輪胎的側(cè)偏特性-2.ppt

輪胎側(cè)偏特性側(cè)偏力、回正力矩與側(cè)偏角的關(guān)系； 本節(jié)基本內(nèi)容： 1. 輪胎坐標系； 2. 輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象、側(cè)偏力-側(cè)偏角關(guān)系； 3. 側(cè)偏特性的影響因素（結(jié)構(gòu)、工作條件）； 4. 輪胎回正力矩的產(chǎn)生、回正力矩-側(cè)偏角關(guān)系； 5. 有外傾角時輪胎的側(cè)偏特性；,5.2 輪胎的側(cè)偏特性,一、 輪胎坐標系- ISO輪胎坐標系,正TZ-回正力矩,正TX,正TY,x,z,y,車輪旋轉(zhuǎn)軸線,車輪平面,正地面切向 反作用力FX,正地面法向 反作用力FZ,正地面?zhèn)认?反作用力FY,正外傾角,問題1：車輪行駛方向為什么會偏離X軸？側(cè)偏角 是否位于 指向的一側(cè)？,車輪中心沿軸作用有側(cè)向力Fy，地面對輪胎的側(cè)向反力FY稱為側(cè)偏力。側(cè)偏力FY因轉(zhuǎn)向、路面傾斜、側(cè)風等引起。 轉(zhuǎn)向引起的側(cè)偏力總是指向汽車轉(zhuǎn)彎的內(nèi)側(cè)。,二、 輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象,、側(cè)偏力,只有當側(cè)向力 大于（或等于）車輪與路面間的側(cè)向附著極限時，車輪的運動方向才會改變。,u,c,c,u,c,c,a、剛性輪胎:,1) 當車輪靜止不滾動，輪胎發(fā)生側(cè)向變形，車輪印跡中心線a-a與車輪平面c-c平行，錯開h 。,2)當車輪滾動時，車輪印跡中心連線a-a線不再平行于車輪平面c-c,而是呈一定夾角,即側(cè)偏角。,b、彈性輪胎,問題2：側(cè)偏角如何產(chǎn)生？,2、側(cè)偏現(xiàn)象,因輪胎側(cè)向彈性，車輪受側(cè)偏力(即使沒有達到附著極限)的作用使車輪行駛方向偏離車輪平面的現(xiàn)象，稱為輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象。,問題3：側(cè)偏力與側(cè)偏角之間的因果關(guān)系？,因果關(guān)系：側(cè)偏力引起側(cè)偏角，而非側(cè)偏角的存在產(chǎn)生側(cè)偏力。,注意：側(cè)偏角 和側(cè)偏力 指向。,注意：側(cè)偏角 總是位于和側(cè)偏力 指向相反的一側(cè)。,問題1：車輪行駛方向為什么會偏離X軸？側(cè)偏角 是否位于 指向的一側(cè)？,三、側(cè)偏力側(cè)偏角關(guān)系曲線,在側(cè)偏角5 時，側(cè)偏力和側(cè)偏角近似成線性關(guān)系，此時， 式中， 稱為側(cè)偏剛度（N/rad 或N/ ）,為曲線在 處的斜率。 按輪胎坐標系，側(cè)偏力和側(cè)偏角總是反號，故側(cè)偏剛度 總是負值。,FY一定時希望側(cè)偏角越小越好，所以 |k| 越大越好。,FY曲線,在側(cè)偏力FY作用下對應(yīng)一側(cè)偏角； 隨著側(cè)偏力的增大，側(cè)偏角也相應(yīng)增大； 在汽車加速度0.4g，不超過4-5時， FY與近似呈線性關(guān)系,嚴格地講，輪胎彈性是非線性的，只有在小側(cè)偏角范圍內(nèi)，可認為是線性的。 在較大側(cè)偏力時，側(cè)偏角繼續(xù)以較大速率增加，即曲線的斜率減小，輪胎發(fā)生部分側(cè)滑； 最后側(cè)偏力達到附著極限，此時整個輪胎輪會發(fā)生側(cè)滑，也稱輪胎特性進入非線性飽和狀態(tài)。 輪胎的最大側(cè)偏力取決于附著條件（垂直載荷、輪胎結(jié)構(gòu)、路面情況等），越大極限行駛性能越好！,側(cè)偏力-側(cè)偏角關(guān)系曲線有以下特點：,結(jié) 論 彈性輪胎在側(cè)向力作用下滾動時存在側(cè)偏 現(xiàn)象； 作用在車輪上的側(cè)向力和側(cè)偏力大小相等、方向相反，但力的作用點不同； 彈性輪胎的側(cè)偏特性在小側(cè)偏角范圍內(nèi)可 認為是線性變化的； 正的側(cè)偏力產(chǎn)生負的側(cè)偏角； 明確因果關(guān)系：側(cè)偏力引起側(cè)偏角，而非 側(cè)偏角的存在產(chǎn)生側(cè)偏力。,四、輪胎結(jié)構(gòu)、工作條件對側(cè)偏特性的影響,有助于后續(xù)學習中分析汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的變化,1. 輪胎形式和結(jié)構(gòu)參數(shù)對側(cè)偏特性的影響,a.同尺寸的子午線輪胎比斜交輪胎側(cè)偏剛度高； b.扁平率或高寬比（斷面高/斷面寬）小的輪胎側(cè)偏剛度大；,大尺寸輪胎,子午線輪胎,斜交輪胎,鋼絲子午線輪胎,尼龍子午線輪胎,側(cè)偏剛度大,側(cè)偏剛度小,輪胎斷面寬度(mm),一些車型輪胎的型號及扁平率,輪輞直徑(inch),扁平率越小,側(cè)偏剛度k越大,垂直載荷越大，k越大，但垂直載荷過大，k反而有所減小。,2. 輪胎垂直載荷對側(cè)偏特性的影響,FY一定時，W大，小。 FY = ，即k大。,垂直載荷大，k大,一定時， W大，F(xiàn)Y大。 FY = ，即k大。,垂直載荷過大時，輪胎與地面接觸區(qū)的壓力分布不均勻，使 k反而有所減小。,垂直載荷大，k大,胎壓大，側(cè)偏剛度大，但胎壓太大側(cè)偏剛度基本不變；,3. 輪胎胎壓對側(cè)偏特性的影響,發(fā)飄現(xiàn)象汽車行駛時方向不穩(wěn)定,輪胎抓地能力顯著下降的一種不穩(wěn)定現(xiàn)象. 汽車發(fā)飄的內(nèi)因是輪胎的側(cè)偏特性。在側(cè)向力作用下，輪胎發(fā)生側(cè)偏現(xiàn)象，汽車受到的側(cè)向力越大、或輪胎的側(cè)偏剛度越小，側(cè)偏現(xiàn)象就越嚴重。提高輪胎側(cè)偏剛度有助于減小汽車發(fā)飄。,解 釋 發(fā) 飄 現(xiàn) 象,FY =,超車時兩車之間的氣流通道變窄，流速增大。根據(jù)伯努利原理，這里的氣壓減小，兩車之間就產(chǎn)生吸力。兩車橫向間距越小，吸力就越大。 從右圖可知，在超過大車車頭的前后一段時間內(nèi)，小車橫擺力矩系數(shù)變化劇烈，氣流的變化使這種吸力不穩(wěn)定，小車會左右搖晃，方向易失穩(wěn) 。所以大風時高速超大車是相當危險的。,超車時的 發(fā) 飄 現(xiàn)象,汽車從隧道、山谷駛出的瞬間，風速常達到周圍風速的十倍以上。在山區(qū)、海邊、河邊也容易受到突如其來的強側(cè)風襲擊。急劇變化的氣流容易使汽車方向不穩(wěn)，甚至失控。側(cè)向面積大的車，如面包車、大客車等容易受到側(cè)向風力的影響。 為防止汽車發(fā)飄誘發(fā)車禍，在大風時應(yīng)控制車速。,其 它 情 況 下 的 發(fā) 飄 現(xiàn)象,1.寬胎比窄胎有利于提高側(cè)偏剛度。因此，使用寬胎的汽車發(fā)飄較小； 2.輪胎載荷越小，側(cè)偏剛度越小。因此輕車比重車更容易發(fā)飄； 3.輪胎側(cè)偏剛度還和空氣氣流對汽車的升力作用有關(guān)。車速越高，升力越大，輪胎載荷越小，側(cè)偏剛度就越小。因此汽車高速比低速下更容易發(fā)飄。加了尾翼的車能減少升力，有助于減小高速下的發(fā)飄現(xiàn)象。 4.輪胎氣壓越低，側(cè)偏剛度越小，汽車就越容易發(fā)飄。,發(fā) 飄 現(xiàn) 象 的 影 響 因 素,4.地面切向反作用力對側(cè)偏特性的影響,附著橢圓 確定了在一定附著條件下切向力與側(cè)偏力合力的極限值。,4.地面切向反作用力對側(cè)偏特性的影響,附著橢圓,5. 路面條件,路面越濕，輪胎最大側(cè)偏力越小；,側(cè)向力系數(shù),6. 滑水現(xiàn)象,路面有薄水層，輪胎可能會完全失去側(cè)偏力，這稱為“滑水現(xiàn)象”。,輪胎胎面、路面粗糙程度、水層厚度與滑水現(xiàn)象的關(guān)系,五、回正力矩,輪胎發(fā)生側(cè)偏時，會產(chǎn)生作用于輪胎繞OZ軸的力矩Tz，該力矩稱為回正力矩。 圓周行使時，Tz是使轉(zhuǎn)向車輪恢復到直線行使位置的主要恢復力矩之一。,車輪靜止時受到側(cè)向力,車輪運動時受到側(cè)向力 （側(cè)向力較?。?車輪運動時受到側(cè)向力 （側(cè)向力較大）,FY,e,FY,e輪胎拖距。,e,FY,輪胎拖距變大,回正力矩的產(chǎn)生,車輪運動時受到側(cè)向力（側(cè)向力很大）,FY,TZ,u,X,Y,+,-,+,-,-,0,FY,e,輪胎拖距反而變小,回正力矩與側(cè)偏力的方向？,輪胎形式與結(jié)構(gòu)參數(shù)對回正力矩-側(cè)偏角特性的影響； （相同側(cè)偏角時，尺寸大、扁平比小的輪胎回正力矩大） 輪胎氣壓低，接地印跡長，輪胎拖距大，回正力矩就大；,六、有外傾時輪胎的滾動,輪胎外傾角及產(chǎn)生的原因: * 車橋因載荷變形 * 汽車轉(zhuǎn)向時的離心力 * 路面傾斜 * 前輪定位參數(shù)的需要,當前輪有外傾角時，如果前橋斷開，F(xiàn)y = 0,前輪向前滾動時會繞O點作圓周運動。,六、有外傾時輪胎的滾動,+,-,向外滾開的趨勢,根據(jù)輪胎坐標系，圖中外傾角為正，外傾側(cè)向力為負。,由于前軸的約束,必然在拉力Fy的作用下，使左右輪只能按給定的方向一起行駛，此時地面產(chǎn)生與Fy方向相反的側(cè)向反作用力，即為外傾側(cè)向力FY。,1、車輪外傾側(cè)向力,外傾側(cè)向力不產(chǎn)生側(cè)偏角！,2、外傾側(cè)向力與外傾角關(guān)系,外傾側(cè)向力不產(chǎn)生側(cè)偏角！,試驗表明： 在小側(cè)偏角條件下，外傾側(cè)向力近似呈線性變化。 按坐標系規(guī)定， 為負值，因此，負的外傾角產(chǎn)生正的外傾側(cè)向力 外傾側(cè)向力不產(chǎn)生側(cè)偏角，但是車輪外傾會使側(cè)偏角發(fā)生變化，為什么?,3、有外傾角時輪胎的側(cè)偏特性,一定時， 越大，F(xiàn)Y越大。增加的FY是由作用的結(jié)果。小側(cè)偏角時，不同外傾角對應(yīng)的側(cè)偏剛度不變，側(cè)偏特性具有平移特性；,地面總的側(cè)向反作用力,只有側(cè)偏角外傾角為0時的側(cè)偏力,只有外傾角側(cè)偏角為0時的外傾側(cè)向力,外傾側(cè)向力不產(chǎn)生側(cè)偏角，但是車輪外傾會使側(cè)偏角發(fā)生變化，為什么?,（1）小側(cè)偏角時，不同外傾角對應(yīng)的側(cè)偏剛度不變； （2）側(cè)偏角為零、外傾角不為零時的地面?zhèn)认蛄?，即?外傾側(cè)向力。（圖中y軸上的值）。 （3）側(cè)偏角不為零、外傾角為零時的地面?zhèn)认蛄?，即為?cè)偏力。（圖中0外傾角曲線上的值） （4）側(cè)偏角和外傾角都不為零，且側(cè)偏角較小時：,3、有外傾角時輪胎的側(cè)偏特性,注意區(qū)分因果關(guān)系： 由外傾角-產(chǎn)生外傾側(cè)向力；引起側(cè)偏角變化； 而側(cè)偏力- 產(chǎn)生側(cè)偏角； 側(cè)偏力和側(cè)偏角-引起回正力矩變化；,作業(yè)5.1，P.275： 某轎車（每個）前輪胎的側(cè)偏剛度為-0176N/rad，外傾剛度為-7665N/rad。若轎車向左轉(zhuǎn)彎，將使兩前輪均產(chǎn)生正的外傾角，大小為+4度。設(shè)側(cè)偏剛度和外傾剛度均不受左右輪載荷轉(zhuǎn)移達到影響，試求：由外傾角引起的前輪側(cè)偏角。 解答：,隨著外傾角的增大，胎面與路面的接觸情況越來越差，會影響最大地面?zhèn)认蚍醋饔昧Γ▊?cè)向附著力）而損害汽