CN111967095A - 基于纯侧偏和纯侧倾力学性能预测侧倾侧偏复合力学性能的方法 - Google Patents

基于纯侧偏和纯侧倾力学性能预测侧倾侧偏复合力学性能的方法 Download PDF

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Abstract

一种基于纯侧偏和纯侧倾力学性能预测侧倾侧偏复合力学性能的方法，已知纯侧倾侧向力和纯侧偏侧向力，将纯侧倾等效成载荷输入，预测得到侧倾侧偏复合工况下的侧向力；已知纯侧倾回正力矩，通过与基于预测的侧倾侧偏工况下由侧偏造成的回正力矩叠加得到侧倾侧偏复合工况下的回正力矩。本发明操作简单，大大减轻了试验工作量，避免了因测试设定复杂和测试轮胎磨损量大导致的测试数据质量低问题，避免出现MTS试验台接地印迹中心移动问题，提出了将侧倾等效成载荷输入的办法，从机理上揭示了纯侧倾、纯侧偏和侧倾侧偏复合三种工况之间的关系，为侧倾侧偏复合力学性能的获得提供了新方法。

Description

基于纯侧偏和纯侧倾力学性能预测侧倾侧偏复合力学性能的 方法
技术领域
本发明属于轮胎力学特性预测领域，具体涉及一种基于纯侧偏和纯侧倾力学性能预测侧倾侧偏复合力学性能的方法，通过纯侧倾侧向力及回正力矩和纯侧偏侧向力及回正力矩预测侧倾侧偏复合时的侧向力及回正力矩。
背景技术
作为汽车与路面接触的唯一部件，轮胎对车辆动力学性能影响至关重要。轮胎力学性能影响着车辆的操纵稳定性以及平顺性，通常通过特定工况的轮胎测试，得到的测试结果用于轮胎动力学模型建立，进而用于整车仿真。
侧倾侧偏复合条件下轮胎的力学性能是用于整车操纵稳定性仿真的轮胎模型的重要组成部分，如PAC模型、UniTire模型的建立，都需要侧倾侧偏复合条件下的测试数据，当前这些数据都是通过直接测试复合工况下的力学性能得到的，这就要求在实际试验中，必须同时设置轮胎的侧倾运动和侧偏运动，组合起来导致测试工作量大，测试周期长、成本高，且因测试轮胎磨损量大，测试数据质量低。
由于纯侧倾侧向力和回正力矩通常较小，侧向力通常为纯侧偏侧向力的1/40，回正力矩通常为纯侧偏回正力矩的1/3，故侧倾和侧偏运动同时设置时，容易造成测试结果的不准确；另外常用于轮胎侧倾侧偏复合工况测试的MTS试验台，在侧倾和侧偏同时设定时会产生接地印迹中心(即轮胎六分力大小的评估原点)移动问题，也会造成测试结果的不准确；同时这种测试和建模方法不能从机理上准确揭示纯侧倾、纯侧偏和侧倾侧偏复合三种工况之间的关系。
发明内容
为了克服上述技术上的不足，本发明提供了一种基于纯侧偏和纯侧倾力学性能预测侧倾侧偏复合力学性能的方法，使得试验更加准确，同时建立了纯工况和复合工况之间的关系。
一种基于纯侧偏和纯侧倾力学性能预测侧倾侧偏复合力学性能的方法，该方法是：
已知纯侧倾侧向力和纯侧偏侧向力，将纯侧倾等效成载荷输入，预测得到侧倾侧偏复合工况下的侧向力；已知纯侧倾回正力矩，通过与基于预测的侧倾侧偏工况下由侧偏造成的回正力矩叠加得到侧倾侧偏复合工况下的回正力矩。具体包括以下步骤：
一、进行轮胎纯侧倾试验，得到纯侧倾侧向力和纯侧倾回正力矩模型。
二、进行轮胎纯侧偏试验，得到纯侧偏侧向力和纯侧偏回正力矩模型。
三、通过公式
Figure BDA0002668283420000021
将可在步骤一中得到的纯侧倾侧向力等效成载荷作用，其中ΔFz为纯侧倾侧向力等效成的载荷，Fyγ为纯侧倾侧向力，μ为路面摩擦系数，μ可在步骤二纯侧偏侧向力模型获得的过程中得到。
四、根据纯侧倾、纯侧偏和侧倾侧偏时轮胎胎面的变形特点，得到侧倾侧偏时的等效载荷Fz2＝Fz-sign(γ)·sign(α)·|ΔFz|，其中Fz为实际试验载荷，将此等效载荷Fz2带入步骤二中纯侧偏侧向力模型公式，得到侧向力Fα2，将此侧向力与可在步骤一中获得的纯侧倾侧向力相加，得到预测的侧倾侧偏复合工况下的侧向力。
五、将步骤四中得到的侧向力Fα2带入步骤二中纯侧偏回正力矩的计算公式，得到基于预测侧向力的侧倾侧偏工况下由侧偏造成的回正力矩Mα2，并将此力矩与和经验衰减模型相乘的可在步骤一得到的纯侧倾回正力矩相加，得到预测的侧倾侧偏复合工况下的回正力矩。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.避免了传统侧倾侧偏测试工作量大，测试周期长、成本高，且因测试轮胎磨损量大导致的测试数据质量低等问题。
2.避免了试验时侧倾和侧偏运动的同时设定，避免出现MTS试验台接地印迹中心移动问题，使得测试更加准确。
3.提出了将侧倾等效成载荷输入的办法，想法新颖合理。
4.从机理上揭示了纯侧倾、纯侧偏和侧倾侧偏复合三种工况之间的关系。
5.准确的试验加上合理预测，为侧倾侧偏复合力学性能的获得提供了新方法。
附图说明
图1是负侧倾下侧倾侧偏侧向力曲线图。
图2是纯侧偏侧向力曲线图。
图3是正侧倾下侧倾侧偏侧向力曲线图。
图4是负侧倾下侧倾侧偏回正力矩曲线图。
图5是纯侧偏回正力矩曲线图。
图6是正侧倾下侧倾侧偏回正力矩曲线图。
图7是轮胎刷子模型示意图。
图8是基于刷子模型的纯侧偏、纯侧倾和侧倾侧偏胎面侧向变形示意图。
图9是基于刷子模型的侧向力预测原理。
图10是基于刷子模型的侧倾角与侧偏角同号时路面能提供的最大摩擦力可导致的胎面变形边界与预测结果对比图。
图11是基于刷子模型的侧倾角与侧偏角异号时路面能提供的最大摩擦力可导致的胎面变形边界与预测结果对比图。
图12是基于刷子模型的计算和预测得到的侧倾侧偏侧向力对比图。
图13是基于刷子模型的计算和预测得到的侧倾侧偏回正力矩对比图。
具体实施方式
一种基于纯侧偏和纯侧倾力学性能预测侧倾侧偏复合力学性能的方法，该方法是：
已知纯侧倾侧向力和纯侧偏侧向力，将纯侧倾等效成载荷输入，预测得到侧倾侧偏复合工况下的侧向力；已知纯侧倾回正力矩，通过与基于预测的侧倾侧偏工况下由侧偏造成的回正力矩叠加得到侧倾侧偏复合工况下的回正力矩。具体包括以下步骤：
一、进行轮胎纯侧倾试验，得到纯侧倾侧向力和纯侧倾回正力矩模型。
二、进行轮胎纯侧偏试验，得到纯侧偏侧向力和纯侧偏回正力矩模型。
三、通过公式
Figure BDA0002668283420000041
将第一步中的纯侧倾侧向力等效成载荷作用，其中ΔFz为纯侧倾侧向力等效成的载荷，Fyγ为纯侧倾侧向力，μ为路面摩擦系数，可在第二步纯侧偏侧向力模型获得的过程中得到。
四、根据纯侧倾、纯侧偏和侧倾侧偏时轮胎胎面的变形特点，得到侧倾侧偏时的等效载荷Fz2＝Fz-sign(γ)·sign(α)·|ΔFz|，其中Fz为实际试验载荷，将此等效载荷Fz2带入第二步中纯侧偏侧向力模型公式，得到侧向力Fα2，将此侧向力与可在第一步中得到的纯侧倾侧向力相加，预测得到侧倾侧偏复合工况下的侧向力。
五、将第四步中的侧向力Fα2带入第二步中纯侧偏回正力矩使用的计算公式，得到基于预测的侧倾侧偏工况下由侧偏造成的回正力矩Mα2，并将此力矩与和经验衰减模型相乘的可在第一步得到的纯侧倾回正力矩相加，预测得到侧倾侧偏复合工况下的回正力矩。
本发明的工作原理：
如图1所示，侧倾角为0°时载荷增大，侧向力曲线更晚达到峰值；载荷减小，侧向力曲线更早达到峰值。由图2侧倾角为-5°曲线结果可知，负侧倾角负侧偏角，侧向力曲线越早达到峰值；负侧倾角正侧偏角，侧向力曲线越晚达到峰值。由图3侧倾角为5°曲线结果可知，正侧倾角负侧偏角，侧向力曲线越晚达到峰值；正侧倾角正侧偏角，侧向力曲线越早达到峰值。
如图4所示，侧倾角为0°时载荷增大，回正力矩曲线越晚达到峰值；载荷减小，回正力矩曲线越早达到峰值。由图5侧倾角为-5°曲线结果可知，负侧倾角负侧偏角，回正力矩曲线越早达到峰值；负侧倾角正侧偏角，回正力矩曲线越晚达到峰值。由图6侧倾角为5°曲线结果可知，正侧倾角负侧偏角，回正力矩曲线越晚达到峰值；正侧倾角正侧偏角，回正力矩曲线越早达到峰值。
故可知侧倾角对纯侧偏力学性能曲线的影响，与载荷对纯侧偏力学性能曲线的影响具有一致性，侧倾角和侧偏角符号相同时，曲线达到峰值的趋势对应载荷减小的情况，侧倾角和侧偏角符号相反时，曲线达到峰值的趋势对应载荷增大的情况，具备将侧倾角等效成载荷的条件，关系满足
Figure BDA0002668283420000061
如图7所示，刷子模型是轮胎建模时常用的简化物理模型，此模型将轮胎胎体视为刚性，将胎面视为具有侧向、纵向不同分布刚度的刷毛，不考虑胎宽。以刷子模型为例，说明侧倾等效成载荷的效果。
如图8所示，以负侧偏角和正侧倾角为例，(a)为纯侧偏时胎面刷毛侧向变形，(b)为纯侧倾时胎面刷毛的侧向变形，(c)为侧倾侧偏复合时胎面刷毛的侧向变形，可知侧倾侧偏时胎面变形的边界为纯侧偏时路面能提供的最大摩擦力可导致的胎面变形边界与纯侧倾变形叠加，起滑点也由A点变为B点，故侧倾侧偏胎面刷毛侧向变形可以由图9方式获得。
如图9(a)所示，预测的关键在于侧倾侧偏时侧倾侧偏时路面能提供的最大摩擦力可导致的胎面变形边界的获得，在刷子模型中此边界由纯侧偏时路面能提供的最大摩擦力可导致的胎面变形边界和纯侧倾胎面变形叠加获得，预测的思路是将侧倾等效成载荷后与原载荷叠加得到的新载荷Fz2带入原纯侧偏侧向变形公式，若通过预测方法得到的变形边界与刷子模型计算得到的变形边界基本重合，则说明预测方法可行。
如图10、图11所示，侧倾角和侧偏角同号、异号时，刷子模型计算和预测方法得到的侧倾侧偏时侧倾侧偏时路面能提供的最大摩擦力可导致的胎面变形边界几乎重合，说明预测方法可行且精度较高。
如图12所示，将侧倾角等效成载荷预测得到的侧倾侧偏侧向力Fy1与根据刷子模型计算得到的侧倾侧偏侧向力Fy2拟合效果良好。
侧倾侧偏时回正力矩由侧偏产生的侧向力和侧倾产生的纵向力造成，使用Fy1和Fy2分别计算侧偏产生的侧向力造成的力矩，得到Mzα1和Mzα2，侧倾产生的纵向力造成的回正力矩Mzγ与随侧偏角衰减的经验公式η(α)相乘后与Mzα1和Mzα2相加，得到Mz1和Mz2，即预测得到的回正力矩为Mz1＝Mzα1+Mzγ·η(α)，计算得到的回正力矩为Mz2＝Mzα2+Mzγ·η(α)，如图13所示，Mz1和Mz2拟合效果良好。

Claims (2)

1.一种基于纯侧偏和纯侧倾力学性能预测侧倾侧偏复合力学性能的方法，其特征在于：已知纯侧倾侧向力和纯侧偏侧向力，将纯侧倾等效成载荷输入，预测得到侧倾侧偏复合工况下的侧向力；已知纯侧倾回正力矩，通过与基于预测的侧倾侧偏工况下由侧偏造成的回正力矩叠加得到侧倾侧偏复合工况下的回正力矩。
2.一种基于纯侧偏和纯侧倾力学性能预测侧倾侧偏复合力学性能的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
一、进行轮胎纯侧倾试验，得到纯侧倾侧向力和纯侧倾回正力矩模型；
二、进行轮胎纯侧偏试验，得到纯侧偏侧向力和纯侧偏回正力矩模型；
三、通过公式
Figure FDA0002668283410000011
将可在步骤一中得到的纯侧倾侧向力等效成载荷作用，其中ΔFz为纯侧倾侧向力等效成的载荷，Fyγ为纯侧倾侧向力，μ为路面摩擦系数，μ可在步骤二纯侧偏侧向力模型获得的过程中得到；
四、根据纯侧倾、纯侧偏和侧倾侧偏时轮胎胎面的变形特点，得到侧倾侧偏时的等效载荷Fz2＝Fz-sign(γ)·sign(α)·|ΔFz|，其中Fz为实际试验载荷，将此等效载荷Fz2带入步骤二中纯侧偏侧向力模型公式，得到侧向力Fα2，将此侧向力与可在步骤一中获得的纯侧倾侧向力相加，得到预测的侧倾侧偏复合工况下的侧向力；
五、将步骤四中得到的侧向力Fα2带入步骤二中纯侧偏回正力矩的计算公式，得到基于预测侧向力的侧倾侧偏工况下由侧偏造成的回正力矩Mα2，并将此力矩与和经验衰减模型相乘的可在步骤一得到的纯侧倾回正力矩相加，得到预测的侧倾侧偏复合工况下的回正力矩。
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