1、汽车系统动力学 Vehicle System Dynamics,徐传燕,第三章 轮胎动力学,3.1 概述 3.2 轮胎的功能、结构 3.3 轮胎模型 3.4 轮胎纵向动力学 3.5 轮胎垂向动力学 3.6 轮胎侧向动力学,3.5 轮胎垂向力学特性,一、轮胎的垂向特性 轮胎载荷与垂向变形基本成线性关系，常简化为刚度恒定的线性弹簧； 试验表明，非滚动轮胎的垂向刚度比滚动轮胎的大，且滚动轮胎刚度具有更明显的非线性； 根据测试条件不同，轮胎垂向刚度可分为 静刚度 非滚动动刚度 滚动动刚度,1.静刚度,轮胎垂向刚度不随载荷的变化而变化，但与充气压力基本成正比变化。,曲线斜率即为静刚度,2. 非滚动动刚度
2、,下抛试验：根据衰减曲线通过简单的单自由度系统振动分析得出,等效阻尼系数,轮胎动刚度,“下抛”试验测量动刚度 在一定载荷作用下的轮胎从高处自由下抛； 轮胎落地后上下振动但须保证胎面不脱离地面； 记录其瞬态响应，按照单自由度自由振动系统分析其动刚度和阻尼系数。 固有频率d=2/； 对数衰减率=ln(x1/x2)；,等效阻尼系数计算,轮胎动刚度计算,测试方法 在胎面上施加简谐激励 在轮轴处测量其响应 根据输入、输出之间的频响函数获得轮胎的动刚度和阻尼系数。 测量轮胎在转鼓上滚动时的共振频率来获得滚动轮胎的动刚度。 在车辆动力学仿真中，通常采用滚动动刚度作为计算参数。,3. 滚动动刚度,颤振（60-
3、100Hz） 轮胎噪声（150-200Hz） 空气泵吸效应 胎面单元振动,注意：此处纵坐标为垂向传递特性，即传递函数，其倒数为轮胎滚动动刚度。,滚动时轮胎动刚度显著下降，车速超过20km/h后变化不明显。对轮胎刚度影响较大的参数 充气压力、车速、法向载荷、磨损程度 胎面宽度、花纹深度、帘布层数量、轮胎材料,子午线货车轮胎的垂向刚度比斜交胎的低； 滚动动刚度比静刚度小 10%15%（轿车）； 5%（重型货车）；,轮胎滚动动刚度的影响因素,4.轮胎噪声,轮胎噪声的机理 空气泵吸效应 空气在轮胎和路面之间的空隙中被吸入挤压。 胎面单元振动 胎面单元离开接触区时 由高变形状态恢复并产生 噪声。 轮胎噪
4、声与车速和路面材料 有关（表3-7）,二 轮胎垂向振动力学模型,点接触式线性弹簧-粘性阻尼模型 简单、实用，参数容易测定，应用广泛。SWIFT模型（略）,3.6 轮胎侧向力学特性,轮胎侧向力的影响因素 侧偏角决定于前进速度、侧向速度、横摆角速度和转向角 垂向载荷静态载荷由车辆质量分布决定行驶中各轮胎的垂向载荷会发生变化 前轮外倾角非独立悬架的车轮外倾角取决于车轴结构独立悬架的车轮外倾角由转向角和车身侧倾决定, 车轮外倾角定义：轮胎的上沿偏向车辆内侧（朝向引擎）或外侧（远离引擎）的角度。车轮旋转平面和几何中心垂面的夹角.前轮在方向盘居中位置时测量。后轮在正前打直位置测量（四轮转向）。功能：调整车
5、辆负载作用于轮胎的中心，消除跑偏，减少轮胎磨损。,轮胎侧向力和回正力矩随前轮外倾角、侧偏角和垂向载荷的变化趋势,纯 转 向 工 况,不同垂向载荷作用下侧向力与侧偏角的关系等值曲线 交点的含义 定侧偏角时的载荷曲线,纯转向工况,侧偏角为6度时的曲线,不同垂向载荷作用下侧向力与回正力矩的关系 等值曲线 交点的含义侧偏角大于4时，回正力矩在减少，提示驾驶员车辆是在大侧偏角情况下行驶。,轮胎的垂向载荷、侧向力与纵向力之间相互影响 例子：不平路面车辆转弯加速或转弯制动 由于受摩擦力的限制，轮胎不能同时获得最大的侧向力和最大的纵向力,前轮抱死打滑， 便不再产生侧向 力，从而失去转 向能力,整车模型中对轮胎模型的考虑,轮胎动力学模型直接影响整车建模精度，二者的模型精度必须吻合。 建模时需考虑的因素 在线性操纵动力学模型中，侧向力（回正力矩）只需与垂向载荷、侧偏角呈线性关系； 轮胎模型必须能够反映出所研究问题的影响因素，如：车轮载荷的重新分配、车身侧倾、车轮外倾等； 在非线性域（侧向加速度大于0.3g）分析中，轮胎模型应能精确计算大侧偏角时的受力情况； 在联合工况下，轮胎模型应能准确地分配轮胎力。,
