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基于转鼓试验台测试数据预测平路面轮胎力学特性的方法

发布时间:2018-09-12 14:28
【摘要】:汽车在日常行驶中,最常出现的两种工况就是转弯和直线行驶,对应的轮胎力学特性是侧偏特性和滚动阻力特性。可见,精确获取轮胎的侧偏特性和滚阻特性无论对于轮胎研究还是整车建模都至关重要。当使用外转鼓试验台测试轮胎的侧偏特性或滚阻特性时,其鼓面曲率会对轮胎的平路面力学特性产生影响。曲率问题早在二十世纪70年代就引起了研究者们的关注,他们试图找到一种数学方法实现鼓面和平路面之间的轮胎侧偏特性和滚阻特性的转换。但直到现在,也没有一种有效方法能完全实现两者之间的转换。为此,本文另辟蹊径,利用有限元技术探索了基于转鼓试验台测试数据预测平路面轮胎力学特性的方法,以此消除曲率对平路面轮胎力学特性的影响,主要开展了以下研究工作:1.转鼓及平路面轮胎侧偏及滚动阻力试验研究。对现有的外转鼓试验台进行了改进,使其具有侧偏功能。在此基础上,测试得到轮胎在外转鼓路面上的侧偏特性和滚阻特性。并将此试验数据与轮胎在平板试验台上测试得到的平路面侧偏特性和滚阻特性进行对比,直观地突显出曲率对平路面轮胎侧偏特性和滚阻特性的影响趋势。随后,基于测试数据对现有的转换公式的预测精度进行了计算分析,指出其不足,从而引出本文研究的必要性和研究思路。2.轮胎有限元模型的建立。详细介绍了有限元模型建立的整个过程,包括软件选取、二维网格划分、三维网格模型的生成以及材料参数的确定。在阐述轮胎二维网格划分的流程时,重点强调了划分网格的注意事项。同时,还重点说明了轮胎橡胶材料和骨架材料的力学性能试验及参数确定方法,为此,本文开发了专门用于确定橡胶材料参数的辨识工具。3.轮胎平路面侧偏特性的预测。首先,基于外转鼓试验台侧偏特性测试数据对建立的轮胎有限元模型进行调整,使其在外转鼓路面上的侧偏工况的侧向力仿真精度达到90%以上,回正力矩仿真精度超过85%。其次,利用此模型预测轮胎的平路面侧偏特性,并将其预测工况扩展到各种静态刚度、稳态纵滑、有效滚动半径及非稳态侧偏角阶跃。最后,通过对比上述各种工况的仿真结果与试验结果,验证了修正后的轮胎有限元模型的平路面力学特性预测精度。为进一步研究消除曲率对平路面轮胎侧偏特性的影响提供一种新的思路。4.轮胎平路面滚阻特性的预测。详细阐述了轮胎滚动阻力矩和滚动阻力的定义,在推导滚阻公式时发现了国标中的一个错误,并用“反证法”和“有限元法”对其进行了证明。随后,研究了橡胶粘弹性与轮胎滚动阻力的关系,并基于外转鼓滚动阻力试验数据进一步修正了轮胎有限元模型,将此模型在外转鼓路面上的滚动阻力仿真值与试验值进行对比,验证了修正方法的正确性和模型的精确性。最后,用此模型预测轮胎平路面滚动阻力,并将仿真预测精度与公式转换精度对比,发现仿真预测精度高于Freudenmann T公式转换精度,从而展现出本文提出的研究方法的优势。
[Abstract]:In the daily running of automobiles, the most common two working conditions are turning and straight running, and the corresponding tire mechanical properties are cornering characteristics and rolling resistance characteristics. The curvature of the tire's drum surface has an effect on the mechanical properties of the tire's flat pavement. The curvature problem attracted the attention of researchers as early as the 1970s. They tried to find a mathematical method to realize the conversion of the tire's lateral and rolling characteristics between the drum surface and the flat pavement. There is no effective method to completely realize the conversion between the two. For this reason, this paper explores the method of predicting the mechanical properties of flat tire based on the test data of drum test bench by using the finite element method, so as to eliminate the influence of curvature on the mechanical properties of flat tire. The main research work is as follows: 1. Drum and flat tire. Experimental study on tire sideslip and rolling resistance of pavement is carried out. The existing external drum test rig is improved to make it have sideslip function. On this basis, the sideslip and rolling resistance characteristics of tire on the external drum pavement are tested. The test data are compared with the flat pavement sideslip and rolling resistance measured on the flat test rig. Then, based on the test data, the prediction accuracy of the existing conversion formula is calculated and analyzed, and its shortcomings are pointed out, which leads to the necessity of this study and research ideas. 2. Establishment of tire finite element model. The whole process of establishing finite element model is introduced, including software selection, two-dimensional mesh generation, three-dimensional mesh generation and material parameters determination. The points for attention in mesh generation are emphasized while explaining the process of two-dimensional mesh generation of tire. For this purpose, a special identification tool is developed to determine the parameters of rubber materials. 3. Prediction of tire sideslip characteristics on flat pavement. Firstly, the finite element model of tire is adjusted based on the test data of the sideslip characteristics of the external drum test rig, so as to make the lateral force of the tire under the sideslip condition of the external drum pavement. The simulation accuracy is over 90% and the simulation accuracy of the return torque is over 85%. Secondly, the model is used to predict the sideslip characteristics of tire pavement, and the prediction conditions are extended to various static stiffness, steady longitudinal slip, effective rolling radius and unsteady sideslip angle step. The predictive accuracy of the modified FEM tire model is verified. A new idea is provided to further study the influence of curvature on the lateral deflection characteristics of flat tire. 4. Prediction of rolling resistance characteristics of flat tire pavement. Definitions of rolling resistance moment and rolling resistance of tire are expounded in detail. A mistake in the national standard was found and proved by the "counter-proof method" and "finite element method". Then, the relationship between rubber viscoelasticity and tire rolling resistance was studied, and the tire finite element model was further modified based on the test data of external drum rolling resistance, and the simulation value of rolling resistance of this model on external drum road surface was obtained. The correctness of the modified method and the accuracy of the model are verified by comparing with the test results. Finally, the model is used to predict the rolling resistance of flat tire pavement. The simulation prediction accuracy is compared with the formula conversion accuracy. It is found that the simulation prediction accuracy is higher than the Freudenmann T formula conversion accuracy, thus showing the advantages of the proposed method.
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:U461.51

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本文编号:2239318

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