用试验模态参数建立轮胎垂直接地动特性的平面模型

采用一种新的思想进行轮胎建模研究，即用试验模态参数建立轮胎动力学模型。模态参数通过对轮胎进行径向和切向激振试验获得，并用于构成轮胎的传递函数。静态特性计算运用零频率的传递函数。采用迭代算法计算了印迹长度及垂直载荷与摩擦力在纵向的分布。然后计算了考虑接地印迹长度的垂直接地动特性，并采用模态综合方法分析了车轮、悬架与车身组合系统的特性。研究显示了这种方法的可行性和优越性。     

用模态方法分析轮胎印迹内摩擦力及不同表面垂直特性

模态参数反映了物理系统的本质特征。利用模态参数对轮胎的垂直特性进行了建模,建立了接地印迹内摩擦力分布的计算模型,其结果与实验结果相符合。还发现轮胎的垂直特性与地面和轮胎之间的附着系数有关,这是以往建模方法所不能做到的。分别对轮胎与平面、轮胎与转鼓曲面相接触的垂直特性进行了建模。两者之间的关系与以往基于试验的经验公式所得结果是一致的。显示出利用模态参数对轮胎不同工况特性建模的优越性。     

全钢丝载重子午线轮胎的有限元分析

在考虑轮胎的材料非线性、几何非线性、轮胎与地面接触的非线性情况下,建立轮胎稳态滚动的三维有限元模型.分析轮胎静态加载过程、加速过程、自由滚动过程,得到不同工况下胎圈和胎冠部位的应力云图以及帘线的等效Von mises应力,并进一步得出轮胎复合材料中帘线和橡胶之间的相时位移,发现在胎圈部位帘线和橡胶出现剥离现象,为进一步研究轮胎动态特性提供了参考.     

利用模态参数模型研究轮胎稳态侧偏特性

轮胎稳态侧偏特性模型是轮胎力学模型的一个重要组成部分。在静垂直模型基础上利用轮胎的侧向模态参数建立了轮胎稳态侧偏特性模型。对轮胎进行侧向激振试验得到轮胎的侧向模态参数,依据轮胎侧偏时印迹的几何变形及模态参数建模的思想,得到了侧向力分布。并由此推导出侧向力、回正力矩及侧偏刚度和松驰长度的计算表达式。计算在不同摩擦因数下的侧向力和回正力矩,结果与文献中的试验结果定性符合。而将结果转化为量纲为１的形式后与Ｆｉ－ａｌａ和桥石模型比较,结果表明两者拟合较好。     

轮胎垂直特性预测精度对侧偏特性的影响

该文利用轮胎模态参数建立了垂直特性和侧偏特性模型,并在垂直特性模型中计入胎侧非线性柔度,使模型预测精度得到提高。分析了不同精度的垂直特性模型对侧偏模型计算结果的影响,并与试验结果进行比较。结果表明:小载荷时胎侧非线性柔度对垂直特性和侧偏特性结果影响很小;大载荷时,胎侧非线性柔度对侧偏特性预测有较大影响,侧偏刚度预测的最大误差由-18.7%降至-11.4%。侧偏模型的预测完全符合M ag ic Form u la的描述。     

轮胎侧径耦合振型及对三维模型的影响

针对文献中示出的轮胎存在侧径耦合振型的现象,考虑该现象可能对三维模型产生的影响.首先通过模态试验得到了某一子午线轮胎在侧向激励下的径向振型参数,并以相应的径向激振试验进行了验证.然后将得到的结果纳入到模态参数静态侧倾模型中,比较了纳入与否对模拟结果的影响.结果表明: 对于一般轿车用子午线轮胎,轮胎侧径耦合振型对轮胎侧倾特性几乎没有影响,在建立三维轮胎模型时无需纳入.     

干燥路面上轿车轮胎侧偏特性试验

应用平台式轮胎力学特性试验机,研究了规格和胎体与胎面材料相同但胎面花纹形式不同的3条子午线轿车轮胎在模拟干燥路面上的侧偏特性,即侧向力特性和回正力矩特性.分析了胎面花纹、轮胎负荷和轮胎气压等因素对轮胎侧偏特性的影响.结果表明,在法向负荷0~7 kN,侧偏角0~15°,平台速度0~0.15 m/s,气压0.20~0.30 MPa的试验条件下,胎面刻花轮胎的侧偏特性优于纵沟花纹轮胎,其中顺向花纹轮胎的侧偏特性最佳.     

新型高精度乘用轮胎成型机的研制

为提高乘用车轮胎胎胚的精度,设计新型高精度乘用轮胎成型机结构和设备组成.在一段成型时创新设计了旋转式开合成型鼓结构,减小胎体成型时的变形;在二段成型时用新型高精度的齿轮齿条传递环结构,同步性高,夹持胎冠进行三角度点对称打压,提高胎坯圆度和均匀性.通过该二次法成型机成型的胎胚提高了动平衡性能、均匀性等关键性能指标,推动高精度乘用车轮胎工业的发展.     

自由滚动轮胎侧偏特性的模拟研究

本文通过在轮胎印迹内垂直载荷分布理论模型中引入垂直载荷分布形状参数和修正系数,建立了比以往模型更完善的自由滚动轮胎侧偏特性理论模型以6.50 R16轮胎为例,分析了侧偏角、外倾角、垂直载荷及其分布形状参数以及垂直载荷分布质心偏布率等对其侧偏特性的影响。     

轮胎模态参数模型及滚动阻力模拟

在汽车工业产品虚拟开发中建立好的轮胎模型是一个瓶颈问题,需要发展直接利用轮胎模态参数对轮胎特性进行全面模拟的高度解析化的模型。该文在初步建立稳态滚动模型和计算方法,以及对垂直特性计入胎侧非线性刚度模型达到高精度的基础上,又引入花纹阻尼,形成轮胎滚动阻力定量模拟模型,得到在80 km/h推荐速度下滚动阻力系数为0.65%。为进一步表明所建模型及模拟方法的成功,将不同半径转鼓上的模拟结果和ISO 18164推荐的转鼓试验结果与转鼓半径的关系做比较,结果具有良好的一致性。轮胎滚动阻力的模拟结果可指导实践,模型及模拟方法可作为动态模拟的重要基础。     

重型货车轮胎接地压力分布实测

目前路面力学大部分相关研究都把轮胎接地压力简化为圆形均匀分布,这与实际有很大的差别.轮胎接地压力分布随着轮胎的胎压、负荷、花纹甚至使用年限的不同而有很大不同,且呈明显的非均匀分布.为此利用自主开发的轮胎接地压力测试仪,进行了重型货车不同花纹轮胎在不同轮胎胎压和不同负荷作用下的接地压力分布测量.     

Tire Grip Performance Simulation and Improving Method Considering the Influence of Tread Pattern Stiffness

The grip performance of radial tires on dry roads was simulated with the software ABAQUS.A sliding-velocity-dependent friction coefficient on the contact behavior at the tire-pavement interface was selected to describe friction phenomenon for tire and road interface.Anti-lock brake system(ABS) process was achieved by controlling the tire angular velocity to obtain the relationship between friction force and slip rate,while the maximum friction forces were used to evaluate tire grip performance.Physical mechanism of tire grip performance was also analyzed through the frictional force generated from the adhesion region and sliding region by considering the contact differences between the longitudinal slip and the lateral slip,and the deformation characteristics of tire pattern were also investigated.In order to improve tire grip performance,carbon fiber material was added to the tread pattern grooves.The results show that carbon fiber has a significant influence on stiffness distribution of tread patterns and friction force vector in the contact zone.Tire grip performance can be improved by controlling the stiffness distribution and deformation direction of the tread pattern.     

花纹结构对轮胎滑水性能影响分析及优化设计

轮胎滑水会降低车辆的附着能力,导致危险事故,胎面花纹的排水能力决定着轮胎滑水性能。以205/55 R16子午线轮胎为研究对象,建立能够反映花纹参数特征的流体域模型,采用响应面法对胎面花纹结构进行优化。选取4个主要花纹结构参数,以降低动水升力为优化目标构建响应面模型,得到复杂花纹结构最佳优化方案。对比优化前后轮胎在自由滚动、侧偏及侧倾工况下的流场特性,结果表明：优化后的花纹结构能够有效降低胎面动水压力,削弱沟槽内部及出口处水流旋涡,提高湿滑路面轮胎滑水性能,为轮胎结构设计提供借鉴。     

三角平衡轮廓轮胎力学性能的研究

以255/30R22传统轮胎轮廓为参考对象,通过改变传统轮胎轮廓断面形状提出了一种新的轮胎断面轮廓——三角平衡轮廓,利用ABAQUS软件建立三角平衡轮廓轮胎的三维有限元模型,对标准负荷工况下骨架材料的受力、轮胎接地印痕、接地压力分布以及径向刚度等进行了分析。研究结果表明,相比传统轮廓轮胎,三角平衡轮廓轮胎的骨架材料接地区域内沿胎面横向方向整体应力分布较均匀,第1胎体层端部、第2带束层端部、两层冠带层端部变形较小,而第2胎体层端部变形较大;较小的接地印痕面积和较高的径向刚度实现了三角平衡轮廓轮胎翻转力臂的减小和真圆度的逼近,从而达到降低轮胎滚动阻力的目的。     

用有限元法分析轮胎结构与滚动阻力的关系

子午线轮胎的滚动阻力是影响汽车燃油经济性的一个基本因素,它受到越来越多的汽车生产商和消费者的重视.到目前为止,我国轮胎企业在降低轮胎滚动阻力方面所采取的措施主要是降低橡胶,特别是胎面胶的损耗因子,基本上很少从结构上考虑如何降低滚动阻力. 采用3D有限元分析法对特定的子午胎在不同负荷、不同速度下的滚动阻力进行了预测,在有限元模型的建立上,利用MSC.MARC软件,对子午胎的胎体、带束层、胎圈等部位采用了膜加强筋单元以及实体加强筋单元进行模拟,对橡胶材料则采用Yeoh材料模式来描述,橡胶的滞后损失由橡胶加工分析仪获得.所得的结果与实测值进行了比较,并获得了良好的效果.在此基础上,通过改变子午胎的结构设计参数以及橡胶的损耗因子,分别计算滚动阻力的变化,主要讨论结构设计参数变化对子午胎滚动阻力的影响.     

汽车动力学仿真的轮胎翻倾力矩特性动力学模型

轮胎翻倾力矩特性对汽车烦翻的研究有重要影响,也是导致轮胎有效侧倾角的主要因素,对轮胎力学特性理论建模有重要意义。从理论及试验两个方面阐明了翻倾力矩的产生机理,推导了轮胎翻倾力矩的理论模型,进行了模型参数的试验辨识,给出了模型计算结果与试验数据的对比曲线。     

沥青路面车辆超载定义分析

传统意义上车辆超载是指车辆当前负荷高于该车型的额定载荷，实际上，由于轮胎接地压力并不是简单的圆形均匀分布，而是具有明显的非均匀性，因而两者计算出来的沥青路面力学响应很不一样．利用笔者实测的轮胎接地压力分布，分析了不同车辆轮胎不同胎压、不同负荷时，沥青路面结构层的力学响应，结果表明，不仅当车辆负荷超额时，路面结构的力学响应显著，而且当负荷不超额但轮胎胎压很高时，其对路面结构的影响也十分不利；同时，轻型货车负荷超载和（或）胎压超限时不利影响也不容忽视．     

轮胎力学研究的现状与展望

汽车行驶速度的提高，对车辆操纵性、平顺性和安全性提出了更高的要求，而轮胎的力学特性是影响车辆性能的重要因素，所以轮胎力学研究已成为国内外车辆力学研究的热点．本文从轮胎稳态力学、轮胎动力学以及实验技术三个方面综述了国内外轮胎力学研究的历史与现状，并提出了当前研究中应着重解决的问题和轮胎力学研究的发展趋势．     

考虑声固耦合作用的光面胎滚动数值模拟

利用ABAQUS软件建立了考虑声固耦合作用的光面胎滚动有限元模型,并对其进行滚动工况下Mises应力、接地性能以及振动模态等力学性能分析。从动力学分析结果中提取光面胎结构有限元模型的表面振动加速度,导入LMS Virtual.Lab Acoustics软件,采用声学边界元法分析光面胎滚动噪声;探讨了接地印痕、载荷、胎压和下沉量之间的关系,并对近场噪声仿真值与实验测量值进行了比较。研究结果表明：考虑声固耦合作用的光面胎Mises应力、接地压力、接地印痕呈对称分布,接触印痕、载荷、胎压随下沉量的增加而增大;考虑声固耦合的光面胎滚动噪声主要分布于50~375 Hz低频段,且内胎气体在滚动工况下产生了稳定声压（8 dB（A））。