轮胎摩擦特性与胎面胶性能关系的研究

不同状态路面特别是潮湿／冰雪路面上，轮胎的摩擦特怀直接受胎面胶性能的影响。基于摩擦学原理，提出了轮胎磨擦析的分类形式，系统研究了轮胎磨擦特性和胎面胶性能间的关系。对正确解胎面磨擦力产生机理，以及对新型胎面产的研制和开发具有参考价值和实际意义。     

湿滑状态下轮胎路面摩擦特性的数值分析方法

为研究湿滑状态下轮胎路面的摩擦特性,以胎面橡胶和沥青路面作为研究对象,利用谐波叠加法建立三维粗糙路面模型,采用"伪"流体动力轴承作用等效反映路面水膜"密封"作用,综合使用有限元软件ABAQUS和计算流体动力学软件Fluent得到湿滑状态下橡胶与路面滑动接触时的橡胶接触压力、滞后摩擦力及路面水膜承载力,由此形成了综合兼顾橡胶材料、接触压力、滑动速度、路面形貌和路面水膜等多因素的轮胎与湿路面摩擦特性的仿真方法。通过橡胶与干-湿路面摩擦特性的变化与公开的试验对比,证明本方法的合理性和可行性,并进一步分析滑动速度、接触压力和路面特征对湿滑状态下轮胎路面摩擦特性的影响规律。研究结果为轮胎和路面的抗湿滑性设计及优化提供理论依据。     

对接路面轮胎瞬态侧偏特性研究

对接路面轮胎瞬态侧偏特性对于车辆方向稳定性至关重要。通过仿真与试验的手段研究对接路面轮胎瞬态侧偏特性及其机理。建立用于对接路面轮胎瞬态侧偏特性仿真的轮胎模型,通过考虑胎体复杂弹性变形,并将印迹区域内胎面单元离散处理,得到轮胎滚动过程中胎面单元的变形特性,推导出基于胎面变形的轮胎力和力矩的一般表达式。利用高-低附对接路面台架试验数据对模型进行了验证。通过仿真研究对接路面轮胎瞬态侧向力和回正力矩特性,深入分析对接路面轮胎瞬态侧偏力学特性机理以及轮胎胎体弹性、轮胎侧偏角和摩擦因数阶跃幅值对这一特性的影响。分析结果表明,胎体侧向平移刚度对侧向力松弛特性影响很显著。胎体平移刚度越大,侧向力松弛长度越短。研究工作有助于对接路面工况轮胎瞬态特性半经验建模以及车辆在对接路面上的方向稳定性分析和相关控制策略开发。     

冰面和干燥路面上轮胎侧偏特性的试验研究

采用自行研制开发的平台往复式轮胎力学静特性试验机,研究了两条规格和胶料性能相同但胎面花纹不同的子午线轮胎在干燥路面和冰面上的侧偏特性,并进行了对比分析。重点讨论了冰面温度、轮胎负荷、轮胎气压和胎面花纹等因素对侧偏特性的影响规律。结果表明:低温冰面上轮胎的侧偏特性与干燥路面上的轮胎相似,但胎面花纹对冰面轮胎的侧偏特性产生更明显影响;在允许范围内适当降低气压有利于轮胎的操纵稳定性。     

冰雪路面上轮胎摩擦特性的控制方法研究

依据轮胎摩擦学,材料学和控制学等学科理论,首次较系统地提出了轮胎摩擦牵引力及其控制方法的分类形式,分析了冰雪路面上轮胎摩擦牵引力的各种控制方法及其对摩擦牵引力的作用机理,为轮胎制造业和公路建设的发展及轮胎摩擦特性的有效控制提供了必需的知识。     

基于非均匀接触的轮胎-道路系统耦合动力学研究

为深入探讨轮胎-路面之间耦合振动,在考虑轮胎与路面的非均匀动态摩擦力基础上提出轮胎-路面-路基系统耦合模型.以Kirchhoff薄板理论为基础,建立有限长度和有限宽度板在Winkler地基上的路面结构动力学模型,为了真实描述轮胎与路面之间的耦合关系,将传统的基于线接触载荷分布的LuGre轮胎模型改进为面接触非均匀载荷分...     

汽车轮胎橡胶摩擦试验研究

介绍了所开发的轮胎橡胶摩擦试验台,提出了轮胎橡胶摩擦试验方法。在该试验台上进行了干水泥路面、冰面等工况下的轮胎橡胶块摩擦试验,对所得试验结果进行了分析、处理。初步掌握了路面、温度、垂直压力和滑移速度等因素对摩擦因数的影响。在此基础上把动摩擦的概念引入轮胎半经验模型,对现有模型进行了改进。提出了应用轮胎低速试验数据预测高速下轮胎特性的方法。     

端面摩擦磨损自动检测系统的设计

端面摩擦磨损试验可以模拟和检测面接触摩擦副的摩擦学特性。设计了端面摩擦磨损试验自动检测系统。首先在建立摩擦力和摩擦因数测量的数学模型的基础上,设计了摩擦力参数的自动检测系统,然后设计了端面试验机的智能化测控系统。使用结果表明,使用该自动检测系统的端面摩擦磨损试验机可实时检测和处理载荷、速度、温度、摩擦力和摩擦因数等参数信息,并以表格或图像曲线形式显示,有利于对试验材料的摩擦学特性变化作出实时、客观、量化的评估。     

齿轮传动齿面摩擦力研究进展

齿面摩擦力对啮合齿轮副的胶合、宏微观点蚀及传动效率有着重要的影响。研究齿面摩擦力的计算与控制方法,对啮合齿轮副的性能优化和效率提升有着显著的工程意义。基于齿面摩擦力的重要作用,国内外诸多学者从摩擦因数计算、齿面摩擦力对啮合齿轮副接触损伤与动态特性的影响等多个方面进行了全面研究,但目前仍未形成统一的计算方法和设计规范,仍存在很多技术研究上的不足,尚难在工程中得到可靠应用。通过归纳总结国内外相关文献,阐述了当前齿面摩擦力的研究现状,梳理了研究中存在的难点及关注热点;同时,对齿面摩擦力的发展趋势进行了一定的预判,以期为今后齿面摩擦力的进一步深入研究提供可以借鉴的技术方向。     

跨座式单轨列车走行轮胎磨损控制方法研究

为控制曲线工况下跨座式单轨列车走行轮胎的磨损,通过胎面橡胶摩擦特性试验提出修正的衰减指数摩擦模型,并采用有限元分析方法研究走行轮双胎的磨损特性,提出采用虚拟外倾方法控制走行轮胎磨损,采用构建曲面走行踏面的方法对虚拟外倾方法进行优化,研究表明:虚拟外倾方法使内、外走行轮胎总的摩擦功降低3.4%,但外侧走行轮胎的摩擦功偏度值增加了25%;相对于虚拟外倾方法,曲面走行踏面方法使走行轮胎总的摩擦功降低了12.9 J,外侧走行轮胎的摩擦功偏度值降低了5.17%,内侧走行轮胎的摩擦功偏度值降低了8.87%,有效降低了走行轮胎的磨损并改善了其磨损均匀分布程度。     

轮胎胎面参数在线检测系统研究及应用

为了提高汽车轮胎生产过程中对胎面尺寸的测量精度,针对移动中的橡胶胎面设计了一种测量轮胎胎面参数的在线检测系统。选用3D激光传感器,根据传感器获得的坐标数据绘出胎面横截面轮廓,基于B样条曲线拟合方法,通过特征点测量计算胎面横截面数据;选用CCD图像传感器,设置两端基准线,根据现场亮度采用可调光源控制器,并采用OSTU算法对图像进行二值化处理,基于像素数和实际的尺寸存在线性对应关系,可获得胎面长度。现场实验结果表明,该测量系统的横截面参数测量精度小于1 mm,长度测量精度小于2 mm,能够满足生产工艺的测量要求,可实现胎面参数的在线动态测量,该测量系统具有安装方便、运行稳定等特点。     

基于有限元方法的轮胎磨损特性研究

在基于有限元法的轮胎磨损性能评价方法的基础上,建立了205/55/R16型子午线轮胎2种胎面结构的有限元模型。使用ABAQUS软件的显式分析方法获得轮胎接地区域节点在汽车行驶过程9种工况下的法向反力和滑移速度,通过摩擦能量损失和磨损量之间的关系,求得轮胎在组合工况下行驶特定里程的磨损量。光面轮胎的磨损量明显小于花纹轮胎磨损量的仿真分析结果,说明了仿真分析方法的有效性。同时,通过对ABAQUS软件的二次开发,实现了轮胎接地区域摩擦能量损失率分布的实时描述。     

Numerical calculation of irregular tire wear caused by tread self-excited vibration and sensitivity analysis

Tire wear negatively affects vehicle safety and riding comfort. Abnormal wear is more dangerous and wears tires out more quickly. In this paper, numerical and sensitivity analyses of polygonal wear caused by unstable vibration are presented. The model used for this study was based on the works of Sueoka. Tread self-excited vibration was analyzed in a quantitative sense, which was qualitatively different from the work of Sueoka. Wear was plotted on tire circumference visually. The mechanism governing polygonal tire wear was investigated as that both the polygonal wear and the standing wave are caused by two types of tread vibrations that only differ in the extent of the tread vibration. Sensitivity analysis shows that decreases in tread mass and stiffness and increases in tread damping lead to noticeable reductions in tire wear. This information could help tire manufacturers produce tires that exhibit less wear caused by tread vibration.     

CHARACTERIZATION OF EFFECTIVE TIRE CONTACT AREA FOR VARIOUS TREAD PATTERNS

The effective tire-pavement contact area affects the relative damage of asphalt pavement and should be incorporated in both mechanistic and empirical response analyses of pavements. A new machine called ROTOCOM Wheel Tracker (RCWT) was designed and fabricated to capture the effective tire contact area apart from slab compacting, and conducting simulative laboratory wheel tracking tests. The main focus of this paper is laboratory measurement of effective tire contact areas for various tread patterns. Seven tire treads were selected for the footprint image analyses at five tire loads and four tire inflation pressures. An image processing MATLAB-based program was coded to calculate the contact areas of the 280 imprints obtained from both sides of the RCWT. Factorial analysis indicated significant effects of tire tread, tire load, and inflation pressure on the resulting contact area. Comparison between effective and traditional contact areas indicated that the current pavement design procedure with traditional circular contact area extremely overestimates the actual tire-pavement contact area up to 92%.     

面向轮胎3D花纹的语义建模方法

针对以几何特征为主导的建模方式会造成轮胎3D花纹模型创建操作繁琐、设计信息表达分散且不完备的问题,提出了以语义为主导的3D建模方法。该方法是在花纹设计的应用理论及实用技术探讨和研究的基础上,将理论设计中的花纹沟、装饰品及交汇特征的结构抽象分解得到轮胎花纹语义单元,从而构建花纹语义模型库和结构设计知识库。在此基础上引入轮胎节距信息,实现了轮胎花纹从概念设计到装配设计的层次化、系统化、形式化表达。最后,以CATIA/CAA为开发平台引入基于特征的建模技术,开发出语义级轮胎3D花纹设计系统。实例分析结果表明,该系统适用于多种类型的轮胎花纹建模,提高了CAD技术对设计信息表述的支持能力,增强了产品建模的自动化水平,有效地减少了设计人员的重复性工作,缩短了研发周期。     

滚动轮胎接地性能有限元分析

为深入理解轮胎滚动运动学机理，建立了轮胎在平面上滚动的三维非线性有限元模型。在模型中考虑了轮胎的几何非线性、材料非线性以及轮胎接触非线性，计算了子午线轮胎195／60R14在不同速度滚动时的变形情况、接地区压力分布、摩擦力分布、带束层应力分布等滚动特性。重点对轮胎胎面的变形情况进行了分析，为轮胎结构设计、振动与噪声分析提供了依据。     

Tire wear by ablation

The transient temperature profile of a slipping tire is calculated by taking into account the frictional heating due to slip, temperature build-up due to hysteresis, convection and radiation loss into the air, and conduction cooling into the ground. Specific attention is directed to the calculation of tire surface temperature. Calculated surface temperature shows a value which may exceed the melting point of tread rubber. The phase change of the tread rubber at the surface leads to a particular wear mechanism. Wear of the tire is calculated for the transient process which occurs at the contact area between tire and ground.The governing equations for temperature profile and the associated wear process are solved numerically by a finite difference technique. Tire surface temperatures for different service conditions agree well with the available data for automobile tires. Tire wear data agree with those reported for airplane tires. The proposed wear model may be applicable to automobile tires when the service condition is severe.From the thermal analysis one can see the effect of surface properties of both tire and ground on the wear process. Other parameter studies provide some information about the effects of some important factors on tire wear.