UniTire统一轮胎模型
发布时间：2021-07-18 19:25
UniTire模型是用于车辆动力学仿真和控制的非线性非稳态轮胎模型,能够准确描述轮胎在复杂工况下的力学特性。UniTire模型以理论模型为基础,采用无量纲的表达形式,具有统一的滑移率定义;统一的无量纲印迹压力分布表达;统一的各向轮胎力无量纲建模;统一的各向摩擦系数表达;无量纲边界条件的统一满足;不同速度下轮胎模型的统一表达;稳态与非稳态特性的统一;侧倾、转偏作用与侧偏特性的统一。不仅能够对各种工况下的轮胎力学特性进行高精度的表达,还具有良好的外推能力和预测能力,能够对复合工况、不同路面和不同速度下的轮胎特性进行准确的预测。本研究围绕UniTire的建模思想,介绍UniTire建模的理论基础、稳态和非稳态模型以及模型的表达和预测能力并进行试验验证。
【文章来源】：机械工程学报. 2016,52(12)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
UniTire轮胎印迹坐标系Ot为轮胎印迹坐标系原点，定义在接地印迹中
力分布，从而在很大程度上限制了轮胎特性的准确表达。而实际上印迹压力分布受轮胎结构、载荷、充气压力以及滚阻等多重因素的影响，需要进行更加准确的建模。因此，为了表达各种不同的压力分布，采用如下的任意压力分布形式[12]2zzFquua(3)式中，a为印迹半长；u为印迹相对坐标，uxa；u为无量纲印迹压力分布函数。u应满足如下边界条件111111001,101,1d2d2uuuuuuΔuuua(4)式中，Δ为垂直载荷偏距，如图2所示。图2轮胎印迹内的压力分布为描述不同轮胎结构、载荷、胎压等多重因素影响下的压力分布，提出无量纲印迹压力分布的统一表达22()111nnuAuuBu(5)根据边界条件(4)，可以得到A和B的表达式2141241nnAnn(6)32343412141433nnnΔBnnna(7)图3示出了参数n、λ以及Δ/a对载荷分布的影响。可以看出，参数n影响压力分布的均匀性，随着n的增大，压力分布逐渐平坦，因此将参数n称为均匀性因子；而参数λ会影响压力分布曲线的凸凹性，如图中λ=3时，曲线呈现出马鞍形，因此将参数λ称为凸凹性因子；Δ/a影响压力的偏布，因此称其为偏布因子。均匀性因子n、凸凹性因子λ和偏布因子Δ/a均与垂直载荷、胎压以及滚动速度等相关，通过这3个影响因子，式(5)可以描述轮胎接地印迹内任意形式的压力分布。图3无量纲印迹压力分布
月2016年6月郭孔辉：UniTire统一轮胎模型931.3各向轮胎力的无量纲统一建模车辆在驱动/制动以及转向时，轮胎胎体及胎面会发生弹性变形，从而产生驱使车辆运动的纵向力和侧向力。为避免过于复杂的理论模型，建立适于半经验建模的理论框架，仅考虑轮胎胎体的主要变形方式：即侧纵向平移变形，忽略胎体的弯曲和扭转变形，则侧偏纵滑复合工况下轮胎印迹内的胎体及胎面变形如图4所示。而对于胎体弯曲和扭转变形影响的描述详见文献[16-17]。图4复合工况下印迹内胎体与胎面变形图4所示为正侧偏角、制动复合工况，所采用的坐标系与图1所示的印迹坐标系相同，刷毛在整个印迹区的变形分为附着区和滑移区两部分，ABC为刷毛与地面的接触线，AB为附着区，BC为滑移区。图4中，cX和cY即为胎体的纵向和侧向平移变形cxcxcycyXFKYFK(8)式中，cxK和cyK分别为胎体的纵向和侧向平移刚度。Δx和Δy为胎面单元(刷毛)的纵向和侧向变形xyxaxSyaxS(9)根据刷毛的变形得到印迹区域内的剪应力，并对其进行积分，假设滑移区与附着区的应力方向相同(由此假设导致的误差在后文给出了修正方法)，则可以得到轮胎印迹内的无量纲总切力201()42cczFumuFF(10)式中，uc为起滑点相对坐标，可由起滑条件计算得到()111cccuuu(11)0()cmu为(u)在滑移区的零阶矩，表达式为01dcucmu=uu(12)从而，无量纲纵向力和侧向力为xxxxzyyyyzFFFFFFFF(13)式(13)和式(10)中，x和y分别为纵向和侧向摩擦系数，为方向摩擦系数，是对各向异性摩擦系数的统一表达[1
【参考文献】：
期刊论文
[1]各向摩擦系数不同条件下轮胎力学特性的统一理论模型[J]. 郭孔辉. 中国机械工程. 1996(04)
[2]轮胎侧偏特性的半经验模型[J]. 郭孔辉,王裕民,刘蕴博,王先成. 汽车工程. 1986(02)
博士论文
[1]复合工况下轮胎稳态模型研究[D]. 许男.吉林大学 2012
本文编号：3290211
【文章来源】：机械工程学报. 2016,52(12)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
UniTire轮胎印迹坐标系Ot为轮胎印迹坐标系原点，定义在接地印迹中
力分布，从而在很大程度上限制了轮胎特性的准确表达。而实际上印迹压力分布受轮胎结构、载荷、充气压力以及滚阻等多重因素的影响，需要进行更加准确的建模。因此，为了表达各种不同的压力分布，采用如下的任意压力分布形式[12]2zzFquua(3)式中，a为印迹半长；u为印迹相对坐标，uxa；u为无量纲印迹压力分布函数。u应满足如下边界条件111111001,101,1d2d2uuuuuuΔuuua(4)式中，Δ为垂直载荷偏距，如图2所示。图2轮胎印迹内的压力分布为描述不同轮胎结构、载荷、胎压等多重因素影响下的压力分布，提出无量纲印迹压力分布的统一表达22()111nnuAuuBu(5)根据边界条件(4)，可以得到A和B的表达式2141241nnAnn(6)32343412141433nnnΔBnnna(7)图3示出了参数n、λ以及Δ/a对载荷分布的影响。可以看出，参数n影响压力分布的均匀性，随着n的增大，压力分布逐渐平坦，因此将参数n称为均匀性因子；而参数λ会影响压力分布曲线的凸凹性，如图中λ=3时，曲线呈现出马鞍形，因此将参数λ称为凸凹性因子；Δ/a影响压力的偏布，因此称其为偏布因子。均匀性因子n、凸凹性因子λ和偏布因子Δ/a均与垂直载荷、胎压以及滚动速度等相关，通过这3个影响因子，式(5)可以描述轮胎接地印迹内任意形式的压力分布。图3无量纲印迹压力分布
月2016年6月郭孔辉：UniTire统一轮胎模型931.3各向轮胎力的无量纲统一建模车辆在驱动/制动以及转向时，轮胎胎体及胎面会发生弹性变形，从而产生驱使车辆运动的纵向力和侧向力。为避免过于复杂的理论模型，建立适于半经验建模的理论框架，仅考虑轮胎胎体的主要变形方式：即侧纵向平移变形，忽略胎体的弯曲和扭转变形，则侧偏纵滑复合工况下轮胎印迹内的胎体及胎面变形如图4所示。而对于胎体弯曲和扭转变形影响的描述详见文献[16-17]。图4复合工况下印迹内胎体与胎面变形图4所示为正侧偏角、制动复合工况，所采用的坐标系与图1所示的印迹坐标系相同，刷毛在整个印迹区的变形分为附着区和滑移区两部分，ABC为刷毛与地面的接触线，AB为附着区，BC为滑移区。图4中，cX和cY即为胎体的纵向和侧向平移变形cxcxcycyXFKYFK(8)式中，cxK和cyK分别为胎体的纵向和侧向平移刚度。Δx和Δy为胎面单元(刷毛)的纵向和侧向变形xyxaxSyaxS(9)根据刷毛的变形得到印迹区域内的剪应力，并对其进行积分，假设滑移区与附着区的应力方向相同(由此假设导致的误差在后文给出了修正方法)，则可以得到轮胎印迹内的无量纲总切力201()42cczFumuFF(10)式中，uc为起滑点相对坐标，可由起滑条件计算得到()111cccuuu(11)0()cmu为(u)在滑移区的零阶矩，表达式为01dcucmu=uu(12)从而，无量纲纵向力和侧向力为xxxxzyyyyzFFFFFFFF(13)式(13)和式(10)中，x和y分别为纵向和侧向摩擦系数，为方向摩擦系数，是对各向异性摩擦系数的统一表达[1
【参考文献】：
期刊论文
[1]各向摩擦系数不同条件下轮胎力学特性的统一理论模型[J]. 郭孔辉. 中国机械工程. 1996(04)
[2]轮胎侧偏特性的半经验模型[J]. 郭孔辉,王裕民,刘蕴博,王先成. 汽车工程. 1986(02)
博士论文
[1]复合工况下轮胎稳态模型研究[D]. 许男.吉林大学 2012
本文编号：3290211
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