汽车动力学-轮胎动力学共36页文档
合集下载
汽车动力学-轮胎动力学
转偏率
轮胎模型
纵向力Fx 侧向力Fy 法向力Fz 轮胎六 侧倾力矩M x 分力 滚动阻力矩M y 回正力矩 M z
➢轮胎模型分类
□轮胎纵滑模型，预测车辆在驱动和制动工况时的纵向力。 □轮胎侧偏和侧倾模型，预测侧向力和回正力矩。 □轮胎垂向振动模型，用于高频垂向振动的评价。
精品课件
9
3.3轮胎模型
滚动阻力系数
fR
FR F z ,w
滚动阻力系数
fR
eR rd
■滚动阻力系数随着胎压增加而降低
■滚动阻力系数随着车轮载荷增加而降低 ■滚动阻力系数随着车速增加而增加
精品课件
15
3.4轮胎纵向力学特性
➢轮胎滚动阻力
□滚动阻力系数测量 ■整车道路测试 ■室内台架测试
精品课件
16
3.4轮胎纵向力学特性
2.道路条件产生的附加阻力
精品课件
24
3.5轮胎垂向力学特性
1.轮胎的垂向特性
➢非滚动动刚度 ➢滚动动刚度
精品课件
25
3.5轮胎垂向力学特性
2.轮胎噪声
轮胎噪声产生的机理： (1)空气泵吸效应 (2)胎面单元振动
3.轮胎垂向振动力学模型
精品课件
弹簧-阻尼模型
3.5轮胎垂向力学特性
4.轮胎振动对汽车性能的影响
➢对汽车平顺性的影响
3.2轮胎的功能、结构及发展
➢轮胎的结构 □胎体 决定轮胎基本性能 □胎圈 便于胎体装卸 □胎面 保护胎体、内胎
■胎冠
■胎肩 ■胎侧
▲常用的充气轮胎有两种，斜交轮胎和子午线轮胎，主要 是胎体帘线角度的不同，前者为20-40度，后者为85-90度。
精品课件
6
轮胎动力学
预测轮胎的侧向力和回正力矩，评价转向工况下低 频转角输入响应
3、轮胎垂向振动模型
高频垂向振动评价
2017/11/15
第三章
轮胎动力学
轮胎纵滑侧偏模型：
轮胎参数：轮胎尺寸、轮胎压力、 地面条件
侧偏角 外倾角 轮胎模型
侧向力 纵向力 回正力矩
滑移率
垂向载荷
车辆模型
2017/11/15
第三章
轮胎动力学
第三章
轮胎动力学
1. 轮胎胎面：1个厚厚的 橡胶层，提供了与地面的 接触界面，还具有排水和 耐旧的性能。 2. 胎冠带束层：双层或 3 层加强带束层具有垂直 方向上的柔韧度和极高的 横向刚性，提供了转向力。 3. 胎侧：胎侧容纳并保 护胎体帘布层，而胎体帘 布层的功能是将轮胎的胎 面固定在轮辋上。
第三章
轮胎动力学
子午线轮胎的帘布层 相当于轮胎的基本骨架， 其排列方向与轮胎子午 断面一致。由于行驶时 轮胎要承受较大的切向 作用力，为保证帘线的 稳固，在其外部又有若 干层由高强度、不易拉 伸的材料制成的带束层 ( 又称箍紧层 ) ，其帘线 方向与子午断面呈较大 的交角。（85-90度）
2017/11/15
轮胎动力学模型分为理论模型、经验模型、半 经验模型、自适应模型四大类。 理论模型
轮胎理论模型( 有的学者称之为分析轮胎模型)是在简化 的轮胎物理模型的基础上建立的对轮胎力学特性的一种数学 描述的轮胎模型。它虽然精度较高, 但是求解速度一般较低, 用数学表示的公式常常很复杂, 同时需要更多的对轮胎结构
2017/11/15
第三章
轮胎动力学
4. 用于固定在轮辋的 胎唇部分：它内部的胎 唇钢丝圈可以使轮胎牢 牢地固定在轮辋上，使 之结合在一起。 5. 气密层：它保证了
3、轮胎垂向振动模型
高频垂向振动评价
2017/11/15
第三章
轮胎动力学
轮胎纵滑侧偏模型：
轮胎参数：轮胎尺寸、轮胎压力、 地面条件
侧偏角 外倾角 轮胎模型
侧向力 纵向力 回正力矩
滑移率
垂向载荷
车辆模型
2017/11/15
第三章
轮胎动力学
第三章
轮胎动力学
1. 轮胎胎面：1个厚厚的 橡胶层，提供了与地面的 接触界面，还具有排水和 耐旧的性能。 2. 胎冠带束层：双层或 3 层加强带束层具有垂直 方向上的柔韧度和极高的 横向刚性，提供了转向力。 3. 胎侧：胎侧容纳并保 护胎体帘布层，而胎体帘 布层的功能是将轮胎的胎 面固定在轮辋上。
第三章
轮胎动力学
子午线轮胎的帘布层 相当于轮胎的基本骨架， 其排列方向与轮胎子午 断面一致。由于行驶时 轮胎要承受较大的切向 作用力，为保证帘线的 稳固，在其外部又有若 干层由高强度、不易拉 伸的材料制成的带束层 ( 又称箍紧层 ) ，其帘线 方向与子午断面呈较大 的交角。（85-90度）
2017/11/15
轮胎动力学模型分为理论模型、经验模型、半 经验模型、自适应模型四大类。 理论模型
轮胎理论模型( 有的学者称之为分析轮胎模型)是在简化 的轮胎物理模型的基础上建立的对轮胎力学特性的一种数学 描述的轮胎模型。它虽然精度较高, 但是求解速度一般较低, 用数学表示的公式常常很复杂, 同时需要更多的对轮胎结构
2017/11/15
第三章
轮胎动力学
4. 用于固定在轮辋的 胎唇部分：它内部的胎 唇钢丝圈可以使轮胎牢 牢地固定在轮辋上，使 之结合在一起。 5. 气密层：它保证了
轮胎动力学
Add Your Company Slogan
充气轮胎动力学
——姚小勇
充气轮胎动力学
• 2.1 概述
主 要 内 容
一、轮胎的基本功能 二、轮胎的基本要求 三、轮胎的规格 四、作用在轮胎上的力与力矩
充气轮胎动力学
• 一、轮胎的基本功能
1. 支承整车的重量； 2. 缓和路面不平对车辆的冲击力
3. 为驱动和制动提供附着力
充气轮胎动力学
• 滚动阻力的产生原因：
由于轮胎的内摩擦、地面变形的阻尼(对于软路面) 以及轮胎与地面间弹性变形与局部滑移,地面给轮胎 的垂直反力总是偏前一距离a，使地 面反力与垂 直负荷形成力偶，它起到阻止运动的作用，称为滚 动阻力偶。由图可知，欲使从动轮滚动，必须在车 轮中心加推力，它与地面切向反力构成一力偶矩来 克服上述滚动阻力偶。
轮胎的侧偏特性
轮胎的侧偏现象和侧偏力-侧偏角曲线 1.侧偏力FY
地面作用于车轮的侧向反作用力。
轮胎的侧偏特性
1）在刚性轮上作用侧向力FY c c u u
u'
u
c
FY FZl
c
FY FZl
只有当侧向力FY大于（或等于）车轮与路面间 的侧向附着力时，车轮的运动方向才会改变。
轮胎的侧偏特性
充气轮胎动力学
很多汽车重要性能都与轮胎有关，因此 在讨论整车动力学之前，研究充气轮胎动 力学是必不可少的，同时应该看到，从力 学观点来看，轮胎也是一个由质量、弹性 元件和阻尼元件组成的子系统，所以它的 动力学特性亦是汽车系统动力学中的重要 组成部分。
三、轮胎的规格
• 轮胎种类是通过规格来划分的，轮胎规格由
充气轮胎动力学
① 确定轮胎垂直载荷分布
• 在印迹间是不对称的，因而 q z
充气轮胎动力学
——姚小勇
充气轮胎动力学
• 2.1 概述
主 要 内 容
一、轮胎的基本功能 二、轮胎的基本要求 三、轮胎的规格 四、作用在轮胎上的力与力矩
充气轮胎动力学
• 一、轮胎的基本功能
1. 支承整车的重量； 2. 缓和路面不平对车辆的冲击力
3. 为驱动和制动提供附着力
充气轮胎动力学
• 滚动阻力的产生原因：
由于轮胎的内摩擦、地面变形的阻尼(对于软路面) 以及轮胎与地面间弹性变形与局部滑移,地面给轮胎 的垂直反力总是偏前一距离a，使地 面反力与垂 直负荷形成力偶，它起到阻止运动的作用，称为滚 动阻力偶。由图可知，欲使从动轮滚动，必须在车 轮中心加推力，它与地面切向反力构成一力偶矩来 克服上述滚动阻力偶。
轮胎的侧偏特性
轮胎的侧偏现象和侧偏力-侧偏角曲线 1.侧偏力FY
地面作用于车轮的侧向反作用力。
轮胎的侧偏特性
1）在刚性轮上作用侧向力FY c c u u
u'
u
c
FY FZl
c
FY FZl
只有当侧向力FY大于（或等于）车轮与路面间 的侧向附着力时，车轮的运动方向才会改变。
轮胎的侧偏特性
充气轮胎动力学
很多汽车重要性能都与轮胎有关，因此 在讨论整车动力学之前，研究充气轮胎动 力学是必不可少的，同时应该看到，从力 学观点来看，轮胎也是一个由质量、弹性 元件和阻尼元件组成的子系统，所以它的 动力学特性亦是汽车系统动力学中的重要 组成部分。
三、轮胎的规格
• 轮胎种类是通过规格来划分的，轮胎规格由
充气轮胎动力学
① 确定轮胎垂直载荷分布
• 在印迹间是不对称的，因而 q z
汽车动力学轮胎动力学ppt课件
7
轮胎的发展 轮胎的材料、胎面花纹以及内部结构影响轮胎的物理 特性。 □低滚动阻力
□良好的平顺性 □良好的操稳性 □良好的附着性 □低噪声
8
3.3轮胎模型
8
什么是轮胎模型？ 纵向滑动率 s
车辆运动 参数
侧偏角 径向变形 车轮外倾角 车轮转速
转偏率
轮胎模型
纵向力Fx 侧向力Fy 法向力Fz 轮胎六 侧倾力矩M x 分力 滚动阻力矩M y 回正力矩 M z
■驻波 高速工况；增加能量损失，产生大量热，限制最高 安全行驶速度。
14
3.4轮胎纵向力学特性
轮胎滚动阻力
□摩擦阻力
□风扇效应阻力 □滚动阻力系数
滚动阻力 FR FR,弹性迟滞 FR,摩擦 FR,风扇
滚动阻力系数
fR
FR Fz , w
滚动阻力系数
fR
eR rd
■滚动阻力系数随着胎压增加而降低
3
3.1概述
3
2.车轮运动参数 □滑动率(s=0~1) ,表示车轮相对于
Fz uw
rd
纯滚动(或纯滑动)状态的偏离程度。 旋转轴
▲滑转率(驱动时)
s rd uw 100% rd
▲滑移率(制动时)
sb
uw
rd
uw
100%
车轮运动方向 uw
□轮胎侧偏角 arctan( vw ) 顺时针方向为正 负侧偏角
轮胎模型分类
□轮胎纵滑模型，预测车辆在驱动和制动工况时的纵向力。 □轮胎侧偏和侧倾模型，预测侧向力和回正力矩。 □轮胎垂向振动模型，用于高频垂向振动的评价。
9
3.3轮轮胎模型
由郭孔辉院士提出，用于预测轮胎的稳态特性。
汽车系统动力学第三章 充气轮胎动力学
第三章充气轮胎动力学§3-1 概述轮胎是车辆重要的组成部分，直接与地面接触。
其作用是支承整车的重量，与悬架共同缓冲来自路面的不平度激励，以保证车辆具有良好的乘坐舒适性和行驶平顺性；保证车轮和路面具有良好的附着性，以提高车辆驱动性、制动性和通过性，并为车辆提供充分的转向力。
一、轮胎运动坐标系二、车轮运动参数1．滑动率2．轮胎侧偏角a3．轮胎径向变形§3-2 轮胎的功能、结构及发展轮胎的基本功能包括：1)支撑整车重量；2)与悬架元件共同作用，衰减由路面不平引起的振动与冲击；3)传递纵向力，以实现驱动和制动；4)传递侧向力，以使车辆转向并保证行驶稳定性。
为实现以上功能，任何一个充气轮胎都必须具备以下基本结构：(1)胎体(2)胎圈(3)胎面常用的车用充气轮胎有两种，即斜交轮胎和子午线轮胎。
二者在结构上有明显不同，主要区别在于胎体帘线角度的不同。
所谓“帘线角”即为胎体帘布层单线与车轮中心线形成的夹角。
根据车辆动力学研究内容的不同，轮胎模型可分为：(1)轮胎纵滑模型主要用于预测车辆在驱动和制动工况时的纵向力。
(2)轮胎侧偏模型和侧倾模型主要用于预测轮胎的侧向力和回正力矩，评价转向工况下低频转角输入响应。
(3)轮胎垂向振动模型主要用于高频垂向振动的评价，并考虑轮胎的包容特性(包含刚性滤波和弹性滤波特性)。
这里仅对几种常用的轮胎模型给予介绍。
(1)幂指数统一轮胎模型幂指数统一轮胎模型的特点是：。
1)采用了无量纲表达式，其优点在于由纯工况下的一次台架试验得到的试验数据可应用于各种不同的路面。
当路面条件改变时，只要改变路面的附着特性参数，代人无量纲表达式即可得该路面下的轮胎特性。
2)无论是纯工况还是联合工况，其表达式是统一的。
3)可表达各种垂向载荷下的轮胎特性。
4)保证了可用较少的模型参数实现全域范围内的计算精度，参数拟合方便，计算量小。
在联合工况下，其优势更加明显。
5)能拟合原点刚度。
(2)“魔术公式”轮胎模型“魔术公式”轮胎模型的特点是：1)用一套公式可以表达出轮胎的各向力学特性，统一性强，编程方便，需拟合参数较少，且各个参数都有明确的物理意义，容易确定其初值。
轮胎动力学
M = K ∫ η (ξ )ξ d ξ
l −l
接触区
− Rθ +l+ L
+ KR ∫
2
−l sin − 1 R
−π
非接触区
+ KR ∫
2
π
l sin − 1 R
(η e
1
(η e
1
σ
+η e
2
Rθ +l
σ
l− Rθ
σ
+η e
2
Rθ −l− L
σபைடு நூலகம்
)sin θ d θ
) sin θ d θ
简化并积分后得： M = K
2 2 F y = ∫0 l kη (ξ )dξ + ∫2ll + L kη (ξ )dξ 2 L = ∫0 l kη (ξ ) dξ + ∫0 kη (ξ ′) dξ ′
接触区 非接触区
为了确定轮胎在不接触(“自由”)部份的侧向位移 η (ξ ) 。 让我们来观察模型中的一个微元 dξ ′
2009-10-19 16
∫ η (ξ )ξ d ξ
−l
l
+ K σ (η 1 − η 2 )( l + σ )
2009-10-19
22
第二章
Q
轮胎动力学
−l ≤ ξ ≤ l
η (ξ ) = − ξϕ ,
η = − lΨ ,
1
η = lΨ
2
扭角ψ所产生的回正力矩为： 扭转刚度:
M = − 2 Kl Ψ [
l2 + σ ( l + σ )] 3
2009-10-19
11
第二章
轮胎动力学
l −l
接触区
− Rθ +l+ L
+ KR ∫
2
−l sin − 1 R
−π
非接触区
+ KR ∫
2
π
l sin − 1 R
(η e
1
(η e
1
σ
+η e
2
Rθ +l
σ
l− Rθ
σ
+η e
2
Rθ −l− L
σபைடு நூலகம்
)sin θ d θ
) sin θ d θ
简化并积分后得： M = K
2 2 F y = ∫0 l kη (ξ )dξ + ∫2ll + L kη (ξ )dξ 2 L = ∫0 l kη (ξ ) dξ + ∫0 kη (ξ ′) dξ ′
接触区 非接触区
为了确定轮胎在不接触(“自由”)部份的侧向位移 η (ξ ) 。 让我们来观察模型中的一个微元 dξ ′
2009-10-19 16
∫ η (ξ )ξ d ξ
−l
l
+ K σ (η 1 − η 2 )( l + σ )
2009-10-19
22
第二章
Q
轮胎动力学
−l ≤ ξ ≤ l
η (ξ ) = − ξϕ ,
η = − lΨ ,
1
η = lΨ
2
扭角ψ所产生的回正力矩为： 扭转刚度:
M = − 2 Kl Ψ [
l2 + σ ( l + σ )] 3
2009-10-19
11
第二章
轮胎动力学
《汽车动力学》课件
风阻系数性 的重要参数
阻力面积：影响 汽车空气阻力的 重要参数
空气动力学中心： 影响汽车行驶稳 定性的重要参数
汽车空气动力学设计优化
空气动力学原 理：流体力学、 空气阻力、升
力等
汽车空气动力 学设计：车身 形状、轮胎设 计、发动机进
气口设计等
03 汽车动力学基本原理
牛顿运动定律
第一定律：物体在 没有外力作用的情 况下，保持静止或 匀速直线运动状态
第二定律：物体受 到外力作用时，其 加速度与外力成正 比，与物体的质量 成反比
第三定律：作用力 和反作用力总是大 小相等、方向相反 、作用在同一直线 上
应用：汽车动力学 中，牛顿运动定律 用于分析汽车的加 速、减速、转弯等 运动状态
刚体动力学
刚体动力学定义：研究刚体在力作 用下的运动规律
刚体动力学应用：汽车悬挂系统设 计、汽车转向系统设计等
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
刚体动力学基本方程：牛顿第二定 律
刚体动力学与汽车动力学的关系： 刚体动力学是汽车动力学的基础
弹性力学基本原理
弹性力学的定 义：研究物体 在外力作用下 的变形和应力
侧向力：轮胎在转弯时产生的侧向力 纵向力：轮胎在加速或减速时产生的 纵向力
轮胎磨损：轮胎在使用过程中的磨损 情况
轮胎寿命：轮胎的使用寿命和更换周 期
轮胎噪音：轮胎在行驶过程中产生的 噪音水平
轮胎动力学实验研究
实验目的：研究轮胎在不同路面、速度、载荷下的动力学特性 实验方法：使用轮胎动力学测试设备，如轮胎测试台、道路模拟器等 实验内容：测量轮胎在不同条件下的滚动阻力、侧向力、纵向力等参数 实验结果：分析轮胎在不同条件下的动力学特性，为轮胎设计和优化提供依据
汽车动力学-轮胎动力学
19
3. 轮胎侧偏引起的附加阻力 ➢车轮定位的影响
□车轮前束角
FR，前束 Fy sin w fR,前束Fz,W
第十九页，共33页。
3.4轮胎纵向力学特性
20
3. 轮胎侧偏引起的附加阻力
➢车轮定位的影响
□车轮外倾角
由于车轮外倾角的存在，使轮胎在滚动过程中不垂直于地面，胎面滚动 区域将受不断变化的载荷作用，胎壁产生变形，引起滚动阻力稍有增加。
斜交轮胎
子午线轮胎
第六页，共33页。
7
3.2轮胎的功能、结构及发展
➢轮胎的发展
轮胎的材料、胎面花纹以及内部结构影响轮胎的物理特性。
□低滚动阻力 □良好的平顺性
□良好的操稳性
□良好的附着性 □低噪声
第七页，共33页。
8
3.3轮胎模型
➢什么是轮胎模型？ 纵向滑动率 s
车辆运动 参数
侧偏角 径向变形 车轮外倾角 车轮转速
第二十七页，共33页。
27
弹簧-阻尼模型
3.5轮胎垂向力学特性
4.轮胎振动对汽车性能的影响
➢对汽车燃油经济性的影响
轮胎的振动必然将汽车行 驶中的一部分动能转变成轮胎 的变形，将生成热量并传到大 气中去，使汽车的能量损失， 使燃油经济性变差。
➢对汽车安全性的影响
汽车行驶过程中轮胎发生振动，将 影响轮胎与路面的附着能力，过大的轮 胎振动会导致轮毂轴承的异常磨损，恶 化汽车的技术状况，影响汽车的行驶安 全。
第九页，共33页。
10
3.3轮胎模型
□“魔术公式”轮胎模型
Pacejka提出，以三角函数组合的形式来拟合轮胎试验数据， 得出一套公式可以同时表达纵向力、侧向力和回正力矩的轮 胎模型。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
汽车动力学-轮胎动力学
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。