考虑侧倾影响的轮胎稳态力学特性研究

本文通过建立轮胎稳态侧倾侧偏特性刷子模型和稳态侧倾纵滑特性刷子模型，获得考虑侧倾影响的半经验模型理论边界条件；引入并推广局部胎体变形的概念，分析侧倾侧偏工况纵向力产生和侧倾纵滑工况侧向力产生的机理，得到相应的理论边界条件；建立考虑侧倾影响的UniTire稳态模型，并利用TDFT仿真平台将其与“魔术公式”进行对比分析。本研究的意义在于建立满足理论边界条件的考虑侧倾影响的UniTire稳态模型，能正确描述侧倾侧偏工况纵向力和侧倾纵滑工况侧向力，提高UniTire稳态模型在处理考虑侧倾影响的工况时的外延性和预测能力。 首先，建立轮胎稳态侧倾侧偏特性刷子模型，得到考虑侧倾影响的轮胎稳态特性的理论边界条件，修正UniTire稳态模型的侧向力曲率因子。此外，研究表明侧倾对侧偏特性的影响具有方向性，且侧倾影响回正力臂过渡阶段的变化率及初值，进而修正UniTire稳态模型的气胎拖距峰值因子、气胎拖距曲率因子及纵向气胎拖距初值。 其次，建立轮胎稳态侧倾纵滑特性刷子模型。根据模型可知，侧倾对纵向力学特性的影响主要决定于沿胎宽方向印迹半长的变化和沿胎宽方向纵向滑移率变化。引入并推广局部胎体侧倾变形的概念，研究侧倾角、有效侧倾角、印迹半长及负载半径间的相互影响机理：局部胎体侧倾变形主要由侧倾角、有效侧倾角及侧向力等决定；沿胎宽方向印迹半长的变化主要由有效侧倾角决定和纵向滑移率的变化主要由侧倾角决定；有效侧倾角由使产生局部胎体侧倾变形的量共同决定。基于以上结论，揭示侧向力通过影响有效侧倾角来改变纵向力的机理，阐明纵向滑移速度在侧向产生分量的机理，进而修正UniTire稳态模型有效纵向滑移率及有效侧向滑移率。 然后，利用理论与试验相结合的方法研究侧倾对侧向摩擦系数和侧偏刚度的影响，建立其半经验模型；分析残余回正力矩产生的机理，建立回正力矩半经验模型；并对考虑侧倾影响的UniTire稳态模型进行试验验证。 最后，利用TDFT仿真平台将考虑侧倾影响的UniTire稳态模型与最新版本的“魔术公式”进行对比分析：两者对典型工况的描述精度相近；“魔术公式”对侧倾角较大时轮胎力学特性的描述不如考虑侧倾影响的UniTire稳态模型；“魔术公式”对侧倾侧偏工况产生纵向力的描述有缺陷，但考虑侧倾影响的UniTire稳态模型对侧倾侧偏工况产生纵向力及侧倾纵滑工况产生侧向力的描述较为准确。