车辆动力学仿真中的轮胎数学模型研究现状

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车辆动力学仿真中的轮胎数学模型研究现状 3

471039 洛阳工学院

周学建 周志立 张文春

摘要 对车辆动力学仿真中的轮胎数学模型现状进行了分析 ,简要说明了轮胎动力学建模的 新方法并进行了展望 。

Ab stract The current state of the mathematical model of tire dynamics is analysis. The new methods of modelling are ex2 plained and forecasted.

关键词 :车辆 轮胎 动力学 数学模型 车辆的充气轮胎具有支承车辆质量 、在车辆驶 过不平地面时进行缓冲 、为驱动和制动提供足够附

着力 、 除空气的作用力和重力外 ,此 ,, 非常必要1

。 车辆运动依赖于轮胎所受的力 ,如纵向制动力 和驱动力 、侧向力和侧倾力 、回正力矩和侧翻力矩 等 。所有这些力都是滑转率 、侧偏角 、外倾角 、垂直 载荷 、道路摩擦系数和车辆运动速度的函数 ,如何有 效地表达这种函数关系 ,即建立精确的轮胎动力学 数学模型 ,一直是轮胎动力学研究人员所关心的问 题 。

轮胎的动力学特性对车辆的动力学特性起着至 关重要的作用 ,特别是对车辆的操纵稳定性 、制动安 全性 、行驶平顺性具有重要的影响 。现代车辆动力 学的发展不仅需要建立能反映物理实际的精确轮胎 模型 ,而且需要建立的轮胎数学模型能满足车辆不 同方面研究 ,如多自由度仿真 、先进车辆控制系统的

,轮胎的理论模型只能

早期研究轮胎力学特性的工作是由 Bradley 和

Allen4 进行的 。Fromn5 通过飞机轮胎的侧向变形

解释了稳态侧偏角与侧向力之间的关系 。在研究 中 ,把轮胎与地面的接触区分成两个部份 ,即附着区 和滑移区 。这一处理技术是合理的 ,因而沿用至今 。

首先对轮胎侧偏特性做理论研究的是 Fiala 6 , 他做出了轮胎侧向位移只发生于接触区内的假设 , 并对自由滚动的轮胎建立了具有集中横向力作用和 具有弹性支承的梁模型 ,得到了侧向力 、回正力矩和 固定侧偏角之间的关系 。其中侧向力理论值同试验 值趋于一致 ,但回正力矩的理论值同试验值还存在 着相当的误差 。60 年代 , Pacejka 7 引入了带有胎冠 微元的受拉伸弦模型 ,Boehm8 对带束轮胎建立了圆 环模型 。到目前为止 ,以上模型的工程应用均受到 了较大限制 ,这是因为 ,尽管对垂直载荷和胎体变形 规律都做了相当简化的假设 ,但它们所揭示规律的 形式过于繁杂 ,以至于很难抽出有指导意义的规律 。

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Bergman首先对制动时轮胎的转向特性进行 了理论研究 ,引入了“相互作用弹簧”的概念 ,将每个 弹簧单元视为径向 、纵向和侧向相互作用的三个基 础弹簧 ,使得制动力成为侧向力的一个参数 ,制动力 的 变 化 可 引 起 侧 向 力 的 变 化 。 Nordeen 和

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Cortese 、Krempel 以 及 Henker的 研 究 也 表 明 侧向力和回正力矩同制动力和驱动力有一定的关 系 。

Frank13 等人曾考虑了更为复杂的胎体变形 ,将

1 轮胎动力学建模方法及研究现状

轮胎动力学建模方法有理论方法 、经验和半经 验方法 ,建立的模型有理论模型 、经验和半经验模 型 。 1 . 1 理论模型 由于轮胎的结构十分复杂 ,在侧偏和纵滑时其 受力和变形难于确定 ,另外 ,轮胎和路面之间的摩擦 耦合特性也具有不稳定的多变性 。在目前阶段 ,很

3 国家教育部留学回国人员科研启动基金资助项目

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