【汽车技术】轮胎的侧偏特性解析

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从右图可知,在超过大车车头的 前后一段时间内,小车横摆力矩系数 变化剧烈,气流的变化使这种吸力不 稳定,小车会左右摇晃,方向易失稳 。 所以大风时高速超大车是相当危险的。
其 它 情 况 下 的 发 飘 现象
汽车从隧道、山谷驶出的瞬间,风速常达到周围风 速的十倍以上。在山区、海边、河边也容易受到突如其 来的强侧风袭击。急剧变化的气流容易使汽车方向不稳, 甚至失控。侧向面积大的车,如面包车、大客车等容易 受到侧向风力的影响。
车型 新雅阁
奔驰 S320
奔驰 LORINSER
轮胎型号 普利斯通 205/65 R15
米其林 225/60 R16 W
米其林 275/30 ZR19
扁平率(%) 65
60
30
轮胎断面宽度(mm)
轮辋直径 (inch)
扁平率越 小,侧偏刚 度k越大
2. 轮胎垂直载荷对侧偏特性的影响
垂直载荷越大,k越大,但垂直载荷过大,k反而有所减小。
轮胎的侧偏特性
轮胎侧偏特性—侧偏力、回正力矩与侧偏角的关系;
本节基本内容: 1. 轮胎坐标系; 2. 轮胎的侧偏现象、侧偏力-侧偏角关系; 3. 侧偏特性的影响因素(结构、工作条件); 4. 轮胎回正力矩的产生、回正力矩-侧偏角关系; 5. 有外倾角时轮胎的侧偏特性;
一、 轮胎坐标系- ISO轮胎坐标系
FY一定时,W 大,α小。 FY
= k, 即k大。
垂直载荷大,k大
垂直载荷大,k大
α一定时, W大,FY大。
FY = k ,即k大。
垂直载荷过大 时,轮胎与地面 接触区的压力分 布不均匀,使 k 反而有所减小。
3. 轮胎胎压对侧偏特性的影响
胎压大,侧偏刚度大,但胎压太大侧偏刚度基本不变;
FY k
转向引起的侧偏力总是指向汽车转 弯的内侧。
侧偏力FY
侧偏力FY
侧向力Fy
a、刚性轮胎: c
uห้องสมุดไป่ตู้
c
u
u'
Fy FZl
Fy FZl
u
FY c
FY
c
➢只有当侧向力
F
大于(或等于)车轮与路面间
y
的侧向附着极限时,车轮的运动方向才会改变。
b、弹性轮胎
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 。
z 正TZ-回正力矩
车轮旋转轴线 正外倾角 γ
y
正TY
车轮行驶方向
x α
正侧偏角
正TX 正地面侧向
正地面切向 反作用力FX
正地面法向 反作用力FZ
反作用力FY
问题1:车轮行驶方向为什么会偏离X轴?侧偏角 是否位于FY 指向的一侧?
二、 轮胎的侧偏现象
1、侧偏力
车轮中心沿Y轴作用有侧向力Fy, 地面对轮胎的侧向反力FY称为侧偏力。 侧偏力FY因转向、路面倾斜、侧风等 引起。
为防止汽车发飘诱发车祸,在大风时应控制车速。
发飘现象的影响因素
1.宽胎比窄胎有利于提高侧偏刚度。因此,使用宽胎的汽 车发飘较小;
2.轮胎载荷越小,侧偏刚度越小。因此轻车比重车更容易 发飘;
3.轮胎侧偏刚度还和空气气流对汽车的升力作用有关。车 速越高,升力越大,轮胎载荷越小,侧偏刚度就越小。 因此汽车高速比低速下更容易发飘。加了尾翼的车能减 少升力,有助于减小高速下的发飘现象。
°),为曲线在 0处的斜率。
按轮胎坐标系,侧偏力和侧偏
角总是反号,故侧偏刚度 k 总是负
值。 FY一定时希望侧偏角越小越好,
所以 |k| 越大越好。
FY-α曲线
侧偏力-侧偏角关系曲线有以下特点:
在侧偏力FY作用下对应一侧偏角; 随着侧偏力的增大,侧偏角也相应 增大; 在汽车加速度<0.4g,α不超过45地°讲时,,轮F胎Y与弹α性近是似非呈线线性性的关,系只,严有格在 小侧偏角范围内,可认为是线性的。 在较大侧偏力时,侧偏角继续以较 大速率增加,即曲线的斜率减小,轮 胎发生部分侧滑; 最后侧偏力达到附着极限,此时整 个轮胎轮会发生侧滑,也称轮胎特性 进入非线性饱和状态。 轮胎的最大侧偏力取决于附着条件 (垂直载荷、轮胎结构、路面情况 等),越大极限行驶性能越好!
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
侧偏刚度大 侧偏刚度小
一些车型轮胎的型号及扁平率
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。
问题2:侧偏角如何产生?
u
问题3:侧偏力与侧偏角之间的因果关系? 因果关系:侧偏力引起侧偏角,而非侧偏角的存在产生侧偏力。
2、侧偏现象
——因轮胎侧向弹性,车轮 受侧偏力(即使没有达到附 着极限)的作用使车轮行驶 方向偏离车轮平面的现象, 称为轮胎的侧偏现象。
注意:侧偏角和侧偏力FY 指向。 FY
u
注意:侧偏角总是位于和侧偏力 FY 指向相反的一侧。
问题1:车轮行驶方向为什么会偏离X轴?侧偏角 是否位于FY 指向的一侧?
三、侧偏力—侧偏角关系曲线
在侧偏角<5 °时,侧偏力和侧偏角
近似成线性关系,此时,
FY k
式中,k称为侧偏刚度(N/rad 或N/
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,侧偏现象就越严重。提高轮胎侧偏
刚度有助于减小汽车发飘。
FY = k
超车时的 发 飘 现象
超车时两车之间的气流通道变窄, 流速增大。根据伯努利原理,这里的 气压减小,两车之间就产生吸力。两 车横向间距越小,吸力就越大。
4.轮胎气压越低,侧偏刚度越小,汽车就越容易发飘。
4.地面切向反作用力对侧偏特性的影响
附着椭圆—— 确定了在一定
附着条件下切向力 与侧偏力合力的极 限值。
结论
◆ 弹性轮胎在侧向力作用下滚动时存在侧偏 现象;
◆ 作用在车轮上的侧向力和侧偏力大小相等、 方向相反,但力的作用点不同;
◆ 弹性轮胎的侧偏特性在小侧偏角范围内可 认为是线性变化的;
◆ 正的侧偏力产生负的侧偏角; ◆ 明确因果关系:侧偏力引起侧偏角,而非
侧偏角的存在产生侧偏力。
四、轮胎结构、工作条件对侧偏特性的影响
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