《轮胎力学特性》PPT课件
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充气轮胎力学
轮胎标识含义
•A–胎面宽度 •W–轮胎断宽 •H–轮胎断高 •E–轮辋外径 •F–轮胎外径 •G–扁平比 H/W
CR969 全鋼絲輻A射層 H
FE
特性
★ CR96 各類公 全輪位
★CR96 低等級 的卡貨
優點
★採用適 設計、 能-----
★胎面部 及耐刺
★超強載 有高耐
★特殊胎 的膠料 ---------
各层重叠构 成较厚的胎 体结构层
胎体由几个斜 交叉的帘布层 构成
胎冠及胎 侧由相同 的结构层 构成
胎冠和胎侧独立 活动, 可以提供 更大的接地面积
胎面磨耗均匀而 且缓慢
子午线轮胎
胎体由单独一 层钢丝帘布构 成，这样就没 有了层间的摩 擦，行驶时生 热更低
胎冠由钢丝环带 固定，改善了轮 胎的抗刺穿及抗 撕裂性能
3、轮胎模型
基于物理建模的轮胎模型
轮胎通常被简化成一系列理想化、具有给定的物 理特性的径向排列的弹性单元体。根据轮胎与路 面相互作用的关系，推导出以数学公式表达的物 理过程模型。几个典型的轮胎物理模型： (1)弦模型； (2)梁模型； (3)刷子模型； (4)辐条模型
3、轮胎模型
基于实测数据的轮胎经验模型
动效能； 轮胎变形时，材料中摩擦损失或迟滞损失要小，保证滚动
阻力小； 轮胎侧偏特性好，保证转向灵敏和良好的方向稳定性。
荷重的支撑
驱
动
、
加 速
冲 击
、
的
减
吸
速
收
、
制
动
方向的维持与转变
轮胎的类型和各类轮胎的特点
按用途分为： 载货汽车轮胎（重型、中型、轻型）、 轿车轮胎
有无内胎分为： 有内胎轮胎； 无内胎轮胎。
arc
tan
w
uw
Biblioteka Baidu
式中：u ω -----轮心前进速度； v ω -----车轮侧向速度。
X轴：车轮平面与地平面的交线
作用在轮胎上的力和力矩
轮胎坐标系
车轮平面
垂直于车轮旋转轴线 的轮胎中分平面称为 车轮平面
坐标系的原点O
车轮平面和地平面的 交线与车轮旋转轴线 在地平面上的投影线 的交点
经验模型必须充分利用所有可获得的数据，以此来 计算各种运行工况范围内的轮胎力。
两种典型的测量方法： 实车中安装一个测试轮胎； 是转鼓实验台上测试轮胎。
3、轮胎模型
基于实测数据的轮胎经验模型 插值法： 数据太少，插值不可靠；数据太多，插值过于复杂。 超出测试点之外的插值法通常不可靠。 不如数据拟合函数可靠。被函数拟合取代 简单函数拟合法
1）斜交胎规格：用B-d表示，B为轮胎名 断面宽度，d为轮辋名义直径代号。
2）子午线轮胎规格：用BRd表示，
R代表子午线轮胎。目前国产轿车子午线轮胎 有80，75，70，65，60五个系列。
轮胎结构发展
轮胎是典型的粘弹性结构，其材料组成十分复杂（橡 胶41%、炭黑37%、油18%、化学物质等）。
轮胎模型
根据车轮动力学研究内容不同：
纵滑模型：预测车辆在驱动与制动工况下的纵向力 侧偏模型和侧倾模型：预测轮胎的侧向力和回正力矩 垂向振动模型：用于高频垂向振动的评价
3、轮胎模型分类
经验模型
根据轮胎的实验数据，通过插值或函数拟合方法给出预 测轮胎特性的公式
物理模型
根据轮胎与路面之间的相互作用机理和力学关系建立模 型，旨在模拟力和力矩产生的机理和过程
橡胶混合物的材料构成、胎面花纹以及内部结构都是 决定轮胎品质的重要因素。
其结构特性直接影响了轮胎的物理特性，包括前进方 向所受的滚动阻力、车轮所提供的垂向减振与缓冲作 用，以及为车辆提供侧向转向力的能力。
下面以德国新倍力（Semperit)轮胎为例说明轮胎的 发展进程
3、轮胎模型
描述了轮胎六分力与车轮运动参数之间的数学关 系，即轮胎在特定工作条件下的输入和输出之间 的关系。
车轮运动参数
滑动率S (滑转/滑移）
车轮相对于纯滚动（或纯滑动）状态的偏离程度，是
影响轮胎产生纵向力的一个重要因素。0 < s < 1
驱动：雪天打滑 制动：完全抱死
s rd uw 100 %
uw
s uw rd 100 %
uw
车轮运动参数
轮胎侧偏角
是影响轮胎侧向力的一重要因素，定义为车轮平面与 车轮中心运动方向的夹角
车轮平面与地平面的 交线取为X轴，规定 向前为正
Z轴与地面垂直规定 为正
Y轴在地平面上规定 面向车轮前进方向时 指向左方为正
车轮运动参数
轮胎径向变形
车辆行驶过程中遇到路面不平度影响而使轮胎在 半径方向上产生的变形，定义为无负载时的轮胎 半径与负载时的轮胎半径之差
式中：r t -----无负载时的轮胎半径； r tf -----负载时的轮胎半径。
按轮胎结构特点分为： 斜交轮胎；子午线轮胎。
按轮胎胎面花纹可分为： 普通花纹轮胎、混合花纹轮胎、越野花纹轮胎；
按充气大小分为： 高压、 低压、 超低压
二、轮胎结构特点
普通斜交轮胎：
普通斜交轮胎：
优点：外胎面柔软；制造容易；噪音小；价格低；
缺点：轮胎易磨损；高速时的稳定性差；受侧向力时 接地面积变小，抗侧向力能力差；承载能力小。
子午线轮胎的特点： 优点：接地面积大，附着性能好，磨损少，寿命长
胎冠较厚，行驶时变形小，可降低油耗； 帘布层少，胎侧薄，散热性好； 径向弹性大，缓冲性好、负荷能力大； 承受侧向力时，接地面积基本不变，行驶稳定性 好。 缺点： 胎侧薄且软，胎冠厚，在过渡区容易产生裂纹 制造技术要求高，成本高。
轮胎的规格与标记
★另設計 抗切割
★世界高
1、概述
作用：轮胎是车辆重要的组成部分，功能包括：
支撑整个车辆； 与悬架元件共同作用，抑制由路面不平引起的振动
与冲击； 传递纵向力以实现加速、驱动和制动； 传递侧向力，为车辆提供转向并保证行驶稳定性
轮胎的要求
有足够的强度和寿命、气密性好，保持行驶安全； 良好的弹性和阻尼特性，噪声小，保证乘坐舒适和安全； 胎面花纹要增强与地面的附着性，保证必要的驱动力和制
复合函数拟合法：
3、轮胎模型
基于实测数据的轮胎经验模型
简单函数拟合法
大多情况下．轮胎侧向力F、与侧偏角，侧向力与垂直载荷的关系 可近似用指数函数形式表达如F：
轮胎标识含义
•A–胎面宽度 •W–轮胎断宽 •H–轮胎断高 •E–轮辋外径 •F–轮胎外径 •G–扁平比 H/W
CR969 全鋼絲輻A射層 H
FE
特性
★ CR96 各類公 全輪位
★CR96 低等級 的卡貨
優點
★採用適 設計、 能-----
★胎面部 及耐刺
★超強載 有高耐
★特殊胎 的膠料 ---------
各层重叠构 成较厚的胎 体结构层
胎体由几个斜 交叉的帘布层 构成
胎冠及胎 侧由相同 的结构层 构成
胎冠和胎侧独立 活动, 可以提供 更大的接地面积
胎面磨耗均匀而 且缓慢
子午线轮胎
胎体由单独一 层钢丝帘布构 成，这样就没 有了层间的摩 擦，行驶时生 热更低
胎冠由钢丝环带 固定，改善了轮 胎的抗刺穿及抗 撕裂性能
3、轮胎模型
基于物理建模的轮胎模型
轮胎通常被简化成一系列理想化、具有给定的物 理特性的径向排列的弹性单元体。根据轮胎与路 面相互作用的关系，推导出以数学公式表达的物 理过程模型。几个典型的轮胎物理模型： (1)弦模型； (2)梁模型； (3)刷子模型； (4)辐条模型
3、轮胎模型
基于实测数据的轮胎经验模型
动效能； 轮胎变形时，材料中摩擦损失或迟滞损失要小，保证滚动
阻力小； 轮胎侧偏特性好，保证转向灵敏和良好的方向稳定性。
荷重的支撑
驱
动
、
加 速
冲 击
、
的
减
吸
速
收
、
制
动
方向的维持与转变
轮胎的类型和各类轮胎的特点
按用途分为： 载货汽车轮胎（重型、中型、轻型）、 轿车轮胎
有无内胎分为： 有内胎轮胎； 无内胎轮胎。
arc
tan
w
uw
Biblioteka Baidu
式中：u ω -----轮心前进速度； v ω -----车轮侧向速度。
X轴：车轮平面与地平面的交线
作用在轮胎上的力和力矩
轮胎坐标系
车轮平面
垂直于车轮旋转轴线 的轮胎中分平面称为 车轮平面
坐标系的原点O
车轮平面和地平面的 交线与车轮旋转轴线 在地平面上的投影线 的交点
经验模型必须充分利用所有可获得的数据，以此来 计算各种运行工况范围内的轮胎力。
两种典型的测量方法： 实车中安装一个测试轮胎； 是转鼓实验台上测试轮胎。
3、轮胎模型
基于实测数据的轮胎经验模型 插值法： 数据太少，插值不可靠；数据太多，插值过于复杂。 超出测试点之外的插值法通常不可靠。 不如数据拟合函数可靠。被函数拟合取代 简单函数拟合法
1）斜交胎规格：用B-d表示，B为轮胎名 断面宽度，d为轮辋名义直径代号。
2）子午线轮胎规格：用BRd表示，
R代表子午线轮胎。目前国产轿车子午线轮胎 有80，75，70，65，60五个系列。
轮胎结构发展
轮胎是典型的粘弹性结构，其材料组成十分复杂（橡 胶41%、炭黑37%、油18%、化学物质等）。
轮胎模型
根据车轮动力学研究内容不同：
纵滑模型：预测车辆在驱动与制动工况下的纵向力 侧偏模型和侧倾模型：预测轮胎的侧向力和回正力矩 垂向振动模型：用于高频垂向振动的评价
3、轮胎模型分类
经验模型
根据轮胎的实验数据，通过插值或函数拟合方法给出预 测轮胎特性的公式
物理模型
根据轮胎与路面之间的相互作用机理和力学关系建立模 型，旨在模拟力和力矩产生的机理和过程
橡胶混合物的材料构成、胎面花纹以及内部结构都是 决定轮胎品质的重要因素。
其结构特性直接影响了轮胎的物理特性，包括前进方 向所受的滚动阻力、车轮所提供的垂向减振与缓冲作 用，以及为车辆提供侧向转向力的能力。
下面以德国新倍力（Semperit)轮胎为例说明轮胎的 发展进程
3、轮胎模型
描述了轮胎六分力与车轮运动参数之间的数学关 系，即轮胎在特定工作条件下的输入和输出之间 的关系。
车轮运动参数
滑动率S (滑转/滑移）
车轮相对于纯滚动（或纯滑动）状态的偏离程度，是
影响轮胎产生纵向力的一个重要因素。0 < s < 1
驱动：雪天打滑 制动：完全抱死
s rd uw 100 %
uw
s uw rd 100 %
uw
车轮运动参数
轮胎侧偏角
是影响轮胎侧向力的一重要因素，定义为车轮平面与 车轮中心运动方向的夹角
车轮平面与地平面的 交线取为X轴，规定 向前为正
Z轴与地面垂直规定 为正
Y轴在地平面上规定 面向车轮前进方向时 指向左方为正
车轮运动参数
轮胎径向变形
车辆行驶过程中遇到路面不平度影响而使轮胎在 半径方向上产生的变形，定义为无负载时的轮胎 半径与负载时的轮胎半径之差
式中：r t -----无负载时的轮胎半径； r tf -----负载时的轮胎半径。
按轮胎结构特点分为： 斜交轮胎；子午线轮胎。
按轮胎胎面花纹可分为： 普通花纹轮胎、混合花纹轮胎、越野花纹轮胎；
按充气大小分为： 高压、 低压、 超低压
二、轮胎结构特点
普通斜交轮胎：
普通斜交轮胎：
优点：外胎面柔软；制造容易；噪音小；价格低；
缺点：轮胎易磨损；高速时的稳定性差；受侧向力时 接地面积变小，抗侧向力能力差；承载能力小。
子午线轮胎的特点： 优点：接地面积大，附着性能好，磨损少，寿命长
胎冠较厚，行驶时变形小，可降低油耗； 帘布层少，胎侧薄，散热性好； 径向弹性大，缓冲性好、负荷能力大； 承受侧向力时，接地面积基本不变，行驶稳定性 好。 缺点： 胎侧薄且软，胎冠厚，在过渡区容易产生裂纹 制造技术要求高，成本高。
轮胎的规格与标记
★另設計 抗切割
★世界高
1、概述
作用：轮胎是车辆重要的组成部分，功能包括：
支撑整个车辆； 与悬架元件共同作用，抑制由路面不平引起的振动
与冲击； 传递纵向力以实现加速、驱动和制动； 传递侧向力，为车辆提供转向并保证行驶稳定性
轮胎的要求
有足够的强度和寿命、气密性好，保持行驶安全； 良好的弹性和阻尼特性，噪声小，保证乘坐舒适和安全； 胎面花纹要增强与地面的附着性，保证必要的驱动力和制
复合函数拟合法：
3、轮胎模型
基于实测数据的轮胎经验模型
简单函数拟合法
大多情况下．轮胎侧向力F、与侧偏角，侧向力与垂直载荷的关系 可近似用指数函数形式表达如F：