吉林大学学报(工学版) ›› 2020, Vol. 50 ›› Issue (2): 389-398.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190172

• 车辆工程·机械工程 •    

各向异性刚度对轮胎力学特性及车辆操纵性的影响

李小雨1(),许男1(),仇韬2,郭孔辉1   

  1. 1.吉林大学 汽车仿真与控制国家重点实验室，长春 130022
    2.长春孔辉汽车科技股份有限公司，长春 130012
  • 收稿日期:2019-02-22 出版日期:2020-03-01 发布日期:2020-03-08
  • 通讯作者: 许男 E-mail:lixiaoyuhy@foxmail.com;xunan@jlu.edu.cn
  • 作者简介:李小雨（1989-），男，博士研究生.研究方向：车辆动力学，汽车电子.E-mail: lixiaoyuhy@foxmail.com
  • 基金资助:
    国家重点研发计划项目(2017YFB0103600);国家自然科学基金项目(51875236);中国汽车产业创新发展联合基金项目(U1664257)

Influence of anisotropic stiffness on tire mechanical properties and vehicle handling characteristics under combined slip situations

Xiao-yu LI1(),Nan XU1(),Tao QIU2,Kong-hui GUO1   

  1. 1.State Key Laboratory of Automotive Simulation and Control, Jilin University, Changchun 130022, China
    2.KH Automotive Technologies Co. Ltd. , Changchun 130012, China
  • Received:2019-02-22 Online:2020-03-01 Published:2020-03-08
  • Contact: Nan XU E-mail:lixiaoyuhy@foxmail.com;xunan@jlu.edu.cn

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摘要：

为揭示各向异性刚度值与轮胎力学特性的关系以及对复合工况车辆操纵性的影响规律，首先，通过引入方向因子描述复合工况总切力方向，提高了UniTire对复合工况轮胎力的建模精度；然后，根据轮胎试验数据分析了不同各向异性刚度值下轮胎力学特性变化规律，建立了考虑轮胎各向异性刚度值影响的有效侧偏刚度表达式；之后，建立了考虑轮胎各向异性刚度值影响的复合工况车辆操纵性分析模型，分析了轮胎处于不同各向异性刚度值时纵向加速度对车辆操纵性的影响；最后，通过CarSim软件平台对分析结果进行了仿真验证。结果表明:当轮胎各向异性刚度强时，复合工况下不同的制动/驱动模式对车辆的操纵性影响很小；当轮胎各向异性刚度弱时，复合工况下不同的制动/驱动模式会使车辆呈现出不同的操纵性。

关键词: 车辆工程, UniTire轮胎模型, 各向异性刚度, 复合工况, 车辆操纵性

Abstract:

In order to reveal the influence of anisotropic stiffness on tire mechanical properties and vehicle handling characteristics under combined slip situations. Firstly, the direction factor is introduced to describe the direction of resultant shear force in the contact patch, which improves the modeling accuracy of UniTire for combined slip tire forces; Secondly, the influence of anisotropy degree on tire mechanical properties is analyzed based on test data, and the expression of effective cornering stiffness considering the influence of tire anisotropy is constructed; Then a vehicle handling analysis model considering the influence of tire anisotropy is established, and the influence of longitudinal acceleration on vehicle handling characteristics is analyzed with different anisotropy values; Finally, the analysis results are simulated and validated with CarSim. The results show that with the strong anisotropy value, different braking/driving torque distribution modes have little effect on vehicle handling characteristics under combined slip situations. However, with the weak anisotropy value, the vehicle handling characteristics under combined slip situations are significantly affected by different braking/driving torque distribution modes.

Key words: vehicle engineering, UniTire tire model, anisotropic stiffness, combined slip situations, vehicle handling characteristics

中图分类号: 

  • U461.1

图1

轮胎坐标系"

图2

无量纲轮胎力"

图3

MTS Flat Trac plus钢带式高速轮胎试验台"

图4

侧偏角为1°时轮胎总切力"

图5

方向因子 λ描述的总切力方向 "

图6

不同方向假设描述的侧向力对比"

图7

不同方向假设描述的轮胎力"

图8

载荷为7 440 N，复合工况下UniTire与试验数据对比"

图9

不同各向异性刚度时总切力方向"

图10

不同的各向异性刚度值下的有效侧偏刚度"

图11

式(19)计算的有效侧偏刚度 K ye"

图12

单轨车辆模型"

表1

轮胎对比和分析参数"

参数强各向异性刚度弱各向异性刚度
胎压/kPa150350
K y/K x0.2480.540
ρ10.0200.480
ηc[0.15,0.55,0.90]
a x/ g-0.4~0.4

表2

车辆参数"

参数值
簧载质量 Ms/kg 1 800
前轴距质心距离 lf/m 1.016
后轴距质心距离 lr/m 1.524
轮距 d/m 1.5
质心高度 h/m 0.75
前轴/后轴非簧载质量（ muf/mur）/kg 80
前轴侧倾中心高度 hrcf/m 0.65
后轴侧倾中心高度 hrcr/m 0.6

图13

准稳态转向时纵向加速度对半径 R的影响 "

图14

CarSim与Simulink联合仿真示意图"

图15

制动转向复合工况仿真"

图16

驱动转向复合工况仿真"

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