汽车动力学-轮胎动力学教学内容

➢静刚度 静载荷与垂向变形的关系。
3.4轮胎纵向力学特性
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3. 轮胎侧偏引起的附加阻力
➢车轮定位的影响
□车轮外倾角
由于车轮外倾角的存在，使轮胎在滚动过程中不垂直于地面，胎 面滚动区域将受不断变化的载荷作用，胎壁产生变形，引起滚动 阻力稍有增加。
3.4轮胎纵向力学特性
21
4. 总的车轮滚动阻力 总的车轮滚动阻力是各部分阻力之和。车辆在普通干路面 上作直线行驶时，一般可认为车轮阻力就是轮胎滚动阻力。
□回正力矩 M z
3.1概述
3
2.车轮运动参数 □滑动率(s=0~1) ,表示车轮相对于
Fz uw
rd
纯滚动(或纯滑动)状态的偏离程度。 旋转轴
▲滑转率(驱动时)
s rd uw 100% rd
▲滑移率(制动时)
sb
uw
rd
uw
100%
车轮运动方向 uw
□轮胎侧偏角 arctan( vw ) 顺时针方向为正 负侧偏角
……
3.4轮胎纵向力学特性
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1.干、硬的平坦路面上轮胎滚动阻力及其产生机理 2.道路条件引起的附加阻力 3.轮胎侧偏引起的附加阻力 4.总的车轮滚动阻力 5.轮胎纵向力与滑动率的关系
3.4轮胎纵向力学特性
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1.干、硬的平坦路面上轮胎滚动阻力及其产生机理
➢轮胎滚动阻力
□弹性迟滞阻力
■产生过程
■驻波 高速工况；增加能量损失，产生大量热，限制最高 安全行驶速度。
汽车系统动力学 主讲：彭琪凯
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第三章 充气轮胎动力学
3.1概述 3.2轮胎的功能、结构与发展 3.3轮胎模型 3.4轮胎纵向力学特性 3.5轮胎垂向力学特性 3.6轮胎侧向力学特性
3.1概述
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1.轮胎运动坐标系
□纵向力 Fx □侧向力 Fy □法向力 Fz □翻转力矩 M x □滚动阻力矩 M y
3.4轮胎纵向力学特性
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➢轮胎滚动阻力
□滚动阻力系数测量
■整车道路测试 ■室内台架测试
3.4轮胎纵向力学特性
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2.道路条件产生的附加阻力
➢路面不平
x
W
不平路面阻力
பைடு நூலகம்
FR，不平
0
x
➢塑性路面
FR，塑性 FR FR,塑性
压实阻力
推土阻力
剪切阻力
▲塑性路面阻力随胎 压的增加而增大
3.4轮胎纵向力学特性
➢轮胎模型分类
□轮胎纵滑模型，预测车辆在驱动和制动工况时的纵向力。 □轮胎侧偏和侧倾模型，预测侧向力和回正力矩。 □轮胎垂向振动模型，用于高频垂向振动的评价。
3.3轮胎模型
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➢几种常用的轮胎模型 □幂指数统一轮胎模型
由郭孔辉院士提出，用于预测轮胎的稳态特性。
▲稳态纯纵滑工况纵向力 ▲稳态纯侧偏工况纵向力
uw
负的轮胎侧向力产生正的侧偏角
vw
Fy
□轮胎径向变形
无负载轮胎径向半径与负载时半径之差。轮胎印迹
3.2轮胎的功能、结构及发展
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➢轮胎的功能
□支撑整车质量
□与悬架共同作用，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
3.2轮胎的功能、结构及发展
y D sinC arctan Bx E(Bx arctan Bx)
◇拟合精度高，由于非线性计算量大；C值的变化对拟
合的误差影响较大；不能很好地拟合极小侧偏情况下 轮胎的侧偏特性。
3.3轮胎模型
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□SWIFT轮胎模型 荷兰Delft工业大学提出，采用刚性圈理论，结合 “魔术公式”综合而成。 □Fiala模型 □Gim模型 □Dugoff模型 □有限元模型
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➢轮胎的发展 轮胎的材料、胎面花纹以及内部结构影响轮胎的物理 特性。 □低滚动阻力
□良好的平顺性 □良好的操稳性 □良好的附着性 □低噪声
3.3轮胎模型
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➢什么是轮胎模型？ 纵向滑动率 s
车辆运动 参数
侧偏角 径向变形 车轮外倾角 车轮转速
转偏率
轮胎模型
纵向力Fx 侧向力Fy 法向力Fz 轮胎六 侧倾力矩M x 分力 滚动阻力矩M y 回正力矩 M z
3.4轮胎纵向力学特性
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➢轮胎滚动阻力
□摩擦阻力
□风扇效应阻力 □滚动阻力系数
滚动阻力 FR FR,弹性迟滞 FR,摩擦 FR,风扇
滚动阻力系数
fR
FR Fz , w
滚动阻力系数
fR
eR rd
■滚动阻力系数随着胎压增加而降低
■滚动阻力系数随着车轮载荷增加而降低 ■滚动阻力系数随着车速增加而增加
Fx
x x
x Fz Fx
Fy
y y
y Fz Fy
▲稳态纯侧偏工况回正力矩 M z Fy Dx
▲稳态纵滑侧偏联合工况
◇无量纲，表达式统一，可表达各种垂向载荷下的
轮胎特性，参数拟合方便，能拟合原点刚度。
3.3轮胎模型
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□“魔术公式”轮胎模型
Pacejka提出，以三角函数组合的形式来拟合轮胎试验 数据，得出一套公式可以同时表达纵向力、侧向力和 回正力矩的轮胎模型。
由轮胎侧偏 附加的阻力
f R，侧偏
Fy
sin
FR (1 cos )
Fz ,W
小侧偏角时，Fy C ，假定 sin , cos 1
fR，侧偏 C 2 / Fz,W
3.4轮胎纵向力学特性
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3. 轮胎侧偏引起的附加阻力
➢车轮定位的影响
□车轮前束角
FR，前束 Fy sin w fR,前束Fz,W
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➢轮胎的结构
□胎体 决定轮胎基本性能 □胎圈 便于胎体装卸 □胎面 保护胎体、内胎
■胎冠
■胎肩 ■胎侧
▲常用的充气轮胎有两种，斜交轮胎和子午线轮胎，主要 是胎体帘线角度的不同，前者为20-40度，后者为85-90度。
3.2轮胎的功能、结构及发展与比较
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斜交轮胎
子午线轮胎
3.2轮胎的功能、结构及发展
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2.道路条件产生的附加阻力
➢湿路面
扰流阻力
FR，扰流
(Wt 10
uw N
)E
湿路面上的轮胎滚动阻力 FR，湿路 FR FR,扰流
3.4轮胎纵向力学特性
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3. 轮胎侧偏引起的附加阻力
➢侧向载荷的影响
F' R，侧偏
FR
cos
Fy
sin
F' R，侧偏
FR
FR (1 cos )
Fy
sin
由侧偏角引起的附加 滚动阻力系数
5. 轮胎纵向力与滑动率的关系
◇纵向力在滑动率15%20%附近时达到最大值。
◇制动防抱死系统和驱 动力控制系统的理论依 据。
3.5轮胎垂向力学特性
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1.轮胎的垂向特性 2.轮胎噪声 3.轮胎垂向振动力学模型 4.轮胎振动对汽车性能的影响
3.5轮胎垂向力学特性
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1.轮胎的垂向特性 通常以轮胎所受的载荷和变形曲线来表示轮胎的刚度特性。