《汽车理论》第一章 汽车轮胎力学与空气动力学

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400
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62
ห้องสมุดไป่ตู้
265
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1000
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79
437 . 94
670
109
1030
轮胎的变形参数与六分力
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
.
1.1.1 轮胎的纵向力学特性
• 一、滚动阻力 • 二、轮胎的附着性能
.
一、滚动阻力Ff
轮胎变形
硬路面上
产生滚动阻力的主要原因 软路面上
思考
轮胎变形和路面变形
轮胎变形为什么会产生滚动阻力？
Ty 滚动阻力矩 地面对轮胎反作用力绕x轴产生的力矩
Tz 回正力矩 地面对轮胎反作用力绕x轴产生的力矩
.
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
轮胎的状态参数：前轮转角、外倾角、转速 轮胎的变形参数：滑移率、侧偏角、经向变形
.
.
轮胎六分力
符号 名 称
意义
纵向力 地面对轮胎的反作用力眼坐标系x轴的
Fx
分量
Fy
测向力
地面对轮胎的反作用力沿坐标系y轴的 分量
Fz
Tx
法向力 侧倾力矩
地面对轮胎的反作用力沿坐标系z轴的 分量
地面对轮胎反作用力绕x轴产生的力矩
.
速度标记
速度标记 （GSY）
最高车速 （km/h）
速度标记 （GSY）
最高车速 （km/h）
F
80
R
170
M
130
S
180
P
150
T
190
Q
160
H
210
.
负荷指数（L1）
L1
承载能力
L1
承载能力 L1 承载能力
L1
承载能力
（kg）
（kg）
（kg）
（kg）
50
190
65
290
80
450
95
690
a
FX1
n' n
W
F p1
FZ
Tf
FX1
n'
2）驱动轮受力分析
FX2rTt FZa
Tt Tf
FX2
Tt r
Tf r
Ft Ff
ua
Tt
FX2 F Z
W
F p2
a
r
➢即路面作用于驱动轮的切向力FX2比Ft要小。
.
3）影响Ff的因素
（1）车速 ua ua高 f 大
货车 f=0.0076+0.000056ua
轮胎的迟滞损失：轮胎在加载变形时所消耗的能量在卸 载恢复时不能完全收回，一部分能量消耗在轮胎内部摩擦 损失上，产生热量，这种损失称为轮胎的迟滞损失。
.
ua
n
加载变形区 n ' 卸载变形区
思
由轮胎的迟滞损失图看，在轮胎径向变形相同的情况下，
考
地面作用在加载变形区与卸载变形区的法向反力是否相等？
.
1）从动轮受力分析
雨后的
0.050~0.150
泥泞土路（雨季或解冻期） 干沙
0.100~0.250 0.100~0.300
湿沙
0.060~0.150
结冰路面 压紧的雪道
0.015~0.030
.
0.030~0.050
（6）转向
离心力前、后轮产生侧偏力 侧偏力沿行驶方向产生分力滚动阻力增加
.
二、轮胎的附着性能
车轮接近纯滚动
Ft胎面滑移Ff pa接地面积胎面滑移滑移引起的Ff
.
思考
上高速公路前要检查胎压，在给定的胎压范围内，胎 压适当高一些好还是低一些好？
胎压高轮胎变形小迟 滞损失少Ff小
胎压低滑移小Ff小
思考
在高速公路上，轮胎变形产生的滚动阻力 大还是滑移产生的滚动阻力大？
上高速公路时，轮胎气压应该适当高一些。 在松软路面、泥泞路面、雪地行驶时，可适当降低轮胎气压。
轿车
f f0f11ua00f41ua004
.
fz
.
（2）轮胎结构
➢子午线轮胎比斜交轮胎的滚动阻力小20%～30％； ➢滚动阻力与轮胎的帘线（棉、人造丝、尼龙、钢丝） 和橡胶品质有关。
.
（3）气压
➢气压越高，轮胎变形及由其产生的迟滞损失就越小， 滚动阻力也越小。
.
（4）驱动力
.
思考
为什么驱动力系数很大时，气压越低 f 越小？
n
ua
W
F p1
FZ FZd FZd’
C
A
D
ua
r
d d' FX1
n' n
W
FZ
Fp1
a
FX1
n'
OE F
h
ua
.
n
W
FZ
F p1
T
F
f
Z
FX1
n'
Tf FZa
Fp1r Tf
Fp1
Tf r
FZ
a r
令 fa
r
f—滚动阻力系数
Fp1 Wf
f Fp1 W
Ff Wf
Ff
Tf r
ua
r
ua
.
n
W
FZ
Fp1
.
滑动率s的计算
uw rw
rr0w uδ uδ uwrr0w
s uδ 100%
uw
r
uwrr0w 100%
uw
w
uw
uδ
rr0
O（速度瞬心）
.
滑动率s的计算
uw rw
rr0w uδ uδ uwrr0w
.
由轮胎 与土壤之 间的粘着 性所致
（5）路面条件
表1-2 滚动阻力系数 f 的数值
路面类型
滚动阻力系数
良好的沥青或混凝土路面 一般的沥青或混凝土路面
0.010~0.018 0.018~0.020
碎石路面
0.020~0.025
良好的卵石路面
0.025~0.030
坑洼的卵石路面 压紧土路
干燥的
0.035~0.050 0.025~0.035
第一章 汽车轮胎力学 与空气动力学
同济大学 汽车学院 朱西产 教授
.
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）。
51
195
66
300
81
462
96
710
52
200
67
307
82
475
97
730
53
206
68
315
83
487
98
750
54
212
69
325
84
500
99
775
55
218
70
335
85
515
100
800
56
224
71
345
86
530
101
825
57
230
72
355
87
545
102
850
58
236
73
uw rr0w
车轮边滚边滑
uw rr0w
车轮抱死拖滑
uwrr0w w 0
.
1.滑动率
➢从制动过程的三个阶段看，随着制动强度的增加，车 轮几何中心的运动速度因滚动而产生的部分越来越少，因 滑动而产生的部分越来越多。 滑动率：车轮接地处的滑动速度与车轮中心运动速度的 比值。 ➢滑动率的数值说明了车轮运动中滑动成分所占的比例。