轮胎模型 PPT课件

• 3） PAC2002模型 Pacejka的后期发展 , PAC2002和MF— Tyre具有相同的功能，但改善了模型的翻转力矩，已经取代 了MF—Tyre。
• 适用范围：有效频率到8Hz，主要用于操稳的仿真分析。 • 4）PAC MC模型，是专门用于摩托车轮胎模型，有效频率到
8Hz，适合于大外倾角的工况。
• 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）
• 6）UA模型 考虑了非稳态效果，通过摩擦圆考虑了侧偏 和纵滑的相互影响，也考虑了外倾和松弛长度，在只需要 有限几个参数的情况下，有非常好的精度。
• 适用范围：有效频率到8Hz，是点接触模型，只能用于平 路面（路面起伏的波长必须大于轮胎的周长）。
• 7）5.2.1轮胎模型 是ADAMS早期发布的轮胎模型，现已 很少使用。
• 适用范围：有效频率到8Hz，是点接触模型，只能用于平路面 （路面起伏的波长必须大于轮胎的周长）。
• 2）Pacejka89、Pacejka94 由提出者Pacejka教授根据其发 布年命名的，是稳态侧偏模型，不能用于非稳态工况。
• 适用范围：有效频率到0.5Hz，当与2D路面作用时是点接触； 当与3D路面作用时，等效贯穿体积的方法来计算垂直力，等 效法假设轮胎胎体是圆筒，必须在轮胎文件的[形状]模块输入 了轮胎胎体横剖面。
否则会应用以内插值替换的数据，采样间隔一般为 0.1~0.2 m 或者更大。
• FTire模型（Flexible Ring Tire Modle） • 是由德国Esslingen大学的Michael Gipser领导小组开发的，
是基于柔性环模型的物理模型，是一个2.5维非线性轮胎模型。
• 它的主要特征是: • (1)弹性环不仅能描述面内振动，也能描述面外特性(侧偏特
• 所有Adams软件中的.xml路面文件；所有的 Simpack™ 路面 模型 ；所有由TYDEX/STI给出的标准道路格式文件；IPG路 面（ IPG汽车公司提供的）；URM道路（利用简单的程序编 程的道路模型）；用户自定义的模型 。
• FTire是高分辨率物理轮胎模型，需要每秒数百万次评价路 面，为了实现空间和时间分辨率，路面模型选择很重要。 RGR路面（规则的栅格路面）是一个高分辨率的路面模型， 它采用等距网格避免寻找三角单元的节点，可选带有弧形中 心线，是特别适合以满足需求的效率，准确性和灵活性的路 面模型。因此，除了简单的几何参数的障碍路面模型，RGR 路面是FTire的首选路面描述方法。
二维路面、三维路面，还支持3D三角网格路面；RGR路面 文件（规则的栅格路面）；所有COSIN/ev 路面模型，包括 大量的被参数化的障碍定义的路面文件、滚筒的旋转鼓路 面和空间的试验场地 。 • 这些路面模型可在所有环境中的支持FTire ，且不需要单独 的许可证。
• 以下的路面模型需要各自软件的安装环境和许可证
• FTire的优点 • 具有完全的非线性；频率可达120-150Hz甚至更高；对波
长降到轮胎接地尺寸一半的小障碍物，能够得出有效的结 果；具有高精度的轮胎稳态特性；当通过凹凸不平的路面 时，能提供很高的精度；计算时间为实时5-20倍；能识别 很多不同格式的路面文件。
• FTire的缺点 • F-tire模型所需参数很多 ,获取这些参数需要做轮胎的模态
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。
• 1）魔术公式轮胎模型（MF—Tyre）根据仿真工况的不同可 在稳态和非稳态之间切换模型，考虑了轮胎高速旋转时陀螺耦 合、侧偏和纵滑的相互影响，外倾对侧偏和纵滑的影响。
• 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
• 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。
平顺性
悬架控制系统 的频率大于8Hz 耐久性
可用
可用
适合 适合 适合
可用
适合 适合 适合
可用
• FTire支持的四大类路面模型 • 几何简单障碍的路面模型，只需要几个精确参数（如：正
弦波路面、矩形凸块路面、折线路面、斜坡路面等） • 合成伪随机数据，使用一维或二维动态滤波方法 • 测量的规则栅格数据的路面文件 • 测量的不规则数据的三角网格路面文件 • FTire支持的路面文件 • Adams软件中所有的rdf文件，包括基于弧形中心线的所有
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•相对于不规则三角网格路面，RGR道路提供大量和可扩展 的减少文件大小，减小内存的需求，减少文件加载时间和 CPU评价的时间。
• FTire提供了一个辅助程序FTire/roadtools工具箱来产生， 分 析 和 处 理 所 有 的 道 路 文 件 ， 包 括 RGR 路 面 模 型 。
FTire/roadtools易于使用的图形用户界面（GUI）
• 四、轮胎的特性文件
• 主要包括以下几个模块：[MDI HEADER]标准数据块(定义 文件格式、版本等)；[SHAPE]形状数据块（定义轮胎的半 径和宽度）；[NUITS]单位数据块；[DIMENSION]尺寸数据 块（定义轮胎自由半径、轮胎宽度、高宽比等）； [VERTICAL]垂直方向属性数据块（定义垂直刚度和阻尼）； [MODEL] 数 据 块 定 义 轮 胎 的 类 型 ； [OPERATINGCONDITIONS]运行条件数据块（定义运行时的气压等）； [PARAMETERS]数据块定义轮胎的参数（定义轮胎的断面 宽度、外缘直径、轮胎质量、长宽比纵向刚度系数、纵向阻 尼系数、侧偏刚度、滚动阻力系数等 ）
• 主要是针对乘坐舒适性（不平路面的制动、侧偏，不同速 度的越过障碍物以及4柱激励试验台）、耐久性以及操纵 性能（ABS制动时的制动距离，汽车的原地转向等）方面 的应用而设计的。此外，该模型的逼真度、细节和计算速 度之间提供了一个有效的折衷方法，在频域提供了有效地 分析结果，容易从轮胎的测量数据中获得模型参数。
试验以及不同压力和滑移速度下胎面橡胶的摩擦特性试验, 其费用较高。在使用时, 要求用户对该模型有相当的了解 并能正确测取参数。
• 适用范围：有效频率高达120-150Hz；可用于短波不平路 面，即障碍物的尺寸可以小于轮胎的印迹；可对不同的种 类的振动激励作出响应；可在相对运动的地面和各种各样 的试验台上进行仿真；可在三维路面上进行耐久性分析； 在水平路面和随机路面上对车辆的牵引和操纵性进行仿真 分析；可进行高动力悬浮控制系统对轮胎影响的评估 。
性)。胎体沿圆周方向离散，也可在胎体宽度方向离散; 胎体 单元间用弹簧相连，在胎体单元上有一定数量的胎面单元; • (2)轮辋与轮胎用径、切、侧3个方向的分布弹簧相连。轮辋 可在面内平移和转动, 也可在面外运动。环与轮辋间采用了弹 簧并联一个串联的弹簧—阻尼单元的形式 • (3)轮胎自由半径和弹簧刚度随轮胎转速的变化而变化; • (4)采用了复杂非线性的摩擦模型描述胎面橡胶的摩擦特性, 即摩擦系数为压力和滑移速度的函数;
• 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。
• 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。
nodes triangles file size memory amount file loading
time
Triangulat ed Road
RGR
ASCII data file
3D TeimOrbit
1 486 743 2 968 000 153.74 MB
1 486 743 -
12.88 MB
• 5）Fiala模型 是弹性基础上的梁模型，不考虑外倾和松弛长 度。当不把内倾角作为主要因数且把纵向滑移和横向滑移分 开对待的情况下，对于简单的操纵性分析可得到合理的结果。
• 适用范围：有效频率到0.5Hz，可以用于二维和三维路面， 当与2D路面作用时是点接触；当与3D路面作用时，等效贯 穿体积的方法来计算垂直力。
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FTire
Road Model EfficiRenGcRy Comparsion
RGR
binary data
binary data
file
file
+ curved
center line
1 486 743 1 486 743
-
-
5.80 MB 6.02 MB
• 适用范围：有效频率到0.5Hz是点接触模型，只能用于平 路面。
• 注： 5.2.1轮胎模型使用的路面文件是特有的，不能被其 他的操纵分析轮胎模型所识别。
• 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。
稳态侧偏
PAC89 PAC94 PAC2002 Fiala UA 5.2.1 SWIFT FTire
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可用 适合 适合
可用 可用 可用 适合 可用
崎岖路上转弯 移线
可用
可用
可用 适合
可用
适合
可用 可用 可用 适合
可用 可用
ABS制动 原地转向
可用
可用
可用 适合
适合 可用 可用 可用 适合
适合 可用
摆振
• 可用于研究一些复杂的工况, 例如:不平路面的侧偏和ABS 制动。在处理轮胎-地面的接触问题时, SWIFT采用了等效 路形的方法，所用的等效路形是由一个专门的包容模型算 出来的。所以, SWIFT模型要自带一个包容模型来提供等 效路形，这也是它的缺点之一。
• 适用范围：有效频率为60-100Hz，可用于短波不平路面。 • 注： SWIFT模型所用到的路面模型要有合适的采样间隔，