第一章地面 轮胎力学
合集下载
轮胎设计力学PPT课件
振频率
包容、 带束层及胎体 缓冲性 刚度
车内噪 声
固有频率、胎面花纹、 断面轮廓形状等
车外噪 声
固有频率、胎面花纹、 断面轮廓形状等
图1－11
其 高速性
它
足够的带束层张力
返回
图1－12
使用性能
• 基本性能：承载性能、耐久性能（耐磨耗、 耐疲劳损伤、耐老化等）
• 动力特性：牵引性能、稳定性能、操纵性 能、抗侧滑和抗湿滑性能等
图1－4 充气时胎圈部位的变形
• 可对局部性能进行改进设计； 环保性能：低滚阻、低噪声、舒适性等
图1－4 充气时胎圈部位的变形 损耗的应变能ELOSS、温度
• 可针对性地根据使用要求设计出不同性能的 针对问题：钢丝载重子午胎的耐久性
针对问题：钢丝载重子午胎的耐久性 图1－6 SEMT的四项新技术
轮胎； 最佳滚动轮廓理论RCOT (Rolling Contour Optimization Theory)—BS公司（1985）
返回
返回图1－8
未完，接下页
续上页
• 可参数化的结构因素： （1）几何参数：内、 外轮廓形状的表示（目前一般将胎冠、胎 肩、胎侧和胎圈部分别研究）；胎体的形 状与位置，尤其是反包部位的形状和高度； 钢丝圈的位置；每一带束层的形状、宽度 及厚度方向的位置；帘线的排列方向和密 度 ；（2）材料参数： 应力与应变关系、 强度、疲劳性能；热学参数；老化性能； （3）工艺参数
返回
返回图1－9
原来结构
新带束层结构
大角度钢丝带束层 零度尼龙帘布层
图1－7 SEMT的带束层新结构
返回
其它设计理论
• 动态模拟最佳轮廓理论DSOC、DSOC-S （用于轿车）和动态稳定性最佳接地面理 论DSOC-T－东洋公司
包容、 带束层及胎体 缓冲性 刚度
车内噪 声
固有频率、胎面花纹、 断面轮廓形状等
车外噪 声
固有频率、胎面花纹、 断面轮廓形状等
图1－11
其 高速性
它
足够的带束层张力
返回
图1－12
使用性能
• 基本性能：承载性能、耐久性能（耐磨耗、 耐疲劳损伤、耐老化等）
• 动力特性：牵引性能、稳定性能、操纵性 能、抗侧滑和抗湿滑性能等
图1－4 充气时胎圈部位的变形
• 可对局部性能进行改进设计； 环保性能：低滚阻、低噪声、舒适性等
图1－4 充气时胎圈部位的变形 损耗的应变能ELOSS、温度
• 可针对性地根据使用要求设计出不同性能的 针对问题：钢丝载重子午胎的耐久性
针对问题：钢丝载重子午胎的耐久性 图1－6 SEMT的四项新技术
轮胎； 最佳滚动轮廓理论RCOT (Rolling Contour Optimization Theory)—BS公司（1985）
返回
返回图1－8
未完，接下页
续上页
• 可参数化的结构因素： （1）几何参数：内、 外轮廓形状的表示（目前一般将胎冠、胎 肩、胎侧和胎圈部分别研究）；胎体的形 状与位置，尤其是反包部位的形状和高度； 钢丝圈的位置；每一带束层的形状、宽度 及厚度方向的位置；帘线的排列方向和密 度 ；（2）材料参数： 应力与应变关系、 强度、疲劳性能；热学参数；老化性能； （3）工艺参数
返回
返回图1－9
原来结构
新带束层结构
大角度钢丝带束层 零度尼龙帘布层
图1－7 SEMT的带束层新结构
返回
其它设计理论
• 动态模拟最佳轮廓理论DSOC、DSOC-S （用于轿车）和动态稳定性最佳接地面理 论DSOC-T－东洋公司
【汽车理论-吴光强(第二版)】第一章
在同样的侧偏角值时增 加充气压力可降低回正 力矩。
第一节
轮胎力极其特性
轮胎侧偏特性及影响因素
影响轮胎侧偏特性的主要因素 (2)垂直力和切向力
一定侧偏角下，驱动力或 制动力增加时，侧向力逐 渐减少。
第一节
轮胎力极其特性
轮胎侧偏特性及影响因素
影响轮胎侧偏特性的主要因素 (2)垂直力和切向力 驱动时纵向力造成的侧偏力矩的 作用与回正力矩相同，制动时它 们的方向相反。 前轮驱动的汽车 加速转弯时会受到一个附加的回 正力矩；制动转弯时回正力矩不 仅会被减少，甚至成负值，这样 使车轮侧偏加大，形成过多转向。
当车速低于128km/h时，用上式预测f 之值，可得到 满意精度。
第一节
轮胎力极其特性
轮胎纵向力学特性
轮胎在特定工作条件下有一个临界速度，超过此临 界值将出现驻波现象。
第一节
②湿路面
轮胎力极其特性
轮胎纵向力学特性
在湿路面上，车轮必须排 挤水层，因此，相对干路 面来说，滚动阻力将要增 加，增量称为穿水阻力Ｆsch， 穿水阻力与车速va 和轮胎宽 度b有关： 总的滚动阻力应是干路面上滚 动阻力Ｆf 加上穿水阻力Ｆsch
影响轮胎侧偏特性的主要因素 (2) 路面有薄水层时对轮胎侧特性也有影响。
第一节
轮胎力极其特性
轮胎侧偏特性的数学模型
建立数学模型的目标： （1）找到轮胎结构参数和使用参数与轮胎侧偏特性间 的数学关系； （2）根据上述研究结果为汽车设计、轮胎设计和汽车 动力学的研究提供有用资料。
第一节
轮胎力极其特性
（2）车速 在干燥路面上速度在20km/h以上时，对φs 的影响很 小，仅在v < 20km/h的低速时， φs 才略有上升，这 是因为低速时r 变小，轮胎接地面积变大。
01第一章 轮胎力学与汽车空气动力学
良好的弹性和阻尼特性，噪声小，保证乘坐舒适 和安全
胎面花纹要增强与地面的附着性，保证必要的驱 动力和制动效能
轮胎边行驶，材料中摩擦损失或迟滞损失要小， 保证滚动阻力小 轮胎侧偏特性好，保证转向灵敏和良好的方向稳 定性
三、轮胎的种类及规格组成
按结构组成： 内胎轮胎和无内胎轮 胎 按胎体中帘线排列方 式： 普通斜线胎、带束斜交 帘线胎、子午线轮胎
Tz
1.1.3 轮胎纵向动力学特性
一、滚动阻力 由公式可得阻力偶为：
a r
T
f
Fp1 r Fz a或 Fp1 Fz
令 f a
，考虑到
f
r
F W , F
z
F p1
从动轮受力情况
得
r
（1-1）
——车轮半径 ——滚动阻力
F W f
f
F
f
f
——滚动阻力系数
可知：滚动阻力等于滚动阻力系数与车轮垂直载荷（或地面法向反作用力）之积
， 由平衡条件可得：
2
lb m u lb F y1 F c L R L
式中， 故总的转弯阻力增量
la m u la F y2 F c L R L
2
L ，l a ，lb 分别为轴距，质心到前轴中心与后轴中心的距离
F
y1sin
F
1
F y 2 sin
m u (l b sin 2 RL
轮 胎 六 分 力
符号 名 称
纵向力 测向力
意
义
Fx Fy
地面对轮胎的反作用力眼坐标系x轴的分量 地面对轮胎的反作用力沿坐标系y轴的分量
Fz Tx
胎面花纹要增强与地面的附着性，保证必要的驱 动力和制动效能
轮胎边行驶，材料中摩擦损失或迟滞损失要小， 保证滚动阻力小 轮胎侧偏特性好，保证转向灵敏和良好的方向稳 定性
三、轮胎的种类及规格组成
按结构组成： 内胎轮胎和无内胎轮 胎 按胎体中帘线排列方 式： 普通斜线胎、带束斜交 帘线胎、子午线轮胎
Tz
1.1.3 轮胎纵向动力学特性
一、滚动阻力 由公式可得阻力偶为：
a r
T
f
Fp1 r Fz a或 Fp1 Fz
令 f a
，考虑到
f
r
F W , F
z
F p1
从动轮受力情况
得
r
（1-1）
——车轮半径 ——滚动阻力
F W f
f
F
f
f
——滚动阻力系数
可知：滚动阻力等于滚动阻力系数与车轮垂直载荷（或地面法向反作用力）之积
， 由平衡条件可得：
2
lb m u lb F y1 F c L R L
式中， 故总的转弯阻力增量
la m u la F y2 F c L R L
2
L ，l a ，lb 分别为轴距，质心到前轴中心与后轴中心的距离
F
y1sin
F
1
F y 2 sin
m u (l b sin 2 RL
轮 胎 六 分 力
符号 名 称
纵向力 测向力
意
义
Fx Fy
地面对轮胎的反作用力眼坐标系x轴的分量 地面对轮胎的反作用力沿坐标系y轴的分量
Fz Tx
绪论《汽车理论》张文春主编
三、劳动保护性
劳动保护性是指驾驶员工作的安全性和使驾驶 员的身体健康不受损害的性能，主要评价指标 有：
1.舒适性（平顺性、噪声、空调、驾驶性、空间） 2.稳定性 （操纵稳定性） 3.制动性 4.驾驶室的牢固程度
汽车理论展望
各类模型的精确性和适用性 汽车理论虚拟试验 人对汽车性能要求的提高
本节课内容提要
本课程的结构、地位和要求； 汽车动力性等六大性能概念； 汽车理论学科发展情况。
汽车理论
绪论(通过性) 第一章:地面--轮胎力学 第二章:汽车动力学 第三章:汽车的燃油经济性 第四章:汽车发动机功率和传动系传动比选择 第五章:汽车的制动性 第六章:汽车的操纵稳定性 第七章:汽车行驶平顺性
（2）汽车几何通过性
纵向通过角:汽车前、后轮外缘作垂直于汽车纵向对称平面的切平面, 两切平面交于车体下部较低位置时所夹锐角。
3
1
2
h
γ 1－接近角；γ 2－离去角； γ 3－纵向通过角；h－最小离地间隙
满载还是空载？
间隙失效及其几何参数
间隙失效：汽车因离地间隙不足而被地 面托住无法通过的现象。顶起失效、触 头或托尾失效
本节小结：
汽车动力性 汽车的经济性 汽车的制动性 汽车的操纵稳定性 汽车平顺性 汽车通过性
思考题
计算通过性几何参数便性 直线 路不平 侧风 高速安全性 转弯 货物或乘客偏载
直线行驶性：去掉驾驶员意志，直线行驶，指 定距离，偏离原方向的角度
最小转弯半径：方向盘转至极限
二、技术经济性
汽车的技术经济性主要用生产率和燃油经济 性来表示，主要评价指标有：
1.生产率 2.油耗 3.可靠性与耐用性 4 维修保养方便性（维护费用）
轮胎性能力学基础及设计理论讲解
高分子科学与工程学院
2．子午胎临界速度的计算
Vc 2
T
2
EIKr
式中：μ ---行驶面单位长度的质量 EI----断面内的弯曲刚度 T----张力 Kr----胎体径向弹性常数
高分子科学与工程学院
四、临界速度的影响因素
1．充气压力
提高充气压力对提高临界速度有明显的效果，
影响接近直线正比关系。
试验证明，轮胎接地面积与下沉量的关系近似于线性关系， 与规格制造工艺关系不大。
§2-2 轮胎的耐磨性能 一、轮胎磨耗的形式
胎面磨耗过程较为复杂，一般可分疲劳磨耗、磨损磨耗和卷 曲磨耗三种。 疲劳磨耗:由于胎面胶反复受力变化而产生的； 磨损磨耗:因路面粗糙对胎面剪切所生成的； 卷曲磨耗:是轮胎在高温和高压时胎面胶在路面卷磨造成的。
二、轮胎的驻波和临界速度 驻波---当轮胎在高速下行驶，到达某一特定速度时， 在轮胎离地处呈现出观察完全静止的波形。 临界速度—-轮胎产生驻波时的速度。 达到临界速度时轮胎的特性： (1）滚动损失剧增（2）接地压力分 布不均（3）径向变形量增大 三、轮胎临界速度的近似计算 1．斜胶胎临界速度的计算 模型----假设轮胎是被拉伸的弹性环。
3.车辆的行驶速度对轮胎负荷能力的影响 车辆行驶速度对轮胎的负荷能力影响很大。降低行驶速度，可提高轮胎
的负荷标准，车速增加时，负荷标准应降低，但不得在任何条件下随意提 高负荷量。中国轮胎标准中规定的最高速度范围:重型载重轮胎为80km/h; 中型载重轮胎为90km/h;轻型载重轮胎为100km/h。最高速度是持续行驶速 度，并非平均速度。 轮胎使用速度与负荷对应关系
高分子科学与工程学院
2．胎冠行驶部分质量
《汽车理论(第3版)》试卷及参考答案
汽车理论（第三版）试卷绪论第一题填空1.汽车使用性能分为：对自然环境条件的适应性、技术经济性、劳动保护性。
2.汽车对自然环境条件的适应性包括：动力性、通过性、操纵性。
3.汽车的通过性包括：支承通过性、几何通过性，主要取决于地面的物理性质及汽车的几何参数和结构参数。
4. 汽车的技术经济性主要用生产率和燃油经济性来表示，主要评价指标有：生产率、油耗、可靠性与耐用性、维修保养方便性。
5. 劳动保护性的主要评价指标有：舒适性、稳定性（操纵稳定性）、制动性、驾驶室的牢固程度。
第二题名词解释1.动力性：指汽车在良好、平直的路面上行驶时所能达到的平均行驶速度。
2.通过性：汽车以足够高的平均车速通过各种坏路和无路地带(如松软地面、坎坷不平地段)和各种障碍（陡坡、侧坡、壕沟、台阶、灌木丛、水障）的能力。
3.纵向通过角: 汽车前、后轮外缘作垂直于汽车纵向对称平面的切平面,两切平面交于车体下部较低位置时所夹锐角。
4.汽车的操纵性：是指在驾驶员不感觉过分紧张、疲劳的条件下，汽车能按照驾驶员通过转向系及转向车轮给定的方向行驶，且当受到外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。
5.最小转弯半径：方向盘转至极限位置时从转向中心到前外轮接地中心的距离，表征了汽车能够通过狭窄弯曲地带或绕过不可越过的障碍物的能力。
第三题应用题1.标出下图中汽车的主要通过性参数，说明其含义。
解：γ1－接近角；γ2－离去角；γ3－纵向通过角；h－最小离地间隙第四题简答题1.简述间隙失效的主要形式、几何参数及其含义。
答：1）间隙失效：汽车因离地间隙不足而被地面托住无法通过的现象。
2）顶起失效：车辆中间底部的零部件碰到地面而被顶住的现象。
3）触头或托尾失效：因车辆前端或尾部触及地面而不能通过的现象。
4）几何参数h：最小离地间隙、纵向通过角、接近角、离去角。
最小离地间隙h：汽车满载、静止时，支承平面与汽车上的中间区域最低点之间的距离，反映了汽车无碰撞地通过地面凸起的能力。
0313100500车辆理论
课程代码：0313100500车辆理论Vehicle Theory学分：2.5 总学时：40 理论学时：32 实验/实践学时：8/０一、课程作用与目的本课程是车辆工程专业的一门专业主干课程。
主要讲述车辆及其重要系统的运动学、动力学规律，以及车辆各种使用性能。
讲述地面-轮胎动力学、车辆动力性、车辆燃油经济性、车辆制动性、车辆操纵稳定性、车辆行驶平顺性、车辆通过性，以及车辆动力传动系参数匹配的基本原理。
学生学习本课程后应掌握车辆及其重要系统物理、数学模型的建模规律，掌握所建立的各种模型和各主要参量之间的数学关系，并以此获得车辆各种性能；能够综合应用这些基本理论，完成车辆设计、评价、试验和运用分析等相关工作。
二、课程基本要求1．熟悉车辆的主要性能，了解各种性能的评判指标；2．熟悉影响车辆各种性能的主要参量及参量变化对性能的影响；3．能将车辆基本理论与生产实践结合起来，即可将所学理论用于指导车辆整车与零部件设计、研究与改进实际车辆使用性能、分析与评价车辆性能的好坏、试验各项车辆性能指标、解释车辆运行过程中各种正常与不正常现象；4．以掌握汽车理论为基础，还应能举一反三，分析和研究自行车、摩托车、电动车、拖拉机、飞机、工程机械、特种车辆等相关地面行驶机械的基本性能；5．掌握一些车辆试验的基本方法与技能。
三、教材及主要参考书１.使用教材[1]张文春主编．汽车理论．第2版．北京：机械工业出版社，2010．２.主要参考书[1]余志生主编．汽车理论．第5版．北京：机械工业出版社，2009．[2]翁家昌、赵铨主编．拖拉机理论．第1版．北京：农业机械出版社，1988．四、课程内容绪论主要内容：介绍课程目的、先修课程、学习方法、参考资料等；课程在今后工作中的作用；介绍什么是车辆理论；车辆使用性能总述。
第一章地面-轮胎力学主要内容：软路面的物理机械特性，轮胎-路面相互作用的力与力矩，轮胎的纵向力学特性与侧偏力学特性。
重点难点：轮胎驱动力与滚动阻力的本质，轮胎、路面彼此不同刚度下的力学特性。
轮胎力学课件.ppt
➢帘线在圆周方向上只靠橡胶来连接，因此带束层采用具有若干层帘 线与子午断面呈大角度（70。~75。）、高强度、不易拉伸的周向环层 的带束层。
➢带束层采用玻璃纤维、加强纤维或钢丝帘布制造，强度高、拉伸变 形小；
子午线轮胎的优点：
➢接地面积大，附着性能好，对地面的单位压力小，磨损少，寿 命长；
➢胎冠较厚，且有坚硬带束层不易刺穿，行驶时变形小，可降低 油耗； ➢帘布层少，胎侧薄，散热性好； ➢径向弹性大，缓冲性好、负荷能力大； ➢承受侧向力时，接地面积基本不变，行驶稳定性好。 子午线轮胎的缺点： ➢胎侧薄且软，胎冠厚，在二者的过渡区容易产生裂纹； ➢吸振能力差，胎面噪音大；制造技术要求高，成本高。
11.2 轮胎的坐标系与术语
图2-1 轮胎坐标系
❖ 轮胎坐标系中的概念
11.3 轮胎的滚动阻力
❖ 1 ) 轮胎滚动阻力的产生机理 ❖ 2 ) 轮胎滚动阻力的影响因素 ❖ 3）轮胎滚动阻力系数的经验计算
❖ 1）轮胎滚动阻力的产生机理
❖ 轮胎在硬路面上的滚动阻力 ❖ 从动轮在硬路面上滚动时的受力情况 ❖ 由路面变形和轮辙摩擦引起的附加滚动阻力 ❖ 不平路面造成的滚动阻力示意图
子午线轮胎的优点：
➢接地面积大，附着性能好，对地面的单位压力小，磨损少，寿 命长；
➢胎冠较厚，且有坚硬带束层不易刺穿，行驶时变形小，可降低 油耗； ➢帘布层少，胎侧薄，散热性好； ➢径向弹性大，缓冲性好、负荷能力大； ➢承受侧向力时，接地积基本不变，行驶稳定性好。 子午线轮胎的缺点： ➢胎侧薄且软，胎冠厚，在二者的过渡区容易产生裂纹； ➢吸振能力差，胎面噪音大；制造技术要求高，成本高。
发内部热量的设计。
带束层： 是位于胎面和胎体之间 的补强层 。缓冲冲击， 并可防止胎面产生的外 伤波及胎体，还可以防 止台面和胎体的剥离。
➢带束层采用玻璃纤维、加强纤维或钢丝帘布制造，强度高、拉伸变 形小；
子午线轮胎的优点：
➢接地面积大，附着性能好，对地面的单位压力小，磨损少，寿 命长；
➢胎冠较厚，且有坚硬带束层不易刺穿，行驶时变形小，可降低 油耗； ➢帘布层少，胎侧薄，散热性好； ➢径向弹性大，缓冲性好、负荷能力大； ➢承受侧向力时，接地面积基本不变，行驶稳定性好。 子午线轮胎的缺点： ➢胎侧薄且软，胎冠厚，在二者的过渡区容易产生裂纹； ➢吸振能力差，胎面噪音大；制造技术要求高，成本高。
11.2 轮胎的坐标系与术语
图2-1 轮胎坐标系
❖ 轮胎坐标系中的概念
11.3 轮胎的滚动阻力
❖ 1 ) 轮胎滚动阻力的产生机理 ❖ 2 ) 轮胎滚动阻力的影响因素 ❖ 3）轮胎滚动阻力系数的经验计算
❖ 1）轮胎滚动阻力的产生机理
❖ 轮胎在硬路面上的滚动阻力 ❖ 从动轮在硬路面上滚动时的受力情况 ❖ 由路面变形和轮辙摩擦引起的附加滚动阻力 ❖ 不平路面造成的滚动阻力示意图
子午线轮胎的优点：
➢接地面积大，附着性能好，对地面的单位压力小，磨损少，寿 命长；
➢胎冠较厚，且有坚硬带束层不易刺穿，行驶时变形小，可降低 油耗； ➢帘布层少，胎侧薄，散热性好； ➢径向弹性大，缓冲性好、负荷能力大； ➢承受侧向力时，接地积基本不变，行驶稳定性好。 子午线轮胎的缺点： ➢胎侧薄且软，胎冠厚，在二者的过渡区容易产生裂纹； ➢吸振能力差，胎面噪音大；制造技术要求高，成本高。
发内部热量的设计。
带束层： 是位于胎面和胎体之间 的补强层 。缓冲冲击， 并可防止胎面产生的外 伤波及胎体，还可以防 止台面和胎体的剥离。
轮胎性能力学基础及设计理论讲解
式中 L－ 轮胎行驶里程，km h1－轮胎花纹深度，mm ho－最低花纹允许深度(磨光后)，mm；
△h－胎面单耗，mm/l000km。
二、影响轮胎磨耗的因素 轮胎耐磨性能取决于轮胎结构、胎面胶性能和使用条件的
不同。子午线轮胎的耐磨性较斜交轮胎高30%-50%以上。
1.轮胎胎体骨架材料的弹性模量对磨耗影响很大，以钢丝帘布 代替尼龙帘布代替人造丝帘布能提高耐磨性。
轮胎在无滑移存在且不打滑的状态下，轮胎滚动单位弧度所
通过的距离。反映轮胎的周向变形，值越小则周向变形越大。
高分子科学与工程学院
Rr
s
2n
式中 S—轮胎所滚动的路程；
Rr —轮胎滚动半径 n—轮胎滚动的转数。
高分子科学与工程学院
§2-4 轮胎附着与牵引性能 轮胎的通过和牵引性能是保证汽车行驶的重要性能 一、牵引性能
随之轮胎的负荷能力相应增大。而轮胎的断面宽、外直径及轮辋直径、宽度 直接影响轮胎的内腔容积，轮胎负荷能力随其断面宽的增大而提高。从增大 轮胎断面宽、加宽轮辋宽度等角度来提高轮胎的负荷能力。
2.轮胎充气压力对负荷能力的影响 轮胎负荷能力的大小与充气压力存着密切关系，提高轮胎的内压，相
应可增大轮胎的负荷能力，见图1-10轮胎充气压力与负荷量的关系。轮胎 气压增加的同时会导致胎体帘线应力的增大，尤其在动负荷作用下，极易 造成帘线疲劳损坏，影响轮胎的使用寿命，见图1-11所示，
高分子科学与工程学院
2．胎冠行驶部分质量
行驶部分质量增加严重降低临界速度。 因此，可采用减薄胎面胶厚度的措施来提高轮胎 的临界速度， 但要求采用高耐磨、高强度、耐撕裂胶料。
3．帘线角度
增大帘线角度可以明显增大临界速度， 但同时也会增加帘线层之间剪切应力的增大， 因此必须增大胶料的粘和强度。
【汽车理论】第一章
• 轮胎是连接汽车车身与道路的唯一部件， 其基本职能是支承车辆重量、传递驱动和 制动力矩，吸振以及保证转向稳定性。汽 车的运动依赖于轮胎所受的力。
• 轮胎力学是研究轮胎受 实用的数学模型，描述轮胎的力学特性。
车辆与动力工程学院 School of Vehicle &
Motive Power
表2-5 车轮滚动阻力系数
路面类型
滚动阻力系数 路面类型
滚动阻力系数
沥青或混凝土路面（新） 0.010~0.018 压实土路（雨后）
0.050~0.150
沥青或混凝土路面（磨 0.018~0.020 泥泞土路(雨季或解冻期) 0.100~0.250
旧）
0.020~0.025 干砂
0.100~0.300
碎石路面
0.035~0.030 湿砂
0.060~0.150
卵石路面（平）
0.035~0.050 结冰路面
0.015~0.030
卵石路面（坑洼）
0.025~0.035 压实雪道
0.030~0.050
压实土路（干燥）
Motive Power
轿车轮胎的滚动阻力以及滚动阻力系数与行驶车速以及充气压力的关系曲线
车辆与动力工程学院 School of Vehicle & Motive Power Engineering
3. 轮胎的结构、材料、帘线对f 的影响也很 大。子午线轮胎 f 小，天然橡胶 f 低。
车辆与动力工程学院 School of Vehicle &
• 弹性轮胎滚动时的土壤压实阻力
n 1
Frc
[b( pi pc )] n
1
(n 1)(kc bk ) n
弹滞损耗阻力
• 轮胎力学是研究轮胎受 实用的数学模型，描述轮胎的力学特性。
车辆与动力工程学院 School of Vehicle &
Motive Power
表2-5 车轮滚动阻力系数
路面类型
滚动阻力系数 路面类型
滚动阻力系数
沥青或混凝土路面（新） 0.010~0.018 压实土路（雨后）
0.050~0.150
沥青或混凝土路面（磨 0.018~0.020 泥泞土路(雨季或解冻期) 0.100~0.250
旧）
0.020~0.025 干砂
0.100~0.300
碎石路面
0.035~0.030 湿砂
0.060~0.150
卵石路面（平）
0.035~0.050 结冰路面
0.015~0.030
卵石路面（坑洼）
0.025~0.035 压实雪道
0.030~0.050
压实土路（干燥）
Motive Power
轿车轮胎的滚动阻力以及滚动阻力系数与行驶车速以及充气压力的关系曲线
车辆与动力工程学院 School of Vehicle & Motive Power Engineering
3. 轮胎的结构、材料、帘线对f 的影响也很 大。子午线轮胎 f 小，天然橡胶 f 低。
车辆与动力工程学院 School of Vehicle &
• 弹性轮胎滚动时的土壤压实阻力
n 1
Frc
[b( pi pc )] n
1
(n 1)(kc bk ) n
弹滞损耗阻力
轮胎力学PPT课件
4轮胎垂直载荷7滚动阻力系数随垂直载荷的变化精选ppt425行驶车速滚动阻力随速度的变化精选ppt436驱动转矩滚动阻力与驱动力系数的关系曲线精选ppt447轮胎工作温度图310轮胎温度对滚动阻力系数的影响图311滚动阻力系数随外界气温的变化精选ppt458路面类型表31滚动阻力系数f的数值不同路面精选ppt46图312转弯时的滚动阻力与车速的关系9轮胎侧偏角与外倾角图313轮胎滚动阻力与车轮外倾角的关系精选ppt47研究了轮胎结构材料和设计参数等对轮胎滚动阻力的影响之后总希望轮胎的滚动阻力越小越好例如在结构方面采用子午线轮胎能极大地降低轮胎内部摩擦损失
• 11.1 轮胎的功能、结构、种类及规格 • 11.2 轮胎的坐标系 • 11.3 轮胎的滚动阻力 • 11.4 轮胎的切向力与附着性能 • 11.5 轮胎的侧偏性能
• 11.6 轮胎在湿路面上的性能 • 11.7 轮胎的垂向振动特性
第1页/共103页
11.1轮胎的功能、结构、种类及规格 ： • 轮胎必须具有以下四种基本功能
➢帘布层线排列的方向与轮胎的子午断面一致，帘布层数可减少 40%~50%。胎体较软、弹性好。 ➢帘线在圆周方向上只靠橡胶来连接，因此带束层采用具有若干层帘 线与子午断面呈大角度（70。~75。）、高强度、不易拉伸的周向环层 的带束层。 ➢带束层采用玻璃纤维、加强纤维或钢丝帘布制造，强度高、拉伸变 形小；
第15页/共103页
普通斜交轮胎
斜交轮胎的优点是： 轮胎噪声小，外胎 面柔软、制造容易， 价格也较子午线轮 胎便宜。
斜交轮胎的缺点是： 转向行驶时，接地 面积小，胎面滑移 大，抗侧向力能力 差，高速行驶时稳 定性差，滚动阻力 较大，油耗偏高， 承载能力也不如子 午线轮胎。
第16页/共103页
• 11.1 轮胎的功能、结构、种类及规格 • 11.2 轮胎的坐标系 • 11.3 轮胎的滚动阻力 • 11.4 轮胎的切向力与附着性能 • 11.5 轮胎的侧偏性能
• 11.6 轮胎在湿路面上的性能 • 11.7 轮胎的垂向振动特性
第1页/共103页
11.1轮胎的功能、结构、种类及规格 ： • 轮胎必须具有以下四种基本功能
➢帘布层线排列的方向与轮胎的子午断面一致，帘布层数可减少 40%~50%。胎体较软、弹性好。 ➢帘线在圆周方向上只靠橡胶来连接，因此带束层采用具有若干层帘 线与子午断面呈大角度（70。~75。）、高强度、不易拉伸的周向环层 的带束层。 ➢带束层采用玻璃纤维、加强纤维或钢丝帘布制造，强度高、拉伸变 形小；
第15页/共103页
普通斜交轮胎
斜交轮胎的优点是： 轮胎噪声小，外胎 面柔软、制造容易， 价格也较子午线轮 胎便宜。
斜交轮胎的缺点是： 转向行驶时，接地 面积小，胎面滑移 大，抗侧向力能力 差，高速行驶时稳 定性差，滚动阻力 较大，油耗偏高， 承载能力也不如子 午线轮胎。
第16页/共103页
《地面-轮胎力学》课件
轮胎的变形与应力分布
轮胎变形
随着轮胎与地面接触，轮胎发生变形，包括胎面压缩和轮胎 侧向弯曲。
应力分布
轮胎与地面接触区域产生应力集中，主要分布在胎面中心和 轮胎侧壁。
轮胎与地面的接触模型
接触面积
轮胎与地面的接触面积随载荷和路面条件变化。
接触形状
接触形状通常为椭圆形或圆形，取决于轮胎和路面的特性。
轮胎的滚动阻力
02
地面－轮胎力学的基本原 理
摩擦力
摩擦力
摩擦力是物体接触表面间的阻力，由相互接触的表面间的粘附力和正压力产生。在轮胎 与地面之间，摩擦力主要影响车辆的行驶方向和制动性能。
静摩擦力与动摩擦力
静摩擦力发生在轮胎与地面开始接触时，而动摩擦力则发生在轮胎与地面已经发生相对 运动时。静摩擦力是轮胎能够提供最大牵引力的关键。
粘附力的影响因素
粘附力受到路面状况、温度、湿度和 轮胎材料等多种因素的影响。在干燥 路面上，粘附力较强，而在湿滑路面 上，粘附力会显著降低。
附着力
01
附着力
附着力是指轮胎在行驶过程中，受到侧向力和纵向力的综合作用，使轮
胎与地面之间产生的相互作用力。
02
附着力与车辆操控
附着力的大小直接影响到车辆的操控性能，如转向、加速和制动等。在
《地面－轮胎力学》ppt课 件
目录
• 地面－轮胎力学概述 • 地面－轮胎力学的基本原理 • 地面－轮胎的相互作用 • 地面－轮胎力学在车辆工程中的应用 • 地面－轮胎力学的前沿研究与挑战
01
地面－轮胎力学概述
定义与特性
定义
地面-轮胎力学是研究轮胎与地面相 互作用力的一门科学，涉及到轮胎的 结构、材料、气压、速度、地面条件 等多个因素。
轮胎力学与汽车空气动力学
数学关系 根据上述研究结果为汽车设计、轮胎设计和汽车动
车轮半径：自由半径，静力半径，滚动半径
非稳定 区域
20
21
轮胎侧偏特性 一、侧偏现象
车轮滚动式的轨迹线与原中心面与地面交线之间的形成夹角，即为侧 偏现象，夹角称为侧偏角。侧偏力与侧偏角的关系为：
Fy k•
k ——侧偏刚度，
Fy ~ 曲线在 处的斜率
22
23
二、影响侧偏的因素
轮胎结构
轮胎结构形式和尺寸对回正力矩、侧
轮胎规格组成： 轮胎宽度（） 扁平率（） 轮胎结构形式 轮辋直径（或） 工作标记（速度标记 负
荷指数）
4
速度标记
速度标记（） 最高车速（） 速度标记（） 最高车速（）
5
承载能力（）
负荷指数（）
承载能力（）
承载能力（）
承载能力（）
6
轮胎规格示例
7
作用在轮胎上的力和力矩
轴是车轮平面与地面的交线， 前进的方向为正，轴垂直于路面， 向上为正，轴在地平面内，规定面 向轮胎前进方向时指向左方为正。 地面对轮胎作用有三个力和力矩， 即图中所示，这六个分量称为轮胎 六分力，名称及意义见下表
max
s
系 数
、曲线影响因素
路面性质：干燥路面相对湿路面来说，两个最值比较高
车速：〉时，对最小值影响很小，反之则会使其
纵向滑动率
略有上升
湿路面和有水膜层路面：附着系数下降，且和速度关系保持不变
松软路面上的附着系数和滑动率曲线比较平坦，最大值在滑转率≥处出现
C C F 附着率
xt1,2
1,2
F z1,2
大家好
1
第一章 轮胎力学与汽车空气动力学
车轮半径：自由半径，静力半径，滚动半径
非稳定 区域
20
21
轮胎侧偏特性 一、侧偏现象
车轮滚动式的轨迹线与原中心面与地面交线之间的形成夹角，即为侧 偏现象，夹角称为侧偏角。侧偏力与侧偏角的关系为：
Fy k•
k ——侧偏刚度，
Fy ~ 曲线在 处的斜率
22
23
二、影响侧偏的因素
轮胎结构
轮胎结构形式和尺寸对回正力矩、侧
轮胎规格组成： 轮胎宽度（） 扁平率（） 轮胎结构形式 轮辋直径（或） 工作标记（速度标记 负
荷指数）
4
速度标记
速度标记（） 最高车速（） 速度标记（） 最高车速（）
5
承载能力（）
负荷指数（）
承载能力（）
承载能力（）
承载能力（）
6
轮胎规格示例
7
作用在轮胎上的力和力矩
轴是车轮平面与地面的交线， 前进的方向为正，轴垂直于路面， 向上为正，轴在地平面内，规定面 向轮胎前进方向时指向左方为正。 地面对轮胎作用有三个力和力矩， 即图中所示，这六个分量称为轮胎 六分力，名称及意义见下表
max
s
系 数
、曲线影响因素
路面性质：干燥路面相对湿路面来说，两个最值比较高
车速：〉时，对最小值影响很小，反之则会使其
纵向滑动率
略有上升
湿路面和有水膜层路面：附着系数下降，且和速度关系保持不变
松软路面上的附着系数和滑动率曲线比较平坦，最大值在滑转率≥处出现
C C F 附着率
xt1,2
1,2
F z1,2
大家好
1
第一章 轮胎力学与汽车空气动力学
同济大学《汽车理论》第一章汽车轮胎力学与空气动力学精选全文完整版
3.FY－α曲线
FY k
k—侧偏刚度。
FY一定时希望侧 偏角越小越好，所 以 |k| 越大越好。
三、轮胎结构、工作条件对侧偏特性的影响
轮胎的尺寸、型式和结构参数对侧偏刚度有显著影响。
大尺寸轮胎
大尺寸轮胎
子午线轮胎
侧偏刚度大
钢丝子午线轮胎
斜交轮胎 纤维子午线轮胎
侧偏刚度小
小尺寸轮胎
（1）扁平率小，k大
纵向滑移率 侧偏角 经向变形 车轮外倾角 车轮转速 前轮转向角
轮胎 模型
纵向力 侧向力 法向力 侧倾力矩 滚动助力矩 回正力矩
轮胎模型是汽车动力学研究的难点
• 目前还没有如此完备的轮胎模型 • 目前在车轮动力学研究中使用的三类轮胎
模型
–轮胎纵滑模型：主要用于汽车动力性、制动性 能研究
–轮胎侧偏模型：主要用于操纵稳定性研究 –轮胎垂直振动模型：主要用于NVH研究
第一节 轮胎力学
轮胎的基本知识
175/65 R 14 82 H
速度标记
负荷指数 轮辋直径 （in） 轮胎型号（R为子 午线，-为斜交胎） 扁平率（%） 轮胎宽度
➢轮胎的扁 平率：表征 轮胎的胎面 高度H与宽 度R的比值 （百分比）。
速度标记
速度标记 （GSY）
最高车速 （km/h）
速度标记 （GSY）
2.有外倾时FY与γ、α的关系
1）α=0
FY FYγ kγ
2）α≠0
FY FYαFYγ kkγ
3）有γ，FY=0，即a点
kkγ 0
kγ
k
4）γ过大对汽车产生 不良影响
影响轮胎与路面 的良好接触
汽车轮胎
5）外倾时产生的回正力矩
摩托车轮胎
张文春版汽车理论
汽车理论习题库（张文春版）第一章地面—轮胎力学1-1 轮胎的具体功能主要有哪些？1-2 土壤推力的大小具体与哪些因素有关？1-3 土壤阻力产生的原因，具体由哪些部分组成？1-4作用在轮胎上的力和力矩有哪些，并解释具体的含义。
1-5 汽车的挂钩牵引力是什么？1-6 分别推导作用在汽车从动轮和驱动轮上的滚动阻力。
1-7 影响滚动阻力系数的主要因素有哪些？1-8 试分析前束阻力的产生机理。
1-9 汽车在转弯时的行驶阻力是否与在直线行驶时的相一致？1-10 什么是汽车的纵向附着系数？影响附着系数的主要因素是什么？1-11 试解释轮胎的侧偏现象。
1-12 影响轮胎侧偏特性的主要因素有哪些？1-13 轮胎的充气压力大小是否对轮胎的侧偏特性产生影响？1-14 汽车的空载以及满载对轮胎的侧偏特性是否有影响？1-15 简述回正力矩的意义。
1-16 试阐述附着力椭圆。
1-17 说明地面作用在轮胎上的切向力、纵向力和侧向力之间的关系。
第二章汽车动力性2-1 为提高汽车的动力性，4×2型汽车发动机前置时采用前轮驱动好还是后轮驱动好，为什么？2-2 绘出汽车直线行驶与下列条件下的整车受力图：（1）平路等速行驶；（2）平路滑行；（3）上坡加速行驶；（4）下坡等速行驶。
2-3 超车时该不该换入一档的排档？2-4 何谓汽车的动力因数D？如何利用动力特性图，找出汽车的最高车速和最大爬坡度？2-5 什么是后备功率，如何根据汽车的功率平衡图确定汽车的动力性？2-6 已知某汽车的总质量为8500Kg，路面的滚动阻力系数为0.01，汽车的迎风面积为3m2 ，空气阻力系数C0=0.8，若汽车以30km/h的速度已知，向坡度为α=15°的山坡上等速行驶，、Fw、F i、F j各是多少？ηI=0.85，发动机需输出的最低功率是多少？（2）若汽车求：（1）Ff后轮驱动，其在坡道上的法向反作用力Fz=5.88×104N，问在φ=0.7及φ=0.1时，驱动轮是否会滑转？。
地面-轮胎力学35页PPT
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
地面-轮胎力学PPT35页
5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
梦 境
地面-轮胎力学
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
4、守业的最好办法就是不断的发展。
梦 境
地面-轮胎力学
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
4、守业的最好办法就是不断的发展。
地面力学课件---第一章
ห้องสมุดไป่ตู้
• 有限单元法：是一种有效解决数学问题的解题 方法。其基础是变分原理和加权余量法，其基 本求解思想是把计算域划分为有限个互不重叠 的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点 作为求解函数的插值点，将微分方程中的变量 改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的 插值函数组成的线性表达式 ，借助于变分原 理或加权余量法，将微分方程离散求解。采用 不同的权函数和插值函数形式，便构成不同的 有限元方法。有限元方法最早应用于结构力学， 后来随着计算机的发展慢慢用于流体力学的数 值模拟。
• 1954~1960年，贝克在美国底特律市领到了陆 地运动研究所的工作，在此6年内从事于用试 验办法测定土壤下陷的各个参数值的工作，并 致力于车辆-----地面力学的基础上进一步发展 车辆地面关系的数学模型，所有这些成果都综 合在1960年出版的《越野行驶》一书内。 • 1960年，贝克离开陆上运动研究所，去美国通 用公司的国防研究所工作，专门从事用于勘探 月球的车辆研究工作。成功设计了适用于月球 表面的车辆，后来，此登月车由阿波罗宇宙飞 船送上月球。
• 1913年德国学者R.Bernstein 研究了从动车轮的 下陷问题，提出了土壤在压力的作用下，单位 面积压力p和下陷量z之间的关系式：p=Kz^0.5 （K土壤变形模数） • 继伯恩斯坦发表论文后的20年间，德国、苏联、 意大利进行了较多的研究，不过，总的来说， 对这方面的研究还是很有限的，也不普遍。30 年代苏联学者列拖石涅夫等根据对农业机械理 论的研究结果，提出采用通式来描述上述关系， 即：p=Kz^n （n为土壤变形指数）
• 1.4.5电子计算机模拟方法 • AMC-71地面机动性模型：考虑了汽车在地面上行驶 时可能碰到的一切主要影响因素，在模拟计算时作 为电子计算机输入的有：用来描述地面每一个点的 23个变数，描述车辆的76个变数，描述驾驶员的4 个变数。对这些变数可单独或者综合考虑其影响。 电子计算机的输出数据为给定地面条件下的实际最 大车速沿特定路线可能行驶的速度分布图。 • 上述模拟方法的研究目前正在继续进行中，研究的 最终目的是试图建立一个用简单数学式表示的预测 系统，而此数学式应适合于计算机的执行程序。
• 有限单元法：是一种有效解决数学问题的解题 方法。其基础是变分原理和加权余量法，其基 本求解思想是把计算域划分为有限个互不重叠 的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点 作为求解函数的插值点，将微分方程中的变量 改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的 插值函数组成的线性表达式 ，借助于变分原 理或加权余量法，将微分方程离散求解。采用 不同的权函数和插值函数形式，便构成不同的 有限元方法。有限元方法最早应用于结构力学， 后来随着计算机的发展慢慢用于流体力学的数 值模拟。
• 1954~1960年，贝克在美国底特律市领到了陆 地运动研究所的工作，在此6年内从事于用试 验办法测定土壤下陷的各个参数值的工作，并 致力于车辆-----地面力学的基础上进一步发展 车辆地面关系的数学模型，所有这些成果都综 合在1960年出版的《越野行驶》一书内。 • 1960年，贝克离开陆上运动研究所，去美国通 用公司的国防研究所工作，专门从事用于勘探 月球的车辆研究工作。成功设计了适用于月球 表面的车辆，后来，此登月车由阿波罗宇宙飞 船送上月球。
• 1913年德国学者R.Bernstein 研究了从动车轮的 下陷问题，提出了土壤在压力的作用下，单位 面积压力p和下陷量z之间的关系式：p=Kz^0.5 （K土壤变形模数） • 继伯恩斯坦发表论文后的20年间，德国、苏联、 意大利进行了较多的研究，不过，总的来说， 对这方面的研究还是很有限的，也不普遍。30 年代苏联学者列拖石涅夫等根据对农业机械理 论的研究结果，提出采用通式来描述上述关系， 即：p=Kz^n （n为土壤变形指数）
• 1.4.5电子计算机模拟方法 • AMC-71地面机动性模型：考虑了汽车在地面上行驶 时可能碰到的一切主要影响因素，在模拟计算时作 为电子计算机输入的有：用来描述地面每一个点的 23个变数，描述车辆的76个变数，描述驾驶员的4 个变数。对这些变数可单独或者综合考虑其影响。 电子计算机的输出数据为给定地面条件下的实际最 大车速沿特定路线可能行驶的速度分布图。 • 上述模拟方法的研究目前正在继续进行中，研究的 最终目的是试图建立一个用简单数学式表示的预测 系统，而此数学式应适合于计算机的执行程序。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
k
FY
W
FY
FY
增加
胎压p
W
一定侧偏角下，驱动 力或制动力增加时，侧偏 力逐渐有所减小，这是由 于轮胎侧线弹性有所改变 F x 的关系。当纵向力相当大 时，侧偏力显著下降，接 近附着极限时，切向力已 耗去大部分附着力，而侧 向力能利用的附着力很小。
附着椭圆
FY
侧偏角
FY Fb 或Fx
滚动阻力系数
车轮在一定条件下，滚动所 需要推力Fp1与负荷力描述
在实际计算时，可不必考虑阻 力偶，而用滚动阻力替代
滚动阻力无法在受力图上画出，它是 一个数值，在受力图上它是切向反力。
滚动阻力系数的试验确定法 牵引法、滑行法和转鼓法
对 f 的影响因素
路面类型
滚动阻力系 数
路面类型
滚动阻力系 数
沥青或混凝土路面（新） 沥青或混凝土路面（磨旧） 碎石路面 卵石路面（平） 卵石路面（坑洼） 压实土路（干燥）
0.010~0.018 0.018~0.020 0.020~0.025 0.035~0.030 0.035~0.050 0.025~0.035
压实土路（雨后） 泥泞土路(雨季或解冻期) 干砂 湿砂 结冰路面 压实雪道
总结轮胎六分力形成机理及各自的影响因素
第四节 轮胎的纵向力学特性
一、滚动阻力
轮胎内部摩擦产生的迟滞损失。这种迟滞损失 表现为阻碍车轮运动的阻力偶。
F, KN
D
C
FZ
图1-9 轮胎径向变形曲线
h / mm
W1
ua
Fp1
Tf 1
图1－11
a
FZ 1
Fx1
滚动阻力系数 轮胎内部摩擦产生迟滞损失，这种 损失表现为阻碍车轮运动的阻力偶。
主要任务是建立精确实用的数学模型，描述轮胎的力学特性。
第三节 作用在车轮上的力和力矩
一、轮胎坐标系
Tz回 正 力 矩
y
Ty
滚动阻力矩
外倾角
Fy
FX
地面反作用力侧向分力
翻转力矩 x T
地面反作用力纵向分力
侧偏角
x
FZ
二、轮胎六分力
在轮胎坐标系中，地面作用在轮胎上的主要力和力矩 有：（在轮胎坐标系中已标注） 纵向力F x －地面切向反作用力沿x轴的分量； 侧向力F y －地面切向反作用力沿y轴的分量； 地面法向反作用力F z ； 翻转力矩 M x －地面反作用力绕x轴的力矩； 滚动阻力矩M y －地面反作用力绕y轴的力矩； 回正力矩M z －地面反作用力绕z轴的力矩。
四、纵向附着系数
纵向附着系数定义：纵向力与垂直载荷的比值 滑动率：（实际速度-理论速度）/实际速度 纯滚动、纯滑动(拖滑)、边滚边滑 纵向附着系数影响因素： 路面：材料、路面状况 轮胎：轮胎结构、材料、花纹、新旧程度、气压 轮胎与路面：受力、相互运动状态
路况好,则纵向附着系数大; 车速越低,则纵向附着系数大.
第一章 地面－轮胎力学
问题回顾
汽车六大性能:
1、计算汽车的通过性时，满载还是空载？ 2、发动机与轮胎的受力是什么关系？
第一节
概 述
轮胎是连接汽车车身与道路的唯一部件，其基本职能是支承车
辆重量、传递驱动和制动力矩，吸振以及保证转向稳定性。汽
车的运动依赖于轮胎所受的力。
轮胎力学是研究轮胎受力、变形和运动响应之间关系的，它的
Tx 2 Tt T f 2 Tt T f 2 Fx 2 Ft F f 2 r r
二、穿水阻力
排挤水层而增加的滚动阻力
Fw Cbu n
C为比例常数；b为轮胎的宽度；u为汽 车的行驶车速；n为幂指数，当水层厚度大于 0.5mm时，幂指数近似等于1.6
三、前束阻力
前束阻力：车轮的前束角造成 ，用以消除偶然外力冲击保 持直线行驶的一种能力。
Fb
Fb 或Fx FY
c a
Fy
FY
c
a
FY
c
a
c
a
e
Tz
FY FY
a c
u
a c
c a
a c
回正力矩 Z T
侧偏角
回正力矩 Z T
FY k y
FY FY FY
FY
W
O'
0
FY
0
0 0 0
0
本次课小节及课后思考题:
主要内容小节： 1轮胎的六分力（重点、需掌握） 2. 轮胎的纵向力学特性（重点、难点、需掌握） 3.掌握轮胎的侧偏特性（重点、难点、需掌握） 4. 轮胎阻力的形成（难点、了解） 课后思考题：
第五节 轮胎的侧偏特性 侧偏特性：侧偏力、回正力与侧偏角的关系
1 轮胎坐标系
z
Tz回 正 力 矩
y
Ty
外倾角
翻转力矩 x T
侧偏角
x
Fy
FX
FZ
FY
刚性轮
原因
概念
Fy
侧偏力FY 侧向力Fy 侧偏现象 侧偏角 FY＝k 侧偏刚度k
Fy
u
FY
Fy
C
u
u'
v
FY
C
FY
FY l Fz
FY l Fz
1. 速度ua对 f 的影响
u a 100km / h, f const . u a 200km / h, f 产生驻波现象，高温、 脱落和爆裂。
2. 轮胎的结构、材料、帘线对f 的影 响也很大。子午线轮胎 f 小，天然橡胶 f 低。
f 的经验公式
表2-5 车轮滚动阻力系数
弹性轮胎
Fy
Fy
FY
FY
v
FY
FY
FY k
FY 与k符号相反
Fy
u' u
k 28 ~ 80KN / rad
最大侧偏力的影响因素
附着条件及垂直载荷FZ 轮胎胎面花纹、材料、结构、充
气压力 路面材料、结构、潮湿程度 车轮外倾角
3. 轮胎结构、工作条件与侧偏特性
尺寸↑的轮胎，k ↑ ； 子午线轮胎接地面宽，k大； 钢丝比尼龙轮胎k大；
扁平率：轮胎断面高度与断面宽度之比H /B ↓， k ↑ ； 在一定范围内，载荷↑ （FZ ↑ ） ，k ↑ 。但载荷↑太大时， k↓； 轮胎充气压力 ↑，k ↑ ； 行驶车速对k影响较小； 潮湿特别在积水时，k ↓很大。
0.050~0.150 0.100~0.250 0.100~0.300 0.060~0.150 0.015~0.030 0.030~0.050
图1－12
ua
驱 动 轮 受 力 图
W2
Fp 2
Tt
a
Fx 2
FZ 2
真正驱动车轮前进的力是地面切
向反力Fx2。其在数值上等于汽车 驱动力Ft与滚动阻力Ff之差。