大侧偏角下侧偏松弛长度特性的研究

大侧偏角下侧偏松弛长度特性的研究 2001年(第23卷)第2期 汽车工程 AutomotixeEngiwering2001fV0L23NO.2 大侧偏角下侧偏松弛长度特性的研究 侯永平胡于进李成刚 (华中科技大学) 郭孔辉 (吉林X-&大学,汽车动态模拟国家重点实验室) 2oo1020 l摘要l本文在稳志指数统一模型和一阶线性微分方程的基础上,研究了夫侧偏角下动志过程中侧偏松弛长 度的特性,侧偏松弛长度是由轮胎的侧向弹性决定的.在犬侧偏角下,侧偏松弛长度不再是一个常数,而是随着侧 向有效滑移率的改变而改变,而且它们之间呈现非线性特性探人了解侧偏松弛长度的特性对研究轮胎动态特性 和建立轮胎动态模型具有重要的作用 叙词:轮胎侧偏刚度侧偏松弛长度 AStudyonRelaxationLengthPropertyunderLargeSlipAngle HouYongping.HuYnjin&UChenggang I-lua=hon#UniversityofScienceandTectmotogy GuoKonghui JitinUniversityofTechnolooy,StateKeyLaboratoryofAutomobiteDynamicSimulation 『AbstractIOnthebasisofsteadystatetiremode1andfirstorderdifferentialequation,theproper— tyofrelaxationlengthintransientprocessisstudied.Therelaxationlengthdependsontirelateral elasticityandisnotaconstantbutvaneswithsliprate,displayinganonlinearfeatureunderlarge slipangle.Thoroughlyunderstandingthepropertyofrelaxationlengthisveryimportantinstudying tiretransientpropertyandsettinguptiretransientmode1. Keywords:TireCorneringstifineRelaxafionlength 1前言 在目前的轮胎非稳态模型中(包括理论模型和 半经验模型),不论是根据胎体的一般变形模式理 论,还是根据弦模型或梁模型理论,绝大多数 轮胎非稳态模型都引入了一个描述轮胎动态过程的 物理量——侧偏松弛长度.在文献【l,2,4,5]中所 建立的轮胎模型中,都引入了侧偏松弛长度的概 念文献【3]具体论述了侧偏松弛长度与载荷以及 侧偏角之间的关系.文献【6]更是强调了侧偏松弛 长度在轮胎模型中的重要性:”侧偏松弛长度不仅 仅是轮胎模型中的一个参数,应将它作为轮胎模型 的一个特性来研究.由此可以看出,正确认识松弛 长度的变化规律对建立轮胎非稳态模型具有重要的 意义 侧偏松弛长度的定义如下: f=K.(1) 其中K为侧偏剐度,K为侧向刚度 由式(I)可知,侧偏松弛长度依赖于轮胎的侧向 弹性,在小侧偏角下,将侧偏剐度K看作是常数, 计算侧向力F.时并不会引起较大的误差.目前在 研究小侧偏角下的轮胎特性时,都将侧偏剐度 看作是常数在式(1)中,由于轮胎的侧向刚度. 是一个常数,所以在小侧偏角下侧偏松弛长度将是 一 个常量.在现有的线性轮胎模型中,侧偏松弛长 度皆为常数 在载荷一定的情况下,随着侧偏角的增大轮胎 曛稿收到日期为2000年4月17日,修改稿收到日期为2000年6月26日. 2001年(第23卷)第2期汽车工程 的侧偏刚度对侧向力的影响逐渐减4,,轮胎与地面 之间的摩擦系数对侧向力的影响逐渐增加,在接近 轮胎附着极限的时候,轮胎与地面之间的摩擦系数 是影响侧向力的最主要因素,此时轮胎的侧偏刚度 几乎与侧向力无关.相应地侧偏松弛长度也随着侧 偏角的增大而减小.因此在非线性动态过程中,侧 偏刚度将不能再看作是常数,侧偏松弛长度也不再 是常数.文献【1,3—61仅限于侧偏松弛长度为常数 情况的讨论(即小侧偏角下的情况),并没有探讨侧 偏松弛长度在大侧偏角非线性动态过程中的特性. 文献【2]仅限于转偏率为零的情况,而且文献【2_着 重于轮胎模型的研究,并没有详细讨论动态过程中 侧偏松弛长度的变化规律本文在稳态指数统一模 型和一阶微分方程的基础上,详细研究了大侧偏角 下动态过中=1?R1为滚动速度,?为轮胎转速,R为轮 胎滚动半径,为纵向摩擦系数,为侧向摩擦系 数,K为侧向刚度,K为侧偏刚度,”为侧向滑移 速度,D为回正力臂,D为轮胎横向偏距 3非稳态大侧偏角下侧偏松弛长度特性 通常轮胎力的非线性是由胎面与路面之间的摩 擦力饱和所产生的,而胎体的弹性仍然可以认为是 线性的,这样胎面实际滑移速度与名义滑移速度 之间仍然存在一阶线性微分关系【31.即: 』+J/v,【S=IJs~,,… 式中为侧向滑移速度,为名义侧向褙移透 度,在纯转础上进行的). 由式I6)可得:Kl:蔷=-c9) 若F.采用式(2)中的表达形式,则有: 詈磅-1- (10)+,:嗽—() O_ ZF=[I+2E3(古+E~)C-]expl—p _E扩一(吉+功胡…) 由式(3)得: 等::鲁d厕一 : 孚(13)d,… :一 (14)d… 将式(13)和式(14)代入式(10)可得: 普=鲁+,:F(去一争cs 啬啬?簧, 自式(s嘲詈斋…) 将式(12)和式(17)代入式(16),可得: 堂:拿皂(18)dS,, … 80汽车工程200i年(第23卷)第2期 在纯侧偏情况,有p0,p【19) 将式(19)代入式(15)和式(18),可得: fdF,=dFy蔷 {一K(2?Ld 将式(20)代人式(9),并顾及式(11)和式(19),可得: KKl+2E吐+3(吉功】exp[一 一 E一(1+E蝴(21) =+ 击)诤p卜 一 (+古] 由式(22)可以看出,在大侧偏角下,侧偏松弛长 度t仍然与轮胎的侧偏刚度有关,即与轮胎的稳志 侧偏刚度K侧向刚度K有关.但它不再是一 个常数,而是侧向有效相对滑移率的函数,它随 着侧向有效相对滑移率的改变而改变,而且它 们之问呈现非线性关系. 4侧偏松弛长度的仿真计算及试验验证 研究侧偏松弛长度特性是为了建立轮胎非稳态 非线性仿真模型为了验证上面理论的正确 性本文设计了纯转角输入的轮胎非稳态侧偏特性 试验+对侧偏松弛长度进行了仿真计算,并将相应 的侧向力的仿真结果与试验结果进行了对比 图I是根据文献[5】中的轮胎模型用试验数据 拟台出来的侧偏松弛长度和侧偏角的关系曲线.由 图1可知,随着侧偏角的增大,侧偏松弛长度减小 图2给出了大侧偏角下侧偏松弛长度和侧向力的仿 真计算流程图,图3为输入量侧偏角的试验空间历 程曲线,图4和图5分别是侧向有效相对滑移率和 侧偏松弛长度的空间域仿真曲线,图6是侧偏松弛 长度和侧向有效相对滑移率的关系曲线.由图4, 图5,图6可知,随着侧向有效相对滑移率的增加,侧偏 松弛长度减小,而且侧偏松弛长度和侧向有效相对滑 移率之间呈现非线性关系图7是相应的侧向力仿 真曲线和试验曲线的对比结果_IJ由图7可以看 出,侧向力的仿真曲线和试验曲线吻合得还是比较 好的.由此可知,本文对侧偏松弛长度的分析是正 确的,理论分析与试验结果还是比较符合的.在前 幽2倒偏松弛长度和侧向力的计算流程图 [Z三二二二] 圈3输凡量便9偏角的空间历程曲线 2 薹咀 茎. E m 图4有效相对滑移率的空间域仿真曲线 F垂韭 譬一 图5 寺0.8 0.6 04 02 孟兰0 g 匿 图6 Z 三 藿 m 侧塌松弛长度的空间域仿真曲线 0 (轮胎型号 图7 05I15225 m 7&,’70RI3载荷:673kN摩擦系数:0.4胎Ik”:~)0kPa) 侧向力的空间域仿真曲线和试骑曲线的对比 # 亡 呈 21301年(第23卷)第2期汽车工程8 (上接第封三) 图4车身零件属性表安排及关系 计信息的管理,组织设计参数化和并行工程. (3)以一生产车身所有构件的精密三维数字模 型作为新车身设计改动的参考,可大大克服车身曲 面构件的协调领会和设计表达这一困难.在容易地 参考到参考车身类似部件处动力学特征的基础 上使设计师可以对其新设计的动态特征有较早把 握.数据库数据属性的安排要围绕上述目标.我们 已经初步完成了这样一个基本系统. (4)开发环境的设计信息管理将基于项目组 织,有关项目安排信息将决定人员和有关模型安全 图5数据库表安排 级别,模型数据交流交换的许可级别,将采用角色 授权对有关对象的关系映射来实现有关的管理操 作,包括权限级别的绐定以及角色任务要求的操作 (如,设计,审核,汇报等)的指定. 参考文献 1KovacsZ.LeGoffJ—M.McClatcheyRSupportforProd? u吐DatafromDesigntoproductionComputerIntegrated ManufacturingSystems1998;11(47285,290 2陈南,孙庆鸿.复杂曲面汽车车身设计可视化开发环境研究.中 国机械工程,1999;(11):1239-1241