轮胎力和力矩建模、试验与仿真（续完）

（接上期） 5汽车轮胎力和力矩试验 汽车轮胎六分试验是进行轮胎结构设计和车辆性能优化的常规步骤[1]。尽管测试设备的成本高昂,但试验手段目前依然是整车研究开发应用最为直接的方法。此外由前面对轮胎一车辆建模的相关讨论可知,试验手段对各种轮胎模型的参数确定也具有至关重要的作用。     

轮胎稳态运动学与六分力预报Ⅰ:理论与方法

提出一种新的轮胎运动学描述和六分力预报理论。滚动接触是汽车轮胎力学、轮轨动力学的核心问题,由于涉及刚体转动与有限变形,滚动接触运动学与动力学的描述与求解非常困难。用拉格朗日—欧拉混合描述法分析大变形滚动接触结构的速度场、加速度场和接触变形。以车轮定位角为卡尔丹角,用拉格朗日描述,得到了包含刚体转动和弹性变形的轮胎速度场。而接触区域的变形和受力用欧拉描述,通过欧拉网格和拉格朗日网格的信息传递,完成滚动结构动力学分析。所提出的理论可以退化到Fiala模型,并可以从理论上解释子午线轮胎的伪侧偏和伪侧倾现象。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和摩擦因数的参数敏感性。结果表明轮胎侧偏刚度和回正刚度主要受结构刚度控制,而峰值侧偏力和峰值回正力矩主要受摩擦因数控制。将利用所建立的方法和试验,探讨带束层结构对大规格子午线轮胎侧偏特性的影响规律,进一步验证所提出的理论和方法的正确性。所提出的理论和方法开辟了直接从轮胎设计预报轮胎六分力的新途径。     

轮胎力和力矩建模、试验与仿真

综述轮胎力和力矩的各种表征方法和用于汽车动力学仿真的轮胎模型,包括简单物理模型、半经验模型和结构化模型。指出汽车工业对轮胎力和力矩的要求和车辆动力学仿真对轮胎模型的要求。比较轮胎力和力矩的测试设备和测试方法并分析侧向力、回正力矩等外特性曲线特征。基于混合拉格朗日-欧拉有限元理论(MLE),提出一种从轮胎结构设计出发直接预报轮胎力和力矩的方法。结合某轿车子午线轮胎和两款轻型载重子午线轮胎,研究了接地压力、侧向剪切力以及不同负荷下的侧向力及回正力矩随侧偏角的变化情况,并指出胎面刚度主要控制侧偏刚度和回正刚度,而地面摩擦系数主要控制峰值侧向力和峰值回正力矩,仿真结果与试验数据吻合程度良好,侧偏刚度误差为6.7%,回正刚度误差为16.3%,从而证明MLE方法的正确性。本工作证明直接从轮胎结构设计出发预报其力和力矩特性是可行的。