【摘要】：輪胎實際工作過程中呈現(xiàn)熱機耦合力學特性,Michelin輪胎試驗研究表明,溫度升高能導致乘用車輪胎附著力降低接近10%,影響車輛的安全性。目前,國內(nèi)外學者主要關(guān)注側(cè)偏工況下輪胎熱機耦合試驗現(xiàn)象的簡單數(shù)值表達,對于載荷、速度、胎壓及溫度多因素強耦合復雜工況下的輪胎熱機耦合力學特性機理及建模研究還不夠透徹。本文針對這些問題開展實驗和理論研究,揭示輪胎熱機耦合力學特性機理,建立熱機耦合力學特性理論模型和高精度半經(jīng)驗?zāi)Ｐ?并探討其對車輛操縱穩(wěn)定性影響。論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:1)建立輪胎力學特性理論模型。重點關(guān)注與輪胎溫升特性密切相關(guān)的載荷、速度和胎壓對輪胎力學特性的影響,在前人工作基礎(chǔ)上,通過實驗研究載荷和胎壓對接地印跡半長和胎體剛度的影響規(guī)律,確定其非線性耦合描述方程,結(jié)合胎/路動態(tài)摩擦特性表達,建立輪胎復合工況力學特性理論模型,重點分析載荷和胎壓耦合作用下輪胎縱滑剛度和側(cè)偏剛度的非線性變化,在不考慮輪胎熱力學效應(yīng)的前提下,揭示了載荷和胎壓對輪胎力學特性的耦合作用機理,為下一步建立輪胎熱機耦合力學特性理論模型奠定基礎(chǔ)。2)輪胎熱機耦合力學特性理論模型研究。重點關(guān)注縱滑及側(cè)偏工況下輪胎狀態(tài)參數(shù)對輪胎溫度特性的影響以及溫度特性對力學特性的影響。通過分析胎面溫度特性試驗數(shù)據(jù)并結(jié)合輪胎溫升機理,引入含變載效率因子和胎壓影響因子的應(yīng)變能耗散描述方程,結(jié)合隨速度線性遞增的胎面/環(huán)境換熱系數(shù),建立包含載荷、速度和胎壓影響的物理溫度模型;結(jié)合輪胎線性區(qū)力學特性以及溫度對橡膠剪切模量影響,分析溫度對輪胎(縱滑和側(cè)偏)剛度特性的影響機理;結(jié)合輪胎非線性區(qū)力學特性和橡膠摩擦特性試驗以及時溫等效方程,研究溫度和滑移速度耦合影響下的胎/路面動摩擦特性;根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程分析了胎壓隨溫度變化規(guī)律,建立胎壓變化方程;聯(lián)合輪胎力學特性、溫度特性、橡膠材料特性和胎壓特性模塊,最終建立輪胎熱機耦合力學特性理論模型。理論模型能夠反映輪胎熱機耦合力學特性機理,并為半經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷拈_發(fā)提供理論指導。3)建立輪胎熱機耦合力學特性高精度半經(jīng)驗?zāi)Ｐ�。結(jié)合Uni Tire半經(jīng)驗?zāi)Ｐ途雀摺㈩A測性好以及靈活的“Plug-in”動摩擦特性表達的優(yōu)勢,引入含“剛度衰減因子”的載荷、胎壓和溫度三者耦合輪胎縱滑及側(cè)偏剛度非線性表達式,和含“溫度等效因子”的溫度和滑移速度耦合胎/路動摩擦特性,以及包含載荷、胎壓和溫度影響的曲率因子表達式,建立輪胎熱機耦合力學特性高精度半經(jīng)驗?zāi)Ｐ?拓展了輪胎模型適用范圍并提升了模型精度。4)研究輪胎熱機耦合力學特性對整車操縱穩(wěn)定性影響。將輪胎熱機耦合力學特性實用高精度半經(jīng)驗?zāi)Ｐ蛻?yīng)用于整車仿真,探究Fishhook和穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)工況下輪胎熱機耦合力學特性對整車操縱穩(wěn)定性的定性影響。輪胎熱機耦合力學特性顯著降低輪胎極限附著力,降低車輛能夠達到的極限側(cè)向加速度,同時車輛輪荷分布及胎壓差異會與輪胎熱機耦合力學特性共同作用,改變車輛動力學,影響車輛的安全性。
【圖文】：

圖 2.8 接地印跡半長仿真值隨胎壓變化 圖 2.9 接地印跡半長仿真值隨載荷變化無量綱垂直載荷znF 和無量綱胎壓nP 表達式如下：zn z z 0 n0F F F P P P································ (2-15)考慮胎壓和垂直載荷影響后，胎體縱向平移剛度剛度cxK 、側(cè)向平移剛度cyK 、側(cè)向彎曲剛度cbK 和扭轉(zhuǎn)剛度 N 的表達式為：0000cx cx ncy cy ncb cb nnK K PK K PK K PN N P ···································· (2-16)考慮胎壓和載荷影響后，輪胎縱滑及側(cè)偏剛度表達式為：2 202 2znx t tFK a k a kP ··································(2-17)

圖 2.8 接地印跡半長仿真值隨胎壓變化 圖 2.9 接地印跡半長仿真值隨載荷變化無量綱垂直載荷znF 和無量綱胎壓nP 表達式如下：zn z z 0 n0F F F P P P································ (2-15)考慮胎壓和垂直載荷影響后，胎體縱向平移剛度剛度cxK 、側(cè)向平移剛度cyK 、側(cè)向彎曲剛度cbK 和扭轉(zhuǎn)剛度 N 的表達式為：0000cx cx ncy cy ncb cb nnK K PK K PK K PN N P ···································· (2-16)考慮胎壓和載荷影響后，輪胎縱滑及側(cè)偏剛度表達式為：2 202 2znx t tFK a k a kP ··································(2-17)
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U463.341

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本文編號：2702984