汽车轮胎的建模与力学分析专题文档资料集锦(二)
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轮胎模型-PPT精品文档
• 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。 • 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） • 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。
轮胎性能力学基础及设计理论讲解共36页文档
45、法律的制定是为了保证每一个人 自由发 挥自己 的才能 ，而不 是为了 束缚他 的才能 。—— 罗伯斯 庇尔
Hale Waihona Puke 谢谢11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
轮胎性能力学基础及设计理 论讲解
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
Hale Waihona Puke 谢谢11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
轮胎性能力学基础及设计理 论讲解
41、实际上，我们想要的不是针对犯 罪的法 律，而 是针对 疯狂的 法律。 ——马 克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就 像影子 跟随着 身体一 样。— —贝卡 利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进 步。— —杰弗 逊 44、人类受制于法律，法律受制于情 理。— —托·富 勒
轮胎稳态模型的分析综述_张向文（2）
轮胎稳态模型的分析综述_张向文（2）4轮胎经验模型轮胎经验模型是直接根据试验测试数据拟合得到的模型，与试验结果较接近，而经验模型公式简单，便于计算和实际应用，但需要大量的试验数据。
由于试验条件限制和路面状况的多变性，难以得到所有路面状况和所有轮胎运动状态的试验数据。
因此，经验模型只是根据有限的试验数据得到，模型外推性不好，参数没有明确的物理意义。
4.1多项式模型多项式模型由S.Germann 等人提出，其利用简单的多项式函数近似描述轮胎与路面摩擦系数和滑移率之间的关系[42]：μ=a 0+a 1s +a 2s 2（50）式中，参数a 0、a 1和a 2需要通过试验数据进行辨识。
根据辨识的参数，利用多项式模型可以方便的进行摩擦系数求解和汽车控制系统设计，但是该模型仅在滑移率较小时误差较小，当滑移率逐渐增大时，误差会越来越大。
4.2Burckhardt 模型Burckhardt 模型是M.Burckhardt 提出的一种摩擦系数μ与滑移率s 的关系模型[43，44]：μ（s ）={c 1[1-exp （-c 2s ）]-c 3s }e-c 4v（51）式中，c i （i =1，…，4）随路面状况的变化而变化，可以通过试验测试数据拟合得到；e -c 4v反映速度变化引起的摩擦系数变化。
若忽略速度变化影响，Burckhardt 模型可以简化为[43~47]：μ（s ）=c 1[1-exp （-c 2s ）]-c 3s（52）根据简化模型，利用试验测试数据可以拟合得到不同路面状况下的参数如表1所列。
表1不同路面状况下Burckhardt 模型各参数的典型值为了分析Burckhardt 模型特性，利用式（52）和式（9）、式（10）进行仿真研究。
利用表1的参数仿真不同路面状况下纵向、侧向摩擦系数随纵向滑移率和侧偏角的变化如图27所示，仿真中α=8°，s x =0.2。
（a ）随纵向滑移率的变化（b ）随侧偏角的变化图27Burckhardt 模型不同路面状况下的纵向摩擦系数和侧向摩擦系数轮胎稳态模型的分析综述*张向文1王飞跃2高彦臣3（1.桂林电子科技大学；2.中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室；3.软控股份有限公司）觹基金项目：国家自然科学基金项目（60804059）；广西自然科学基金项目（2010GXNSFA013130）；中国科学院复杂系统与智能科学重点实验室开放课题。
第四章 子午线轮胎结构设计(2)22
高速轿车子午胎除钢丝帘线之外；还采用1~2 层尼龙帘线，以增加带束与胎面胶的附着力和箍 紧力。
轿车胎常用的钢丝帘线规格有： 1×4×0.23 1×5×0.23 2+7×0.20+1×0.15 1×4×0.25 1×5×0.25 2+7×0.23+1×0.1 1×4×0.28 2+2×0.28 2+2×0.25
(2)轿车子午线轮胎带束层设计
①带束层材料
作为轿车子午线轮胎带束层材料是比较多的， 有人造丝、玻璃纤维、芳纶(B纤维)、钢丝等，其 中以用钢丝居多，芳纶则很有发展前途，因轻量 化对轮胎是一项很重要的指标。现推广使用的钢 丝帘线结构有：
4×0.25，5×0.25，2＋7×0.22＋0.15，2＋2×0.25/0.28等；发 展的结构有2＋2×0.25/0.28，2×0.30HE， 3×0.30HE，2＋7×0.22等。
②带束层的层数、角度、密度
纤维带束层：一般为4～6层，角度为13～18°。层间交叉 排列；
钢丝带束层：一般为2层，角度为15～22°。 帘线角度还与轮胎速度级别有关：S级轮胎为24°，H级为
22°，V级为20°。 纤维带束层密度一般为8～14根/cm(据帘线的强度与直径
而定)，钢丝带束层密度一般为5～8根／cm(亦据帘线的 强度与直径而定)。帘线密度的选取应考虑其与胶料的粘 合性能。
带束层帘线角度的取值，既要考虑到带束 层对胎体的箍紧系数，又要照顾到便于加工。据 报道带束层角度大于20°，就不能使胎体获得必要 的箍紧效果。但角度太小，不仅使带束层的裁断 和接头等工艺操作复杂化，而且对轮胎的使用性 能不利，容易产生带束层脱层的危险。对子午线 轮胎耐磨性来说，带束层帘线的最宜角度为15～ 20°。但在很大程度上取决于帘线的模量和胶料的 粘附强度，且与轮胎规格有关。
汽车轮胎的建模与力学分析专题文档资料集锦(一)
线-橡胶复合材料的各向异性以及接触非线性边界条件等因素,建立了轴对称和
三维非线性有限元分析模型。针对185/70R14C半钢子午线轮胎使用的各种橡胶
材料的拉伸测试结果,选用Yeoh模型来表征橡胶材料,并在MARC大型通用有限元 分析软件中对材料参数进行拟合;
用钢丝帘线等效拉伸应力-应变曲线确定帘线的材料模型和参数。根据轮胎的 建模过程,首先模拟了轮胎与轮辋接触的装配过程,然后分析了充气过程,据此 预测了轮胎充气后的构形,得到了充气断面宽B’和充气断面直径D’,并与测
案例概览：
ห้องสมุดไป่ตู้
更多案例：
1.滚动状态下轮胎漏气过程的有限元模拟.pdf 在考虑轮胎与轮辋及地面接触的情况下,借助ABAQUS有限元分析软件,建立了 轮胎的平面轴对称模型和三维有限元分析模型。首先,利用平面模型分析了轮 胎与轮辋的装配过程和充气过程;然后,利用轴对称到三维的分析方法,分析了
轮胎在垂直载荷作用下的接地问题和在低速滚动下轮胎的漏气过程。给出了
布,在速度为80km/h时，分析了不同摩擦系数下自由滚动半径、接触应力的变
化。在自由滚动分析的基础上，建立了模拟轮胎侧偏的模型，研究了轮胎的
侧偏特性，通过改变侧偏角得到了不同侧偏角下轮胎的最低断面的变形情况
、接地印痕分布以及侧向力、回正力矩与侧偏角的关系。根据轮胎的有限元
分析模型，研究了不同充气压力下的子午线轮胎硬度系数，验证了轮胎硬度
▶F1赛事中的轮胎
1.解读F1赛车专用轮胎
2.大话F1赛车轮胎不起眼却起至关重要作用
3.改装轮胎，先从认识开始
案例：基于 rebar 单元的载重子午线轮胎模型建立及验证 方案亮点： 采用 ABAQUS有限元商业软件并基于rebar单元建立12100R20载重子午线 轮胎的有限元模型。对比轮胎载荷 -下沉量仿真模拟和试验结果, 确定该建 模方法的可行性。
三维非线性有限元分析模型。针对185/70R14C半钢子午线轮胎使用的各种橡胶
材料的拉伸测试结果,选用Yeoh模型来表征橡胶材料,并在MARC大型通用有限元 分析软件中对材料参数进行拟合;
用钢丝帘线等效拉伸应力-应变曲线确定帘线的材料模型和参数。根据轮胎的 建模过程,首先模拟了轮胎与轮辋接触的装配过程,然后分析了充气过程,据此 预测了轮胎充气后的构形,得到了充气断面宽B’和充气断面直径D’,并与测
案例概览：
ห้องสมุดไป่ตู้
更多案例：
1.滚动状态下轮胎漏气过程的有限元模拟.pdf 在考虑轮胎与轮辋及地面接触的情况下,借助ABAQUS有限元分析软件,建立了 轮胎的平面轴对称模型和三维有限元分析模型。首先,利用平面模型分析了轮 胎与轮辋的装配过程和充气过程;然后,利用轴对称到三维的分析方法,分析了
轮胎在垂直载荷作用下的接地问题和在低速滚动下轮胎的漏气过程。给出了
布,在速度为80km/h时，分析了不同摩擦系数下自由滚动半径、接触应力的变
化。在自由滚动分析的基础上，建立了模拟轮胎侧偏的模型，研究了轮胎的
侧偏特性，通过改变侧偏角得到了不同侧偏角下轮胎的最低断面的变形情况
、接地印痕分布以及侧向力、回正力矩与侧偏角的关系。根据轮胎的有限元
分析模型，研究了不同充气压力下的子午线轮胎硬度系数，验证了轮胎硬度
▶F1赛事中的轮胎
1.解读F1赛车专用轮胎
2.大话F1赛车轮胎不起眼却起至关重要作用
3.改装轮胎，先从认识开始
案例：基于 rebar 单元的载重子午线轮胎模型建立及验证 方案亮点： 采用 ABAQUS有限元商业软件并基于rebar单元建立12100R20载重子午线 轮胎的有限元模型。对比轮胎载荷 -下沉量仿真模拟和试验结果, 确定该建 模方法的可行性。
轮胎性能力学基础及设计理论讲解
Fx Rs a
Q
发动机提供
轮胎牵引性能好坏取决于轮胎滚动阻力及其附着性能。滚动阻力 小，附着性能好才能提高轮胎的牵引性能。
二、牵引性能的影响因素 提高轮胎牵引性能可从轮胎结构、类型、胎面花纹、道路
等级、气压等因素考虑。 1.轮胎结构及类型 2.轮胎的气压 3.轮胎与路面的附着性能
三、轮胎附着性能和影响因素 1.附着力与附着系数 附着力（Fφ ）是路面对轮胎切向反作用力的极限。 附着系数 Φ = FФ / Q
高分子科学与工程学院
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。
高分子科学与工程学院
高分子科学与工程学院
1.轮胎半径 1）.自由半径Rf
轮胎充入额定气压后，无外力作 用时，胎冠行驶面最高点的外直径的 一半。
2）．静负荷半径Rs 轮胎在静止状态下，仅受法向
力的作用时，从轮轴中心到支撑 面的距离。
3）.动负荷半径Rm
当轮胎在动态时，发生变化，轮轴中心至路面间距变为， 称为动半径 4）．滚动半径Rr
汽车发动机发出的动力，经传动系统作用于驱动轮胎上，使 轮胎对道路产生一种力简称周向力，与周向为大小相等方向相 反的另一种力是道路作用于轮胎的反作用力，也是驱动汽车行 驶的外力，一般称为牵引力。
在牵引力作用下，轮胎要克服道路对它的滚动阻力，使轮胎 能在不同道路上行驶通过的能力，称为牵引性能。
轮胎转动的条件：Fx*Rs≥Q* a
轮胎性能力学基础及设计理论
车轮轮胎以及轮胎力学.ppt
10
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
16
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
17
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）
轮胎模型 PPT课件
• 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。
• 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。
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
5.80 MB 5.91 MB
0.21 s
0.28 s
•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。
• 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。
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
5.80 MB 5.91 MB
0.21 s
0.28 s
•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 。
车辆轮胎模型的建立
V s = [ (V
x
轮胎一路面间的附着系数与轮胎表面相对地面 的滑移速度有关, 并可用如下线性公式表示 Λ = Λ0 ( 1 - A sV s ) 式中: Λ0 为滑动速度为 0 时的附着系数; A s 为附着 系数减少因子。 若定义能反映纵向滑移、 侧偏及侧顷综合作用 效果的合成滑移率为 ssΑΧ ( 制动时 ssΑΧ= V s V x , 驱动 时 ssΑΧ= V s V c ) , 则附着系数又可表示为: Λ= Λ0 ( 1A sΑΧssΑΧ) 。 如图 4 所示, 分别取 ssΑΧ= 0 和 ssΑΧ= s1 = 1 即可 通过实验求得 Λ0 和 Λ1 , 从而附着系数减少因子为 A sΑΧ = ( 1 - Λ1 Λ0 )
2 2 式中: k x、 分别为轮胎胎冠橡胶的单位面积纵向刚 ky 度和单位面积横向刚度。 116 轮胎模型力特性 轮胎模型力特性由纵向力特性 ( F x - ss ) 、 横向 ) 和回正力矩特性 (M z - Α ) 组成, 用于 力特性 ( F y - Α 碰撞事故计算时 G im 轮胎模型只考虑轮胎纵向力 特性和横向力特性, 且被分为下列 3 种情况表述:
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
西 安 公 路 交 通 大 学 学 报 1999 年 74 在驱动时被定义为
ss = V
x
- V
V
c
c
W E I L ang
(Co llege of A u tom ob ile Eng ineering, X i’an H ighw ay U n iversity, X i’an 710064)
Abstract: T he p ap er in t roduces a G i m t ire m odel u sed in the co llision acciden t ca lcu la t ion, and . g ives the ana ly sis and verifica t ion fo r the m odel Key words: co llision acciden t; veh icle dynam ic ca lcu la t ing; t ire m odel; ana ly sis
x
轮胎一路面间的附着系数与轮胎表面相对地面 的滑移速度有关, 并可用如下线性公式表示 Λ = Λ0 ( 1 - A sV s ) 式中: Λ0 为滑动速度为 0 时的附着系数; A s 为附着 系数减少因子。 若定义能反映纵向滑移、 侧偏及侧顷综合作用 效果的合成滑移率为 ssΑΧ ( 制动时 ssΑΧ= V s V x , 驱动 时 ssΑΧ= V s V c ) , 则附着系数又可表示为: Λ= Λ0 ( 1A sΑΧssΑΧ) 。 如图 4 所示, 分别取 ssΑΧ= 0 和 ssΑΧ= s1 = 1 即可 通过实验求得 Λ0 和 Λ1 , 从而附着系数减少因子为 A sΑΧ = ( 1 - Λ1 Λ0 )
2 2 式中: k x、 分别为轮胎胎冠橡胶的单位面积纵向刚 ky 度和单位面积横向刚度。 116 轮胎模型力特性 轮胎模型力特性由纵向力特性 ( F x - ss ) 、 横向 ) 和回正力矩特性 (M z - Α ) 组成, 用于 力特性 ( F y - Α 碰撞事故计算时 G im 轮胎模型只考虑轮胎纵向力 特性和横向力特性, 且被分为下列 3 种情况表述:
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
西 安 公 路 交 通 大 学 学 报 1999 年 74 在驱动时被定义为
ss = V
x
- V
V
c
c
W E I L ang
(Co llege of A u tom ob ile Eng ineering, X i’an H ighw ay U n iversity, X i’an 710064)
Abstract: T he p ap er in t roduces a G i m t ire m odel u sed in the co llision acciden t ca lcu la t ion, and . g ives the ana ly sis and verifica t ion fo r the m odel Key words: co llision acciden t; veh icle dynam ic ca lcu la t ing; t ire m odel; ana ly sis
轮胎力学
5 of 36
问题2、什么是静摩擦？什么是动摩擦？摩擦力和接触面积有关系么？ 6 of 36
3、轮胎的受力分析 C
m'g ay
U
Fz
fy
C
C
U
ax
Tt
m'g
Fp
Tf
Fz a
Fx
C 7 of 36
轮胎的受力分析后的几个物理量 1、 fy 为向心摩擦力； 2、Fx 为驱动力，为车轮的切向反作用力； 3、滚动阻力偶矩Tf=FZ*a； 4、Fz 是法向反作用力，由于轮胎的迟滞现象，而使其向前移动 了一个距离a。
65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 -5 -10
0
P=220kPa
F =3136N Z
F =4067N Z
F =4949N Z
F =5909N Z
F =6840N Z
5
10
15
20
Slip Angle (o)
60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 -5 -10
12 of 36
13 of 36
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。
14 of 36
气压
15 of 36
驱动力
16 of 36
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。
牵引等级，从最好的到最差的分别是A、B、C，代表轮胎在美国政府规定 的试验状况下，在湿滑的柏油路面和水泥路面刹车的性能。 （只是直线刹车性能，不包括转弯性能。） TEMPERTURE ── TEMPERTURE（温度）
DEC_02_车轮的力学特性_01车轮的纵向力学特性
§2.1 车轮的纵向力学特性
5.滑转率、滑移率和附着力
滑动率
➢与驱动情况类似，在汽车以速度ua行 驶的情况下制动时，车轮上施加了制动 力矩Tμ，轮胎胎面在接地印迹后端受到 压缩（图2-6b）。从而使轮胎产生纵向 滑移。
§2.1 车轮的纵向力学特性
5.滑转率、滑移率和附着力
滑动率s的计算
uw rw
•§2.1 车轮的纵向力学特性 •§2.2 车轮的垂向力学特性 •§2.3 轮胎的侧偏特性
第一节 车轮的纵向力学特性
§2.1 车轮的纵向力学特性
1.轮胎的坐标系
Z 正回正力矩TZ
正外倾角 γ
Y 正TY
车轮行驶方向 X
α
正侧偏角
O 正翻转力矩 TX
正地面切向
反作用力
FX
正地面法向
反作用力FZ
车轮旋转轴线 正地面侧向反作用力FY
rr0w uδ
uδ u w rr0w
s uδ 100% uw
纯滚动时 uδ= 0，s = 0； 纯滑动时 ωw=0，
=uδ，s =100%； 边滚边滑时 0 < s <100%。
uw rr0w 100%
uw
§2.1 车轮的纵向力学特性
5.滑转率、滑移率和附着力
附着率
➢若令地面制动力Fxb与垂直载荷W 之比为制动力系数，则在不同滑动 率 时 ， 的 数 值 不 同 。 图 2-9 给 出 了 试验所得的制动力系数曲线，即
车轮在水平硬路面上的滚动阻力车轮在水平硬路面上的滚动阻力图25从动轮在硬路面滚动时的受力情况2121车轮的纵向力学特性车轮的纵向力学特性当车轮上作用了驱动转矩后在轮胎与路面接触印迹上会产生驱动力此时轮胎胎面在接地印迹前端受到压缩从而使轮胎产生纵向滑移
轮胎动力学及建模方法
Formula Tire Model） SWIFT轮胎模型
轮胎运动坐标系
图1-2 轮胎的坐标系与地面作用于轮胎的力和力矩
幂指数统一轮胎模型
稳态纵滑侧偏联合工况时，轮胎的纵向力 Fx 、侧向力 Fy 与回正力矩 M z 的表达式：
Fx xFz F x
Fy y Fz F y
M z Fy Dx Fx Dy
轮胎径向压缩模式图
图1-6 轮胎径向压缩模式图
由路面变形和轮辙摩擦引起的附加滚动阻力
图1-7由路面变形和轮辙摩擦引起的附加滚动阻力
滚动阻力(波阻)示意图
不平路面造成的滚动阻力： 车轮在不平路面上行驶时，它和车身也会有
相对运动．车身阻尼和路面不平度一起，造成了 平均值不为零的振荡的Fu和Fz．减振器压缩和伸 长时做了功，这个功与汽车行驶过的路程之比被 看作滚动阻力（波阻），见图．
幂指数统一轮胎模型的特点：
•1）采用了无量纲表达式，其优点在于由纯工况下 的一次台架试验得到的试验数据可用于各种不同 的路面
•2）无论是纯工况还是联合工况，其表达式是统一 的
•3）可表达各种垂向载荷下的轮胎特性
•4）保证了可用较少的模型参数实现全域范围内的 计算精度，参数拟合方便，计算量小
•5）能拟合原点刚度
轮胎垂直振动的力学模型
图1-25 点接触式线性弹簧—粘性阻尼模型
试验时汽车悬架 被卡死,激励由装 有正弦波鼓面的 转鼓试验台产生， 每周6个波峰，正 弦波幅值0.01m， 波长0.696m
图1-26 不同工况下轮胎垂直振动加速度响应谱的计算值与试验值比较
1.5 轮胎的侧向力学特性
一、直线行驶：轮胎承受垂直力和纵向力， 纵向力有制动力、驱动力、滚动阻力。用纵 向附着系数模型来解决制动力、驱动力与垂 直力的关系，用滚动阻力系数模型来解决滚 动阻力与垂直力的关系。难点：附着效率和 制动效率
轮胎运动坐标系
图1-2 轮胎的坐标系与地面作用于轮胎的力和力矩
幂指数统一轮胎模型
稳态纵滑侧偏联合工况时，轮胎的纵向力 Fx 、侧向力 Fy 与回正力矩 M z 的表达式：
Fx xFz F x
Fy y Fz F y
M z Fy Dx Fx Dy
轮胎径向压缩模式图
图1-6 轮胎径向压缩模式图
由路面变形和轮辙摩擦引起的附加滚动阻力
图1-7由路面变形和轮辙摩擦引起的附加滚动阻力
滚动阻力(波阻)示意图
不平路面造成的滚动阻力： 车轮在不平路面上行驶时，它和车身也会有
相对运动．车身阻尼和路面不平度一起，造成了 平均值不为零的振荡的Fu和Fz．减振器压缩和伸 长时做了功，这个功与汽车行驶过的路程之比被 看作滚动阻力（波阻），见图．
幂指数统一轮胎模型的特点：
•1）采用了无量纲表达式，其优点在于由纯工况下 的一次台架试验得到的试验数据可用于各种不同 的路面
•2）无论是纯工况还是联合工况，其表达式是统一 的
•3）可表达各种垂向载荷下的轮胎特性
•4）保证了可用较少的模型参数实现全域范围内的 计算精度，参数拟合方便，计算量小
•5）能拟合原点刚度
轮胎垂直振动的力学模型
图1-25 点接触式线性弹簧—粘性阻尼模型
试验时汽车悬架 被卡死,激励由装 有正弦波鼓面的 转鼓试验台产生， 每周6个波峰，正 弦波幅值0.01m， 波长0.696m
图1-26 不同工况下轮胎垂直振动加速度响应谱的计算值与试验值比较
1.5 轮胎的侧向力学特性
一、直线行驶：轮胎承受垂直力和纵向力， 纵向力有制动力、驱动力、滚动阻力。用纵 向附着系数模型来解决制动力、驱动力与垂 直力的关系，用滚动阻力系数模型来解决滚 动阻力与垂直力的关系。难点：附着效率和 制动效率
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
汽车轮胎动力学与建模方法共75页文档
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
汽车轮胎动力学与建模方法
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此
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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
的关系曲线。最后将采集的数据经过平均滤波处理,与实验室的实测数据进行
了趋势性对比。结果表明:采用该测试方法,轮胎滚动阻力随着轮胎负载和速
度的增加而增大,随着气压的变大而减小;仿真结果和试验数据在相同工况下
汽车轮胎的建模与力学分析 专题文档资料集锦（二）
更新时间：2014-11-13
以下是小编整理的一些有关汽车轮胎的建模与力学分析专题的文档资料（
二）以及文档的简介，其中包括了一些应用案例文档。有关文档的下载，可 以到研发埠网站的专题版块的同名专题中找到，或在版块输入相应的文档名查找。
应用案例：
拟方法的成功,将不同半径转鼓上的模拟结果和ISO 18164推荐的转鼓试验结
果与转鼓半径的关系做比较,结果具有良好的一致性。轮胎滚动阻力的模拟结
果可指导实践,模型及模拟方法可作为动态模拟的重要基础。
10.轮胎稳态滚动阻力的理论及仿真分析.rar 从轮胎的材料特性和变形出发,详细阐述了轮胎滚动阻力的发生机理。在此基 础上,采用热力学半耦合的分析方法,对子午线轮胎稳态滚动阻力进行了有限 元分析建立起了一套完整的轮胎变形-能耗-传热分析系统和计算流程。应用 大型有限元分析程序ABAQUS,建立了子午线轮胎12R22.5的完整有限元模型。
得到合理的材料性能组合显然也是非常费时费力的,必须辅之以数值模拟,而
这方面的工作还比较少。
2.半钢子午线轮胎的有限元模拟分析.rar 以185／70R14C半钢子午线轮胎为例，根据轮胎的实际结构，借助MSC.MARC非 线性有限元分析软件，充分考虑轮胎的几何非线性、橡胶本构关系的非线性
、帘线-橡胶材料的各向异性以及接触非线性边界条件等因素，建立了轴对称
平面拉伸(纯剪切)、等容积压缩三种基础实验,选择合适的材料本构关系对应
力应变曲线进行拟合。选择合理的测试方法获取轮胎各部位胶料的tgδ 、导
热系数、比热、密度等动态力学性能参数和热性能参数。
依据半耦合的思想,将滚动阻力及温度场分析分为三步。首先应用Abaqus有限 元软件建立轮胎结构分析模型,完成轮胎装配、充气、静载荷、稳态滚动分析
的分析结果与相关手册和文献的研究结论基本吻合，这说明所建立的斜交轮
胎三维有限元模型是正确的且合理的。
5.子午线轮胎力学行为仿真及试验方法研究.rar 采取试验研究和数值模拟相结合的研究方法,结合柔性复合材料力学、复合材 料粘弹性理论、轮胎力学的有关知识,对子午线轮胎195/60R14的静态接地性
能、滚动性能和振动特性进行了有限元分析,并对轮胎材料的力学性能、轮胎
8.STL提高轮胎滚动阻力测试能力.pdf 美国标准测试实验室(STL)已提高了轮胎滚动阻力的测试能力,目前可以测定 径向力高达1万磅(约合4540kg)轮胎的滚动阻力。该实验室可按照SAEJ1290和 ISO28580标准方法进行测定,因而能够提供市场上最新的商用卡车超宽轮胎的
滚动阻力数据。
9.轮胎模态参数模型及滚动阻力模拟.pdf 在初步建立稳态滚动模型和计算方法,以及对垂直特性计入胎侧非线性刚度模 型达到高精度的基础上,又引入花纹阻尼,形成轮胎滚动阻力定量模拟模型,得 到在80 km/h推荐速度下滚动阻力系数为0.65%。为进一步表明所建模型及模
的接地性能和动态特性等进行了试验研究。对子午线轮胎各部件胶料进行了
拉伸和循环加载试验,研究分析发现轮胎胶料的弹性模量相差较大,在小应变
时弹性模量迅速升高至最大值,而后逐渐下降,在大应变状态下,弹性模量变化
幅度较小,弹性模量一应变关系曲线变得平缓;
胶料的断裂强度相差不大,其中,交联度大的胶料断裂强度较小,弹性模量较大
的变化趋势基本一致;该测试方法合理、可行。
12.载重子午线轮胎滚动阻力有限元仿真分析.pdf 研究汽车轮胎低滚动阻力优化设计,针对轮胎滚动阻力引起的温度对材料性能 影响难以测定的问题,根据车辆的轮胎温度与材料性能有关,建立了含热力学 耦合的滚动阻力分析模型。要求模型包含三个部分:结构分析、传热分析和滚
ADAMS/Car软件,仿真并分析轮胎结构尺寸、侧偏刚度、滚动速度和承受载荷
等因素对汽车操纵稳定性的影响,并基于轮胎非线性侧偏特性,分别进行前轮 转向和四轮转向汽车操纵稳定性分析。汽车操纵稳定性的好坏,不仅取决于汽
车本身的结构特性,而且还与驾驶员和道路交通环境等因素有关。本文结合驾
驶员模型,建立考虑轮胎非线性和驾驶员行为非线性的人-车-路非线性四轮转 向闭环系统模型,通过数值计算来分析闭环系统模型的稳定性以及轮胎侧偏刚
垂直载荷下,滚动阻力会随轮胎充气压力的增大而减小。轮胎的滚动阻力和滚
动阻力系数会随着稳态速度的增大而减小。
4.基于一次回归正交试验的双滚筒轮胎滚动阻力模型.pdf 针对汽车动力性检测时轮胎在双滚筒底盘测功机上的滚动阻力消耗功率问题, 分析了双滚筒轮胎滚动阻力测试的原理,建立了轴荷、车速、胎压及双滚筒底 盘测功机结构参数与滚动阻力的数学模型,应用一次回归正交试验方法 L8(27),重新安排8次试验,用回归方程表达了轮胎滚动阻力。
和三维非线性有限元分析模型。 根据轮胎的实际使用过程，首先模拟了轮胎 与轮辋接触的装配过程，并分析了自由充气过程。据此预测了轮胎充气后的
构形，得到了充气断面宽B’和充气断面直径D’，并分析了轮胎中各部位的
受力状况。
3.轮胎静态特性有限元分析及其对汽车操稳性的影响.rar 主要以研究轮胎力学特性为基础,利用有限元方法和ABAQUS软件模拟轮胎的装 配、充气以及静态加载工况,并分析在其过程中轮胎的变形及应力变化情况。 考虑轮胎因素对汽车操纵稳定性的影响,本文以某一SUV汽车为研究对象,运用
生热率导入到二维轮胎热分析过程中去,从而得到温度场分析。
11.汽车轮胎滚动阻力试验机测试方法分析.pdf 为了对汽车轮胎滚动阻力测试方案的可行性进行预先评估,基于检测设备的结 构模型,提出了一种运用位移量对轮胎滚动阻力进行仿真分析的新方法。在简 述滚动阻力有限元测试模型构建过程的基础上,通过改变轮胎的外部使用参数
。
3.基于ABAQUS的轮胎滚动阻力分析.pdf 基于ABAQUS非线性有限元分析软件,建立12R22.5全钢载重子午线轮胎有限元 模型。同时,研究分析了轮胎行驶速度、充气压力、垂直载荷、对轮胎稳态滚 动阻力的影响,并拟合成滚动阻力的预测公式。结果表明在一定的速度和充气 压力下下,滚动阻力及滚动阻力系数会随载荷的增大而增大;在一定的速度和
1.基于子模型方法的子午线轮胎胎圈部三维精细有限元分析.rar 针对轮胎危险区域的性能优化主要集中于两个方面,其一是从轮胎结构入手, 通过调整轮胎的结构参数来提高轮胎性能;其二是从轮胎橡胶材料的物理性能
入手,通过调整橡胶材料参数以期提高轮胎性能。由于轮胎生产工艺过程的复
杂性,前一种方法往往要付出较大的时间成本和经济代价;后一种方法随着轮 胎材料工艺的发展受到了越来越多的轮胎生产企业的重视。仅通过轮胎试验
义。
6.轮胎滚动阻力对整车燃油经济性的影响.pdf 对整车燃油消耗的主要影响因素及整车油耗在轮胎上的表现进行了分析说明 。从轮胎滚动阻力的影响因素及降低轮胎滚动阻力的具体措施等方面进行了 论述,介绍了新的硅胶技术,这项技术已经发展成熟并投入使用,它的应用也对
未来改善整车燃油经济性提供了新的技术支持。
斜交轮胎(9.00-20 16PR)的三维有限元模型。从而进一步完善了斜交轮胎三
维有限元分析的技术。 由于斜交轮胎复杂的几何结构和材料特性，选用层单 元和体单元的组合可以既经济又准确地对轮胎进行模拟。本课题主要对充气
斜交轮胎在下述三种工况进行了分析：装配轮辋工况；充气工况；充气并定
轴转动工况。在分析中考虑了斜交轮胎大变形的非线性问题，着重研究了轮 胎的变形、轮胎中的应力与应变以及主要参数(帘布裁断角度和转动
角速度)对斜交轮胎应力应变场的影响，这些分析是轮胎优化设计的基础。 研究发现，斜交轮胎充气时，应力主要由帘布层中的帘线来承担，在缓冲层 和帘线反包端点部位，出现了应力集中，胎肩和下胎侧的帘布层中剪切应力 很大。轮胎充气且定轴转动时，由于离心力的作用，轮胎外直径和胎冠曲率