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轮胎稳态侧倾力学特性理论建模——郭孔辉　卢　荡 ( ) 文章编号: 1004- 132 200 1 05- 0589- 03 轮胎稳态侧倾力学特性理论建模 郭孔辉　卢　荡 　　　　摘要: 研究了轮胎侧倾建模机理, 并在此基础上导出了轮胎稳态侧倾的 侧向力、回正力矩、纵向阻力和翻转力矩特性表达式。讨论了车轮定位时侧倾 角与前束角的关系, 引入了有效侧倾角概念, 并基于此给出了子午线轮胎比 斜交轮胎侧倾侧向力小的理论解释。 关键词: 轮胎; 侧倾; 稳态; 有效侧倾角 中图分类号:U 46 1　　　文献标识码:A 郭孔辉　院士 　　现代汽车的转向轮大都设有很小的外倾角 轮胎侧倾特性对汽车的动力学研究和设计上的深 ( ) 入认识有所裨益。 一般为 1°左右 , 其 目的除了补偿独立悬架的弹 ( ) 性 或前桥弹性 和主销间隙以及适应路面的横向 1　轮胎侧倾力学特性建模机理 拱度外, 主要是为了减小主销轴线穿地点与轮胎 印迹中心的距离, 改善汽车制动、驱动时的操纵稳 轮胎的侧倾和滚动引起的胎面和轮辋间的侧 定性和转向轻便性[ 1, 2 ] 。但是, 这种经常存在的侧 向变形是侧倾侧向力形成的原因; 侧倾导致的在 倾角, 会使左右轮作用着方向相反的与侧倾角相 接地印迹宽度上纵向滑移率和印迹长度的不同是 对应的侧向力, 使轮胎磨损增加并产生额外的动 侧倾回正力矩和纵向阻力产生的原因; 侧倾时胎 力消耗, 为了避免这种情况, 设计时常用转向轮的 体在胎宽方向上垂直变形的不同导致了侧倾翻转 一定前束角来抵消侧倾侧向力。前束可视为侧偏, 力矩的产生。 轮胎侧偏特性的研究已较完善, 但因对轮胎侧倾 1. 1　胎面和轮辋间的侧向变形 特性的研究还不深入, 设计时转向轮的侧倾与前 胎面和轮辋间的侧向变形是指有侧倾角 的 束的匹配关系常靠经验给出, 缺乏理论的考察。 轮胎在垂直载荷 F z 及约束作用下, 沿直线在摩擦 另外, 随着现代汽车车速的不断提高, 人们对 系数足够大的路面上滚动时, 胎面和轮辋间所产 ( 汽车高速行驶下的操纵稳定性也提出了更高的要 生的侧向变形, 见图 1 为简化分析, 暂时忽略轮 求。为 了研究高速急转弯时汽车在接近倾翻 (R o llover) 状态下的行为, 轮胎大侧倾角的力学 特性就显得尤为重要。 [3 ] 1987 年 日本酒井秀男 对轮胎的侧倾侧 向 力做过一些简要的分析, 但他只考虑胎体的弯曲 变形, 而没有考虑更重要的胎体侧倾变形, 难以解 释子午线轮胎的侧倾侧 向力比斜交轮胎小的原 因, 也没有给出回正力矩与滚动阻力的结果。199 1 ( ) 年 G im 等人在胎面刷子模型 设胎体为刚性 的 基础上, 在印迹上的载荷分布为简单的抛物线的 假设下, 推导了轮胎纯侧倾工况下的轮胎模型。由 于模型中过多的简化, 该模型的计算结果有较大 的局限性。本文在 1993 年郭孔辉提出的轮胎侧倾 图 1　 轮胎侧倾时侧向变形及印迹长度 模型基础上, 进一步阐明了轮胎侧倾建模的机理, [2 ]