轮胎翻倾力矩特性的理论及试验研究
轮胎力和力矩建模、试验与仿真
中心 面前进 方 向为正 。Ｙ轴定 义 为车 轮旋 转轴 在 地 平面 上 的投影 线 ， 定 车 轮前 进 方 向的 右方 为 规
正 。 轴 为地平 面 的垂线 ， 定 向下 为 正 ， 而保 规 从
证 坐标 系符合 右手 坐标 系原 则 。
中图分类号： ＴＱ３ ６ ． ； ４ ． ２ ３ ．１ １ Ｑ２ １ ８ 文 献标 志码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ０ ６ ８ ７ （ ０ ２ ０ — ２ ３０ １ ０ — １ １ ２ １ ） ５０ ６ — ８
轮胎 是 汽车 的 重 要部 件 ， 轮胎 在 接 地 区域 内 产生 的力 和力 矩 是 使 汽 车产 生 驱 动 、 动 和 转 向 制 等运 动 的根本 原 因 。力 和力 矩作 为轮胎 重要 的外 特性 直接 影 响车辆 的操 纵 稳 定 性 、 坐 舒适 性 以 乘 及 制 动 （ 动 ） 性 能 。对 整 车多体 动力 学分 析 而 驱 等 言， 轮胎 力 和力矩 是 系统仿 真 中 的重 要输 入 ， 得到 精 确 的轮胎 力和 力矩 数值 是保证 车 辆动力 学 分析 可靠 的前提 。明确轮胎 力 和力矩 的产生 和作用 机
、 Ｌ
驶 方 向
确计 算 ， 对轮 胎及 车辆 的结 构 设计 和性 能 优 化 都
有极 其重 要 的意义 。 １ 轮 胎 力和 力矩描 述和 定义 对 轮胎 力 和力矩 的描 述一 般在 标 准坐标 系 中 进行 ， 在此 介 绍 最 为 常 用 的 美 国 Ｓ ＡＥ 轮 胎 坐 标 系 ， 图 １ 示 。 由于轮 胎力 和力矩 来 源于地 面 ， 如 所
设 备 和测 试 方 法 并 分 析 侧 向 力 、 正 力矩 等外 特 性 曲线 特 征 。基 于混 合 拉 格 朗 日一 拉 有 限元 理 论 （ Ｅ） 提 出 一 种 回 欧 ＭＬ ，
轮胎磨损颗粒物排放特性研究现状综述
1 导言
新世纪以来，我国机动车保有量快速增 加，尤其是新能源汽车得到快速发展，而机 动车相关排放则直接影响群众健康。汽车排 放分为尾气排放和非尾气排放：尾气排放， 有着长期的深入研究基础和立法管理，已被 大众多熟知；非尾气排放，主要包括轮胎和 制动衬片的磨损颗粒排放，在一定意义上属 于新研究领域，国内外研究相对较少 [1,3]。据 研究表面，轮胎磨损、衬片磨损、道路扬尘 等非尾气的排放在一定条件下能够占到空气 中 PM 的 50%[2]。轮胎磨损颗粒物（TWPs）， 是车辆行驶时轮胎与地面摩擦后产生的微小 颗粒，是非尾气排放的重要组成部分，也是 大气中颗粒物的重要来源。对新能源汽车来 说，车辆自身尾气排放明显减少，甚至为 0（纯 电动汽车），非尾气排放显的尤为重要 [4]。本 为以轮胎磨损颗粒为对象，结合 UN WP29 GRPE PMP（联合国世界车辆法规协调论坛 污染和能源工作组 颗粒测量程序非正式工作 组，以下简称“PMP 工作组”）中轮胎磨损 颗粒排放工作开展情况，简要介绍国内外轮 胎磨损颗粒排放特性研究现状。
趾口钢丝
轮胎磨损后，以颗粒物形式释放到空气、 道路路面、土壤或河流中。图 3、图 4 为颗粒 物物理特征图。据 PMP 工作组研究 [9]：轮胎
张 静 [4] 通 过 实 验 室 台 架 模 拟 技 术 对 轮 胎磨损颗粒物开展研究：对数量粒径分布， 轮胎磨损颗粒的数量主要为超细颗粒物，浓 度 峰 值 多 出 现 在 100nm 以 下； 对 质 量 粒 径 分 布， 轮 胎 磨 损 颗 粒 的 质 量 主 要 是 细 颗 粒 物和粗颗粒物，浓度峰值多出现在 0.5μm
标准名称
Determination of the mass concentration of tire and road wear particles （TRWP）—Pyrolysis-GC-MS method
Giti轮胎力学特性试验
10.16638/ki.1671-7988.2020.22.041Giti轮胎力学特性试验杨飞1，蒋传宇1，付兴超2,杨钧浩3(1.成都浩野云教育科技有限公司，四川成都610100；2•会东县职业技术学校，四川凉山615200；3•四川建安工业有限责任公司，四川成都610100)摘要：文章对Giti comfort228_205/55R1691H轮胎进行轮胎力学特性试验，定制轮胎力学特性的试验方法，数据处理方法及指标，共完成的轮胎力学特性试验如下：纯侧偏、纯侧倾、侧偏侧倾复合工况试验、纯纵滑、有效滚动半径、径向刚度、侧向刚度、纵向刚度、扭转刚度。
关键词：轮胎力学特性；轮胎试验；Giti中图分类号：U463.341文献标识码：A文章编号：1671-7988(2020)22-119-03Giti tire mechanical properties testYang Fei1,Jiang Chuanyu1,Fu Xingchao2,Yang Junhao3(1.Chengdu Haoyeyun Education Technology Co.,Ltd.,Sichuan Chengdu610100;2.Huidong County Vocational and Technical School,Sichuan Liangshan615200;3.Sichuan Jian'an Industry Co.,Ltd.,Sichuan Chengdu610100)Abstract:In this paper,Giti comfort228_205/55R1691H tires are tested for tire mechanical properties,customized tire mechanical properties test methods,data processing methods and indicators.The tire mechanical properties tests completed are as follows:pure side slip,pure roll,side roll Composite working condition test,pure longitudinal slip,effective rolling radius,radial stiffness,lateral stiffness,longitudinal stiffness,torsional stiffness.Keywords:Tire mechanical properties;Tire test;GitiCLC NO.:U463.341Document Code:A Article ID:1671-7988(2020)22-119-03____1—刖言轮胎作为汽车与路面之间唯一的接触部件，需要承受整车的重力以及与路面间的各种作用载荷，轮胎的力学特性直接决定着汽车的各种特性，所以对轮胎的试验验证是非常重要的［1］。
汽车轮胎六分力特性预测研究进展
汽车轮胎六分力特性预测研究进展卢 荡，夏丹华*（吉林大学 汽车工程学院，吉林 长春 130025）摘要：回顾汽车轮胎六分力测试技术和汽车轮胎模型及预测研究的发展，介绍和评述了轮胎六分力的建模方法和预测机理，总结了轮胎六分力特性预测的核心问题和发展方向。
不同负荷条件下的轮胎纯侧偏或纯纵滑六分力特性预测，以及基于纯工况试验数据预测复合滑移特性已经取得一些研究成果，但模型预测范围和精度均有待提升；具有预测能力的轮胎模型可减少试验量，在产品开发效率和成本控制上均具有应用前景；高精度、高计算效率和低成本、短周期，以及可反映设计参数变化的轮胎模型研究是模型发展的重要方向。
关键词：汽车轮胎；六分力；测试技术；模型；预测中图分类号：TQ336.1 文章编号：1006-8171（2021）03-0185-05文献标志码：A DOI ：10.12135/j.issn.1006-8171.2021.03.01851888年，邓禄普发明了充气轮胎。
之后，汽车的发明使充气轮胎得到广泛的应用与发展。
当汽车成为轮胎的目标市场后，从起初的安全性到轮胎力对于汽车操纵稳定性及平顺性的重要性，汽车轮胎的相关研究逐渐受到重视[1-6]。
美国Smithers 公司Potting 教授明确提出：“轮胎六分力[7]测试是打开通往车辆动力学研究大门的钥匙”。
2012年前后，中国自主品牌汽车及轮胎行业意识到正向开发过程中轮胎力学特性的重要性，中策橡胶集团有限公司和安微佳通轮胎有限公司率先引进了美国MTS Flat -trac CT 型六分力测试设备，之后中国汽车技术研究中心、中国第一汽车集团有限公司等又陆续引进了10余台。
据调研，国内部分轮胎企业甚至购置了两台六分力试验机。
这说明轮胎六分力对于汽车及轮胎开发具有重要的意义，但同时说明了轮胎模型过于依赖大量的六分力试验数据。
现阶段，轮胎六分力测试及建模主要存在如下问题。
（1）经验或半经验轮胎模型对试验数据需求量大，试验开发任务量大，试验周期长、成本高。
小型滚动轮胎摩擦特性和刚度特性的试验与数值研究
图 ６ α 为 ０ 时Ｆ ° ±１ ０ ° ｘ 与 α 的关系
出了平均 Ｆｘ 和测量 上 界 及 下 界 。 从 图 ７ 可 以 看 出： 将测量结果与数值结果进行比较 ， 采用粘弹性 模型的数值结果 的 定 性 符 合 良 好 ； 无论模型还是 试验 ， 滚动阻力随负荷增大而增加 ， 这说明阻尼是 模型的主要部分 ， 因此比较两种摩擦模型时采用 粘弹性材料 模 型 。 两 种 模 型 与 试 验 定 性 吻 合 ， 准 侧滑角附近的三角形 。 确预测 ０ °
第９期
小型滚动轮胎摩擦特性和刚度特性的试验与数值研究 Ｒ． ｖ ａ ｎ ｄ ｅ ｒ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｎ等 ．
５ ６ ７
如 图 ３ 所 示） 取在轮胎 Ａ ｂ ａ ｕ ｓ坐 标 系 原 点 位 置 （ ｑ 中心 ， ｘ 轴为周向 ， ｙ 轴为侧向 。 摩擦盘中心为 侧 偏角函数 ， 计算如下 ： （ ） ｘ ｉ ｎ ｒ α ｄ ＝－ｓ （ ） ｏ ｓ ｒ α ｙ ｄ ＝ｃ 。 间距 （ １ ６ ５ｍｍ） （ ） １ （ ） ２
５ ６ ６
轮 胎 工 业 ２ ０ １ ２ 年第 ３ ２卷
试验过程中利用伺服控制加载油缸 ４ ０～１ ４ ０Ｎ， 保持试验负 荷 恒 定 。 摩 擦 盘 转 动 方 向 为 顺 时 针 ， 试验速度 （ 为 ０． ｖ） ０ ０ ２ ～１ ０ ０ｋ ｍ·ｈ 。 除 了 磨 在更低速 度 范 围 还 可 以 测 量 胶 料 在 不 同 耗试验 ，
表 １ 二维模型部件的几何数据
部 件 轮胎 隔离盘 侧盘片 内半径 １ ６． ５ １ ５． ０ ８ 外半径 ３ ９ １ ７． ５ ３ ０ 厚度 １ ８ １ ５． ０ ４
ｍｍ
隔离盘外直径略大于轮胎 从表 １ 可以 看 出 ， 内直径 ， 由隔离盘 与 侧 盘 片 一 同 作 用 对 轮 胎 施 加 预应力 ， 轮胎轴向变形试验测定值为０ ． ６ ｍｍ。 隔离盘和侧盘片 硬 度 均 比 胶 料 大 很 多 ， 因此将其 模拟为刚体 。 用线性混合四节点轴对称单元模拟 轮胎截面 。 基于试验得到的加载／卸载曲线 ， 采用 范德华应变能量函数描述胶料的超弹性行为 。 利 用材料模 型 将 线 性 粘 弹 性 项 与 长 期 超 弹 性 项 相 。 加， 引 入 阻 尼。 利 用 Ｐ ｒ ｏ ｎ ｂ ａ ｕ ｓ ｙ级数导入 Ａ ｑ ） 和损耗模量 Ｐ ｒ ｏ ｎ Ｇ ′ ｙ 级数 根 据 剪 切 储 能 模 量 （ （ ） 的试验谱数据拟合 。 初始步所有部件都按预 Ｇ ″ 定位置放置 ， 以致部件间产生搭界 。Ａ ｂ ａ ｕ ｓ 具有 ｑ 一项特殊功能 ， 可先解决超闭合问题 ， 再执行其他 仿真步骤 。 一旦 解 决 搭 界 问 题 ， 即可改变摩擦属 性， 以避免实心轮胎和固定装置之间的滑动 。 从图 ２ 可以 看 出 ， 固定范围以外应力分布相 ， 。 等 简化模型近似良好 因此 ， 选用简化模型完全 避免了固定装置 的 三 维 接 触 ， 节省三维模型计算 时间 。 ２． ２ 三维模型 采用周向非均匀离散来离散三维模型 。 一般 三维八节点线性混合块单元组成 ７ 每 ０ 个扇形区 ， 个节点有 ３ 个有效平动自由度 。 扇形角度从接触 。 将二维模型计 算 区至轮胎顶部为 ０． ７ ５ ° ０． ５ ° ～１ 得到的应力和应 变 变 换 到 以 上 各 扇 形 区 ， 计算其 平衡 态 。 摩 擦 盘 以 平 面 解 析 刚 体 形 式 引 入 。
轮胎侧倾侧偏稳态回正力矩特性半经验建模方法
轮胎侧倾侧偏稳态回正力矩特性半经验建模方法
随着新能源汽车的发展，汽车行业对轮胎技术支持也有着越来越高的需求。
车轮侧倾耦合稳定性问题是影响汽车操纵性能和行车安全的重要因素，因此，研究轮胎侧倾侧偏稳态回正力矩特性半经验建模方法具有重要意义。
目前，关于轮胎侧倾侧偏稳态回正力矩特性半经验建模方法的研究主要分为两个方面：一是通过对车轮侧倾稳定性的直接测试告知，建立回正力矩模型；二是基于仿真平台，模拟不同外部因素，建立回正力矩模型。
首先，通过实验测试告知法将车轮侧倾稳定性测试结果建模，从而确定车轮侧倾稳定性的回正力矩范围。
其次，利用建立的模型可以快速预测车轮侧倾稳定性的变化，以及轮胎刚度参数和外部胁力等因素对车轮侧倾稳定性的影响，从而改善车轮侧倾的操纵性能。
从仿真平台的角度，将外部因素扰动模拟到车轮侧倾稳定性系统中，根据车轮侧倾稳定性测试结果建立稳定性回正力矩模型，使得对外部胁力和参数变化的预测更加精确准确。
总之，轮胎侧倾侧偏稳态回正力矩特性半经验建模方法的研究将在今后的研究中发挥重要作用，促进汽车技术的持续进步，从而提升汽车行业的可持续发展。
轮胎动态力学特性与操控性能研究
轮胎动态力学特性与操控性能研究引言：轮胎是汽车中最重要的组成部分之一，它不仅负责支撑车体，还直接影响汽车的操控性能。
因此，对轮胎的动态力学特性及其对操控性能的影响进行研究，对于提升汽车的安全性和行驶稳定性具有重要意义。
本文将探讨轮胎动态力学特性与操控性能之间的关系，并介绍近年来在这一领域的研究进展。
轮胎力学特性的基本概念：在研究轮胎动态力学特性之前，我们需要了解一些基本概念。
首先是轮胎的接地面积，它是指轮胎与地面接触的实际面积。
接地面积的大小直接影响轮胎与地面的摩擦力，从而影响车辆的牵引力和制动力。
另一个重要的概念是轮胎的侧向力，它是指轮胎在车辆转弯时产生的横向力。
侧向力的大小与轮胎的侧向摩擦力有关，而侧向摩擦力又与轮胎的纵向力和侧向变形有关。
影响轮胎动态力学特性的因素：轮胎的动态力学特性受到多种因素的影响，包括胎压、载荷、纵向力、轮胎结构等。
胎压的变化可以改变轮胎的接地面积，从而影响牵引力和制动力的大小。
载荷对轮胎的动态力学特性同样有重要影响，过重或过轻的载荷都会导致轮胎的变形过大，影响车辆的操控性能。
此外，轮胎的纵向力对车辆的加速和制动性能起到关键作用，通过调整纵向力的大小可以影响车辆的加速度和刹车距离。
轮胎操控性能的评价指标：要评价轮胎的操控性能，需要考虑多个指标，包括抓地力、刹车性能、转向灵敏度等。
抓地力是指轮胎和地面之间的接触力，它直接影响轮胎与地面的摩擦力，决定了车辆在转弯或行驶时的稳定性。
刹车性能是指车辆进行急刹车时制动力的大小和响应时间，它对于保证车辆的安全至关重要。
转向灵敏度则体现了轮胎对方向盘操控的响应程度，越灵敏的轮胎响应速度越快，车辆的操控性能也越好。
轮胎动态力学特性与操控性能的研究进展：近年来，随着汽车工业的快速发展，对轮胎动态力学特性与操控性能的研究也取得了显著进展。
一方面，采用先进的测试设备和技术，可以对轮胎进行力学特性的全面检测，例如通过测量轮胎的接地面积、侧向力和侧滑角等参数，来评估轮胎的动态性能。
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）。
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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。
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二、 轮胎力和力矩试验
3、SAE轮胎坐标系
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
2006-7-4
二、 轮胎力和力矩试验
4、 轮胎的侧偏特性
4）翻转力矩(Mx)的产生 由于法向力沿轮胎印痕短轴的分布不对称，法向力的位置偏离轮胎接地 中心，于是产生使车轮倾倒的翻转力矩Mx。 Mx=Fz*b Mx---翻转力矩,N.m;Fz ---法向力,N;b ---法向力中心至接地中 心的距离，m
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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 具有外倾角的车轮滚动时，或车轮在具有横坡的道路上滚动时，在轮胎的接 地面上也产生侧向力（Camber thrust)、回正力矩和翻转力矩。 1）回正力矩 (Mz)的产生 回正力矩由二部分组成： a)侧向力在轮胎印痕长轴上的分布不对称引起的力矩。 b) 由于侧倾车轮的两侧半径不等，使纵向力Fx 在印痕短轴上的分布不对称， 也产生回正力矩 Mz=Fy*a+Fx*b Fy ---侧向力,N; a ---侧向力中心至接地中心的距离，m Fx ---纵向力,N; b ---纵向力中心至接地中心的距离，m
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二、 轮胎力和力矩试验
3、SAE轮胎坐标系
3.9相对车轮转轴定义的轮胎力矩 车轮力矩T（Wheel Torque）：由车辆施加到轮胎上相对于车轮转轴的外 力矩，图示方向为正。 驱动力矩（Driving Torque）：正的车轮力矩。 制动力矩（Braking Torque）：负的车轮力矩。 3.10相对轮胎行驶方向定义的轮胎力 牵引力（Tractive Force）：轮胎力矢量沿轮胎接地中心行驶方向的分量。 阻力（Drag Force）：与牵引力方向相反的力。
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重型车辆轮胎原地转向阻力矩研究
重型车辆轮胎原地转向阻力矩研究张小江;丁宏刚;朱亚夫;赵建国;陈建凯【摘要】Steering resisting moment between tire and the ground during spot turn is important to match steering system. Taking into account that the empirical formula of steering resistance in situ couldn't describe the relation between steering resistance torque and tire rotations.It conducted real vehicle tests for steering resistance in situ, and also introduced the Lugre model into the analysis of steering resistance in situ, and got good agreement.Test and analysis indicate that the relationship between steering resistance torque and tire rotations is nonlinear,and the resistance increases with the increase of the wheel rotation,and in finally tended to be a constant value.The Results can provide a certain theoretical and experimental foundation for improveing the matching design,safty and reliability of the hydraulic power steering system.%轮胎原地转向特性对转向系统设计匹配至关重要.针对原地转向阻力矩经验公式不能描述转向阻力矩和轮胎转角之间关系这一问题,对轮胎原地转向阻力矩进行了实车测试,并将Lugre模型引入原地转向阻力矩的分析中,得到了很好的一致性.试验和分析表明:轮胎原地转向阻力矩和车轮转角呈非线性关系,阻力矩随着车轮转角的增加逐渐增大,最终趋于一个定值.该研究对重型车辆液压助力转向系统的匹配设计、安全性和可靠性提供了一定的理论依据和试验参考.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2013(000)001【总页数】3页(P217-219)【关键词】重型车辆;原地转向;转向阻力矩;Lugre模型【作者】张小江;丁宏刚;朱亚夫;赵建国;陈建凯【作者单位】吉林大学机械科学与工程学院,吉林长春130022;徐工集团徐州重型机械有限公司,江苏徐州221004;徐工集团徐州重型机械有限公司,江苏徐州221004;徐工集团徐州重型机械有限公司,江苏徐州221004;徐工集团徐州重型机械有限公司,江苏徐州221004【正文语种】中文【中图分类】TH16;TH213.6;U463.341+.11 引言轮胎转向阻力矩直接关系到车辆机械转向系统、液压助力转向系统的匹配设计，而轮胎在原地转向时所产生的阻力矩是最大的。
轮胎动力学特性及模型分析
在对车辆操纵稳定性的稳态特性进行仿真时，可以使用由 H.B.Pacejka教授提出的魔术公式来对轮胎实验数据进行拟合。魔术公 式是一组三角函数组合公式，在侧向加速度≤0.4 g、侧偏角≤5º情况 下，对普通轮胎有很高的拟合精度[4]。纵向力学特性方程如下。
（1） 侧向力学特性方程如下。
（2） 回正力矩力学特性方程如下。
1 轮胎模型基本参数
轮胎基本尺寸常标于轮胎侧面，如195/55R16，其中195代表轮 胎名义断面宽度为195 mm；55代表轮胎扁平比，是轮胎高度与名义 断面宽度之比；R代表子午线轮胎；16代表轮辋直径[1]。轮胎模型的 基本参数为名义载荷、空载轮胎半径、名义气压和车轮质量。
2 轮胎动力学特性 2.1 纵向力学特性
加速和制动时所需的摩擦力来自于轮胎滚动速度和行驶速度之 间的差值，这个差值可以用滑动率κ来进行表示。车轮自由滚动时其 滑动率为0%，车轮抱死时滑动率为100%。干路面上，轮胎刚开始 滑动时，能够产生的摩擦力随滑动率增加而显著增加，在滑动率接近 15%～20%时，其附着力达到最大值。滑动率超过该点抱死车轮的车辆，在干路面上能够缩短制动距离的理论依据。 2.2 侧向力学特性
轮胎回正力矩有别于由主销后倾导致的回正力矩，轮胎回正力矩 是由于充气轮胎前进过程中，接触区相对车轮接触中心不对称变形导致 的。车轮实际接触位置一般在车轮平面以后，车轮受到的侧向力所形成 的合力作用点，位于轮胎接地印迹几何中心后方，该偏移距离称为“充气 轮胎拖距（pneumatic trail）”，回正力矩大小等于侧向力×轮胎拖距。轮胎 产生的回正力矩本身对车辆影响较小，但由于其作用于转向系统，通过 转向系统而引起转向变形角，可对车辆转向不足梯度产生重要影响。 2.4 附着椭圆
汽车轮胎动力学及性能评价研究
汽车轮胎动力学及性能评价研究随着汽车工业的发展，车辆的性能和安全性成为汽车制造商和消费者关注的重要方面。
而轮胎作为车辆与地面之间的唯一接触点，其动力学和性能评价研究变得至关重要。
在本篇文章中，将重点探讨汽车轮胎动力学及性能评价的研究现状和方法。
首先，我们将从动力学的角度来介绍汽车轮胎的研究。
汽车轮胎的动力学研究主要包括力学特性、刚度、变形和摩擦等方面。
轮胎的力学特性主要包括侧向、纵向和径向刚度。
侧向刚度反映了轮胎在转弯时的抓地能力，而纵向刚度则与轮胎的加速和制动能力有关。
径向刚度则决定了轮胎在行驶过程中的承载能力和稳定性。
另外，轮胎的变形也是一个重要的动力学特性。
轮胎在汽车行驶过程中会出现一定的变形，如压缩、伸展和弯曲等。
这些变形对轮胎的性能和安全性有着重要影响。
摩擦则是轮胎与地面之间传递力的关键因素。
轮胎的摩擦特性影响了汽车的抓地能力、操控性和燃油效率等。
除了动力学特性外，轮胎的性能评价研究也是非常重要的。
轮胎的性能评价主要涉及到耐磨性、抗剪切性、抗破裂性、抗老化性和抗腐蚀性等方面。
耐磨性是指轮胎在长期行驶中所能承受的摩擦磨损。
轮胎的抗剪切性则决定了其能否承受转向和加速等动力学力的作用。
抗破裂性和抗老化性则关系到轮胎的使用寿命和安全性。
另外，轮胎还需要具备抗腐蚀性以应对恶劣的环境条件。
为了研究汽车轮胎的动力学和性能评价，学者们采用了多种方法。
实验方法是其中最常见的研究方式之一。
通过在实验室中创建各种条件下的试验环境，研究人员可以准确地测量和分析轮胎的力学特性和性能。
此外，建立数学模型也是常用的研究方法之一。
通过数学模型的构建，研究人员可以模拟轮胎在不同条件下的力学特性和性能。
计算机模拟则是数学模型的延伸，通过建立计算机模型可以更加准确地模拟和分析轮胎的动力学和性能评价。
尽管汽车轮胎动力学及性能评价的研究已经取得了一定的进展，但仍然存在一些挑战和问题需要解决。
首先，轮胎的动力学和性能评价受到多种因素的影响，如温度、载荷、速度和路面条件等。
汽车轮胎稳态纵滑特性试验方法
轮胎稳态纵滑特性试验方法（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。
轮胎式滑移装载机转向阻力矩分析_郭亚朝
M＝M1+ Ff x1+ Fr y1＝0.629 5 Gb + fGx1+ Gy1。 (4)
设 a＝b，得出单个车轮绕接地中心转动时的阻力矩 (3)
2 轮胎式滑移装载机转向形式分析
设轮胎式滑移装载机转向时左侧车轮运动速度为 v1，右侧车轮运动速度为 v2。当只有前轮驱动时，整 机的转向过程如图 3(a) 所示。在实际工况中，轮胎式 滑移装载机主要是四轮驱动，转向半径的大小由左右 两侧车轮的运动情况决定。当左右两侧车轮同向运动 时，转向过程如图 3(b) 所示；当左右两侧车轮运动方 向相反，大小相等时，转向过程如图 3(c) 所示；当一 侧车轮制动，另一侧车轮驱动时，转向过程如图 3(d) 所示。设轮距为 B，轴距为 L，上述 4 种情况下整机 的转向角速度 v1 v2 ＝─ (5) ─ ─ ─＝ ─ ─ ─ ─， R -0.5B R +0.5B 转向半径可以统一表示为[4] B(v1+v2) R＝ ──── 。 2(v2-v1)
(1)
式中：p 为接地比压，MPa； 为轮胎与地面之间的 滑动摩擦系数；G 为作用在轮胎上的垂直载荷，N。 车轮受到的阻力矩 M＝∫dM＝∫ pL dA， 即 M＝4=∫
a arc ─── 2cos
pr 2 dr d +∫
b arctan ─ a
0
∫0
a ─── 2cos
滑 履带式滑移装载机两种。滑移式装载机通常采
移装载机按行走方式分为轮胎式滑移装载机和 用轮式通用底盘，全轮驱动，通过控制两侧车轮的线 速度差来实现滑移转向。由于其转向半径小，非常适 合狭小的作业场地[1]。对于轮胎式滑移装载机而言， 转向阻力矩分析是转向系统设计的理论基础。在以往 转向阻力矩的研究中，轮胎接地面大多简化为圆形，
轮胎侧倾力学特性模型
轮胎侧倾力学特性模型
郭孔辉
【期刊名称】《汽车技术》
【年(卷),期】1993(000)010
【摘要】轮胎的力学特性对汽车的运动与车轮定位参数的合理选择有重要的影响。
本文在轮胎结构模型的基础上导出轮胎侧倾时的侧向力，回正力矩与滚动阻力特性表达式。
讨论了轮胎对汽车运动性能仿真及车轮定位参数匹配的影响等有问题。
【总页数】4页(P1-4)
【作者】郭孔辉
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】U463.341
【相关文献】
1.跑气保用轮胎侧倾滚动力学性能有限元分析 [J], 薛梓晨;贺建芸;唐霞;邓世涛;杨
卫民;焦志伟
2.轮胎侧偏动力学特性的计算机仿真 [J], 黄志刚;李德胜
3.带复杂花纹轮胎侧倾接地性能有限元分析 [J], 杨守彬;束长东;束永平
4.滚动轮胎侧倾状态接地摩擦性能有限元分析 [J], 程钢;赵国群;管延锦
5.滚动轮胎侧倾接地性能有限元分析 [J], 程钢;王卫东;赵国群;管延锦
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汽车动力学仿真的轮胎翻倾力矩特性动力学模型
汽车动力学仿真的轮胎翻倾力矩特性动力学模型
卢荡;郭孔辉
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2004(004)007
【摘要】轮胎翻倾力矩特性对汽车倾翻的研究有重要影响,也是导致轮胎有效侧倾角的主要因素,对轮胎力学特性理论建模有重要意义.从理论及试验两个方面阐明了翻倾力矩的产生机理.推导了轮胎翻倾力矩的理论模型,进行了模型参数的试验辨识,给出了模型计算结果与试验数据的对比曲线.
【总页数】4页(P601-604)
【作者】卢荡;郭孔辉
【作者单位】吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室.长春,130025;吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室.长春,130025
【正文语种】中文
【中图分类】U463.341
【相关文献】
1.汽车动力学仿真中轮胎模型的建模 [J], 杜峰;闫光辉;关志伟
2.汽车车身输送中存在的翻倾力矩 [J], 王亮亮;牛保帅;任合飞;吴传勇
3.汽车车身输送中存在的翻倾力矩 [J], 王亮亮;牛保帅;任合飞;吴传勇
4.轮胎翻倾力矩特性的理论及试验研究 [J], 卢荡;郭孔辉
5.悬架侧倾特性参数及动力学仿真 [J], 赵亦希;黄宏成;刘奋
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K2 = K21 + K22 FzN + K23 F2zN
(8)
M xR = M xR1 + M xR2 FzN + M xR3 F2zN
3 轮胎试验及模型参数的辨识
在美国通用汽车公司 TWS 实验室的平带式 轮胎试验台上进行了 P235/ 65R16 轮胎的侧偏特
卢 荡 讲师
Experimental and Theoretical Study on Tire Overturning Moment Property L u Dang Guo Konghui
J ilin University ,Changchun ,130025 Abstract :The causes of tire overt urning moment (abbreviated as TOM below) generation were first
表 2 模型参数的辨识结果
K11
K12
K13
K21
406. 04 - 6457. 3 4332. 2 41. 966
M xR1
M xR2
M xR3
1. 0023
5. 4005
- 1. 6551
K22
K23
71. 033 3. 7337
Kc0 4. 9403 ×105
4 结论
本文研究了轮胎翻倾力矩的产生机理 ,提出 了翻倾力矩形成的印迹偏离效应及胎体有效侧倾 效应 ,并基于此建立了轮胎翻倾力矩的理论模型 ,
参考文献 : [ 1 ] 郭孔辉. 汽车操纵动力学. 长春 :吉林科学技术出版
社 ,1991 [ 2 ] Guo K , Ren L ,Lu D. On t he Non - steady Compre2
hensive Tire Model Associated wit h Lateral Slip Turn - slip and Camber. 5t h International Symposium on Advanced Vehicle Control , Ann Arbor , 2000 [3 ] Guo K H ,Lu Dang , Ren L . A Unified Non - steady Non - linear Tyre Model Under Complex Wheel Mo2 tion Inputs Including Extreme Operating Conditions. J SA E REV IEW , 2001 ,22 (4) :396～402 [4 ] 郭孔辉 ,卢荡. 轮胎稳态侧倾力学特性理论建模. 中国机械工程 ,2001 ,12 (5) :589～591
(b) 负载半径与侧偏角关系曲线 1. 载荷为 1400N 2. 载荷为 4200N 3. 载荷为 7000N
4. 载荷为 9000N 5. 载荷为 11200N 图 6 轮胎侧向力及负载半径试验结果
利用本文提出的轮胎翻倾力矩模型 ,对试验 数据进行了处理 ,辨识得到所有模型参数见表 2 , 模型的计算结果见图 7 。
倾效应的非线性关系 , 则胎体有效侧倾效应产生 的翻倾力矩可表示为
M x2 = K1γN + ( K2γN) 3
(4)
γN
=
γe FN
(5)
FN
=
Fz Fz0
(6)
式中 , K1 、K2 为刚度系数 , 表示为载荷的函数 , 由试验数
据辨识得到 ;γN 为名义胎体有效侧倾角 ; FN 为名义载荷 ;
轮胎翻倾力矩特性的理论及试验研究 ———卢 荡 郭孔辉
轮胎翻倾力矩特性的理论及试验研究
卢 荡 郭孔辉
吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室 ,长春 ,130025
摘要 :分析了轮胎翻倾力矩的产生机理 ;提出了导致翻倾力矩的印迹偏 离效应和胎体有效侧倾效应 ; 建立了轮胎翻倾力矩特性的理论模型 ; 基于 P235 / 65R16 轮胎试验数据 ,进行了模型参数的试验辨识并给出了模型仿 真计算结果 。研究结果对深入研究汽车系统动力学及轮胎力学特性理论有 一定意义 。 关键词 :轮胎 ;翻倾力矩 ;理论及试验研究 ;仿真 中图分类号 :U461 文章编号 :1004 - 132 Ⅹ(2004) 15 - 1317 - 03
(编辑 郭 伟)
作者简介 :卢 荡 ,男 ,1972 年生 。吉林大学汽车动态模拟国家 重点实验室讲师 、博士 。主要研究方向为轮胎力学特性的试验 、 建模及仿真 。发表论文 6 篇 。郭孔辉 ,男 ,1935 年生 。吉林大学 汽车动态模拟国家重点实验室主任 、教授 、博士研究生导师 ,中国 工程院院士 。
Key words :tire ;overt urning moment ;t heoretical and experimental st udy ;simulation
0 引言
轮胎作为汽车与路面接触的唯一部件 ,其力 学特性的深入研究对汽车动力学的发展有重要意 义[1 ] 。在以往的研究中 ,人们更多关注轮胎的侧 向力 、纵向力及回正力矩特性 ,而对轮胎翻倾力矩 (tire overt urning moment , TOM) 特性 的 研 究 较 少 。事 实 上 , 轮 胎 翻 倾 力 矩 特 性 对 汽 车 翻 倾 ( Rollover) 的研究有重要影响[2～4 ] ,因此为了研究 汽车在一些极限工况下的动力学特性及进一步完 善轮胎力学特性的理论建模 ,必须建立精确的轮 胎翻倾力矩特性模型 。
图 1 轮胎 ISO 坐标系
1 轮胎翻倾力矩产生机理
轮胎与路面的接触区域称为轮胎的接地印迹 (简称接地印迹) ,正是在这个区域内 ,轮胎与路面 相互作用 ,产生使汽车实现各种运动 (如转向 、驱 动 、制动) 的力 ,图 1 为轮胎 ISO 坐标系 。
理论分析轮胎翻倾力矩产生机理时 ,假设轮 胎结构完全对称 ,无胎体锥度及帘布层转向效应 , 且轮胎只侧偏滚动 。当轮胎直线行驶时 (α = 0) ,接地印迹内应力分布见图 2 , 垂直应力合力作 用在 xoz 平面 ,轮胎的翻倾力矩为零 。
图 3 轮胎小侧偏角小载荷时的翻倾力矩
图 4 轮胎大侧偏角较大载荷时的翻倾力矩
从图 5 所示的轮胎试验结果也可以得出上述
1. 载荷为 1400N 2. 载荷为 4200N 3. 载荷为 7000N 图 5 轮胎翻倾力矩的试验结果
结论 。在轮胎垂直载荷为 1400N 时 ,轮胎的胎体 有效侧倾效应大于印迹偏离效应 ,在正侧偏角时 形成正的翻倾力矩 ; 当轮胎垂直载荷为 4200N 时 ,在侧偏角约 ±5°范围内 ,轮胎的胎体有效侧倾 效应大于印迹偏离效应 ,在正侧偏角时形成正的 翻倾力矩 ,在此范围之外轮胎的胎体有效侧倾效 应小于印迹偏离效应 ,在正侧偏角时形成负的翻 倾力矩 ; 当轮胎垂直载荷为 7000N 时 ,轮胎的胎 体有效侧倾效应小于印迹偏离效应 ,在正侧偏角
·1318 ·
时形成负的翻倾力矩 。
2 轮胎翻倾力矩的建模
从上述轮胎翻倾力矩产生机理的分析可知 , 轮胎翻倾力矩的建模关键在于如何表达印迹偏离 效应及胎体有效侧倾效应 。印迹偏离效应与轮胎 所受侧向力 Fy 有关 , 若胎体的侧向平移刚度为 Kc0 ,则印迹偏离效应产生的翻倾力矩可表示为
M x1
=
·1317 ·
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中国机械工程第 15 卷第 15 期 2004 年 8 月上半月
印迹内垂直压力分布 ,有产生正翻倾力矩的趋势 ———形成胎体有效侧倾效应 。这两种效应综合作 用的结果将导致轮胎小侧偏角 、小载荷滚动时产 生正的翻倾力矩 ,轮胎大侧偏角 、较大载荷滚动时 产生负的翻倾力矩 ,见图 3 、图 4 。
现代子午线轮胎 , 胎体带束层的侧向弯曲柔
度很小 ,在轮胎侧倾角为零时 ,可近似认为有效侧
倾角与胎体侧倾角 γc 相等 , 令 Rl 表示在轮胎旋
转中分平面内 ,轮心与轮胎接地印迹中心的距离 ,
即轮胎负载半径 ,如图 4 所示 ,则胎体在印迹内的
有效侧倾角可表示为
γe
=
Fy Kc0
1 Rl
(3)
考虑到印迹内胎体有效侧倾角与胎体有效侧
st udied , and effect s of Patch Shift & Carcass Effective Camber were presented. The t heoretical model of TOM was developed , and based on t he tire test data of P235 / 65R16 , t he parameters of t he model were i2 dentified , and t hen t he simulation result s wit h TOM model were presented. This paper has certain signifi2 cance for f urt her st udying vehicle dynamics and tire properties.
·1319 ·
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收稿日期 :2003 - 12 - 08 基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (50175044) ;国际科技 合作计划资助重点项目 (2003AA501950)
图 2 轮胎直线自由滚动时的翻倾力矩
当轮胎以正侧偏角滚动时 ,胎体在侧向力及 回正力矩的作用下产生侧向变形 ,使轮胎真实接 地印迹偏离理论印迹中心 , 导致产生负翻倾力矩 的趋势 ———形成印迹偏离效应 ;但同时因胎体在 印迹内的变形 ,也将使胎体在印迹内形成负的有 效侧倾角 (effective carcass camber , ECC) [2 ] ,影响