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1、第卷第期年月一一一科学技术与工程,汽车动力学仿真的轮胎翻倾力矩特性动力学模型卢荡郭孑 乙辉吉林大学 汽 车 动态 模拟国家重 点 实验 室长春工沦摘要轮胎翻倾 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。关键词汽车动力学轮胎模型翻倾力矩仿真中图法分类号文献标识码轮胎作 为汽车 与路面接 触的唯一 部 件,其 力学特性 的 深人研究对 汽 车 动力学的 发 展有重要 意
2、义。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,简 称特 性的研究较少。事 实上,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叶一,因此 为研 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。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,图为轮胎坐标系。图轮 胎直线 自由滚动时 的
3、翻倾力矩图轮胎坐标系年月日收到国际科技合作重点项 口计划和 国家自然科学基 金资助第一作者简介卢荡,男岁,黑龙江大 庆人吉林大 学长春市。”汽车动态模拟 国家重 点 实验 室讲师,博士,主要 从事轮 胎力 学特 性及悬 架 建 模 与控制研究。电子邮 件 地 址,当轮胎直线行驶 时,如图所示,接地印迹内垂直应 力合力作用在轮惘 中分平面,轮胎的 翻倾力矩为零。当轮胎以正侧 偏 角滚 动 时,胎体在侧 向力的作用 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,简
4、称,影响 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,如图一图所示。科学技术与工程卷效应的非线性关系,则胎体 有效侧倾效 应产生的翻倾力矩可表示为城沁,其 中,、为刚 度系数,表示为 载 荷的函数,由试验数据辨识得到。沁,为名义胎体有效侧倾 角,表示为入。,为名义载荷,表示为,一少,一二二一一、户。司爪为轮胎在标准充气压 力下的最大载荷值。则轮胎翻倾力矩 的模型为二,十,升十、艺,。,十其中,为轮胎侧向力为零时的残余翻倾力矩,表示为载荷的函数。图轮胎
5、 大侧偏角较大载荷时 的翻倾力 矩轮胎翻倾力矩的建模从上 面的轮胎 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、有 关,若 胎体的侧向平 移 刚度 为 凡、,则印迹偏 离效应产生的翻倾力矩可表示 为,轮胎试验及模型参数的辨识在美国通 用汽车公司实验室的平带式轮胎试验台上进 行了轮 胎的侧 偏特性试验,试验工况如表所示。试验 中记录了轮胎六分力的稳态值及负载半径的大小,部分试验结果如图所示。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,模型的计算结果与试验点的比较如图所示。由文献
6、一可知,胎体的有效侧倾角表示为二,、刁二,刁,工“十,一探十又笼 今刁、,一少刁厂一理其 中,。表示,为轮胎侧倾角,关为侧 向力引起 的胎 体整体 侧倾 变形,为 翻倾力矩产生的胎体局部侧倾变形一,简 称。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 为护与胎体侧倾角艺相等,令,表示轮胎的负载半径,则胎体在 印迹 内的有效侧倾角可表示为表砧轮胎 的侧偏特性试验工 况轮胎充气乐力试验台带轮胎侧 偏轮胎侧偏轮胎垂直塑号。速角。角。载荷、士、士、士魂、士、士、士、土、考虑到印迹内胎体有效侧倾角与胎体有效侧倾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,处理一凡兰坑期卢荡,等汽车动力学仿真的轮胎 翻倾力矩特性 动力学模型了轮胎的侧 偏 特性 试 验 数 据,辨识 得到了所有模型参数,进 行了模型 的计算结 果 与试验点 的比较,验证了模型的适用性及表达精度。参考文献郭孔辉一,汽 车 操 纵动力 学长春吉林 科学 技术出版社,一,一一,一郭孔辉,卢荡轮 胎 稳 态 侧倾力 学特性理 论建模中国机 械 工程,一,一科学技术与工程卷,“一,上接 第页,妞,一恤,