轮胎的侧偏特性
汽车理论
三、轮胎结构、工作条件对侧偏特性的影响
1、轮胎垂直载荷对侧偏特性的影响
垂直载荷增大，k增大。但垂直载荷太大k反而减小 。
三、轮胎结构、工作条件对侧偏特性的影响
2、轮胎形式和结构参数对侧偏特性的影响
汽车作稳态行驶时，悬挂质量ms的 离心力为
式中，ay是侧向加速度(g) ，Gs是悬挂 重量(N)。 从图中看到，Fsy引起的侧倾力矩为
式中，h是悬挂质心到侧倾轴的距离。
第四节 汽车操纵稳定性和悬架的关系 侧倾后悬挂质量重力引起的侧倾力矩
从图中有
式中，e是侧倾后悬挂质心偏移距离。
第四节 汽车操纵稳定性和悬架的关系 独立悬架非悬挂质量离心力引起的侧倾力矩
第一节 概述
二、车辆坐标系
第二节 轮胎的侧偏特性 轮胎坐标系
二、轮胎的侧偏现象
▪ 1、侧偏力 地面对轮胎作用的侧向反 力称为侧偏力。侧偏力因 转向、路面倾斜、风力等 引起。转向引起的侧偏力 总是指向汽车转弯的内侧 。
第二节 轮胎的侧偏特性 3、轮胎的侧偏特性
在侧偏角<5时，侧偏力和侧偏角成线性关系 。这时，
第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应
3、汽车中性转向
K=0时 ，5-11)式变为：
即转向半径
，因此，汽车K=0时只要前轮转角不变
，不同速度下对应的转向半径就不变，它总是等于汽车在极
低速行驶时（无侧偏角）的转向半径。因此K=0时汽车稳态
响应为中性转向。
第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应
荷变化量增大，从而增加汽车不足转向。
第四节 汽车操纵稳定性和悬架的关系
轮胎的侧偏特性
e FY
轮胎拖距 变大
车轮运动时受到侧向力 （侧向力较小）
车轮运动时受到侧向力 （侧向力较大）
回正力矩与侧偏力的方向？
FY
FY+
TZ-
0
Y
e
轮胎拖 距反而变小
车轮运动时受到侧向力（侧向力很大）
u X
TZ-FY+e-
01 单击此处添加小标题 ➢轮胎形式与结构参数对回正力矩-侧偏角特性的影响；
力
侧
偏的；
性 ；向向
作
偏
力侧
在
相力
用
力
引偏
小
反和
下
。
起角
侧
，侧
滚
；
四、轮胎结构、工作条件对侧偏特 性的影响
有助于后续学习中分析汽车稳态转向特 性的变化
1. 轮胎形式和结构参数对侧偏特性的影响
a.同尺寸的子午线轮胎比斜交轮胎侧偏刚度高； b.扁平率或高宽比（断面高/断面宽）小的轮胎侧偏刚度大；
大尺寸轮胎 子午线轮胎 钢丝子午线轮胎 斜交轮胎 尼龙子午线轮胎
FY k
解释发飘现象
发飘现象—汽车行驶时方向不稳定, 轮胎抓地能力显著下降的一种不稳 定现象.
汽车发飘的内因是轮胎的侧偏特性。 在侧向力作用下，轮胎发生侧偏现 象，汽车受到的侧向力越大、或轮
胎的侧偏刚度越小，侧偏k 现 象就越
严重。提高轮胎侧偏刚度有助于减 小汽车发飘。
FY =
超车时的 发 飘 现象
1) 当车轮静止不滚动，轮胎发生侧 向变形，车轮印迹中心线a-a与车轮 平面c-c平行，错开Δh 。 2)当车轮滚动时，车轮印迹中心连线 a-a线不再平行于车轮平面c-c,而是 呈一定夹角α,即侧偏角。 b、弹性轮胎 问题2：侧偏角如何产生？
轮胎的侧偏特性(精)
三、轮胎结构、工作条件对 侧偏特性影响
k
FY
W
FY
FY
增加
胎压p
W
纵向力与侧偏特性的关系
路面对侧偏特性的影响
路面干湿程度的影响
路面越湿，最大侧偏力越小。
薄水层的影响
路面有薄水层时，轮胎可能会完全失去侧偏力，这称为“滑水”现象。
四、回正力矩
五、有外倾角时车轮的滚动
轮胎外倾角及产生的原因
一、轮胎坐标系
二、轮胎的侧偏现象
因轮胎侧向弹性，车轮受侧向力的作 用使轮心速度方向偏离车轮平面的现象。 侧向力因转向、路面倾斜、风力等引起。 转向引起的侧向力总是指向汽车内侧。 侧偏角总是位于和侧偏力指向相反的一 侧。
侧偏力FY
Fy
FY
侧向力Fy 侧偏现象 侧偏角 FY＝k 侧偏刚度k
u
外倾侧向力是轮胎有外倾角但仍沿x方向前进
*小侧偏角时不同外倾角对应的侧偏刚度不变； *侧偏角为零、外倾角不为零时的地面侧向力，即为外 倾侧向力。 （图中y轴上的值）。 *侧偏角不为零、外倾角为零时的地面侧向力，即为侧 偏力。 （图中0外倾角曲线上的值） *侧偏角和外倾角都不为零且侧偏角较小时
FY FY FY k k
*车桥因载荷变形
*汽车转向时的离心力 *路面倾斜
*前轮定位参数的需要
外倾侧向力与外倾角的关系
外倾侧向力 式中： FY 为外倾侧向力，它是侧偏角为零、 外倾角为 时的地面侧向反力。 为轮胎外倾角，它为正时 FY 为负。 k 为外倾刚度。 时地面对轮胎产生的侧向反力。
FY k
外倾角对操稳性的影响
外倾角增大会影响最大地面侧向反力，降低极 限侧向加速度，故高速汽车转弯时应使前外轮尽量 垂直于地面。
2.1轮胎的侧偏ppt课件
主要是指侧偏力与侧偏角之间的关系。
FY 与α成 线性关系： FY = kα
斜率k = FY /α
６．轮胎的侧偏刚度
FY －α曲线在α= 0°时的斜率称为侧偏刚
度，即 FY = kα
k = FY /α。
根据轮胎坐标系的相关符号规定：侧偏力与
侧偏角的符号永远都是相反的，因此侧偏刚度为
负值。
轮胎应有较高的侧偏刚度〔指绝对值），以
此来保证汽车具有良好的操纵稳定性。
７．侧偏力的影响因素
三、回正力矩
四、有外倾角时轮胎的侧偏特性
１．外倾角γ FYγ ：
２．外倾侧向力
外倾角γ：
车轮平面与Ｚ
轴之间的夹角。
Fy
向外滚开的趋势
FYγ
根据轮胎坐标系的相关符号规定，汽车向前行驶时， 右前轮有正外倾角，左前轮有负外倾角。
瞬态
车辆坐标系是指固结于汽车上的oxyz直角动坐标系
３．外倾侧向力FYγ 与 外倾角γ的关系曲线
４．表达式
FYγ kγ
kγ－外倾刚度
５．有外倾角时轮胎 的侧偏特性
§ 5.3 线性两自由度汽车的时域响应
一、车辆坐标系与转向盘角阶跃输入下的时域响应
1.车辆坐标系
2.转向盘角阶跃输入下的时域响应
1〕转向盘角阶跃输入
2〕时域响应
①响应
②稳态响应
稳态
③瞬态响应
1〕有侧向力作用时刚性轮胎的滚动情况
c
（1）
c
（2）
u
u
u'
Fy FZl
Fy FZl
u
c
没有侧向滑动
c
5.2.5有外倾时轮胎的FY与外倾角r、侧偏角a的关系(精)
k k γ 0
k γ k
5
第二节 轮胎的侧偏特性 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 5）外倾时产生的回正力矩
新能源汽车技术教学资源库
汽车轮胎
摩托车轮胎
6
第二节 轮胎的侧偏特性
新能源汽车技术教学资源库
7
第二节 轮胎的侧偏特性
新能源汽车技术教学资源库
汽车理论
5.2.5有外倾时轮胎的FY与外倾角r、侧偏角a的
关系
第二节 轮胎的侧偏特性
五、有外倾时轮胎的FY与外倾角γ 、侧偏角α 的关系新能源汽车技术教学资库+Z X
Y
Fy
O
向外滚开的趋势
FYγ-
2
第二节 轮胎的侧偏特性
新能源汽车技术教学资源库
1.外倾侧向力FYγ
FYγ k γ
新能源汽车技术教学资源库
本节内容结束
下一节
8
kγ －外倾刚度。
-
-
+
3
第二节 轮胎的侧偏特性
新能源汽车技术教学资源库
α 一定时，γ 越 大，FY越大。增加 的FY是由γ 作用的 结果。
4
第二节 轮胎的侧偏特性
2.有外倾时FY与γ 、α 的关系
1）α =0
新能源汽车技术教学资源库
FY FYγ k γ
2）α ≠0
FY FYα FYγ k k γ
轮胎侧偏现象名词解释
轮胎侧偏现象名词解释
轮胎侧偏现象是指汽车在弯道行驶过程中，轮胎产生一定程度的偏转，造成车辆不稳定的状态。
这种现象主要是由汽车轮胎的摩擦力、汽车轮胎本身的结构特性以及汽车轮胎的旋转驱动力等因素造成的。
它影响了汽车的安全性，降低了驾驶者的操控能力，也会增加人们的旅行时间。
轮胎侧偏现象的主要原因是轮胎的摩擦力不同。
当轮胎在弯路行驶时，因为外轮胎的摩擦力大于内轮胎的摩擦力，外轮胎会受力而产生偏转，从而造成车辆不稳定。
此外，由于汽车轮胎的结构特性不同，例如比例不平衡、气压不均衡等，也可能导致轮胎侧偏状态。
同样，汽车轮胎的旋转驱动力也会影响轮胎侧偏现象，车轮动力过大也会使轮胎产生偏转。
轮胎侧偏现象除了影响汽车的安全性外，它还会影响汽车的控制性能。
因为轮胎侧偏，汽车的侧滑状态会加强，此时方向盘操控起来就会比较累。
即使有及时的方向盘调整，也许汽车会偏离正常行驶轨迹，从而减少驾驶者操纵能力，降低汽车的控制性能。
为了解决轮胎侧偏现象，可以采取一些措施。
首先，要检查轮胎的摩擦力是否均匀，如果有不平衡的地方可要及时采取措施修正。
其次，要检查轮胎的结构特性，如果觉得不合理可采取适当的调整。
最后，要经常检查轮胎的旋转驱动力，如果过大也应及时采取调节措施。
总之，轮胎侧偏现象是影响汽车安全和控制性能的重要因素，需要及时采取一系列措施来防止和解决这一问题。
最终，只有通过综合
控制才能达到最佳性能，使汽车达到完全稳定的状态。
《轮胎的侧偏特性》课件
Part Two
轮胎侧偏特性的定 义
侧偏现象
轮胎侧偏特性是指轮胎在受到侧向 力时，轮胎的侧向力与轮胎的侧向 位移之间的关系。
侧偏现象是指轮胎在受到侧向力时， 轮胎的侧向力与轮胎的侧向位移之 间的关系。
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
侧偏现象是指轮胎在受到侧向力时， 轮胎的侧向力与轮胎的侧向位移之 间的关系。
智能材料：实时监测轮胎的侧 偏特性，实现智能控制和调整
未来轮胎技术的发展趋势
智能轮胎：通 过传感器和算 法，实现轮胎 的自动调节和
优化
环保轮胎：采 用环保材料， 降低轮胎对环
境的影响
轻量化轮胎： 通过材料和结 构的优化，降 低轮胎的重量， 提高燃油经济
性
安全轮胎：通 过技术手段， 提高轮胎的安 全性能，降低 交通事故的发
轮胎的侧偏特性
,
汇报人：
目录
01 添 加 目 录 项 标 题 03 轮 胎 侧 偏 特 性 的 影
响因素
05 轮 胎 侧 偏 特 性 的 实 际应用
02 轮 胎侧 偏 特 性 的 定 义
04 轮 胎 侧 偏 特 性 的 测 试方法
06 轮 胎 侧 偏 特 性 的 未 来发展
Part One
单击添加章节标题
侧偏试验
测试目的：评估轮胎在侧偏条件下的性能 测试设备：侧偏试验台 测试条件：设定侧偏角度、速度、载荷等参数 测试结果：记录轮胎的侧偏力、侧偏角、侧偏刚度等参数
回正力矩试验
试验设备：侧偏试验台、测 力传感器、数据采集系统等
目的：测量轮胎在侧偏状态 下的回正力矩
试验步骤：将轮胎安装在侧 偏试验台上，施加侧偏力，
智能轮胎的研 究方向：材料、 结构、控制、
轮胎的侧偏特性-PPT课件
25
第二节 轮胎的侧偏特性
2.有外倾时FY与γ、α的关系
1）α =0
F F k Y Y γ γ
2）α ≠0
F F F kγ Y Y α Y γ k
3）有γ，FY=0，即a点
k kγ 0
ห้องสมุดไป่ตู้
k γ k
26
第二节 轮胎的侧偏特性
4）γ过大对汽车产生 不良影响 影响轮胎与路面
3.FY－α曲线
F Y k
k—侧偏刚度，为 负值。是决定操纵 稳定性的重要轮胎 参数。 FY一定时希望侧偏 角越小越好，所以 |k| 越大越好。
8
第二节 轮胎的侧偏特性
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
钢丝子午线轮胎
而轮胎拖距会随着侧向
力的增大而逐渐变小； 侧偏角为4-6度时回正 力矩最大，侧偏角再增 大，回正力矩下降。 回正力矩随垂直载荷的 增大而增加。
21
第二节 轮胎的侧偏特性
轮胎的形式及结构参 数对回正力矩-侧偏角 特性有重要影响。 在同样侧偏角下，尺寸
大的轮胎一般回正力矩
较大。子午线轮胎的回 正力矩比斜交轮胎大。
2）在弹性轮上作用侧向力 F
y
F
y
FY 车轮滚动
6
第二节 轮胎的侧偏特性
侧偏角α 轮胎接地印 迹中心的位移 方向与X轴的 夹角。
FY
+
0
Y
u α
X
侧偏力为正时，
产生负侧偏角。
2.侧偏现象
α
当车轮有侧向弹性时，即使FY没有
达到侧向附着极限，车轮行驶方向也 将偏离车轮平面的方向。
《汽车理论》模拟试卷四及答案
汽车理论模拟试卷四1、(1)什么是纵向滑动率？作出附着系数与纵向滑动率的关系曲线，并描述该曲线的特 点、分析其产生的缘由。
(2)什么是轮胎的侧偏特性？试分析轮胎侧偏特性产生的缘由及其主要影响因素(包 括：汽车使用因素与轮胎自身结构与特性的因素)。
(3)结合下图(包括轮胎的侧偏特性)说明：转弯时汽车滚动阻力大的缘由，并说明滚动阻力的主要影响因素。
2、(1)动力性的评价指标主要有哪三个？各个评价指标的影响因素有哪些？分别是怎样 影响的？(2)结合公式及绘图，说明后备功率的概念。
(3)确定汽车的动力性，可通过作图法，详细可用哪几种特性的图？大致过程怎样？ 3、(1)画图并说明地面制动力、制动器制动力与附着力三者之间的关系。
(2)已知某汽车的同步附着系数% 二06 ,试结合产线、I 曲线、f 和r 线组分析汽车在附着系数ψ2=0.8的路面上进行制动时的全过程。
(3)在图上标明：在ψl=0.3和ψ2= ().8的路面上车轮抱死后，制动器制动力与地面 制动力的差别。
由蚊中心W 147转穹馥切Ml 力4、（1）较常用的汽车百公里油耗有哪些？（2）汽车的等速百公里油耗与车速间具有怎样的关系？为什么？5、（1）结合有关公式，分析汽车操纵稳定性稳态特性的影响因素结合有关公式，分析汽车操纵稳定性稳态特性的影响因素。
（2）定性分析汽车操纵稳定性动态特性的影响因素。
（3）驾驶员的不同转向操作对汽车的转向与操纵稳定性特性有怎样的影响？为什么？（4）曲线行驶时，对于前轮驱动的汽车，在驱动与制动时，纵向力对其稳态特性的影响是否有差异，试分析产生的缘由和主要影响因素。
6、（1）进行汽车平顺性分析时，一般对哪几个振动响应量进行分析？以车身单质量振动系统为例分析频率比、阻尼比及其相关的质量，刚度，阻尼对三个振动响应量的影响。
（2）在车身与车轮的双质量振动系统中，已知车身部分偏频为πrad∕s,车身与车轮的质量比、刚度比分别为8和9,试计算车轮部分偏频，并说明主频与偏频的定义及其大小的关系（用号表示）。
轮胎弹性试验和六分力试验
2006-7-4
二、 轮胎力和力矩试验
4、 轮胎的侧偏特性
4.2轮胎侧向倾斜现象
2006-7-4
二、 轮胎力和力矩试验
4、 轮胎的侧偏特性
4.3 Fiala模型---轮胎侧向力和回正力矩产生机理 1）Fiala弹性圆环模型: A相当于轮辋，视为刚体；B为等效弹簧，代表胎体部分的径向和侧向弹性；C 为圆环状梁，代表子午线轮胎的带束层，它作为D部分的基底；D相当于胎面橡 胶，它具有侧向弹性，但沿周向被视为不连续的。 受到侧向力时，轮胎的侧向变形由两部分组成，一是胎面基底的弯曲变形 （弹性基础梁模型），另一部分是胎面橡胶的侧向变形（在基底与路面之间的 剪切变形）。
2006-7-4
二、 轮胎力和力矩试验
3、SAE轮胎坐标系
3.6外倾角γ（Camber angle) 垂直平面（即X’ O Y’平面）与车轮平面的夹角。 3.7法向力、纵向力、侧向力或叫横向力（三个力） 法向力（Normal force)Fz---地面作用在轮胎上的力沿Z’轴方向的分量。 纵向力（Longitudinal force)Fx---- 地面作用在轮胎上的力沿X’轴方向的分量。 例如，驱动力（Driving Force）、制动力（Braking Force）、滚动 阻力（Rolling Resistance Force）等都是纵向力。 侧向力（Lateral Force）Fy---地面作用在轮胎上的力沿Y’轴方向的分量。 例如，Slip Angle Force、外倾力（Camber Force或 Camber Thrust）、角度效应（Plysteer）和锥度效应（Conicity）产 生的力都是侧向力。
2006-7-4
二、 轮胎力和力矩试验
3、SAE轮胎坐标系
名词解释轮胎的侧偏特性
名词解释轮胎的侧偏特性轮胎作为车辆行驶的重要部件之一，承担着传递动力、缓冲震动、保持稳定等关键功能。
然而，在日常驾驶中，我们可能会遇到一种现象，那就是车辆在弯道行驶时会产生侧滑或侧偏。
这种现象主要源于轮胎的侧偏特性。
那么，什么是轮胎的侧偏特性呢？侧偏特性是指轮胎在行驶过程中受到侧向力作用时所表现出的性能和特点。
因为车辆在弯道行驶时，车身会受到向心力的作用，而轮胎则需要提供足够的侧向抓地力来保持车辆的稳定性。
然而，由于轮胎与地面之间的接触面积有限，侧向抓地力并非无限制地增加，而是受到轮胎本身结构和材料的限制。
首先，轮胎的侧偏特性与胎面的花纹设计有关。
一般来说，对于高速公路行驶，我们常见的轮胎花纹是纵向花纹，这种胎面花纹设计有利于排水和降低胎面的热量，从而提高轮胎的抓地力。
然而，在弯道行驶时，纵向花纹的抓地力相对较弱，轮胎易于发生侧滑。
相反，横向花纹的轮胎在弯道行驶时具有更好的抓地力，能够有效降低侧滑的风险。
其次，轮胎的侧偏特性与轮胎的侧壁刚度有关。
侧壁刚度是指轮胎侧壁在受到侧向力作用时的变形程度。
当车辆在弯道行驶时，侧向力会使轮胎侧壁产生应力，如果侧壁刚度较低，轮胎容易变形，从而导致侧滑。
相反，如果侧壁刚度较高，轮胎在受到侧向力时能够更好地保持形状，提供稳定的抓地力，减少侧滑的发生。
此外，轮胎的侧偏特性还与轮胎的气压有关。
适当的轮胎气压能够提高轮胎的稳定性和抓地力，减少侧滑的风险。
一般来说，过高或过低的轮胎气压都可能影响轮胎的侧偏特性。
过高的气压会使轮胎变硬，从而降低轮胎与地面的接触面积，减少抓地力；而过低的气压则会使轮胎变软，增加变形和磨损的风险。
最后，轮胎的侧偏特性还与驾驶员的驾驶习惯和路面状况有关。
驾驶员的驾驶习惯会直接影响轮胎的侧滑风险。
过度急转弯、急刹车或加速都会增加侧滑的可能性。
此外，路面的湿滑、不平坦以及油污等因素也会影响轮胎的抓地力和侧偏特性，增加侧滑的风险。
综上所述，轮胎的侧偏特性是指轮胎在行驶过程中受到侧向力作用时所表现出的性能和特点。
汽车操纵稳定性的基本内容及评价所用的物理参数
度、抗侧翻能力、发生侧滑时控制能力等
路径所需时间
车辆坐标系
X方向：前进、倒驶 绕X轴的转动：侧倾运动 Y方向：侧向运动 绕Y轴的转动：俯仰运动 Z方向：垂直运动 绕Z轴的转动：横摆运动
➢ 与操纵稳定性有关的主要运动参量：横摆角速度 r 、
侧向速度
、侧向加速度
a
等等。
y
稳态响应：汽车的时域响应不随时间变化；其特性通常 可分为：不足转向、中性转向、过多转向三种。
➢开环控制系统：只把汽车本身作为研究对象，不允许驾驶员 起任何反馈作用。
➢人—车闭环系统：把驾驶员与汽车作为统一的整体进行研 究，驾驶员可以根据需要进行反馈控制。
汽车操纵稳定性的两种评价方法
➢客观评价法
通过测试仪器测出表征性能的物理参量如横摆加速度、侧 向加速度、侧倾角及转向力等来评价操纵稳定性的方法。
wr (t)
B0 0
w02
Cew0t
sin(
w0
1 2 t )
令： 则： 或：
w w0 1 2
wr (t)
B0 0
w02
Cew0t
sin( wt )
wr (t)
B0 0
w02
A1e w0t
cos(wt)
A2 e w0t
sin( wt)
•
初始条件： t 0，wr 0 v 0 0 wr ak1 0 / I Z
➢ 常用稳态横摆角度速度与前轮转角之比来评价稳态响应。
这个比值称为稳态角速度增益，也称为转向灵敏度。
➢ 稳态时横摆角速度
r为定值，此时
•
v
•
0、wr
0,汽车的运动
微分方程变为：
(k1
k2 )
5.2轮胎的侧偏特性
地面附着极限
FXb
≤ 附着极限
附着（椭）圆 FY
Car 情报局
总结与思考
轮胎的侧偏特性 侧偏角 侧偏力 侧偏刚度 侧偏特性的影响因素
思考：汽车没有发生转向时，轮胎是否可能产生侧偏现象？
Car 情报局
THANK YOU
Car 情报局
• 侧偏刚度：
FY— α曲线在α= 0°处的斜率
α—轮胎的侧偏角
侧偏角a/(°)
Car 情报局
侧偏角与侧偏力
轮胎所受的侧偏力
FY1
FY1
FY2
FY2
轮胎的侧偏测试
Car 情报局
2
侧偏特性的影响因 素
侧偏特性的影响因素
轮胎的尺寸、形式和结构参数
大尺寸轮胎 子午线轮胎 钢丝子午线轮胎
侧偏刚度大
斜交轮胎 纤维子午线轮胎
轮胎的侧偏特性
？ 思考：汽车怎样转弯？ 改变运动方向需要的力从哪来？
Car 情报局
1
侧偏角与侧偏 力
侧偏角与侧偏力
弹性轮胎的侧向变形
Fy：车体作用于车轮的力
Fy 俯视图
FY
地面作用于轮胎的力——侧偏力
轮胎的行驶方向
Car 情报局
侧偏角与侧偏力
轮胎的行驶方向 轮胎的轴向
α
侧偏角与侧偏力的关系
FY = k α
汽车理论导论
Car 情报局
Car 情报局
• 第五章 汽车的操纵稳定性 • 5.1 操纵稳定性概述 • 5.2 轮胎的侧偏特性 • 5.3 提高操纵稳定性的电子控制系统 • 5.4 汽车的侧翻
• 第五章 汽车的操纵稳定性 • 5.1 操纵稳定性概述 • 5.2 轮胎的侧偏特性 • 5.3 提高操纵稳定性的电子控制系统 • 5.4 汽车的侧翻
轮胎的侧偏特性及其应用
Vol.32No.01 Jan. 2011
新型矿井提升机双 PWM 变频调速策略
杜忠杰， 王忠庆 (中北大学， 太原 030051）
摘 要： 针对矿井提升机电控系统能量浪费严重、 谐波污染大的问题， 提出了一种新型的双 PWM 变频调速控制策略：电压外环采用滑模变结构控制，电压内环采用前馈解耦控制，并结合空 间脉宽矢量调制算法提高直流电压利用率。 仿真实验证明，新型控制策略电控系统功率因数为 1， 电网谐波污染减少，矿井提升机电控性能得到改善。
关键词： 矿井提升机； PWM 整流器； 双环控制 中图分类号： TP273 文献标志码： A 文章编号： 1003 － 0794（2011）01 － 0200－ 03
New Daul-PWM Variable Frequency Speed Regulation Strategy of Mine Hoist
关键词： 轮胎； 侧偏现象； 侧偏特性； 侧偏刚度； 回正力矩 中图分类号： U463.341 文献标志码： B 文章编号： 1003 － 0794（2011）01 － 0198－ 03
Tire Cornering Property and its Application
CHEN Xian-zhong (Taiyuan Research Institute,China Coal Research Institute,Taiyuan 030006, China)
ca
c a5
（a）
（b）
图 2 侧偏时地面侧向反作用力分布曲线
随着侧向力的增大，接地印迹后部的某些部分
达到了附着极限，轮胎出现部分侧滑现象，地面侧
向反作用力将沿图 2（b）的 345 曲线分布，轮胎拖距
轮胎侧偏特性(教案)
第四章 汽车操纵稳定性第二节 轮胎侧偏特性和车辆转向运动学轮胎侧偏特性是研究汽车操纵稳定性的理论基础。
图5-40为车轮坐标系，其中车轮前进方向为X轴的正方向，向下为Z轴的正方向，在X轴正方向的右侧为Y轴的正方向。
车轮平面，垂直于车轮旋转轴线的轮胎中分平面。
车轮中心，车轮旋转轴线与车轮平面的交点。
轮胎接地中心，车轮旋转轴线在地平面(即XOY平面)上的投影(即Y轴)与车轮平面的交点，也就是坐标原点。
M，地面作用于轮胎上的力绕X轴的力矩，图示方向为正。
翻转力矩XM，地面作用于轮胎上的力绕Y轴的力矩，图示方向为正。
滚动阻力矩YM，地面作用于轮胎上的力绕Z轴的力矩，图示方向为正。
回正力矩Z侧偏角a，轮胎接地中心位移方向(即车轮行驶方向)与X轴的夹角，图示方向为正。
外倾角g，XOZ平面与车轮平面的夹角，图示方向为正。
图5-40 车轮坐标系图5-41 刚性车轮受力示意图如果车轮是刚性的，在车轮中心上作用有侧向力Y F (垂直于车轮平面)时，则这时地面反力的合力F (见图5-41)为F =而F max =ϕp F Z ，又F X =ϕx F Z ，所以，可得max Y Z F F =Y y ZF F ϕ=式中：y ϕ—侧向附着率。
这样，得到y ϕ车轮匀速行驶在平整的硬路面上时，x ϕ值与p ϕ相比是很小的，因而max p y ϕϕﾣ。
车辆处于制动过程中，则x ϕ相当大。
紧急制动时，x ϕ很快达到p ϕ，max 0y ϕﾣ。
这时，车轮在侧向力Y F 的作用下将与地面间发生横向滑移。
也就是说，对于刚性车轮，当地面反向的合力达到附着极限时才会产生横向滑移，其行驶方向才会偏离车轮平面方向。
实际车轮上装有弹性轮胎，在作用于车轮中心的侧向力作用下，轮胎将产生侧向变形(图5-42)。
这样，即使地面反力的合力没有达到附着极限，车轮亦将偏离车轮平面方向沿着X v 和Y v 的合成速度方向滚动。
这就是车轮侧偏现象。
图5-42 车轮带侧偏滚动简图下面将简要地解释侧偏现象的物理本质。
汽车轮胎稳态侧偏特性试验方法
汽车轮胎稳态侧偏特性试验方法（本实验方法解读于中国汽车工程学会团体标准，仅供相关人员学习参考。
）1、定义1.1车轮几何和轮胎坐标系wheel Geometry and tire axis syste1.1.1车轮中心平面wheel plane与车轮轮辋的两侧内边缘等距的平面，其法线为车轮的回转中心线。
（见图1）1.1.2 车轮中心wheel center车轮中心平面与车轮回转中心线的交点。
（见图1）1.1.3 轮胎接地中心center of tire contact车轮中心平面与地面的交线和车轮回转中心线在地面上的投影的交点。
（见图1）1.1.4 轮胎坐标系（X,Y,Z）tire axis system （X,Y,Z）以轮胎接地中心为原点的右手直角坐标系。
X轴为车轮中心平面和道路平面的交线，以车轮中心平面的行进方向为正；Z轴为道路平面的法线，向上为正；Y轴在道路平面内，方向按照右手法则确定。
（见图1）图1轮胎坐标系1.1.5 负荷半径（加载半径）loaded radiusR l车轮中心到轮胎接地中心之间的距离。
静态轮胎在垂直负荷作用下的加载半径，为静负荷半径（static loaded radius）。
1.1.6侧偏角slip angleα轮胎接地中心的行进方向与轮胎坐标系X轴之间的夹角。
在轮胎坐标系中，从X轴转到轮胎接地中心的行进方向，按右手法则来判断其正负符号。
（见图1）1.1.7 侧倾角（外倾角）inclination angle（camber angle）γ轮胎坐标系的X-Z平面与车轮中心平面之间的夹角。
在轮胎坐标系下，从X-Z平面转向车轮中心平面，按照右手法则确定其正负符号。
（见图1）1.2 轮胎的滚动和滑移特性Tire rolling characteristics and tire slip1.2.1 自由滚动车轮free rolling wheel有垂直载荷，但没有驱动力矩或制动力矩作用的滚动车轮。
轮胎侧偏
轮胎的侧偏现象车辆1093 马骁汽车在行驶过程中，由于路面的侧向倾斜、侧向风或者在作曲线行驶时的离心力的作用下，车轮中心沿y轴方向将作用有侧向力F y，相应的在地面上产生地面侧向反作用力Fy，Fy也称为侧偏力。
当车轮上有地面侧向反作用力时，若车轮是刚性的，则可以发生两种情况：1）当地面侧向反作用力Fy未超过车轮与地面间的附着极限时，车轮与地面间则没有滑动，车轮仍沿其本身平面的方向行驶。
2）当地面侧向反作用力Fy达到车轮与地面间的附着极限时，车轮发生侧向滑动，若滑动速度为△u，车轮便沿合成速度u'的方向行驶，偏离了车轮平面的方向。
图1图1为有侧向力作用下的刚性车轮的滚动状态。
图1a为在侧向力Fy小于车轮与地面的附着极限时，即没有侧向滑动时的滚动。
图1b为侧向力Fy大于车轮与地面的附着极限时车轮出现侧滑状态。
实际上车轮都不是刚性的，车轮存在侧向弹性，因此即使侧向力Fy没有达到车轮与地面之间的附着极限，车轮的行驶方向也将偏离车轮的平面方向，即发生侧偏现象。
具有侧向弹性的车轮在垂直载荷为W的作用下，车轮中心收到侧向力Fy，地面有相应的侧偏力Fy时具有下面的两种情况，如图2所示：图21）车轮静止不滚动。
由于有侧向弹性，轮胎在侧向力Fy的作用下发生侧向变形，轮胎面接地印记的中心线aa不再与轮胎平面cc重合，即cc与aa愤慨一个距离△h，但是aa 仍平行于cc，如图2a所示。
2）车轮滚动。
接地印迹的中心线aa不只是和车轮平面cc错开一定的距离，而且不再与车轮平面cc平行，aa与cc的夹角α，即为车轮的侧偏角，而此时车轮沿aa方向滚动。
为了更清楚的说明在侧向力作用下轮胎侧偏角α产生的原因，可以具体的分析车轮的滚动过程。
在轮胎胎面中心线上标出A0、A1、A2、A3…各点，随着车轮向前滚动，上述各点将依次落于地面上相对应的A'0、A'1、A'2、A'3…各点上。
从图2b上可以看出，靠近地面的轮胎上，A0、A1、A2、A3…各点连线是一条斜线，因此它们落在地面相应各点A'0、A'1、A'2、A'3…的连线并不垂直于车轮旋转轴线，即与车轮平面cc的延长线有夹角α。
- 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)。
胎压p
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 Fx
有所改变的关系。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
Fb
7/12
Fb 或Fx FY
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外倾角Ty翻转力矩Tx
FX
FZ
Fy
FY
1/12
x
侧偏角
概念
侧偏力FY 侧向力Fy 侧偏现象
侧偏角 FY＝k
侧偏刚度k
刚性轮
Fy
u
Fy
C FY
u u'
FY
Fy
v
C FY
FY l Fz
2/12
FY l Fz
弹性轮胎
Fy
Fy
8/12
c a
c a
ca c a
Fy
FY
FY
e
FY
Tz
FY
c a uca
ca
ca
9/12
回正力矩TZ
侧偏角
回正力矩TZ
10/12
FY k y
FY
W
FY
FY
O'
0
FY
0 FY
0
0
0
0
11/12
12/12
FY
FY
v
FY
FY k
FY
Fy
FY 与k符号相反
u' u
k 28 ~ 80KN / rad
3/12
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
4/12
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↑
大时，k↓；
（FZ ↑ ） ，k ↑ 。但载荷↑太
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。
5/12
k
FY
W
FY
FY
增加
W 6/12