(duì)胎面施加正弦激勵(lì)，測(cè)量輪轂加速度，獲得某子午線輪胎和斜交輪胎的垂向振動(dòng)特性。60100Hz范圍內(nèi)，子午線輪胎傳遞振動(dòng)的能力高于斜交輪胎。乘員易產(chǎn)生顫振感。150200Hz，斜交輪胎的振動(dòng)特性遠(yuǎn)差于子午線輪胎。易產(chǎn)生輪胎噪聲，或稱(chēng)路面噪聲。汽車(chē)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 馬天飛第60頁(yè)/共70頁(yè)61三、輪胎垂向振動(dòng)力學(xué)模型n 點(diǎn)接觸式線性彈簧-粘性阻尼模型簡(jiǎn)單、實(shí)用，參數(shù)容易測(cè)