汽車動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ) 課件 2 地面輪胎力學(xué)

第二章地面輪胎力學(xué)輪胎的功用研究地面為何與如何對(duì)輪胎產(chǎn)生力和力矩作用，定性及定量地分析輪胎的受力、變形和運(yùn)動(dòng)響應(yīng)之間的關(guān)系。（1）支承車重，緩和沖擊（3）提供側(cè)偏力（2）提供縱向力地面輪胎力學(xué)的研究范疇2.1作用在輪胎上的力和力矩（1）車輪中心平面。（2）車輪中心（3）接地線（4）接地中心（5）接地面（6）靜力半徑rs（7）滾動(dòng)半徑rd（8）輪胎側(cè)偏角α（9）車輪外傾角γ車輪半徑rw（1）輪胎縱向力FX（2）輪胎側(cè)向力FY（3）輪胎法向力FZ（4）輪胎翻轉(zhuǎn)力矩MX（5）輪胎滾動(dòng)阻力矩MY（6）輪胎回正力矩MZ（7）車輪扭矩TW圖2.3輪胎的徑向變形曲線2.2滾動(dòng)阻力2.2.1形成機(jī)理遲滯損失：輪胎在不可逆的加載和卸載過(guò)程中，一部分能量消耗在輪胎各組成部分相互間的摩擦以及橡膠、簾線等物質(zhì)分子間的摩擦，最后轉(zhuǎn)化為熱能而消失在大氣中，這種損失稱為彈性物質(zhì)的遲滯損失。圖2.4從動(dòng)車輪在硬路面上滾動(dòng)時(shí)的受力2.2滾動(dòng)阻力2.2.1形成機(jī)理Ff=Fp令且FZ與W的大小相等滾動(dòng)阻力系數(shù)：表示單位車輪負(fù)荷所需克服的滾動(dòng)阻力。（1）路面條件路面狀況滾動(dòng)阻力系數(shù)路面狀況滾動(dòng)阻力系數(shù)良好瀝青或混凝土0.01~0.018壓緊土路（干燥）0.025~0.035一般瀝青或混凝土0.018~0.02壓緊土路（雨后）0.05~0.15碎石0.02~0.025干沙0.1~0.3良好卵石0.025~0.05濕沙0.06~0.15坑洼卵石0.035~0.05結(jié)冰路面0.015~0.03泥濘土路（雨季）0.1~0.25壓緊雪路0.03~0.05表2.1不同路面對(duì)應(yīng)的滾動(dòng)阻力系數(shù)2.2.2滾動(dòng)阻力的影響因素良好的瀝青或混凝土路面滾動(dòng)阻力系數(shù)很小高低不平的硬路面或松軟路面滾動(dòng)阻力系數(shù)較大（2）行駛速度2.2.2滾動(dòng)阻力的影響因素輪胎滾動(dòng)阻力隨車速而變化，其原因是由于輪胎變形而引起內(nèi)摩擦、胎面局部滑移以及駐波而造成的能量損失。此外，高速時(shí)由于空氣阻力而引起的滾動(dòng)阻力也隨之增加。輪胎駐波現(xiàn)象——隨著車輪轉(zhuǎn)速提高，輪胎由于來(lái)不及恢復(fù)原來(lái)形狀，其周緣不再是圓形而呈明顯的波浪形。這會(huì)增加輪胎滾動(dòng)阻力，并使輪胎溫度快速升高，導(dǎo)致輪胎破損或爆胎。解決措施：提高胎壓，選用高速輪胎。斜交輪胎：子午線輪胎：在硬路面上行駛的汽車，輪胎氣壓降低，輪胎接地印跡面積增大，在滾動(dòng)過(guò)程中變形增大，遲滯損失增加，輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)增大。在軟路面上行駛的汽車，降低輪胎氣壓可增大輪胎與地面的接觸面積，降低輪胎對(duì)地面的單位壓力，減小土壤變形，輪轍深度變淺，這樣土壤變形而引起的滾動(dòng)阻力減小，滾動(dòng)阻力系數(shù)較小。輪胎所受垂直載荷增加，會(huì)使輪胎變形增加，加大遲滯損失，因而滾動(dòng)阻力系數(shù)也增加，但影響很小。（3）輪胎充氣壓力/載荷2.2.2滾動(dòng)阻力的影響因素圖2.7輪胎溫度、滾動(dòng)阻力系數(shù)隨車輛行程的變化關(guān)系圖2.8不同聚合物輪胎的滾動(dòng)阻力系數(shù)和溫度的關(guān)系（4）輪胎溫度2.2.2滾動(dòng)阻力的影響因素隨著輪胎滾動(dòng)，溫度將逐漸升高，胎壓增大，遲滯損失減少，從而輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)減小。在正常行駛過(guò)程中，每增加1oC，滾動(dòng)阻力減少約0.6%。當(dāng)輪胎滾動(dòng)超過(guò)30km距離后，溫度和滾動(dòng)阻力系數(shù)會(huì)趨于穩(wěn)定。（5）驅(qū)動(dòng)力2.2.2滾動(dòng)阻力的影響因素對(duì)于驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)工況下的輪胎，胎面相對(duì)于路面有一定的滑動(dòng)，會(huì)增加輪胎滾動(dòng)時(shí)的能量損耗。隨著驅(qū)動(dòng)力系數(shù)的增加，斜交輪胎和子午線輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)均迅速增加。子午線輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)比普通斜交輪胎的低；輪胎胎側(cè)以及胎面的材料和厚度會(huì)影響輪胎的剛度和遲滯阻力；從滾動(dòng)阻力角度看，合成橡膠材料不如天然橡膠材料優(yōu)越，但由于前者具有在胎面壽命、濕路面上的附著性能和降低輪胎噪聲方面的巨大優(yōu)勢(shì)，所以實(shí)際上它們已經(jīng)取代了天然橡膠。（6）輪胎結(jié)構(gòu)與材料2.2.2滾動(dòng)阻力的影響因素（7）車輪前束當(dāng)車輪前束角為4o~5o時(shí)，車輪滾動(dòng)所消耗的能量比沒(méi)有前束角行駛時(shí)大兩倍。隨著輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)的增加，車輛百公里加速時(shí)間有所增加、最高車速有所降低。輪胎滾動(dòng)阻力所造成的燃料消耗約占整個(gè)車輛燃料消耗量的12~20%，滾動(dòng)阻力減小20%，則節(jié)約燃料約4%。2.2.3滾動(dòng)阻力對(duì)車輛性能的影響圖2.10輪胎與路面間摩擦的機(jī)理

在胎面接觸區(qū)域產(chǎn)生三種附著作用：①與真實(shí)接觸面積成比例的黏著力；②橡膠滑動(dòng)時(shí)由于產(chǎn)生接觸表面法向變形，并由于遲滯損失引起切向附著力；③很高的局部應(yīng)力使輪胎的表面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形并超過(guò)其彈性極限，橡膠聚合物粘結(jié)被破壞，產(chǎn)生分子鏈斷裂，形成磨損附著力。2.3附著力2.3.1附著力的產(chǎn)生機(jī)理輪胎附著力或稱抓地力，是指當(dāng)車輪受驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)或轉(zhuǎn)向作用時(shí)，輪胎相對(duì)于地面產(chǎn)生一定程度的彈性滑動(dòng)變形（若變形很小，常稱為蠕動(dòng)變形），在該狀態(tài)下地面所能提供給輪胎接地面的最大切向反作用力。FAi=τs×AiFHi=C×(Ec-Ee)i圖2.11制動(dòng)工況下輪胎接地面的變形及受力當(dāng)輪胎滑動(dòng)速度比胎面圓周線速度更快時(shí)，胎面微元受地面附著作用而彈性滑動(dòng)變形后，才能提供制動(dòng)力。隨著胎面微元在接觸面內(nèi)向后運(yùn)動(dòng)，其局部滑動(dòng)變形和所承受的垂直載荷都顯著增大，路面對(duì)輪胎將提供更大的制動(dòng)力。隨著胎面微元運(yùn)動(dòng)至接觸區(qū)的后部，載荷減小，達(dá)到某一點(diǎn)后胎面微元在輪胎表面明顯滑動(dòng)引起制動(dòng)力迅速下降，到離開路面時(shí)制動(dòng)力降到零。因此，車輪驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)所需要的地面縱向附著力都來(lái)源于輪胎滾動(dòng)速度和行駛速度之間的差值。2.3.1附著力的產(chǎn)生機(jī)理制動(dòng)工況下附著力的產(chǎn)生過(guò)程：2.3.2輪胎縱向滑動(dòng)率在驅(qū)動(dòng)工況下，當(dāng)車輪處于純滾動(dòng)時(shí)，ωwrw=v，滑動(dòng)率SX=0；在完全滑轉(zhuǎn)時(shí)，v=0，SX=100%；邊滾動(dòng)邊滑轉(zhuǎn)時(shí)，ωwrw>v，0<SX<100%。顯然，在驅(qū)動(dòng)工況下滑動(dòng)率的數(shù)值說(shuō)明了車輪運(yùn)動(dòng)中滑轉(zhuǎn)成分所占的比例，滑動(dòng)率越大，滑轉(zhuǎn)成分越多。在制動(dòng)工況下，當(dāng)車輪處于純滾動(dòng)時(shí)，ωwrw=v，滑動(dòng)率SX=0；在完全滑移時(shí)，ωw=0，SX=－100%；邊滾動(dòng)邊滑移時(shí)，v>ωwrw，－100%<SX<0。在制動(dòng)工況下滑動(dòng)率的絕對(duì)值說(shuō)明了車輪運(yùn)動(dòng)中滑動(dòng)成分所占的比例，滑動(dòng)率絕對(duì)值越大，滑移成分越多。2.3.3附著系數(shù)不考慮地面對(duì)輪胎在XT-YT平面內(nèi)附著力Fφ的方向，定義Fφ與輪胎所受地面法向反作用力（簡(jiǎn)稱法向力）FZ的比值為附著系數(shù)，用符號(hào)φ表示。在一些文獻(xiàn)中也將其稱為摩擦系數(shù)。圖2.13附著系數(shù)隨滑動(dòng)率的變化曲線|SX|=0~15%，φ隨|SX|基本呈線性增長(zhǎng)；|SX|=15%~30%，附著系數(shù)φ可到達(dá)最大值，最大的φ稱為峰值附著系數(shù)φp；|SX|=30%~100%，輪胎附著系數(shù)φ有所下降；|SX|=100%，輪胎附著系數(shù)稱為滑動(dòng)附著系數(shù)φs。在干燥路面上，φp與φs差別較小，而在濕路面差別較大。路面峰值附著系數(shù)滑動(dòng)附著系數(shù)路面峰值附著系數(shù)滑動(dòng)附著系數(shù)瀝青或混凝土0.8～0.90.75土路（干）0.680.65瀝青（濕）0.5～0.7045～0.6土路（濕）0.550.4～0.5混凝土（濕）0.80.7雪（壓緊）0.20.15礫石0.60.55冰0.10.07（1）路面2.3.4輪胎附著系數(shù)的影響因素路面越堅(jiān)硬、微觀粗糙，附著系數(shù)越高。路面潮濕時(shí)，輪胎與路面間的水起著潤(rùn)滑作用，會(huì)使附著系數(shù)下降。路面被細(xì)砂、塵土、油污、泥土等覆蓋時(shí)，附著系數(shù)會(huì)降低。汽車在松軟土壤上行駛時(shí)，土壤變形大且抗剪強(qiáng)度較低，附著系數(shù)較小。l－干混凝土路面2－濕混凝土路面3－軟路面4－積雪路面（2）輪胎2.3.4輪胎附著系數(shù)的影響因素輪胎花紋可提高附著系數(shù)。子午線輪胎縱向力性能優(yōu)于斜交輪胎，寬斷面輪胎由于增大輪胎與地面的接觸面積而提高縱向力，故其附著系數(shù)要比一般輪胎高。合成橡膠輪胎的附著系數(shù)約比天然橡膠輪胎高5％左右。在硬路面和松軟路面上，降低輪胎氣壓可增大輪胎增大輪胎的接地面積，從而增大附著系數(shù)。輪胎的磨損程度會(huì)影響附著能力。新輪胎的附著系數(shù)很高，隨著胎面花紋深度的減小，附著系數(shù)將顯著降低。（4）車速圖2.16不同路面上附著系數(shù)-車速關(guān)系干燥泥路面潮濕路面結(jié)冰路面（3）垂直載荷2.3.4輪胎附著系數(shù)的影響因素增加垂直載荷會(huì)減小峰值附著系數(shù)和滑動(dòng)附著系數(shù)。圖2.15附著系數(shù)與載荷的關(guān)系在硬路上汽車行駛速度增大時(shí)，由于胎面來(lái)不及與路面微觀凹凸構(gòu)造很好地嵌合，附著系數(shù)會(huì)有所下降。在松軟路面上，由于高速行駛的車輪極容易破壞土壤的結(jié)構(gòu)，同時(shí)土壤也不能和胎面花紋很好地嵌合，所以提高行駛速度會(huì)使附著系數(shù)降低。2.3.4輪胎附著系數(shù)的影響因素在結(jié)冰路面上，若適當(dāng)提高行駛速度，由于冰面受輪胎瞬間擠壓，局部溫度升高而趨于融化，但尚未形成水膜，將有利于胎面與冰面的嵌合，附著系數(shù)會(huì)略有提高。需要注意的是，在結(jié)冰路面上車速還受到行車安全的限制。（4）車速滑水現(xiàn)象：汽車在有薄層積水的高速公路上達(dá)到一定速度時(shí)，由于水膜作用，使輪胎無(wú)法直接接觸路面而失去附著力，車體則產(chǎn)生滑移、飄浮，使駕駛員難以控制的現(xiàn)象。對(duì)制動(dòng)性能的影響：峰值附著系數(shù)決定了車輪不抱死狀態(tài)時(shí)的車輛制動(dòng)極限滑動(dòng)附著系數(shù)決定了車輪抱死狀態(tài)時(shí)的車輛制動(dòng)極限對(duì)驅(qū)動(dòng)性能的影響：峰值附著系數(shù)決定了車輪不滑轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)的車輛動(dòng)力性能滑動(dòng)附著系數(shù)決定了車輪滑轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)的車輛動(dòng)力極限2.3.4附著系數(shù)對(duì)車輛性能的影響當(dāng)滾動(dòng)的充氣輪胎受到地面?zhèn)绕Y作用時(shí)，由于輪胎彈性，車輪行駛方向?qū)⑵x車輪平面方向，定義車輪中心平面與車輪行駛方向之間的夾角α為輪胎側(cè)偏角。2.4.1輪胎側(cè)偏力和側(cè)偏角2.4輪胎側(cè)偏力汽車在行駛中，由于路面的側(cè)向傾斜、側(cè)風(fēng)或曲線行駛所產(chǎn)生的離心力等的作用，車輪中心沿YT軸方向?qū)⒆饔糜袀?cè)向力Fy，地面上就會(huì)對(duì)輪胎接地面產(chǎn)生相應(yīng)的側(cè)向反作用力FY，稱為輪胎側(cè)偏力。滾動(dòng)輪胎在側(cè)偏力作用下的變形2.4輪胎側(cè)偏力滾動(dòng)輪胎在側(cè)偏力作用下的變形當(dāng)車輪在前進(jìn)過(guò)程中受到側(cè)向力Fy作用，輪胎胎面微元最初與路面接觸時(shí)，保持其正向位置不變（即只有拉伸變形而沒(méi)有側(cè)向變形），此時(shí)胎面微元不能提供側(cè)偏力。隨著輪胎繼續(xù)沿著車輪行駛方向前進(jìn)，胎面微元仍停留在原先與路面接觸的位置，于是相對(duì)于輪胎就產(chǎn)生一個(gè)側(cè)向變形。隨著微元在接觸區(qū)內(nèi)往后移動(dòng)，側(cè)偏力FY逐漸增大，直到某一點(diǎn)，微元所承受的側(cè)偏力FY超過(guò)路面所能提供的側(cè)向附著力，側(cè)向滑動(dòng)開始出現(xiàn)。2.4.2輪胎側(cè)偏的形成機(jī)理FYFYFyFyα2.4.3側(cè)偏剛度輪胎側(cè)偏力—側(cè)偏角曲線起始階段的斜率。注意：輪胎的正側(cè)偏角對(duì)應(yīng)著數(shù)值為負(fù)的側(cè)偏力，因此側(cè)偏剛度應(yīng)該為負(fù)值的。但是在許多研究中，為了方便應(yīng)用，常將側(cè)偏角和側(cè)偏力均取絕對(duì)值，故側(cè)偏剛度Cα取作正值。（1）輪胎類型2.4.4輪胎側(cè)偏剛度的影響因素子午線輪胎比斜交輪胎具有更高的側(cè)偏剛度。2.4.4輪胎側(cè)偏剛度的影響因素（2）垂直載荷側(cè)偏力和側(cè)偏剛度隨垂直載荷的增加而增大，但垂直載荷過(guò)大時(shí)，輪胎接觸面內(nèi)的壓力變得極不均勻，導(dǎo)致輪胎側(cè)偏剛度反而有所減小。（3）充氣壓力提高轎車用輪胎的充氣壓力會(huì)增大其側(cè)偏剛度，但氣壓過(guò)高后側(cè)偏剛度不再變化。（4）輪胎結(jié)構(gòu)在給定載荷情況下，增大輪胎的直徑或?qū)挾染茉龃蠼拥孛娣e，使其側(cè)偏剛度增大。胎面花紋設(shè)計(jì)會(huì)影響側(cè)偏剛度。2.4.4輪胎側(cè)偏剛度的影響因素（5）外傾角外傾推力：如果輪胎存在一定外傾角γ，輪胎將產(chǎn)生徑向變形，地面會(huì)對(duì)輪胎產(chǎn)生一個(gè)指向車輪中心的作用力。該作用力的側(cè)向分力稱為外傾推力。外傾剛度FY＝FYα＋Fyγ

＝Cαα＋Cγγ需要由地面提供的側(cè)向力FY2.4.4輪胎側(cè)偏剛度的影響因素（5）外傾角側(cè)偏角相等時(shí)，隨著外傾角增大，外傾推力FYγ增大，相當(dāng)于增大地面對(duì)輪胎的側(cè)向作用力FY。隨著外傾角的增大，胎面與路面的接觸情況越來(lái)越差，會(huì)降低輪胎側(cè)向附著力，減少輪胎的最大側(cè)偏力，從而影響車輛轉(zhuǎn)向特性和轉(zhuǎn)向能力。（6）路面條件車輛在干燥路面上行駛時(shí)，由于堅(jiān)硬的路面不易發(fā)生大的剪切變形，故而車速變化對(duì)輪胎側(cè)偏剛度沒(méi)有明顯影響。在粗糙不平的潮濕路面上，路面結(jié)構(gòu)可以刺破水膜，所能提供的輪胎側(cè)向力要比光滑路面大許多。在覆有薄水層的路面上，會(huì)因滑水現(xiàn)象而出現(xiàn)側(cè)偏力完全喪失的情況。在覆有薄水層的路面上，會(huì)因滑水現(xiàn)象而出現(xiàn)側(cè)偏力完全喪失的情況。2.4.4輪胎側(cè)偏剛度的影響因素（6）路面條件2.4.5側(cè)偏剛度對(duì)車輛性能的影響輪胎側(cè)偏剛度是影響車輛穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)轉(zhuǎn)向特性的重要參數(shù)。要使車輛具有不足轉(zhuǎn)向特性，后輪的側(cè)偏剛度就需要相對(duì)大一些。若前輪側(cè)偏剛度過(guò)大，會(huì)造成車輛具有過(guò)多轉(zhuǎn)向特性，一旦超過(guò)臨界車速后，車輛轉(zhuǎn)向?qū)⒆兊貌环€(wěn)定。輪胎因轉(zhuǎn)向行駛而在接地印跡內(nèi)產(chǎn)生側(cè)偏剪切力，將接觸區(qū)內(nèi)分布的剪切力積分后可得到側(cè)偏合力。由于在接觸長(zhǎng)度上剪切力分布不對(duì)稱，使得合力的作用點(diǎn)位于輪胎接地印跡幾何中心的后方，該偏移距離稱為充氣輪胎拖距。這些剪切力就會(huì)對(duì)垂直軸產(chǎn)生回正力矩MZ，其數(shù)值等于側(cè)偏力FY乘以輪胎拖距tp。2.5回正力矩2.5.1形成機(jī)理主銷后傾主銷拖距（1）側(cè)偏角圖2.26輪胎回正力矩與側(cè)偏角的關(guān)系曲線圖2.27不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)輪胎側(cè)偏力及拖距變化情況（2）垂直載荷2.5.2回正力矩的影響因素開始時(shí)，隨著側(cè)偏角α的增大，側(cè)偏力FY增大，輪胎拖距tp增大，回正力矩MZ相應(yīng)增大，當(dāng)側(cè)偏角為4o~6o時(shí)回正力矩達(dá)到最大值。隨著側(cè)偏角不斷增大，輪胎接地面后部側(cè)偏力的增大程度相較于前部減弱，輪胎拖距tp減小為零，甚至變?yōu)樨?fù)值，回正力矩的變化情況也與此相似。回正力矩隨垂直載荷的增加而顯著增大。（4）輪胎氣壓圖2.28不同結(jié)構(gòu)輪胎的回正力矩特性（5）外傾角圖2.29外傾角和垂直載荷對(duì)回正力矩影響（3）輪胎結(jié)構(gòu)2.5.2回正力矩的影響因素在側(cè)偏角小于2o時(shí)，兩種輪胎的回正力矩特性曲線的斜率基本一樣，與側(cè)偏角基本呈線性關(guān)系；在2o~5o的正常側(cè)偏角范圍內(nèi)，子午線輪胎所獲得的回正力矩總是大于斜交輪胎。輪胎氣壓增大，接地面就減小，拖距減小，回正力矩相應(yīng)減小。輪胎滾動(dòng)時(shí)，其非零外傾角會(huì)增加地面對(duì)輪胎的側(cè)向作用力，從而產(chǎn)生相應(yīng)的回正力矩?；卣氐姆较蚺c轉(zhuǎn)向輪原有轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。回正力矩還會(huì)使駕駛?cè)藢?duì)行駛的車輛產(chǎn)生轉(zhuǎn)向感覺(jué)。當(dāng)車輛靜止轉(zhuǎn)向或非常低速行駛時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)向，回正力矩作為摩擦阻力矩阻礙車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。2.5.3回正力矩對(duì)車輛性能的影響（6）其他因素2.5.2回正力矩的影響因素路面狀況的影響僅限于改變附著極限。輪胎旋轉(zhuǎn)速度（車速）增大，輪胎的回正力矩會(huì)略有減小圖2.30縱向力系數(shù)φx和側(cè)偏力系數(shù)φy

與縱向滑動(dòng)率s的關(guān)系圖2.31不同側(cè)偏角下的側(cè)偏力與縱向力的關(guān)系2.6縱向/側(cè)向滑動(dòng)復(fù)合工況下輪胎特性2.6.1輪胎的復(fù)合滑動(dòng)特性當(dāng)輪胎在同時(shí)具有縱向和側(cè)向滑動(dòng)的工況下運(yùn)行時(shí)，所受縱向力和側(cè)向力均明顯小于單獨(dú)方向滑動(dòng)時(shí)的作用力。車輪驅(qū)動(dòng)或制動(dòng)時(shí)，輪胎會(huì)在接地面內(nèi)引起附加的滑動(dòng)，導(dǎo)致側(cè)偏力的減小。附著橢圓：因?yàn)檩喬ジ街鴺O限是由載荷FZ乘以附著系數(shù)φ決定，而與地面對(duì)輪胎切向作用力的方向無(wú)關(guān)，顯然，該切向作用力可用于側(cè)偏力或縱向力，亦或二者的合力。在一定側(cè)偏角和縱向加速度（或減速度）工況下，若輪胎的最大側(cè)偏力和縱向附著力相等時(shí)，附著極限曲線呈圓形。但由于輪胎材料在縱向和側(cè)向上的特性并不一致，這些附著極限曲線往往不是圓形，而是橢圓形。2.6縱向/側(cè)向滑動(dòng)復(fù)合工況下輪胎特性2.6.1輪胎的復(fù)合滑動(dòng)特性SAETechniquePaper2006-01-1019OntheDynamicsofAutomobileDrifting圖2.32輪胎側(cè)偏力、回正力矩與縱向力的關(guān)系2.6.1輪胎的復(fù)合滑動(dòng)特性當(dāng)有制動(dòng)力（負(fù)值）施加在輪胎上時(shí)，側(cè)偏力會(huì)略有增大而回正力矩則會(huì)減小。這是由于輪胎在有制動(dòng)力作用后，輪胎的結(jié)構(gòu)（側(cè)壁和/或胎面）變硬，剛度增大，胎地接觸長(zhǎng)度縮短，拖距減小，使得回正力矩減小。當(dāng)制動(dòng)力達(dá)到極限值時(shí)，由于輪胎側(cè)偏剪切力的重新分布，合力中心位于接地中心前方，回正力矩變?yōu)樨?fù)值。當(dāng)縱向力為中等大小的驅(qū)動(dòng)力（正值）時(shí)，所產(chǎn)生的效果就完全相反。側(cè)偏力略有減小，但回正力矩顯著增大。在接近附著極限時(shí)，側(cè)偏力和回正力矩均減小。與制動(dòng)工況不同的是，即使驅(qū)動(dòng)力達(dá)到其極限值，回正力矩也不會(huì)出現(xiàn)負(fù)值。輪胎類型和充氣壓力對(duì)側(cè)偏剛度有顯著影響，但輪胎縱向力和側(cè)向力之間仍保持附著橢圓特征。速度對(duì)輪胎附著橢圓特性無(wú)影響。路面狀況僅改變摩擦極限。受復(fù)合載荷作用，車輛在彎道制動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)向和制動(dòng)能力均下降。當(dāng)車輛側(cè)向加速度達(dá)到0.3g時(shí)，制動(dòng)性能降到最低。當(dāng)制動(dòng)減速度較大時(shí)，受輪胎抱死影響，車輛會(huì)失去轉(zhuǎn)向控制能力或發(fā)生側(cè)滑。2.6.2輪胎復(fù)合滑動(dòng)特性的影響因素2.6.3輪胎復(fù)合滑動(dòng)特性對(duì)車輛性能影響（1）靜剛度圖2.32輪胎的靜載荷—變形曲線圖2.33輪胎靜剛度與充氣壓力的關(guān)系2.7輪胎的振動(dòng)特性2.7.1輪胎垂向剛度在法向載荷作用下，充氣輪胎會(huì)發(fā)生垂向變形，通常以輪胎所受的載荷和變形的曲線來(lái)表示輪胎的剛度特性。輪胎載荷與垂向變形基本呈線性關(guān)系，因此在最基本的乘載動(dòng)力學(xué)模型中，經(jīng)常將輪胎簡(jiǎn)化為一個(gè)剛度恒定的線性彈簧。輪胎在垂向靜載荷作用下發(fā)生垂向變形的程度。輪胎靜剛度由靜載荷—變形曲線的斜率來(lái)確定。圖2.35非滾動(dòng)輪胎動(dòng)剛度測(cè)試瞬態(tài)響應(yīng)δ=ln(x1/x2)2.7.1輪胎垂向剛度

（2）非滾動(dòng)動(dòng)剛度“下拋”試驗(yàn)。測(cè)試中，受一定載荷的輪胎自某一高度自由落下，使得輪胎剛好與地面接觸后上下振動(dòng)且胎面不脫離地面，記錄輪胎的瞬態(tài)響應(yīng)。充氣壓力kPa阻尼系數(shù)(kN·s/m)103.44.45137.93.68172.43.44206.93.43241.32.86子午線輪胎在不同胎壓下的阻尼系數(shù)圖2.36不同類型輪胎的動(dòng)剛度2.7.1輪胎垂向剛度

（3）滾動(dòng)動(dòng)剛度將輪胎壓向滾動(dòng)的轉(zhuǎn)鼓，并對(duì)胎面進(jìn)行簡(jiǎn)諧信號(hào)掃頻激振，在輪轂處測(cè)量響應(yīng)，根據(jù)測(cè)得的系統(tǒng)頻響特性，可獲得滾動(dòng)輪胎的動(dòng)剛度和阻尼系數(shù)。轎車的輪胎滾動(dòng)動(dòng)剛度通常比靜剛度小10%~15%；重型貨車的輪胎滾動(dòng)動(dòng)剛度比靜剛度約小5%。在車輛動(dòng)力學(xué)仿真中，常是采用滾動(dòng)動(dòng)剛度作為計(jì)算的參數(shù)。輪胎充氣壓力、車速、法向載荷以及磨損程度，對(duì)輪胎剛度均有著重要的影響。另外，輪胎的結(jié)構(gòu)參數(shù)（如胎冠簾線角、胎面寬度、胎面花紋深度