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車輛動力學(xué)仿真中的輪胎數(shù)學(xué)模型研究現(xiàn)狀 3

471039 洛陽工學(xué)院

周學(xué)建 周志立 張文春

摘要 對車輛動力學(xué)仿真中的輪胎數(shù)學(xué)模型現(xiàn)狀進行了分析 ,簡要說明了輪胎動力學(xué)建模的 新方法并進行了展望 。

Ab stract The current state of the mathematical model of tire dynamics is analysis. The new methods of modelling are ex2 plained and forecasted.

關(guān)鍵詞 :車輛 輪胎 動力學(xué) 數(shù)學(xué)模型 車輛的充氣輪胎具有支承車輛質(zhì)量 、在車輛駛 過不平地面時進行緩沖 、為驅(qū)動和制動提供足夠附

著力 、 除空氣的作用力和重力外 ,此 ,, 非常必要1

。 車輛運動依賴于輪胎所受的力 ,如縱向制動力 和驅(qū)動力 、側(cè)向力和側(cè)傾力 、回正力矩和側(cè)翻力矩 等 。所有這些力都是滑轉(zhuǎn)率 、側(cè)偏角 、外傾角 、垂直 載荷 、道路摩擦系數(shù)和車輛運動速度的函數(shù) ,如何有 效地表達這種函數(shù)關(guān)系 ,即建立精確的輪胎動力學(xué) 數(shù)學(xué)模型 ,一直是輪胎動力學(xué)研究人員所關(guān)心的問 題 。

輪胎的動力學(xué)特性對車輛的動力學(xué)特性起著至 關(guān)重要的作用 ,特別是對車輛的操縱穩(wěn)定性 、制動安 全性 、行駛平順性具有重要的影響 。現(xiàn)代車輛動力 學(xué)的發(fā)展不僅需要建立能反映物理實際的精確輪胎 模型 ,而且需要建立的輪胎數(shù)學(xué)模型能滿足車輛不 同方面研究 ,如多自由度仿真 、先進車輛控制系統(tǒng)的

,輪胎的理論模型只能

早期研究輪胎力學(xué)特性的工作是由 Bradley 和

Allen4 進行的 。Fromn5 通過飛機輪胎的側(cè)向變形

解釋了穩(wěn)態(tài)側(cè)偏角與側(cè)向力之間的關(guān)系 。在研究 中 ,把輪胎與地面的接觸區(qū)分成兩個部份 ,即附著區(qū) 和滑移區(qū) 。這一處理技術(shù)是合理的 ,因而沿用至今 。

首先對輪胎側(cè)偏特性做理論研究的是 Fiala 6 , 他做出了輪胎側(cè)向位移只發(fā)生于接觸區(qū)內(nèi)的假設(shè) , 并對自由滾動的輪胎建立了具有集中橫向力作用和 具有彈性支承的梁模型 ,得到了側(cè)向力 、回正力矩和 固定側(cè)偏角之間的關(guān)系 。其中側(cè)向力理論值同試驗 值趨于一致 ,但回正力矩的理論值同試驗值還存在 著相當?shù)恼`差 。60 年代 , Pacejka 7 引入了帶有胎冠 微元的受拉伸弦模型 ,Boehm8 對帶束輪胎建立了圓 環(huán)模型 。到目前為止 ,以上模型的工程應(yīng)用均受到 了較大限制 ,這是因為 ,盡管對垂直載荷和胎體變形 規(guī)律都做了相當簡化的假設(shè) ,但它們所揭示規(guī)律的 形式過于繁雜 ,以至于很難抽出有指導(dǎo)意義的規(guī)律 。

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Bergman首先對制動時輪胎的轉(zhuǎn)向特性進行 了理論研究 ,引入了“相互作用彈簧”的概念 ,將每個 彈簧單元視為徑向 、縱向和側(cè)向相互作用的三個基 礎(chǔ)彈簧 ,使得制動力成為側(cè)向力的一個參數(shù) ,制動力 的 變 化 可 引 起 側(cè) 向 力 的 變 化 。 Nordeen 和

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Cortese 、Krempel 以 及 Henker的 研 究 也 表 明 側(cè)向力和回正力矩同制動力和驅(qū)動力有一定的關(guān) 系 。

Frank13 等人曾考慮了更為復(fù)雜的胎體變形 ,將

1 輪胎動力學(xué)建模方法及研究現(xiàn)狀

輪胎動力學(xué)建模方法有理論方法 、經(jīng)驗和半經(jīng) 驗方法 ,建立的模型有理論模型 、經(jīng)驗和半經(jīng)驗?zāi)?型 。 1 . 1 理論模型 由于輪胎的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜 ,在側(cè)偏和縱滑時其 受力和變形難于確定 ,另外 ,輪胎和路面之間的摩擦 耦合特性也具有不穩(wěn)定的多變性 。在目前階段 ,很

3 國家教育部留學(xué)回國人員科研啟動基金資助項目

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