车轮轮胎以及轮胎力学
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《轮胎设计力学》课件
轮胎振动与噪声的影响
阐述轮胎振动与噪声对汽车性能和乘客舒适性的影 响，如影响汽车的操控稳定性、乘坐舒适性等。
降低轮胎振动与噪声的方 法
介绍降低轮胎振动与噪声的常用方法和技术 ，如优化轮胎结构、采用胎设计实践的方法与步骤
基础设计
根据需求分析，进行轮胎的基 本结构设计，包括胎面、胎体 、胎圈等部分的初步设计。
应力集中
环境因素
应力集中是指轮胎材料在局部区域出现应 力集中的现象，是导致轮胎疲劳破坏的主 要原因之一。
环境因素如温度、湿度、化学腐蚀等也会 对轮胎材料的疲劳性能产生影响。
04
轮胎动力学
轮胎的动力学模型
轮胎动力学模型概
述
介绍轮胎动力学模型的基本概念 、发展历程和应用领域，说明建 立轮胎动力学模型的重要性和必 要性。
抗压强度
抗压强度是描述轮胎材料在 受到压缩作用时能够承受的 最大压力，对于轮胎的缓冲 性能有重要影响。
轮胎材料的疲劳性能
疲劳寿命
疲劳强度
疲劳寿命是指轮胎材料在交变应力或应变 作用下发生疲劳破坏的时间或次数，是评 估轮胎耐久性的重要指标。
疲劳强度是指轮胎材料在交变应力或应变 作用下所能承受的最大应力或应变，是评 估轮胎安全性能的重要指标。
材料选择
根据设计需求和力学分析结果 ，选择合适的轮胎材料，如橡 胶、纤维等。
需求分析
明确轮胎设计的需求和目标， 包括性能要求、使用环境、成 本预算等。
力学分析
运用力学原理和方法，对轮胎 进行受力分析，优化轮胎的结 构设计。
工艺制定
确定轮胎的生产工艺流程和技 术要求，确保轮胎的制造可行 性。
典型轮胎设计案例分析
汽车性能的影响。
滚动阻力的计算
汽车动力学-轮胎动力学
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
➢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。
精品课件
9
3.3轮胎模型
滚动阻力系数
fR
FR F z ,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
精品课件
15
3.4轮胎纵向力学特性
➢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
精品课件
16
3.4轮胎纵向力学特性
2.道路条件产生的附加阻力
精品课件
24
3.5轮胎垂向力学特性
1.轮胎的垂向特性
➢非滚动动刚度 ➢滚动动刚度
精品课件
25
3.5轮胎垂向力学特性
2.轮胎噪声
轮胎噪声产生的机理： (1)空气泵吸效应 (2)胎面单元振动
3.轮胎垂向振动力学模型
精品课件
弹簧-阻尼模型
3.5轮胎垂向力学特性
4.轮胎振动对汽车性能的影响
➢对汽车平顺性的影响
3.2轮胎的功能、结构及发展
➢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。
精品课件
6
《轮胎力学特性》课件
封性和气密性
轮胎的材料特性
橡胶：主要材料，具有弹性和耐磨性
碳黑：增加轮胎的耐磨性和抗老化性
钢丝：增强轮胎的强度和抗冲击性
硅胶：提高轮胎的耐磨性和抗老化性
尼龙：提高轮胎的耐磨性和抗老化性
芳纶：提高轮胎的强度和抗冲击性
Part Four
轮胎的力学特性分 析
轮胎的滚动阻力
滚动阻力的定义：轮胎在滚动过程 中产生的阻力
滚动阻力的测量方法：通过实验或 模拟计算
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
滚动阻力的影响因素：轮胎的材质、 花纹、气压等
滚动阻力的优化：通过改进轮胎设 计、调整气压等方法降低滚动阻力
轮胎的侧偏特性
侧偏特性：轮胎在侧向力 作用下的力学特性
侧偏刚度：轮胎抵抗侧向 力变形的能力
侧偏角：轮胎在侧向力作 用下的偏转角度
科学依据
Part Three
轮胎的结构和材料
轮胎的组成结构
胎壁：支撑胎面和胎肩，承 受侧向力
胎肩：胎面与胎壁之间的过 渡部分，增强轮胎的稳定性
胎面：与路面接触的部分， 提供摩擦力
胎圈：固定轮胎与轮辋的连 接部分，保证轮胎的密封性
和气密性
胎体：胎面和胎肩之间的部 分，提供轮胎的弹性和缓冲
性能
胎圈垫带：固定胎圈与轮辋 的连接部分，保证轮胎的密
温度升高，轮 胎的抗滑性能 下降，导致轮 胎的制动距离
增加
路面条件的影响
路面粗糙度：影响轮胎的 摩擦力和滚动阻力
路面平整度：影响轮胎的 振动和噪音
路面温度：影响轮胎的磨 损和寿命
路面湿度：影响轮胎的抓 地力和安全性
车辆载荷的影响
轮胎的变形：车辆 载荷越大，轮胎的 变形越大，影响轮 胎的力学特性
轮胎的材料特性
橡胶：主要材料，具有弹性和耐磨性
碳黑：增加轮胎的耐磨性和抗老化性
钢丝：增强轮胎的强度和抗冲击性
硅胶：提高轮胎的耐磨性和抗老化性
尼龙：提高轮胎的耐磨性和抗老化性
芳纶：提高轮胎的强度和抗冲击性
Part Four
轮胎的力学特性分 析
轮胎的滚动阻力
滚动阻力的定义：轮胎在滚动过程 中产生的阻力
滚动阻力的测量方法：通过实验或 模拟计算
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
滚动阻力的影响因素：轮胎的材质、 花纹、气压等
滚动阻力的优化：通过改进轮胎设 计、调整气压等方法降低滚动阻力
轮胎的侧偏特性
侧偏特性：轮胎在侧向力 作用下的力学特性
侧偏刚度：轮胎抵抗侧向 力变形的能力
侧偏角：轮胎在侧向力作 用下的偏转角度
科学依据
Part Three
轮胎的结构和材料
轮胎的组成结构
胎壁：支撑胎面和胎肩，承 受侧向力
胎肩：胎面与胎壁之间的过 渡部分，增强轮胎的稳定性
胎面：与路面接触的部分， 提供摩擦力
胎圈：固定轮胎与轮辋的连 接部分，保证轮胎的密封性
和气密性
胎体：胎面和胎肩之间的部 分，提供轮胎的弹性和缓冲
性能
胎圈垫带：固定胎圈与轮辋 的连接部分，保证轮胎的密
温度升高，轮 胎的抗滑性能 下降，导致轮 胎的制动距离
增加
路面条件的影响
路面粗糙度：影响轮胎的 摩擦力和滚动阻力
路面平整度：影响轮胎的 振动和噪音
路面温度：影响轮胎的磨 损和寿命
路面湿度：影响轮胎的抓 地力和安全性
车辆载荷的影响
轮胎的变形：车辆 载荷越大，轮胎的 变形越大，影响轮 胎的力学特性
汽车动力学-轮胎动力学
▢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。
汽车系统动力学
3.3轮胎模型
□“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。
汽车系统动力学
主讲：彭琪凯
汽车系统动力学
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
1
汽车系统动力学
3.1概述
1.轮胎运动坐标系
2
Fx □侧向力 F y □法向力 F z □翻转力矩 M x □滚动阻力矩 M y
□纵向力 □回正力矩
Mz
汽车系统动力学
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 纯滚动(或纯滑动)状态的偏离程度。 ▢滑转率(驱动时) ▢滑移率(制动时)
rd uw s 100% rd u r sb w d 100% uw
旋转轴
Fz
uw
车轮运动方向 负侧偏角
8
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。
汽车系统动力学
3.3轮胎模型
几种常用的轮胎模型
□幂指数统一轮胎模型
9
由郭孔辉院士提出，用于预测轮胎的稳态特性。
x ▢稳态纯纵滑工况纵向力 Fx x Fz Fx x y y Fz Fy ▢稳态纯侧偏工况纵向力 Fy y
◇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。
汽车系统动力学
3.3轮胎模型
□“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。
汽车系统动力学
主讲：彭琪凯
汽车系统动力学
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
1
汽车系统动力学
3.1概述
1.轮胎运动坐标系
2
Fx □侧向力 F y □法向力 F z □翻转力矩 M x □滚动阻力矩 M y
□纵向力 □回正力矩
Mz
汽车系统动力学
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 纯滚动(或纯滑动)状态的偏离程度。 ▢滑转率(驱动时) ▢滑移率(制动时)
rd uw s 100% rd u r sb w d 100% uw
旋转轴
Fz
uw
车轮运动方向 负侧偏角
8
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。
汽车系统动力学
3.3轮胎模型
几种常用的轮胎模型
□幂指数统一轮胎模型
9
由郭孔辉院士提出，用于预测轮胎的稳态特性。
x ▢稳态纯纵滑工况纵向力 Fx x Fz Fx x y y Fz Fy ▢稳态纯侧偏工况纵向力 Fy y
车轮轮胎以及轮胎力学.ppt
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轮胎
轮胎的侧偏特性
轮胎的侧偏现象
汽车在行驶过程中，由于路面的侧向倾斜、侧向 力或者在作曲线行驶时离心力的作用下，车轮中心沿y 轴方向将作用有侧向里Fy，相应的在地面上产生地面 侧向反作用力Fy，Fy称为侧偏力。由于轮胎存在侧向 弹性，轮胎的行驶方向将偏离轮胎平面的方向。该现 象称为侧偏现象。
2024/10/10
8
轮胎的分类
低断面轮胎的优点：
低断面轮胎又称扁平化轮胎。随着人们对汽车驾 驶性能的的要求和对高性能轮胎的要求越来越高，轮 胎的扁平率就越来越小。
低断面轮胎的优点主要有：
1、低断面轮胎的轮胎胎面宽平，接地面积大，侧 偏刚度大。
2、滚动阻力小。在断面宽相同的条件下，扁平率 低的轮胎由于侧偏刚度大，因而滚动阻力小。
2024/10/10
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轮胎的侧偏特性
影响轮胎侧偏特性的主要因素
1、轮胎的结构 子午线轮胎的接地面积比斜交轮胎的接地面积宽， 因此子午线轮胎的侧偏刚度一般较高。 扁平率越低的轮胎，侧偏刚度也越大。
2024/10/10
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轮胎的侧偏特性
影响轮胎侧偏特性的主要因素
2、轮胎的垂直载荷 随着作用在轮胎上的载荷的增加，整个轮胎的刚 度也将发生变化，轮胎的侧偏刚度将增大。但垂 直载荷过大时，轮胎与地面接触区的压力变得极 不均匀，轮胎的侧偏刚度反而有所减小。
3、附着性能好，散热好，高速行驶稳定性好。
2024/10/10
9
轮胎的标记方法
目前，我国充气轮胎的规格标记一般采用英制表示。 轿车轮胎规格表示方法：
165/60 R 14 75 T
速度级别 负荷指数 轮辋名义直径 子午线结构代号 轮胎名义高宽比（×100%=扁平率）
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。
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§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，
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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。
DEC_02_车轮的力学特性_02车轮的垂向力学特性
图2-11 车轮与地面在整个接地印记面上的压力分布
轮胎内的气压大小直接与轮荷相关，可以用下式表示
FZ A zdA pz A
§2.2 车轮垂向力学特性 4.轮胎的刚度特性
➢在研究垂向振动时往往需要考虑轮胎 的弹性和阻尼特性。如果不计轮胎的质 量，则可以用右图所示的力学模型。
图2-11 轮胎的垂向力学模型
轮胎载荷与轮胎的压缩变形量fz的关系实际上是非线性的。在一定的范围内可以 用线性化的近似值，即
kt
dFZ df z
FZ
FZstat
§2.2 车轮垂向力学特性
本节内容结束
第二节 车轮垂向力学特性
§图2-10 车轮承受的载荷FZ与静载荷FZstat和动载荷FZdyn的关系
车轮垂向承受的载荷由静载荷和动载荷两部分组成，即
FZ FZstat FZdyn (t)
§2.2 车轮垂向力学特性 1.车轮的垂向载荷及分布
轮胎内的气压大小直接与轮荷相关，可以用下式表示
FZ A zdA pz A
§2.2 车轮垂向力学特性 4.轮胎的刚度特性
➢在研究垂向振动时往往需要考虑轮胎 的弹性和阻尼特性。如果不计轮胎的质 量，则可以用右图所示的力学模型。
图2-11 轮胎的垂向力学模型
轮胎载荷与轮胎的压缩变形量fz的关系实际上是非线性的。在一定的范围内可以 用线性化的近似值，即
kt
dFZ df z
FZ
FZstat
§2.2 车轮垂向力学特性
本节内容结束
第二节 车轮垂向力学特性
§图2-10 车轮承受的载荷FZ与静载荷FZstat和动载荷FZdyn的关系
车轮垂向承受的载荷由静载荷和动载荷两部分组成，即
FZ FZstat FZdyn (t)
§2.2 车轮垂向力学特性 1.车轮的垂向载荷及分布
汽车轮胎的建模与力学分析专题文档资料集锦(二)
动阻力计算。与传统模型相比,增加了传热分析部分,利用传热分析计算结果
更新材料参数,解决了以往在滚动阻力仿真时不考虑温度影响的问题。对模型
进行仿真分析,通过滚动阻力试验验证改进的模型具有更高的精度,可以为低
滚动阻力轮胎结构设计与优化提供指导。
13.轮胎滚动阻力及稳态滚动温度场的研究.rar 以Abaqus软件为平台,材料性能参数为实验基础,轮胎红外实测温度场为对照, 应用有限元分析技术对11R22.5规格轮胎的滚动阻力及稳态滚动温度场的建模 方法及计算结果进行了讨论与分析。首先,对轮胎各部位胶料进行单向拉伸、
14.轮胎稳态运动学与六分力预报_理论与方法.pdf 基于所建立的运动学理论和非线性有限元,建立轮胎六分力预报方法。针对某 轿车子午线轮胎,分析轮胎接地面滑移速度、接地面积、接地压力、侧向剪力 分布等随着侧偏角的变化规律,并研究该轮胎侧偏力和回正力矩随着胎面刚度
7.利用轮胎模态参数模型对滚动阻力的模拟.pdf 利用轮胎模态参数模型对稳态工况下的轮胎滚动阻力进行模拟。计算了不同 胎面阻尼下的滚动阻力,所得结果与实际的趋势相符,数值合理。对不同半径 转鼓下轮胎滚动阻力的模拟结果与按ISO 18164推荐的公式计算的结果有良好
的一致性。表明了该轮胎模型的合理性。
在考虑轮胎橡胶材料的非线性、帘线--橡胶材料的各向异性、轮胎大变形导
致的各向异性、轮胎与轮惘的装配、轮胎与路面的接触非线性边界条件的基
础上,采用非线性动力分析程序ABAQUS/STANDARD对模型进行稳态滚动分析。
用FORTRAN编制计算能耗损失和生热率的程序,利用ABAQUS子程序HETVAL将其
,分析传感器板在不同工况下位移场的分布情况,制定了设备的测试方案。以
传感器的安装位置作为目标检测点,建立轮胎滚动阻力位移场与控制参数之间
轮胎的力学性能与耐久性评估
轮胎的力学性能与耐久性评估在汽车行业中，轮胎是车辆安全性和性能的重要组成部分。
轮胎的力学性能和耐久性评估，对于保证车辆在各种路况下的稳定性和耐久性至关重要。
本文将探讨轮胎的力学性能以及如何评估轮胎的耐久性。
一、轮胎的力学性能1. 抗滚动阻力轮胎的抗滚动阻力指的是轮胎在行驶过程中受到的滚动阻力。
抗滚动阻力越小，车辆的燃油经济性就越高。
为了评估轮胎的抗滚动阻力，常用的方法是通过滚动阻力试验来测量轮胎在不同载荷和不同行驶速度下的滚动阻力系数。
2. 抓地力轮胎的抓地力是指轮胎与路面之间的摩擦力，直接决定了车辆的操控性能和制动性能。
抓地力的大小与轮胎胎面的花纹设计、胎压以及路面状况等因素密切相关。
通常，用轮胎的湿地附着系数和干地附着系数来评估轮胎的抓地力。
3. 高速稳定性高速稳定性是指轮胎在高速行驶时的稳定性。
评估轮胎的高速稳定性，可以采用测量轮胎的侧滑角、侧滑刚度以及横摆耐力等参数，其中横摆耐力是最重要的指标之一，它反映了轮胎在高速过弯时的稳定性能。
二、轮胎的耐久性评估轮胎的耐久性评估主要指轮胎在使用过程中的磨损和寿命。
轮胎的磨损与行驶里程、路况以及胎压等因素有关。
为了评估轮胎的耐久性，可通过以下几个方面进行考察：1. 磨损测试磨损测试是评估轮胎磨损情况的重要手段之一。
其中，常用的方法是通过在不同路面上进行行驶试验，测量轮胎花纹深度的变化来评估轮胎的磨损情况。
2. 耐久性测试耐久性测试是评估轮胎寿命的关键。
常用的测试方法是通过在不同路况下进行长时间行驶试验，观察轮胎的性能变化和磨损情况，以确定轮胎的耐久性能。
3. 寿命预测寿命预测是根据轮胎的磨损情况和性能变化，来估计轮胎的使用寿命。
通过建立寿命模型和使用寿命预测方法，可以为车辆的维护和更换轮胎提供科学依据。
结语轮胎的力学性能和耐久性评估对于确保车辆在各种路况下的安全和可靠性至关重要。
通过评估轮胎的抗滚动阻力、抓地力和高速稳定性，可以保证车辆在行驶过程中的稳定性和操控性能。
车轮及轮胎培训资料
主销后倾与纵偏距 主销拖距 高速回正原理
ξ
V2 Fy = G1 = G1 g Rg ay
= D xk + R tan α k
载荷变化（制动）与车轮跳动 α k 的变化 主销拖距与撒手稳定性 前轮摆振 主销内倾与侧偏距
Fy
γ
βk
Dky
低速回正性 ξ k 作用的消失 减小侧偏距，减小转向操纵力 回正力距与 ρ 的关系 减少侧偏距，减小轮胎回跳和跑偏
Fy
αk
βk
D kx
γ
βk
Dky
Dkx
D xy
ξ
k
ξ αk k
ρ
l B
ρ
主销地面侧偏距
轮胎外倾与轮胎侧偏特性
外倾原因:降低垂直载荷，防止车轮滑脱,装配间隙（满载时车 轮向内倾斜），与拱形路面相适应 外倾因载荷变化、制动时轮胎跳动而改变 轮胎侧倾特性：侧向力与回正力矩
前束与轮胎侧偏特性
前束原因:平衡外倾 载荷变化与车轮跳动时前束的变化 干涉转向 滚动阻力要求适当增大前束，制动时车轮前张
轮胎结构
胎面胶
缓冲环带 Nylon 钢丝环带 Steel Belt 胎肩部 Shoulder 胎边部 Sidewall 三角胶 Bead Filler 內面胶 Inner Liner 防擦布 Chafer 胎唇钢丝 Bead Wire 帘布层 Polyester 胎边胶 Sidewall Rubber 胎唇部 Bead Tread Rubber 胎面部 Tread
谢 谢
TREADWEAR 480 TRACTION A TEMPERATURE A
TREADWEAR： 磨耗性，为轮胎磨耗寿命等级，100约为10000公里，480表该轮胎 的磨耗能力约为48000公里，标示的数字越高磨耗的寿命越长。 TRACTION： 抓地性，为刹车性能等级，表示与参考轮胎所测试的抓地系数换 算其相对抓地性，区分为AA、A、B、C四个等级，AA级性能最佳。 TEMPERATURE： 轮胎的耐热性（高速耐久性），依规定的测试方法和步骤，在室 內的钢轮上走行至破坏的温度速度，可区分为A、B、C三个等級，A级的 性能最佳。
轮胎性能力学基础及设计理论
三种类型磨耗产生的原因不同，可用不同的技术手段提高轮胎 的耐磨性。通常称轮胎的磨耗，是上述三种磨耗的综合形式。
轮胎的制造和使用不断改善，有80%-90%是因花纹磨光而 报废，所以轮胎耐磨性能在一定程度上表明轮胎的使用寿命， 因此，轮胎使用寿命可按
高分子科学与工程学院
L
1000
h 1
-
h 0
h
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；
轿车胎165/70R13 的在 1.43左右.
3、硬度系数 指轮胎承受负荷（Q）对接地印痕面积（S）和轮胎相应气压（P）乘积之比。 表示在规定的轮辋条件下轮胎气压承受负荷的能力。 Q/SP=1 说明轮胎的气压刚好承受全部负荷，为理想状态 Q/SP>1 说明气压不够用来承受全部负荷（胎体骨架承受过多负荷） Q/SP<1 说明气压用来承受全部负荷还有余
△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。
高分子科学与工程学院
一、轮胎滚动阻力产生的方式 1. 轮胎在路面上的滑移 2. 轮胎内部材料的摩擦
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
轮胎的制造和使用不断改善，有80%-90%是因花纹磨光而 报废，所以轮胎耐磨性能在一定程度上表明轮胎的使用寿命， 因此，轮胎使用寿命可按
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L
1000
h 1
-
h 0
h
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；
轿车胎165/70R13 的在 1.43左右.
3、硬度系数 指轮胎承受负荷（Q）对接地印痕面积（S）和轮胎相应气压（P）乘积之比。 表示在规定的轮辋条件下轮胎气压承受负荷的能力。 Q/SP=1 说明轮胎的气压刚好承受全部负荷，为理想状态 Q/SP>1 说明气压不够用来承受全部负荷（胎体骨架承受过多负荷） Q/SP<1 说明气压用来承受全部负荷还有余
△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。
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一、轮胎滚动阻力产生的方式 1. 轮胎在路面上的滑移 2. 轮胎内部材料的摩擦
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
汽车轮胎动力学及性能评价研究
汽车轮胎动力学及性能评价研究随着汽车工业的发展，车辆的性能和安全性成为汽车制造商和消费者关注的重要方面。
而轮胎作为车辆与地面之间的唯一接触点，其动力学和性能评价研究变得至关重要。
在本篇文章中，将重点探讨汽车轮胎动力学及性能评价的研究现状和方法。
首先，我们将从动力学的角度来介绍汽车轮胎的研究。
汽车轮胎的动力学研究主要包括力学特性、刚度、变形和摩擦等方面。
轮胎的力学特性主要包括侧向、纵向和径向刚度。
侧向刚度反映了轮胎在转弯时的抓地能力，而纵向刚度则与轮胎的加速和制动能力有关。
径向刚度则决定了轮胎在行驶过程中的承载能力和稳定性。
另外，轮胎的变形也是一个重要的动力学特性。
轮胎在汽车行驶过程中会出现一定的变形，如压缩、伸展和弯曲等。
这些变形对轮胎的性能和安全性有着重要影响。
摩擦则是轮胎与地面之间传递力的关键因素。
轮胎的摩擦特性影响了汽车的抓地能力、操控性和燃油效率等。
除了动力学特性外，轮胎的性能评价研究也是非常重要的。
轮胎的性能评价主要涉及到耐磨性、抗剪切性、抗破裂性、抗老化性和抗腐蚀性等方面。
耐磨性是指轮胎在长期行驶中所能承受的摩擦磨损。
轮胎的抗剪切性则决定了其能否承受转向和加速等动力学力的作用。
抗破裂性和抗老化性则关系到轮胎的使用寿命和安全性。
另外，轮胎还需要具备抗腐蚀性以应对恶劣的环境条件。
为了研究汽车轮胎的动力学和性能评价，学者们采用了多种方法。
实验方法是其中最常见的研究方式之一。
通过在实验室中创建各种条件下的试验环境，研究人员可以准确地测量和分析轮胎的力学特性和性能。
此外，建立数学模型也是常用的研究方法之一。
通过数学模型的构建，研究人员可以模拟轮胎在不同条件下的力学特性和性能。
计算机模拟则是数学模型的延伸，通过建立计算机模型可以更加准确地模拟和分析轮胎的动力学和性能评价。
尽管汽车轮胎动力学及性能评价的研究已经取得了一定的进展，但仍然存在一些挑战和问题需要解决。
首先，轮胎的动力学和性能评价受到多种因素的影响，如温度、载荷、速度和路面条件等。
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
汽车动力学基础 第二章 地面轮胎力学
随着驱动力系 数的增加，斜交轮 胎和子午线轮胎滚 动阻力系数均迅速 增加。
滚动阻力系数 fR
0.08 径向载荷2943N 斜交轮胎 滚动速度60km/h 6.15-13 4PR
0.06 充气压力294kPa
0.04
245kPa
196kPa
子午线轮胎 165SR13
196kPa
0.02
245kPa
充气压力294kPa
混凝土
100
200
胎压（kPa）
2.2.2 滚动阻力的影响因素
（2）行驶速度 轮胎滚动阻力随车速而变化，其原因是由于轮胎变形而引起内
摩擦、胎面局部滑移以及驻波而造成的能量损失。此外，高速
时由于空气阻力而引起的滚动阻力也随之增加。
斜交轮胎：
fR 0. 007 0.45106V 2
轮胎驻波现象——随着车轮转速提高，轮胎由于 来不及恢复原来形状，其周缘不再是圆形而呈明
正常 高迟滞 高迟滞
0.02
0
30
60
90
120
恒定胎压下行驶里程s/km
图2.7 轮胎温度、滚动阻力系数随车辆 行程的变化关系
30 40 50 60 70 80 温度T/(oC)
图2.8 不同聚合物轮胎的滚动阻力 系数和温度的关系
2.2.2 滚动阻力的影响因素
（5）驱动力
对于驱动和制 动工况下的轮胎， 胎面相对于路面有 一定的滑动，会增 加轮胎滚动时的能 量损耗。
在正常行驶过程中，每增加1oC，滚动阻力减少约0.6%。当轮胎滚动超 过30km距离后，温度和滚动阻力系数会趋于稳定。
滚动阻力系数fR 温度T/(oC)
滚动阻力系数 fR
0.04 0.03 0.02
滚动阻力系数 fR
0.08 径向载荷2943N 斜交轮胎 滚动速度60km/h 6.15-13 4PR
0.06 充气压力294kPa
0.04
245kPa
196kPa
子午线轮胎 165SR13
196kPa
0.02
245kPa
充气压力294kPa
混凝土
100
200
胎压（kPa）
2.2.2 滚动阻力的影响因素
（2）行驶速度 轮胎滚动阻力随车速而变化，其原因是由于轮胎变形而引起内
摩擦、胎面局部滑移以及驻波而造成的能量损失。此外，高速
时由于空气阻力而引起的滚动阻力也随之增加。
斜交轮胎：
fR 0. 007 0.45106V 2
轮胎驻波现象——随着车轮转速提高，轮胎由于 来不及恢复原来形状，其周缘不再是圆形而呈明
正常 高迟滞 高迟滞
0.02
0
30
60
90
120
恒定胎压下行驶里程s/km
图2.7 轮胎温度、滚动阻力系数随车辆 行程的变化关系
30 40 50 60 70 80 温度T/(oC)
图2.8 不同聚合物轮胎的滚动阻力 系数和温度的关系
2.2.2 滚动阻力的影响因素
（5）驱动力
对于驱动和制 动工况下的轮胎， 胎面相对于路面有 一定的滑动，会增 加轮胎滚动时的能 量损耗。
在正常行驶过程中，每增加1oC，滚动阻力减少约0.6%。当轮胎滚动超 过30km距离后，温度和滚动阻力系数会趋于稳定。
滚动阻力系数fR 温度T/(oC)
滚动阻力系数 fR
0.04 0.03 0.02
第三章 轮胎动力学.
“89”表示载重指数：此轮胎最高载重为580kg。不同的载重指 数代表不同的最高载重。
“H”表示速度级别：此轮胎最高时速为210km/h。不同的英文 字母表示不同的速度级别。
2020/9/30
第三章 轮胎动力学
轮胎的轮廓是由扁平率决定的，现代轿车的轮胎高宽比多是50%至 70%之间，这个百分比数值又称为系列，例如70%称为70系列。系列越 小，轮胎形状越扁平。现在兴起的低扁平化轮胎与地面接触面大，抓 地力强，除了具有操纵稳定性好外，还具有高速耐久力好和制动力好 的优点，因为扁平轮胎不容易产生“驻波”。
纵向滑移率 s
纵向力 Fx
侧偏角
径向变形
车轮外倾角
车轮转速
轮胎模型
侧向力 Fy 法向力 Fz 侧倾力矩 M x 滚动阻力矩 M y
横摆角 t
回正力矩 M z
2020/9/30
第三章 轮胎动力学
根据研究内容不同，轮胎模型可分为： 1、轮胎纵滑模型
预测车辆在制动和驱动时的纵向力
2、轮胎侧偏模型和侧倾模型
2020/9/30
第三章 轮胎动力学
汽车行驶必需经过轮胎的胎面花纹与路面的磨擦力产 生的抓地力执行其加速，减速及转向等功能。决定轮 胎抓地力的因素如下：轮胎接触面积、轮胎橡胶成分 及轮胎花纹、轮胎负荷、转向控制、滚动、耐磨。
在容易引起磨耗差异的胎肩部分，加入拱形设计， 提高块状刚性，使安静性和行车的安定性等各种 性能都能保持到其末期
uw
2020/9/30
第三章 轮胎动力学
轮胎侧偏角
车轮侧偏角表示车辆平面与车轮中 心运动方向的夹角，顺时针为正。 定义如下：
ar
c
tan
vw uw
轮胎径向变形
“H”表示速度级别：此轮胎最高时速为210km/h。不同的英文 字母表示不同的速度级别。
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第三章 轮胎动力学
轮胎的轮廓是由扁平率决定的，现代轿车的轮胎高宽比多是50%至 70%之间，这个百分比数值又称为系列，例如70%称为70系列。系列越 小，轮胎形状越扁平。现在兴起的低扁平化轮胎与地面接触面大，抓 地力强，除了具有操纵稳定性好外，还具有高速耐久力好和制动力好 的优点，因为扁平轮胎不容易产生“驻波”。
纵向滑移率 s
纵向力 Fx
侧偏角
径向变形
车轮外倾角
车轮转速
轮胎模型
侧向力 Fy 法向力 Fz 侧倾力矩 M x 滚动阻力矩 M y
横摆角 t
回正力矩 M z
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第三章 轮胎动力学
根据研究内容不同，轮胎模型可分为： 1、轮胎纵滑模型
预测车辆在制动和驱动时的纵向力
2、轮胎侧偏模型和侧倾模型
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第三章 轮胎动力学
汽车行驶必需经过轮胎的胎面花纹与路面的磨擦力产 生的抓地力执行其加速，减速及转向等功能。决定轮 胎抓地力的因素如下：轮胎接触面积、轮胎橡胶成分 及轮胎花纹、轮胎负荷、转向控制、滚动、耐磨。
在容易引起磨耗差异的胎肩部分，加入拱形设计， 提高块状刚性，使安静性和行车的安定性等各种 性能都能保持到其末期
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第三章 轮胎动力学
轮胎侧偏角
车轮侧偏角表示车辆平面与车轮中 心运动方向的夹角，顺时针为正。 定义如下：
ar
c
tan
vw uw
轮胎径向变形
车轮轨迹原理
车轮轨迹原理
车轮轨迹原理主要涉及到车辆动力学、轮胎力学和驾驶员操作等因素。
以下是一些关键原理：
1. 车辆动力学：车辆动力学是研究车辆在行驶过程中的动态行为和性能的科学。
它涉及到车辆的稳定性、操控性、舒适性和安全性等方面。
车轮轨迹就是车辆动力学中的一个重要方面，它决定了车辆的行驶轨迹和方向。
2. 轮胎力学：轮胎力学是研究轮胎与地面相互作用力的科学。
它涉及到轮胎的抓地力、摩擦力、滑移等。
车轮轨迹与轮胎力学密切相关，因为轮胎的抓地力和摩擦力决定了车辆行驶的方向和稳定性。
3. 驾驶员操作：驾驶员的操作也是影响车轮轨迹的重要因素之一。
驾驶员通过转动方向盘来改变车辆的行驶方向，从而影响车轮轨迹。
驾驶员的操作技巧和经验对车轮轨迹的影响非常大。
在车轮轨迹的原理中，还需要注意车辆的最小转弯半径。
最小转弯半径是车辆能够完成最短距离转弯所需的最小半径，它受车辆的轴距、转向角等因素的影响。
在转弯过程中，如果转弯半径过小，可能会导致车辆失控或发生侧滑，从而影响安全性和稳定性。
因此，驾驶员需要根据实际情况调整转弯半径，以确保安全和稳定的行驶。