基于輪胎穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)特性的車輛響應(yīng)研究

2021-09-12 22:07:00· 來源：輪胎動力學(xué)協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)盟訂閱號作者：李雪莉

在整車動力學(xué)正向研究過程中，將用戶要求轉(zhuǎn)化為工程語言的整車技術(shù)規(guī)范（VTS），并分解為系統(tǒng)特性是車輛性能目標(biāo)達(dá)成的關(guān)鍵，也是車輛生產(chǎn)的核心技術(shù)。輪胎作為

在整車動力學(xué)正向研究過程中，將用戶要求轉(zhuǎn)化為工程語言的整車技術(shù)規(guī)范（VTS），并分解為系統(tǒng)特性是車輛性能目標(biāo)達(dá)成的關(guān)鍵，也是車輛生產(chǎn)的核心技術(shù)。輪胎作為整車動力學(xué)達(dá)標(biāo)與否的關(guān)鍵部件[1]，其性能與控制主要依托于主觀評價，隨著正向開發(fā)流程的發(fā)展和完善，整車動力學(xué)VTS目標(biāo)的量化使得輪胎客觀指標(biāo)的設(shè)定成為可能，可有效形成輪胎性能開發(fā)的主客觀閉環(huán)。

目前，如何在概念階段設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)輪胎客觀指標(biāo)，進(jìn)行整車動力學(xué)性能綜合與分解的迭代，從而使整車動力學(xué)性能達(dá)標(biāo)是擺在仿真工程師面前的難題。本工作通過對輪胎穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)特性研究，建立基于輪胎穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)特性的三自由度車輛模型，揭示了輪胎特性與整車動力學(xué)性能的關(guān)系，為輪胎性能目標(biāo)的控制與優(yōu)化提供理論指導(dǎo)。

1 輪胎穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)特性

1. 1輪胎力學(xué)特性主要參數(shù)

輪胎力學(xué)特性研究輪胎受力與運(yùn)動狀態(tài)之間的關(guān)系，其主要參數(shù)有輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)兩類[2]。主要輸入?yún)?shù)包括縱向滑移率（κ）、滾動速度（Ω）、側(cè)偏角（α）、偏轉(zhuǎn)角（ψ）、外傾角（γ）和垂向力（Fz），主要輸出參數(shù)包括縱向力（Fx）、側(cè)向力（Fy）、翻傾力矩（Mx）、滾動阻力矩（My）和回正力矩（Mz），其中與底盤動力學(xué)直接相關(guān)的是Fy和Mz，而Fx和Fz對Fy間接產(chǎn)生作用，進(jìn)而影響車輛的運(yùn)動。

1. 2輪胎穩(wěn)態(tài)特性

1. 2. 1輪胎穩(wěn)態(tài)刷子模型

輪胎穩(wěn)態(tài)刷子模型不考慮胎體變形[3]，將輪胎等效為剛性胎體和彈性胎面兩部分。在純側(cè)偏工況下，輪胎接地印痕區(qū)內(nèi)胎面單元變形如圖1所示。圖中，V為輪胎接地印痕區(qū)接地中心（C點(diǎn)）速度，a為半印痕長度，α為V與胎體中心基準(zhǔn)線間的夾角，ν為印痕區(qū)微元速度，νmax為印痕區(qū)微元最大速度。

圖1　純側(cè)偏工況下輪胎接地印痕區(qū)胎面單元變形示意

假設(shè)α輸入無窮小或路面摩擦因數(shù)趨向無限大，可以認(rèn)為整個接地印痕區(qū)都為附著區(qū)，胎面單元不發(fā)生滑移[4]。對接地印痕區(qū)積分，可得到Fy和Mz：

式中，qy（x）為側(cè)向力分布函數(shù)。

輪胎穩(wěn)態(tài)刷子模型純側(cè)偏工況下Fy和Mz與α的關(guān)系如圖2所示。

圖2　輪胎穩(wěn)態(tài)刷子模型純側(cè)偏工況下Fy和Mz與α的關(guān)系

1. 2. 2輪胎側(cè)傾

當(dāng)車輪存在γ時（見圖3），車輪會發(fā)生繞自身旋轉(zhuǎn)軸線與地面交點(diǎn)滾動的趨勢，在寬度方向可以把輪胎看作由無數(shù)個無厚度圓盤重疊而成。在輪胎中心平面內(nèi)的圓盤在法向和側(cè)向的變形分別為Δz和Δy。由于存在側(cè)向變形，純側(cè)傾運(yùn)動時會產(chǎn)生側(cè)向力Fyγ和回正力矩Mzγ（下標(biāo)γ指產(chǎn)生力的原因）。