轮胎模型及在车辆仿真中的应用

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ADAMS CAR不同轮胎模型的整车平顺性分析实例

ADAMS/CAR不同轮胎模型的整车平顺性分析实例在相同条件下，对使用不同轮胎模型的整车模型进行平顺性仿真。

仿真结束后，在后处理模块获得汽车底盘质心处x 、y 、z 三个轴向的加速度曲线。

为了确定路面引起汽车振动所在的频率范围，还需获取相应的加速度功率谱密度。

最后，求加速度加权均方根值，评价振动对人体的影响。

目录第一章、参考资料 (1)第二章、建模说明 (5)一、生成5.2.1前轮胎模型 (5)二、生成5.2.1后轮胎模型 (9)三、生成其他三个轮胎模型 (10)四、生成整车模型 (12)第三章、仿真分析 (16)一、平顺性仿真概述 (16)二、随机路面生成 (16)三、平顺性仿真条件设置 (16)四、仿真过程 (17)第四章、结果分析 (19)一、概述 (19)二、操作说明 (20)三、同等条件下，不同轮胎模型的汽车平顺性比较 (27)四、同等条件下，不同车速的汽车平顺性比较 (34)五、同等条件下，不同路面的汽车平顺性比较 (37)第一章、参考资料在ADAMS虚拟样机仿真软件中按照实际使用情况可将轮胎模型分为操作性分析轮胎模型、耐久性分析即3D接触分析轮胎模型以及摩托车用轮胎模型三大类。

由于本文中主要研究的是轮胎与路面间垂直力所引起的冲击振动情况，故应选用操纵性分析轮胎模型，其使用的是point follower的方式来计算轮胎由于路面不平激励所引起的垂直力。

在操纵性分析轮胎模型组中提供了MF-tyre、Pacejka ’89、Pacejka ’94、PAC2002、Fiala、5.2.1以及UA等轮胎模型，用户可以根据实际需要对模型数据进行修改。

通过修改软件自带的轮胎模型文件来生成轮胎模型能够保证车辆仿真要求的一致性，从而保证仿真结果的可靠性。

第二章、建模说明一、生成5.2.1前轮胎模型为建立轮胎模型，需先将acar共享文件中需要的轮胎数据复制到个人文件夹，本文进行汽车平顺性分析，适用于平顺性分析的轮胎模型有MF-tyre、Pacejka ’89、Pacejka ’94、PAC2002、Fiala、5.2.1以及UA等轮胎模型，本文选取4种类型：521_equation、mdi_fiala01、mdi_pac94、uat。

汽车轮胎动力学仿真研究

汽车轮胎动力学仿真研究近年来，随着科学技术的发展和汽车工业的迅速发展，汽车轮胎动力学仿真已经成为大多数厂商和研究机构必不可少的工具。

它可以单独用于轮胎和路面的模拟，也可以整车仿真用于底盘动态模拟。

一、轮胎动力学模型汽车轮胎动力学仿真中最基础的问题是如何建立轮胎模型。

轮胎的复杂性在于不同车辆型号下的轮胎的材料和结构状态都是不同的。

其中，轮胎悬挂系统和车身是不可缺少的模型结构。

轮胎模型通常采用骨架模型和三维流体模型，通过基本的力学原理来描述轮胎变形、刚度等行为。

在实际仿真分析中，轮胎的动态行为还涉及到了其多阶段非线性问题和较大的形变问题。

通过比较多组测试数据，可以得出比较准确的模型，并通过优化算法来提高模型的准确性，从而达到更好的仿真效果。

二、路面数据库路面数据库是一组路面纹理、形状、材料和性质的数据。

这种数据在轮胎动力学仿真中非常重要，它模拟了轮胎和路面之间的相互作用，以及轮胎受到的摩擦和地形清洗作用。

路面数据库通常包括四个主要部分：三维路面纹理数据库、几何路面数据库、材料数据库和边界数据库。

三维路面纹理数据库包含了路面标志、标记和障碍物等特征的三维模型，几何数据库存储路面高度和曲率相关信息，材料数据库包括一系列材料参数信息，例如通过在测试平台上获取的摩擦系数，还有用于描述边界条件的数据库。

三、整车仿真此外，在汽车轮胎动力学仿真中，整车仿真是一个重要的应用领域。

整车仿真是在条件控制和模拟下对车辆进行各种工作状态和外部环境下的评估和优化。

整车仿真系统的直接驱动来自于轮胎模型，而轮胎受力和弯曲变形与其与地面的接触情况密切相关。

整车仿真可以评估车辆性能如刹车距离、加速度和经济性等方面，并可进行优化。

四、应用领域汽车轮胎动力学仿真系统已经在诸多领域得到广泛应用。

在轮胎工业中，汽车轮胎动力学仿真可以通过优化轮胎的刚度和几何形状、材料性质和胶粘性排布等参数，从而减少制造过程中的实验和错误。

此外，汽车轮胎动力学仿真对于车辆安全和性能的评估、开发和测试非常重要，在汽车产业中，它也可以被用于技术改进。

轮胎模型-PPT精品文档

• 二、用于耐久性分析的轮胎模型
• 三维接触模型，考虑了轮胎胎侧截面的几何特性，并把轮胎沿宽度方向离散，用等效贯穿体积的方法来计算垂直力，可以用于三维路面。该模型是一个单独的License，但是如果用户只购买Durability TIRE，只能用Fiala模型计算操稳。 • 除了上述两类模型以外，还有环模型，作为子午线轮胎的近似，研究轮胎本身的振动特性，成为国际上仿真轮胎在短波不平路面动特性的主流模型，是目前发展比较成熟和得到商业化应用的轮胎模型，其中具有代表性的是F-tire和 SWIFT轮胎模型。
• SWIFT模型（Short Wave Intermediate Frequency TIRE Model） • SWIFT 模型是由荷兰 Delft 工业大学和 TNO 联合开发的，是一个刚性环模型，在环模型的基础上只考虑轮胎的 0阶转动和1阶错动这两阶模态，此时轮胎只作整体的刚体运动而并不发生变形。在只关心轮胎的中低频特性时可满足要求。由于不需要计算胎体的变形，刚性环模型的计算效率大大提高，可用于硬件在环仿真进行主动悬架和ABS的开发。在处理面外动力学问题时，SWIFT使用了魔术公式。
轮胎模型
一、轮胎模型简介二、ADAMS/TIRE 三、轮胎的特性文件
严金霞
2009年1月
• 轮胎是汽车重要的部件，它的结构参数和力学特性决定着汽车的主要行驶性能。轮胎所受的垂直力、纵向力、侧向力和回正力矩对汽车的平顺性、操纵稳定性和安全性起重要作用。 • 轮胎模型对车辆动力学仿真技术的发展及仿真计算结果有很大影响，轮胎模型的精度必须与车辆模型精度相匹配。因此，选用轮胎模型是至关重要的。由于轮胎具有结构的复杂性和力学性能的非线性，选择符合实际又便于使用的轮胎模型是建立虚拟样车模型的关键。

不同轮胎模型的动力学应用研究

不同轮胎模型的动力学应用研究收稿H期：2020-08-17 doi:10.3969/j.issn.l005-2550.2021.02.004不同轮胎模型的动力学应用研究耿动梁，高丰岭，卜晓兵，燕唐(中汽研汽车检验中心(天津)有限公司，天津市300300)摘要：本文基于乘用车的动力学模型，采用同一款实物轮胎生成不同种类的轮胎模型，通过虚拟试验场的计算方式，研究了这些轮胎模型在动力学载荷计算过程中的一致性和计算效率问题。

在轮胎试验测试数据的基础上，利用专业的轮胎模型辨识软件，生成了三种轮胎模型作为研究对象，分别是FTiie模型、CDTi!e31模型和CDTir^O模型。

为了使车辆动力学模型更接近实际车辆性能，在动力学建模过程中对车辆底盘件进行了柔性化处理。

关键词：轮胎模型；虚拟试验场；动力学；柔性化中图分类号：U467文献标识码：A文章编号：1005-2550(2021)02-0022-06Study on Dynamic Application of Different Tire ModelsGENG Dong-liang,GAO Feng-ling,BU Xiao-bing,YAN Tang(CAIARC Automotive Ibst Center(Tianjin)Co.,Ltd,Tian Jin300300,China) Abstract:In this paper,based on the dynamic model of passenger cars,different tire models are generated by using the same real tire,and the consistency and calculationefficiency of these tire models in the dynamic load calculation process are studied through thecalculation method of virtual proving ground・On the basis of tire test data,using professionaltire model identification software,three tire models are generated as research objects,namelyFTire model,CDTire31model and CDTire50model.In order to make the vehicle dynamicmodel more close to the actual vehicle performance,the vehicle chassis was treated flexibly inthe process of dynamic modeling.Keywords:Tire Model;Virtual Proving Ground;Dynamics;Flexibility耿动梁毕业于天津大学，固体力学专业，硕士研究生。

车辆动力学仿真中的轮胎数学模型研究现状

车辆动力学仿真中的轮胎数学模型研究现状3471039　洛阳工学院周学建　周志立　张文春摘要　对车辆动力学仿真中的轮胎数学模型现状进行了分析,简要说明了轮胎动力学建模的新方法并进行了展望。

Abstract　The current state of the mathematical m odel of tire dynamics is analysis.The new methods of m odelling are ex2 plained and forecasted. 关键词:车辆　轮胎　动力学　数学模型车辆的充气轮胎具有支承车辆质量、在车辆驶过不平地面时进行缓冲、为驱动和制动提供足够附着力、提供足够的转向操纵与方向稳定性的作用。

除空气的作用力和重力外,几乎其他影响地面车辆运动的力和力矩皆由轮胎与地面接触而产生。

因此,轮胎动力学特性的研究,对研究车辆性能来说是非常必要的[1]。

车辆运动依赖于轮胎所受的力,如纵向制动力和驱动力、侧向力和侧倾力、回正力矩和侧翻力矩等。

所有这些力都是滑转率、侧偏角、外倾角、垂直载荷、道路摩擦系数和车辆运动速度的函数,如何有效地表达这种函数关系,即建立精确的轮胎动力学数学模型,一直是轮胎动力学研究人员所关心的问题。

轮胎的动力学特性对车辆的动力学特性起着至关重要的作用,特别是对车辆的操纵稳定性、制动安全性、行驶平顺性具有重要的影响。

现代车辆动力学的发展不仅需要建立能反映物理实际的精确轮胎模型,而且需要建立的轮胎数学模型能满足车辆不同方面研究,如多自由度仿真、先进车辆控制系统的需要[2]。

1　轮胎动力学建模方法及研究现状轮胎动力学建模方法有理论方法、经验和半经验方法,建立的模型有理论模型、经验和半经验模型。

1.1　理论模型由于轮胎的结构十分复杂,在侧偏和纵滑时其受力和变形难于确定,另外,轮胎和路面之间的摩擦耦合特性也具有不稳定的多变性。

在目前阶段,很难根据轮胎的物理特性和真实的边界条件来精确地计算轮胎的偏滑特性。

用于车辆动力学仿真的轮胎模型

SWIFT-Tire Model
非线性的垂直力轮胎半径随着速度增加而增加接触点的位移影响垂直力基于滑移率的非稳态行为胎体的固有频率在简单和复杂之间切换
SWIFT-Tire: Example
Vertical force [N] when driving over a cleat
Ir m cv cw
h y
R r
A
X
轮胎的振型
n=0
n=1
n=2
n=3
n=4
柔性环模型的仿真结果
轮辋的质量和转动惯量只影响轮胎的零阶和一阶模态. 来自于地面的低频振动主要有这两阶模态传递到轮轴. 轮轴的高频响应主要来自于轮胎与不平路面的相互作用. 如果只考虑低频振动,可以把轮胎看作一个刚性环
交通
操稳的研究历史
"With the introduction of Independent Front Suspension … in this country and with the first tire tests on smooth drums, by Goodyear in 1931(by Cap Evans)…, the real study of the steering and handling of cars began." Maurice Olley, 1961
节点的位移通过一些算法来进行插值每一个胎体单元上有5-10个胎面单元实际上是3个方向的弹簧和阻尼.
F-Tire 的特征
完全非线性可以描述面内面外,直到120Hz 波长小于5cm的障碍物可以描述沿着胎宽的不平使用静态和模态试验的数据 CPU time ≤ 10 .. 20 * 的实时在稳态和动态操稳方面也有相当的精度

Magic_Formula轮胎模型

和侧偏角α的函数。若计算回正力矩 Mz=-t*Fy+Mzr t(αt)=Dtcos[Ctarctan{Btαt-Et(Btαt-arctan(Btαt))}]cos(α) αt = α + Sht Mz表示回正力矩，t为气胎拖矩，Mzr为残余回正力矩。
MF模型简介
输入量：侧偏角α 纵向滑移率κ 侧倾角γ 垂直载荷Fz
输出量：纵向力Fx 侧向力Fy 翻转力矩Mx 滚动阻力矩My 回正力矩Mz
对于给定的B、C、D 和E，曲线相对于原点表现为非对称形状。为了使曲线相对于原点产生一个偏移量，引入水平偏移和垂直偏移。其中D 为峰值因子；C为形状因子；BCD 代表原点处的斜率；在D和C一定的情况下，B决定了原点处的斜率，所以B叫做刚度因子；E为曲率因子。
MF模型简介
轮胎滑移速度分析：
纵向速度 Vx 侧向速度 Vy 纵向滑移速度 Vsx = Vx – ΩRe 侧向滑移速度 Vsy = Vy 滑移速度 Vs为Vx 与Vy的合量其中纵向滑移率κ
侧偏角 α
MF模型简介
轮胎滑移力与速度分析：
MF模型简介
MF模型简介
下面简要的介绍下不同工况下MF公式的应用：
1.纯制动/驱动条件 2.纯转向条件 3.联合工况（制动/驱动转向）
MF模型简介
1.纯制动/驱动条件下的纵向滑移情况：只考虑纵向力及速度，轮胎在转动前进的同时也存在纵向滑移，二者之比为纵向滑移率。则纵向力可由纵向滑移率与垂直载荷求得。
Fx0 D1 sin{C1 arctan[B1 E1(B1 arctan B1 )]}
轮胎模型及Magic Formula模型简介
指导老师：解小华教授学生：秦贵军
报告内容
1 轮胎模型研究背景

ADAMS轮胎模型简介

详细介绍轮胎模型，主要是自己做课题时，用到的整理汇总出来的，轮胎这部分的资料比较少的，记录下来帮助大家一起学习一起进步；主要分以下两部分介绍一、轮胎模型简介轮胎是汽车重要的部件，它的结构参数和力学特性决定着汽车的主要行驶性能。

轮胎所受的垂直力、纵向力、侧向力和回正力矩对汽车的平顺性、操纵稳定性和安全性起重要作用。

轮胎模型对车辆动力学仿真技术的发展及仿真计算结果有很大影响，轮胎模型的精度必须与车辆模型精度相匹配。

因此，选用轮胎模型是至关重要的。

由于轮胎具有结构的复杂性和力学性能的非线性，选择符合实际又便于使用的轮胎模型是建立虚拟样车模型的关键。

一、轮胎模型简介轮胎建模的方法分为三种：1）经验—半经验模型针对具体轮胎的某一具体特性。

目前广泛应用的有 Magic Formula公式和吉林大学郭孔辉院士利用指数函数建立的描述轮胎六分力特性的统一轮胎半经验模型UniTire ，其主要用于车辆的操纵动力学的研究。

2）物理模型根据轮胎的力学特性，用物理结构去代替轮胎结构，用物理结构变形看作是轮胎的变形。

比较复杂的物理模型有梁、弦模型。

特点是具有解析表达式，能探讨轮胎特性的形成机理。

缺点是精确度较经验—半经验模型差，且梁、弦模型的计算较繁复。

3）有限元模型基于对轮胎结构的详细描述 , 包括几何和材料特性，精确的建模能较准确的计算出轮胎的稳态和动态响应。

但是其与地面的接触模型很复杂，占用计算机资源太大，在现阶段应用于不平路面的车辆动力学仿真还不现实，处于研究阶段。

主要用于轮胎的设计与制造二、 ADAMS/TIRE轮胎不是刚体也不是柔体，而是一组数学函数。

由于轮胎结构材料和力学性能的复杂性和非线性以及适用工况的多样性，目前还没有一个轮胎模型可适用于所有工况的仿真，每个轮胎模型都有优缺点和适用的范围。

必须根据需要选择合适的轮胎模型。

ADAMS/TIRE分为两大类：一） .用于操稳分析的轮胎模型魔术公式是用三角函数的组合公式拟合轮胎试验数据，用一套形式相同的公式完整地表达轮胎的纵向力、侧向力、回正力矩、翻转力矩、阻力矩以及纵向力、侧向力的联合作用工况，主要包括以下的前四种模型。

Magic_Formula轮胎模型

和侧偏角α的函数。若计算回正力矩 Mz=-t*Fy+Mzr t(αt)=Dtcos[Ctarctan{Btαt-Et(Btαt-arctan(Btαt))}]cos(α) αt = α + Sht Mz表示回正力矩，t为气胎拖矩，Mzr为残余回正力矩。
MF模型简介
输入量：侧偏角α 纵向滑移率κ 侧倾角γ 垂直载荷Fz
差。如 Magic Formula
模型
在理论模型基础上通过满足一定边界条件建立的简洁而精度很高的经验模型。便于在汽车动力学仿真中应用。如 MF2Tyre模型和郭孔辉的幂指数
模型
在理论和实验数据的基础上，通过模拟生物体的某些结构和功能针对不同工况有一定自适应能力的智能模型。高效率，高精度。如神经网络轮胎模型和基于遗传算法的轮胎模型
输出量：纵向力Fx 侧向力Fy 翻转力矩Mx 滚动阻力矩My 回正力矩Mz
对于给定的B、C、D 和E，曲线相对于原点表现为非对称形状。为了使曲线相对于原点产生一个偏移量，引入水平偏移和垂直偏移。其中D 为峰值因子；C为形状因子；BCD 代表原点处的斜率；在D和C一定的情况下，B决定了原点处的斜率，所以B叫做刚度因子；E为曲率因子。
轮胎动力学模型分类轮胎动力学模型分类轮胎动力学模型分类轮胎动力学模型分类理论模型自适应模型经验模型半经验模型在理论和实验数据的基础上通过模拟生物体的某些结构和功能针对不同工况有一定自适应能力的智能模型
轮胎模型及Magic Formula模型简介
指导老师：解小华教授学生：秦贵军
报告内容
1 轮胎模型研究背景
MF模型简介
MF公式：
Y=y+Sv y=Dsin{Carctan[Bx-E(Bx-arctanBx)]} x=X+Sh

基于Abaqus软件的轮胎有限元模型建立及仿真分析

124
橡胶工业
2019年第66卷
3. 2 胎肩应力分布从胎肩应力分布云图上可以直观地分析
E-mail：754318973@qq. com
的制高点。国内轮胎企业以及高校和科研院所应加大相关技术研发力度。
本工作基于Abaqus软件建立轮胎有限元模型，对305/75R24. 5全钢载重子午线轮胎的外缘尺寸、胎肩应力、带束层应力分布、胎圈与轮辋接触应力分布进行预测分析，以期确保305/75R24. 5全钢载重子午线轮胎设计的可靠性。
基金项目：国家重点研发计划项目（2 0 1 6 Y F C 0 3 0 2 2 0 4）；国家重点研发计划项目（2016YFC0302201）；国家自然科学基金资助项目（41306103）
作者简介：宿晓峰（1989—），男，山东平度人，青岛科技大学硕士研究生，主要从事机械工程方面的研究。
至于模拟充气过程中气压的加载，为了保证计算过程的收敛，本研究设置初始加载气压为 0. 01 kPa，求解初始增量步设置为0. 01，然后逐渐加载至标准充气压力850 kPa，气压方向与轮胎内壁应始终垂直，Basic选项卡打开nlgeom。由于充气过程中轮胎要发生较大的变形，因此在模拟过程中，迭代方法选用Full Newton-Raphason法，分析选项选用大变形几何非线性。 2. 3 静负荷状态仿真模拟过程
305/75R24. 5载重子午线轮胎的静负荷状态仿真建模主要是在充气状态仿真模拟的基础上加入静负荷条件进行的。在完成305/75R24. 5载重子午线轮胎的充气状态模拟后，将充气状态的仿真模型通过关键字转换成305/75R24. 5载重子午线轮胎的三维轴对称模型，同时将充气状态的仿真模拟结果映射到该三维轴对称模型中，最后引入路面（在此可以把路面视为刚形体，不发生形变）进行静负荷状态的模拟。

轮胎动力学特性及模型分析

3 轮胎模型
在对车辆操纵稳定性的稳态特性进行仿真时，可以使用由 H.B.Pacejka教授提出的魔术公式来对轮胎实验数据进行拟合。魔术公式是一组三角函数组合公式，在侧向加速度≤0.4 g、侧偏角≤5º情况下，对普通轮胎有很高的拟合精度[4]。纵向力学特性方程如下。
（1）侧向力学特性方程如下。
（2）回正力矩力学特性方程如下。
1 轮胎模型基本参数
轮胎基本尺寸常标于轮胎侧面，如195/55R16，其中195代表轮胎名义断面宽度为195 mm；55代表轮胎扁平比，是轮胎高度与名义断面宽度之比；R代表子午线轮胎；16代表轮辋直径[1]。轮胎模型的基本参数为名义载荷、空载轮胎半径、名义气压和车轮质量。
2 轮胎动力学特性 2.1 纵向力学特性
加速和制动时所需的摩擦力来自于轮胎滚动速度和行驶速度之间的差值，这个差值可以用滑动率κ来进行表示。车轮自由滚动时其滑动率为0%，车轮抱死时滑动率为100%。干路面上，轮胎刚开始滑动时，能够产生的摩擦力随滑动率增加而显著增加，在滑动率接近 15%～20%时，其附着力达到最大值。滑动率超过该点抱死车轮的车辆，在干路面上能够缩短制动距离的理论依据。 2.2 侧向力学特性
轮胎回正力矩有别于由主销后倾导致的回正力矩，轮胎回正力矩是由于充气轮胎前进过程中，接触区相对车轮接触中心不对称变形导致的。车轮实际接触位置一般在车轮平面以后，车轮受到的侧向力所形成的合力作用点，位于轮胎接地印迹几何中心后方，该偏移距离称为“充气轮胎拖距（pneumatic trail）”，回正力矩大小等于侧向力×轮胎拖距。轮胎产生的回正力矩本身对车辆影响较小，但由于其作用于转向系统，通过转向系统而引起转向变形角，可对车辆转向不足梯度产生重要影响。 2.4 附着椭圆

基于Dugoff轮胎模型的爆胎车辆运动学仿真

关键词：胎力学特性；胎；胎模型；车模型轮爆轮整中图分类号：Ｐ９．Ｔ３１９文献标识码：Ａ
ＳｍｕｌｔｏｆＶｅｉｌｎａｉｓｉｒｏ — ｏｉａｉｎｏｈｃｅＤｙｍｃｎＴｉｅＢｌｗ — ｕｔ
第２卷第６９期
文章编号：０６—９４（０２０００１０３８２１）６— ３８—０４
计
算
机
仿
真
２２月０年６１
基于Ｄｇｆ轮胎模型的爆胎车辆运动学仿真ｕｏ
周磊，向文张
（桂林电子科技大学电子工程与自动化学院ｈｎｅｎｔｅｖｈｃｅｍｏｉｎｃａａｔｒｔｓａｔｒｔｅｔｅｂｏ —ｏｔｓｍｕａｅｔｅｃａｇｓｉｈｅｉｌｔｈｒｃｅｓｉｆｈｉｌｗｏｉｃｅｒｕ．
ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｒｃａｃｌｐｒｐｒｉｓＴｉｅｂｏ —ｏｔＴｉｅｍｏｅ；ｈｃｅｍｏｅＴｉｅｍｅｈｎｉａｏｅｅ；ｒｌｗｔｕ；ｒｄｌＶｅｉｌｄｌ
—
ｏｔｄｌｓｐｏｏｅａｅｎｔｅＤｕｏｒｄｌｈｃａｅｃｂｅｍｅｈｎｃｌｒｐｒｅｈｎｔｅｕ，ａｍｏｅｒｐｓｄｂｓｄｏｈｇｆｔｅｍｏｅ，ｗｉｈｃｎｄｓｒｅｔｃａｉａｐｏｅｔｓｗｅｗａｉｉｈｉｈ
ｔｅｂｏ —ｏｔｉｌｗｒｕ．Ａｎｈｅｉｌｄｌｉｅｅｅｒｅｆｅｏｗｓｂｉｉｈｉｌｋｎｔｅｃｓｔｏｔｄｔｅｖｈｃｅｍｏｅｔｓｖｎｄｇｅｓｏ￣ｅｄｍａｕｌｗｔｔｅＳｍｕｉ．Ｉａｅｗｉｕｗｈｔｈｎｈｈｄｖｒｎｅｖｎｉｎｈｖｍｅｔｏｒｌｗ —ｏｔｗｅｈｅｉｌａｒｉｇｓａｇｔａｉｈｓｅｄｏｔｅｎｉｒｅ ’ ｉｔｒｅｔ，ｔｅｍｏｅｎｆｔｅｂｏＳｏｉｕｈｎｔｅｖｈｃｅｗｓｄｖｎｔｉｈｔｈｇｐｅｒｓｅｒｇｉｒｉ

车辆操纵动力学中轮胎模型的研究

在车辆操纵动力学模型中轮胎模型的研究一、轮胎力学特性和建模的研究历史与现状轮胎动态特性的研究可以追溯到上个世纪三十年代，Bradly和Allen（1931）为了研究汽车的动态特性，开始涉及到轮胎的动态特性。

接着又有很多科学家致力于轮胎动态特性的研究，德国的Fromm（1941）对轮胎结构进行了简化，推导出了描述轮胎侧偏特性的简单理论模型，第一次对轮胎的侧偏特性进行了理论研究。

Fiala（1954）在弹性“梁”模型的基础上，建立了侧向力，回正力矩与侧偏角和外倾角的关系。

在以后的几十年中，Fiala的理论模型得到了进一步的研究和改进。

Frank（1965）在Fiala理论模型的基础上，把胎体看作一个受弯曲的梁，研究了胎体弯曲对轮胎特性的影响。

从六十年代开始，Pacejka将胎体的变形简化为受拉的“弦”，对轮胎的静态和动态特性进行了大量的理论和试验研究。

并在后来（1989，1991）对模型进行了进一步的改进和发展，形成了著名的“Magic Formula”模型。

Sharp（1986）提出了轮辐式轮胎模型，将轮胎看作完全由相同的径向轮辐组成，这些轮辐与轮毂连接在一起，而且具有弹性。

轮辐的周期性变化会导致迟滞损失。

建立了与实际相当吻合的轮胎模型。

九十年代初，随着汽车先进底盘控制技术，虚拟原型设计以及计算机辅助工程等先进技术的飞速发展，轮胎的动态力学特性研究受到了广泛的重视。

有很多科学家致力于动态特性的研究，也得到了飞速的发展。

我国郭孔辉教授领导的科研小组二十几年来一直致力于轮胎力学特性的理论和试验研究，自行开发了具有多种功能的轮胎力学特性试验台，并利用该试验台在试验研究和理论研究上取得了重大突破。

郭孔辉教授(1986)建立了具有任意印迹压力分布的轮船侧偏特性简化理论模型。

并在该模型基础上先后推导出了纵滑侧偏特性简化理论模刑(1986)，用于汽车转向，制动与驱动动态仿真的统一模型（1986），并在大量试验和理论研究的基础上提出了一种适用于较大载荷和侧偏角变化范围的轮胎侧偏特性半经验模型（1986)。

基于matlab的车辆工程仿真实例

基于matlab的车辆工程仿真实例基于MATLAB的车辆工程仿真实例MATLAB是一种强大的数学计算软件，广泛应用于各种领域，包括车辆工程。

在车辆工程中，MATLAB可以用于模拟和优化车辆的性能，例如加速、制动、悬挂、转向等。

本文将介绍一个基于MATLAB的车辆工程仿真实例，以展示MATLAB在车辆工程中的应用。

本实例是一个简单的车辆加速仿真，目的是评估车辆的加速性能。

仿真模型包括车辆、发动机、变速器和轮胎等组成部分。

车辆模型采用简化的二自由度模型，发动机模型采用简单的动力学方程，变速器模型采用离散化的传动比，轮胎模型采用简单的摩擦力模型。

仿真过程中，输入加速踏板位置信号，输出车辆速度和加速度信号。

仿真过程中，需要对车辆模型进行参数化，以反映实际车辆的性能。

例如，车辆质量、空气阻力系数、轮胎摩擦系数等参数都需要根据实际车辆进行调整。

此外，还需要对发动机和变速器模型进行参数化，以反映实际发动机和变速器的性能。

例如，发动机最大功率、最大扭矩、变速器传动比等参数都需要根据实际车辆进行调整。

仿真结果显示，车辆加速性能与输入加速踏板位置信号密切相关。

当加速踏板位置信号为0时，车辆速度为0；当加速踏板位置信号为最大值时，车辆速度达到最大值。

此外，车辆加速性能还受到车辆质量、空气阻力系数、轮胎摩擦系数等因素的影响。

通过调整这些参数，可以优化车辆的加速性能。

基于MATLAB的车辆工程仿真可以帮助工程师评估车辆的性能，优化车辆的设计和调整车辆的参数。

本文介绍的车辆加速仿真只是车辆工程仿真的一个简单实例，实际应用中还可以进行更复杂的仿真，例如车辆制动、悬挂、转向等方面的仿真。

MATLAB的强大计算能力和丰富的工具箱使得车辆工程仿真变得更加容易和高效。

SIMPACK CDTire：涵盖从结构分析到实时仿真整个应用领域的轮胎模型

SIMPACK CDTire：涵盖从结构分析到实时仿真整个应用领域的轮胎模型
摘要：多年以来，CAE 技术的应用在不断的加快着汽车的研发进程。在计算机上我们可以在虚拟的环境中搭建虚拟车辆模型，有虚拟的驾驶员驾驶车辆行驶在由 OEM 厂商提供的虚拟路面上。这其中，承载着路面载荷传递的关键一环就是轮胎。因此，轮胎模型的质量就会严重影响虚拟仿真的精度和稳定性。基于此，Fraunhofer ITWM 开发了新的轮胎模型 CDTire/3D 和 CDTire/Realtime。这些轮胎模型已经嵌入 SIMPACK 之中，用来改善对大变形和侧向动力学工况计算的精度，当然，该轮胎模型也可以用于舒适性和耐久性的实时仿真。
五、接触算法
接触模型使用的是“刷子”接触模型。每一个“刷毛”都是个传感器，他们检测轮胎和地面的接触以及轮胎结构由于受力而导致的变形。“刷子”端部可以粘或者滑。“刷毛” 的数目和长度可以在横截面里对每一个单元单独定义。
环球工程技术集团 www.get‐
六、轮胎接地输出能力
二、CDTire/3D 轮胎模型建模方法
这种轮胎模型最基本的想法就是虚拟的轮胎模型的局部变形行为应该与真实的轮胎一致。因此，该轮胎模型必须包含详细的、带材料特性的壳体来表示轮胎侧壁和带束层在载荷作用下的变形行为，并且这种变形是包含面内和面外变形的。
壳体的质量属性使用离散的质量点来代替，每个质量点都具有三个自由度，如图 1 所示。
九：CDTire 实时性
为了适应舒适性和耐久性中硬件在环的应用（比如模拟器，如图 6 所示），开发了
环球工程技术集团 www.get‐
CDTire/Realtime 轮胎模型。其继承了 CDTire/3D 的大部分建模技术，诸如接触和解析侧壁模型。为了达到实时解算，降低了侧向离散的数目。同时辅以高效的内存存储，以纯 C/C++的程序呈现和带有确定设置或者传统的步长和积分控制的隐式 Newmark 积分方案，使之能够仿真对计算机计算性能有极高要求的场景（如实时仿真）。CDTire/Realtime 的离线版本 CDTire/HPS 从 SIMPACK9.4 开始已经嵌入 SIMPACK 中了。

基于七自由度车辆模型仿真平台的轮胎操纵稳定性仿真分析

582基于七自由度车辆模型仿真平台的轮胎操纵稳定性仿真分析孙晓峰，梅光焕，张凯凯，王龙庆，李慧敏（青岛森麒麟轮胎股份有限公司，山东青岛266229）摘要：利用基于MATLAB SIMULINK的七自由度车辆模型仿真平台，以轮胎PAC2002模型为输入，进行车辆操纵稳定性仿真，并与实车测试结果对比。

结果证明客观性能指标仿真结果与实车测试主观评价结果的一致性较好，基于七自由度车辆模型仿真平台可以较好地预测轮胎的转向性能，也可以在一定程度上预测操纵稳定性。

关键词：七自由度车辆模型；仿真；轮胎；力学特性；实车测试；转向性能；操纵稳定性中图分类号：TQ336.1；O241.82 文章编号：2095-5448（2023）12-0582-07文献标志码：A DOI：10.12137/j.issn.2095-5448.2023.12.0582轮胎是车辆直接与地面接触的部件，在车辆行驶过程中担任重要角色，轮胎的力学特性对车辆的安全性能、燃油经济性、操纵稳定性、噪声以及乘坐舒适性都有重要的影响。

轮胎是一个由多种橡胶材料和钢丝、聚酯等帘线组成的复杂弹性体，轮胎的力学特性呈现非线性特征，充气压力、负荷、温度等外部条件以及轮胎本身的结构参数等都会对轮胎的力学特性产生重要影响[1]，所以轮胎力学特性及其与车辆的匹配性研究一直是车辆及轮胎动力学研究的重要方向。

在轮胎开发设计过程中，对轮胎操纵稳定性和舒适性的评价一般根据实车测试的结果来判定，而实车测试的结果往往受到车手测试能力的影响，测试场地和测试温度等环境因素也对测试结果产生影响，而且实车测试成本较高，难以大批量开展，这也是限制各方对轮胎特性深入研究的一个重要因素。

在室内试验机上可以获得轮胎的力学特性，室内试验可以较好地反映轮胎的性能，又不需要实车测试的苛刻条件，所以很适合在轮胎开发设计初期开展。

对室内试验的轮胎力学特性与实车测试轮胎的操纵稳定性和舒适性进行匹配一致性研究是轮胎开发过程中的重要内容。

《高等轮胎力学》笔记

《高等轮胎力学》阅读笔记目录一、内容简述 (2)1.1 轮胎力学的重要性 (2)1.2 高等轮胎力学的定义和研究范围 (4)二、轮胎的基本特性 (5)2.1 轮胎的结构和材料 (6)2.2 轮胎的静态特性 (7)2.3 轮胎的动态特性 (8)三、轮胎与路面的相互作用 (10)3.1 线性轮胎模型 (11)3.2 非线性轮胎模型 (12)3.3 路面不平度对轮胎的影响 (13)3.4 轮胎-路面相互作用的研究方法 (14)四、轮胎力学性能分析 (16)4.1 轮胎的承载能力 (17)4.2 轮胎的制动性能 (18)4.3 轮胎的行驶稳定性和安全性 (20)4.4 轮胎的节能性能 (21)五、轮胎设计理论 (22)5.1 轮胎的基本尺寸和形状设计 (23)5.2 轮胎的载荷分布和优化设计 (24)5.3 轮胎的性能预测和仿真分析 (26)六、轮胎试验与评价 (27)6.1 轮胎的基本性能测试 (28)6.2 轮胎的疲劳性能测试 (30)6.3 轮胎的安全性能测试 (31)6.4 轮胎的环保性能测试 (32)七、高等轮胎力学的发展趋势 (33)7.1 新型轮胎材料的研发和应用 (34)7.2 高性能轮胎的设计和制造技术 (36)7.3 智能化轮胎监控和管理系统 (37)7.4 未来轮胎力学研究的方向和挑战 (39)八、结论 (40)8.1 高等轮胎力学的重要性和应用价值 (41)8.2 对未来轮胎力学研究的展望 (43)一、内容简述《高等轮胎力学》一书深入探讨了轮胎在各种行驶条件下的力学行为，为轮胎设计、制造和应用提供了科学的理论支持。

书中详细分析了轮胎与道路之间的相互作用力，包括垂直载荷、侧向力和纵向力等，以及这些力如何影响轮胎的变形和应力分布。

在轮胎材料方面，本书介绍了常用的橡胶材料及其性能特点，如弹性模量、损耗因子等，以及这些材料在轮胎使用过程中的变化规律。

通过对轮胎结构设计的深入研究，阐述了如何通过优化结构参数来提高轮胎的性能和安全性。

abaqus在轮胎中应用的10大算例

abaqus在轮胎中应用的10大算例轮胎是汽车中非常重要的部件之一，它直接影响着车辆的操控性能、舒适性和安全性。

为了更好地研究轮胎的性能和行为，许多工程师和研究人员利用有限元分析软件Abaqus来进行轮胎模拟。

在这篇文章中，我们将介绍10个在轮胎中应用Abaqus的算例，从而深入了解轮胎的性能和行为。

1. 轮胎接地模型在轮胎模拟中，准确地描述轮胎与路面的接触非常重要。

通过Abaqus的接触算法，可以建立轮胎与路面之间的接触模型，研究轮胎在不同路面上的接地性能。

2. 轮胎结构分析轮胎的结构对其性能有着重要影响。

利用Abaqus的弹性力学分析功能，可以对轮胎的内部结构进行分析，了解不同材料和结构参数对轮胎性能的影响。

3. 轮胎热分析在高速行驶或制动时，轮胎会产生大量的热量。

利用Abaqus的热分析功能，可以模拟轮胎在不同工况下的温度分布，从而评估轮胎的热耐久性和性能变化。

4. 轮胎静态载荷分析轮胎在停车和静止状态下也会受到一定载荷的作用。

通过Abaqus的静态分析功能，可以模拟轮胎在不同载荷下的形变和应力分布，为轮胎设计和使用提供参考。

5. 轮胎动态载荷分析在行驶过程中，轮胎会受到复杂的动态载荷作用，如转弯、加速和制动等。

利用Abaqus的动态分析功能，可以模拟轮胎在不同工况下的动态响应和应力变化，为轮胎的操控性能评估提供依据。

6. 轮胎磨耗分析轮胎的磨耗会直接影响其使用寿命和性能。

通过Abaqus的摩擦接触分析功能，可以模拟轮胎与路面之间的摩擦磨耗过程，研究不同工况下轮胎的磨耗规律和寿命预测。

7. 轮胎破坏分析轮胎在使用过程中可能会出现破裂、爆胎等失效情况。

利用Abaqus的破坏力学分析功能，可以模拟轮胎在不同载荷下的破坏行为，评估轮胎的安全性和可靠性。

8. 轮胎振动分析轮胎在行驶过程中会产生振动，影响车辆的舒适性和操控性。

通过Abaqus的动态分析功能，可以模拟轮胎的振动响应，了解不同工况下轮胎的振动特性和减振措施的效果。