轮胎结构不对称性对其力学特性建模的影响

第34卷　第2期

2004年4月吉林大学学报(工学版)JournalofJilinUniversity(EngineeringandTechnologyEdition)　Vol.34　No.2　Apr.2004文章编号:1671-5497(2004)02-0185-04

轮胎结构不对称性对其力学特性建模的影响

卢　荡,郭孔辉

(吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室,吉林长春　130022)

摘　要:轮胎因其结构不对称性导致的胎体锥度及帘布层转向效应,显著影响轮胎的力学特

性。对于某一轮胎的试验数据,考虑胎体锥度及帘布层转向效应,是建立正确的经验及半经验

轮胎力学特性模型的关键。本文对胎体锥度及帘布层转向效应进行了深入分析,提出了胎体

锥度及帘布层转向效应等效处理及相应的试验辨识方法。指出轮胎模型的有效输入,是研究

轮胎结构不对称性对其力学特性建模影响的有效方法。

关键词:轮胎模型;胎体锥度;帘布层转向

中图分类号:U461　　文献标识码:A

Structurebehaviormodeling

LUDang,GUOKong2hui

(StateKeyLaboratoryofAutomobileDynamicSimulation,JilinUniversity,Changchun130022,China)

Abstract:Tirestructureunsymmetryresultsinconicityandply2steering,andhassignificantinfluenceontiremechanicalbehavior.Takingthetireconicityandply2steeringintoaccountisveryimportanttodevelopetireempiricalorsemi2empiricalmodelfromtireexperimentaldata.Inthispaper,theeffectsofconicityandply2steeringontireforceandmomentcharacteristicswereinvestigatedindetail,theconceptofequivalentslipandcamberangleswereintroduced,andcorrespondingidentificationprocedurewaspresented.Itisconcludedthatintroductionoftheeffectiveinputoftiremodelisthereasonableapproachtoconsiderstructureunsymmetryeffectontiremodeling.

Keywords:tiremodel;tireconicity;ply2steering

研究轮胎的力学特性对汽车动力学的发展有重要意义[1]。建立能精确描述轮胎力学特性的模型是汽车动力学仿真研究应首先解决的问题。由于轮胎结构的不对称性导致的胎体锥度(Tireconicity)及帘布层转向效应(Ply2steering),显著影响轮胎的力学特性[2],也是造成汽车在无外部扰动情况下直线跑偏(TireorVehiclePull)的主要因素[3]。在轮胎力学特性研究中,如何考虑胎体锥度及帘布层转向效应,是建立正确的基于试验数据的经验及半经验轮胎力学特性模型的关键。为此,作者对胎体锥度及帘布层转向效应进行了深入分析,提出了胎体锥度及帘布层转向效应等效处理及相应的试验辨识方法。

收稿日期:2003209211.

基金项目:国家863高技术研究发展计划资助项目(2003AA501950);国家自然科学基金资助项目(50175044).

作者简介:卢荡(1972-),男,博士,讲师.E2mail:Lu.dang@http://doc.guandang.net

通讯联系人:郭孔辉(1935-),男,教授,博士生导师,中国工程院院士.E2mail:guo.konghui@http://doc.guandang.net

186 吉林大学学报(工学版)第34卷1　胎体锥度及帘布层转向

轮胎与路面的接触区域称为轮胎的接地印迹。轮胎与路面正是在这个区域内相互作用,产生使汽车实现各种运动(如转向、驱动、制动)的力,图1为轮胎ISO坐标系

。

图1　轮胎ISO坐标系

Fig.1　TireISOCoordinatesSystem图2　Fig.2　　当轮胎以零度侧倾角直线行驶时(α=γ=0),,这些初试验研究证明,胎体锥度有关,,即当轮胎滚动方向改变时,胎体锥度导,如图2所示。帘布层转向与轮胎带束,且最外层的帘线起主要作用,其对轮胎力学特性的影响与小侧偏角对轮胎的作用相当,即当轮胎滚动方向改变时,帘布层转向导致的轮胎侧向力及回正力矩的方向相对于绝对坐标系是改变的,如图3所示

。

图3　帘布层转向

Fig.3　Tireply2steering图4　轮胎接地印迹内胎体变形特征及其力学特性Fig.4　Tirefootprintsonafrictionlesssurfaceandsideforceforthetire　　文献[2]对具有纯胎体锥度、纯帘布层转向及二者复合情况的轮胎,在假想摩擦系数为零的路面上接地印迹内的胎体变形模式进行了描述,并给出了具有这三种不同性质的轮胎在正常路面上以0°侧倾角向前、向后滚动时轮胎侧向力与转向角关系的曲线描述,如图4所示。

2　胎体锥度及帘布层转向的等效处理

从上面的分析可知,具有胎体锥度及帘布层转向的轮胎以0°侧倾角直线行驶时,其力学特性等效于只具有小侧倾角和小侧偏角而无胎体锥度和帘布层转向的轮胎的力学特性。因此,可设轮胎胎体锥度的等效侧倾角为γ帘布层转向的等效侧偏角为αcon、ply。

分析胎体锥度及帘布层转向引起的轮胎初始侧向力Fy0及回正力矩Mz0,设轮胎的侧偏刚度为

第2期卢　荡,等:轮胎结构不对称性对其力学特性建模的影响 187 Ky、侧偏回正刚度为Kmy、侧倾刚度为K侧倾回正刚度为Kmγ,因等效侧倾角γγ、con和等效侧偏角αply都是很小的值,将轮胎看作一个线性系统,则有:

γconFy0=Kαγyply+K

αγMz0=Kmy

ply+Kmγcon(1)

　　在获得轮胎侧倾、侧偏试验数据的情况下,可通过参数辨识的方法得到胎体锥度的等效侧倾角γcon和帘布层转向的等效侧偏角α在文献[3]中,通过大量轮胎试验研究了胎体锥度对轮胎力学特性的ply。

影响。下面将利用等效侧倾角γcon和等效侧偏

角αply从理论上对文献[3]中的一些结论给出

解释。

定义在轮胎侧向力和回正力矩与侧偏角特

性曲线中,轮胎侧向力为零时的侧偏角对应的

回正力矩为轮胎残余回正力矩(Residual

aligningmoment,简称RAM);Fig.5　Tireconicityandply2steeringshowingconversion

toequivalentcamberandslipangle(,0为回正力矩静位momentstaticphase,简称)(如图5所示),则得:AMSP=δγ0=δconδγcon=γ-KmyKycon(2)δRAM=Kmy 0

δRLF=-Ky 0

　　由式(2)可知,AMSP、RAM及RLF都与帘布层转向无关,只与胎体锥度呈线性关系,这与文献[3]中的试验研究结论“TirePull与胎体锥度呈线性关系”是一致的,同时也检验了胎体锥度及帘布层转向等效处理方法的适用性。

3　等效侧倾角γcon及等效侧偏角αply的辨识

真实轮胎因设计或制造的原因都或多或少存在胎体锥度及帘布层转向,因此在建立基于试验数据的经验及半经验轮胎力学特性模型时,必须通过试验数据辨识得到代表胎体锥度及帘布层转向的等效侧倾角γcon及等效侧偏角αply,这样才能在汽车动力学仿真研究中正确考察轮胎特性的影响,合理剔除由于轮胎结构不对称导致的力学特性变化对研究结果的干扰。

对于某一轮胎的试验数据,等效侧倾角γcon及等效侧偏角αply的辨识步骤如下:

(1)对于纯侧偏(γ=0)试验的较小侧偏角范围(-1°α≤),轮胎的侧向力及回正力矩被认为随≤1°

侧偏角作线性变化[4]。根据图5:

γFy=Ky (α+αγply)+Kcon(3)γconMz=Kmy(α+αply)+Kmγ

　　利用纯侧偏试验数据,依据式(3)即可辨识得到轮胎的侧偏刚度Ky及侧偏回正刚度Kmy。

(2)对于纯侧倾(α=0)试验的较小侧倾角范围(-3°γ≤),轮胎的侧向力及回正力矩也被认为≤3°

随侧倾角作线性变化[4],:

α)Fy=Ky γ(γply+Kcon+γ(4)α+Kmγ(γcon+γ)Mz=Kmy

188 吉林大学学报(工学版)第34卷　　利用纯侧倾试验数据,依据式(4)即可辨识得到轮胎的侧倾刚度Kγ及侧偏回正刚度Kmγ。

(3)利用全部小侧偏 …… 此处隐藏：3545字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……