路表特性对爆胎车辆运动方式的影响研究

发布时间：2020-05-19 23:13

【摘要】：近几十年来,随着我国交通行业的跨越式发展,高速公路上车辆行驶速度越来越快,各类交通事故发生的概率也随之增大,尤其是爆胎引发的事故。为此,本文提出针对路表特性对爆胎车辆运动方式的影响进行研究,分析不同路表特性下爆胎轮胎的瞬时特性及其对车辆运动的影响,并据此进行爆胎车辆控制策略研究。该研究对提高车辆的主动安全性,完善路面的服务功能具有巨大的现实意义。首先,本文总结了不同类型稳态轮胎模型的优缺点,在此基础上选择了魔术公式模型进行爆胎轮胎模型建模。根据室内轮胎特性试验成果统计分析,确定了轮胎爆胎后其径向刚度、纵向刚度、侧偏刚度与侧倾刚度分别降为原来的6.7%、25%、28%与66%,滚动阻力系数增大为原来的30倍,根据以上成果对稳态轮胎模型侧向力与纵向力公式进行了爆胎修正,构建爆胎轮胎模型。其次,对Car Sim的车辆与路面建模方法与所需参数进行了研究。在Matlab/Simulink中完成了爆胎轮胎模型的建模工作,并验证了爆胎轮胎模型的可靠性。通过联合仿真的形式实现对直线与曲线段车辆爆胎后运动方式的仿真模拟,对其轮胎受力与车辆运动特性进行了分析,发现直线段前轮与弯道外侧前轮爆胎是更危险的工况。然后,根据车辆运动受力特征总结出滚动阻力系数、附着系数、道路纵坡与横坡以及圆曲线半径影响爆胎车辆的运动特性,对不同路面模型的爆胎车辆运动方式进行仿真模拟,发现附着力足够满足车辆行驶时,附着系数的改变对爆胎车辆运动基本不存在影响,而其余各参数影响爆胎车辆运动特性并与爆胎车辆稳定后的侧向加速度呈线性关系。最后,在爆胎车辆运动仿真模拟的基础上,分别进行直线段与曲线段爆胎车辆的控制研究。对不同行驶车速直线段与曲线段爆胎的工况下分别给出了建议的方向盘转角曲线与转角范围供驾驶员与自动驾驶设计参考;施加制动控制策略,由于驾驶员难以控制制动压力大小因此建议车辆爆胎后轻踩刹车,设计自动驾驶时建议直线段施加3MPa、曲线段施加2MPa的制动压力以减小爆胎车辆的侧向偏移。
【图文】：

纵滑,轮胎模型,联合工况,侧偏

轮胎力学性能，用物理性能接近的结构（如弹簧）代替轮胎的结构。要求在外力作用下所构建的新结构变形与轮胎变形相近。简单的物理模型即使用弹簧阻尼代替轮胎，而复杂的物理模型还包括梁模型和弦模型。（3）有限元模型：有限元模型经常用于轮胎设计中，在国内根据有限元方法建立轮胎有限元模型，通过模型对轮胎的各种特性开展研究起步较晚。但随着时间的推移，经过从简单到复杂、从薄膜理论到薄壳理论的发展过程模拟轮胎各部分结构的理论实现了新的发展，包括轮胎的几何、物理、接触非线性和橡胶-帘线复合材料的模拟等[8]。蔡祥、王英麟、刘海贞[1][5][12]等学者在建立爆胎轮胎模型时均借鉴采用了 UniTir轮胎模型（经验-半经验模型）。郭孔辉院士通过大量的仿真分析和实验研究，建立发展并完善了该模型，形成了涉及轮胎纵滑、侧偏、侧倾联合工况的非稳态非线性的建模理论。UniTire 模型具有仿真精度高、运算速度快、理论边界好等特点，适合车辆动力学仿真。UniTire 轮胎模型采用了印记坐标体系来统一表示轮胎侧向和纵向滑移率，模型的输入量是轮胎的运动状态，输出量是轮胎接地印记上的六个力及力矩，简称轮胎的“六分力”。轮胎的运动状态量由轮胎的纵向运动速度、侧向运动速度、轮胎滚动角速度、车轮侧偏角速度、轮胎侧倾角、轮胎径向变形共同表示。

爆胎,轮胎,物理模型,胎体

第一章绪论陶峰[4]等学者选择物理模型辅助爆胎轮胎模型建模，其物理模型基于胎体弹性的轮胎非稳态特性建模方法。轮胎胎体包括胎侧及带束层，由橡胶帘线复合材料构成，充气后胎体具有弹性，在轮胎侧向力、回正力矩及纵向力作用下，胎体产生变形且影响轮胎的力学特性。物理模型包含两个部分胎面模型与胎体模型，胎面模型指轮胎稳态模型，因轮胎稳态特性描述的是胎体变形稳定时路面与胎面间相互作用的特性，故称之为胎面模型，反映轮胎力与滑移率间的非线性特性，滑移率又可以用滑移速度来表示，因此可以用阻尼器来替换轮胎力与滑移速度间的关系，，该线性阻尼器称为胎面阻尼器。胎体模型描述胎体在轮胎力作用下的变形特征。采用了两向拉压弹簧对胎体建模，轮胎胎体的纵向及侧向平移变形特征用该两向拉压弹簧表示，同时考虑胎体阻尼的作用。需要注意的是胎体的扭转变形特性及弯曲变形特性对轮胎非稳态特性的影响并未考虑在内。仿真过程中，需要输入轮心处的名义滑移率、轮胎压力、垂直载荷，输出包括轮胎的纵向力、侧向力及回正力矩。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U491.31

【参考文献】