耿春亮 輪胎對汽車側(cè)偏的影響

1、長春汽車工業(yè)高等?？茖W(xué)校畢 業(yè) 實 踐 報 告題目/實踐名稱 輪胎對汽車側(cè)偏的影響專業(yè) / 班級 汽車試驗一班學(xué) 生 姓 名 耿春亮學(xué) 號 0201202280企業(yè)指導(dǎo)教師 郭強校內(nèi)指導(dǎo)教師 郭紫威起 止 時 間 2014.07.222015.02.10實 習(xí) 單 位 天津大眾變速器21目 錄內(nèi)容摘要Abstract第一部分 探究輪胎的結(jié)構(gòu)、工作條件對側(cè)偏特性的影響51.1引言51.2實踐單位的基本情況5第二部分 輪胎的尺寸、形式和結(jié)構(gòu)參數(shù)對側(cè)偏剛度的影響62.1輪胎的高寬比72.2側(cè)偏剛度與載荷72.3結(jié)論10第三部分 氣壓和驅(qū)動力對側(cè)偏力的影響113.1氣壓對側(cè)偏剛度的影響113.2驅(qū)動力

2、對側(cè)偏剛度的影響123.3結(jié)論12第四部分 路面環(huán)境對側(cè)偏特性的影響144.1路面及其粗糙程度、干事狀況對側(cè)偏特性的影響144.2在滑水現(xiàn)象的情況下的影響144.3結(jié)論15第五部分 結(jié)論17參考文獻(xiàn)附錄致謝內(nèi) 容 摘 要出于對汽車的操縱穩(wěn)定性的探究，在輪胎的結(jié)構(gòu)、工作條件對側(cè)偏特性的影響，輪胎的尺寸、形式和結(jié)構(gòu)參數(shù)對側(cè)偏剛度的影響，氣壓和驅(qū)動力對側(cè)偏力的影響，路面環(huán)境對側(cè)偏特性的影響四個方面探究輪胎的結(jié)構(gòu)、工作條件對車側(cè)偏的影響，并得出結(jié)論。關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)；工作條件；側(cè)偏力；側(cè)偏特性Content abstractFor exploring the handling stability of t

3、he vehicle, the impact on cornering characteristics in the structure, the working conditions of the tire, the influence of size, form and structure parameters of tire on lateral stiffness, effect of pressure and driving force of side force, influence the structure, the influence of operating conditi

4、on of pavement environment on Cornering characteristics four aspects of tyre for vehicle side bias, and draw a conclusion.Key words: structure; working conditions; lateral force; cornering properties第一部分 探 究 輪 胎 的 結(jié) 構(gòu) 、工 作 條 件 對 側(cè) 偏 特 性 的 影 響1.1引言輪胎的側(cè)偏特性在車輛動力學(xué)特性中具有至關(guān)重要的作用 ,它除了決定車輛操縱穩(wěn)定性外 ,還影響車輛的制動安全性

5、、行駛平順性、前輪擺振和車輛側(cè)向振動等。汽車的操縱穩(wěn)定性直接影響到汽車的高速行駛安全 ,并對減輕駕駛員的勞動強度和汽車的動力性的充分發(fā)揮等具有重大的意義。彈性輪胎的側(cè)偏特性作為操縱穩(wěn)定性的理論基礎(chǔ)直接影響著表征汽車操縱穩(wěn)定性的車輛曲線行駛的時域響應(yīng)特性。因此 ,對影響輪胎側(cè)偏特性的各種因素進(jìn)行研究就顯得格外重要。 輪胎的側(cè)偏特性在車輛動力學(xué)特性中具有至關(guān)重要的作用 ,它除了決定車輛操縱穩(wěn)定性外 ,還影響車輛的制動安全性、行駛平順性、前輪擺振和車輛側(cè)向振動等。汽車的操縱穩(wěn)定性直接影響到汽車的高速行駛安全 ,并對減輕駕駛員的勞動強度和汽車的動力性的充分發(fā)揮等具有重大的意義?？陀^評價汽車操縱穩(wěn)定性的

6、一個重要指標(biāo)是汽車方向盤角階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性 ,它可通過前后車輪的側(cè)偏特性定量地表示出來。其分析精度決定于輪胎側(cè)偏特性的表達(dá)精度。1.2實踐單位的基本情況 2014年11月4日，大眾汽車天津零部件廠正式建成投產(chǎn)，首批投產(chǎn)的產(chǎn)品為大眾新一代雙離合變速器DQ380，這也是該產(chǎn)品在全球的首次生產(chǎn)。新工廠初期年產(chǎn)能為45萬臺變速器，到2016年年產(chǎn)能將增至120萬臺。天津工廠全面達(dá)產(chǎn)后，大眾汽車每年將可以為中國市場超過100萬輛汽車搭載新型變速器。大眾汽車自動變速器天津公司將創(chuàng)造5,500個新的就業(yè)機會，是當(dāng)?shù)啬壳白畲蟮耐顿Y項目。這個新的變速器廠是大眾汽車集團(tuán)的全資子公司，也就意味著其為一家外資

7、公司。第二部分 輪胎的尺寸、形式和結(jié)構(gòu)參數(shù)對側(cè)偏剛度的影響2.1 輪胎的高寬比 在斷面高寬比較小的輪胎中減有彈性的胎側(cè)高度可改善輪胎的整體結(jié)構(gòu)，增大徑向、橫向以及周向的強度。橫向強度的增大可提高轉(zhuǎn)向性能。周向強度的增大可提高加速、減速，特別是在轉(zhuǎn)向時的操縱性能。斷面高寬比小的輪胎胎側(cè)較低，使輪輞直徑增大的同時不改變輪胎外直徑成為可能。較大的輪輞直徑可滿足防抱死制動系統(tǒng)(ABS)的需求。但是 值得注意的是，車輪駛過深坑或其它物體時極有可能損壞。因此，通過減小徑向彈性可以將輪胎駛過凹凸不平路面時產(chǎn) 生的合力直接傳送給車輛的懸架系統(tǒng)。輪胎內(nèi)部應(yīng)力和應(yīng)變分布是輪胎最基本 的特性之一，決定了輪胎其它的性

8、能和特點同時又受輪胎斷面高寬比的制約。研究 表明當(dāng)輪胎斷面高寬比減小時，帶束層內(nèi)的應(yīng)力會增大。同時，沿著胎體簾布層方向的張力和胎圈的切向應(yīng)力會減小。由此看來，在斷面高寬比小的輪胎中應(yīng)力分布似乎更均勻一些。 根據(jù)新的輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計理論(如TCOT和 DSOC)，在帶束層應(yīng)力增大的同時胎 體簾布層的張力減小，從而使輪胎性能得到大幅度提高。另外，減小斷面高寬比還會導(dǎo)致在胎側(cè)部的橫向位移和在胎冠中心線上的徑向位移減小。所謂彈性輪胎的側(cè)偏特性是指由于彈性輪胎存在的“彈性偏離”現(xiàn)象 ,在車輪行駛中當(dāng)遇到側(cè)向力 Fy 時 ,地面提供一個側(cè)向附著力即側(cè)偏力FY 與之抗衡 ,即使該外界側(cè)向力并未達(dá)到輪胎側(cè)向附著力

9、的極限 ,也會發(fā)生輪胎側(cè)偏的情況。此時輪胎的前進(jìn)方向偏離原行駛方向 ,與輪胎旋轉(zhuǎn)平面成一定的角度 ,該角度被稱為側(cè)偏角。試驗證明 :當(dāng)側(cè)偏角很小( 0 時 ,為不足轉(zhuǎn)向 ; K 0 時 ,為不足轉(zhuǎn)向 ; K 0 ,前輪轉(zhuǎn)角隨速度 V 的提高而增加 ,兩者呈拋物線關(guān)系。換言之 ,若要提高車速 ,必須相應(yīng)地增加前輪轉(zhuǎn)角 ,才能保持轉(zhuǎn)向半徑不變。且隨著向心加速度的提高 ,側(cè)偏角急劇增加 ,很快達(dá)到或超過車輪的附著力極限而發(fā)生側(cè)向滑移 ,對于不足轉(zhuǎn)向汽車 ,由于前輪的側(cè)偏角較大 ,故前輪首先發(fā)生側(cè)滑。并加劇前輪的磨損。當(dāng)1 2 時 ,RL/ - (1 -2) L/= R0 。此時汽車的轉(zhuǎn)向半徑小于同等

10、條件下剛性車輪的轉(zhuǎn)向半徑。把這種轉(zhuǎn)向特性叫過多轉(zhuǎn)向。與(3) 相同 ,過多轉(zhuǎn)向汽車回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向半徑也與有關(guān) ,和前后輪的側(cè)偏角1 、2 有關(guān)。根據(jù)式 (5) ,由于 K 0 ,前輪轉(zhuǎn)角隨速度 V 的提高而減少 ,兩者呈拋物線關(guān)系。換言之 ,若要提高車速 ,必須相應(yīng)地減少前輪轉(zhuǎn)角 ,才能保持轉(zhuǎn)向半徑不變。與不足轉(zhuǎn)向不同 ,隨著向心加速度的增加 ,首先是后輪發(fā)生側(cè)滑。從轉(zhuǎn)向靈敏度來分析 ,由式(4)可知 ,中性轉(zhuǎn)向汽車的轉(zhuǎn)向靈敏度與車速呈線性關(guān)系;不足轉(zhuǎn)向汽車的轉(zhuǎn)向靈敏度在各車速上均小于中性轉(zhuǎn)向汽車 ,且在特征車速為 Uch =1K時 ,轉(zhuǎn)向靈敏度達(dá)到最大值;過多轉(zhuǎn)向汽車的轉(zhuǎn)向靈敏度在各車速上均大于

11、中性轉(zhuǎn)向汽車 ,且在臨界車速為 Uch = -1K時 ,轉(zhuǎn)向靈敏度趨于無窮大 ,當(dāng)車速超過臨界車速時 ,汽車將發(fā)生激轉(zhuǎn)而導(dǎo)致翻車事故。2.3 結(jié)論輪胎的側(cè)偏特性在車輛動力學(xué)特性中具有至關(guān)重要的作用 ,它除了決定車輛操縱穩(wěn)定性外 ,還影響車輛的制動安全性、行駛平順性、前輪擺振和車輛側(cè)向振動等。汽車的操縱穩(wěn)定性直接影響到汽車的高速行駛安全 ,并對減輕駕駛員的勞動強度和汽車的動力性的充分發(fā)揮等具有重大的意義。客觀評價汽車操縱穩(wěn)定性的一個重要指標(biāo)是汽車方向盤角階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性 ,它可通過前后車輪的側(cè)偏特性定量地表示出來。其分析精度決定于輪胎側(cè)偏特性的表達(dá)精度。本文通過參閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn) ,對輪

12、胎的力學(xué)特性 (主要是側(cè)偏特性) 以及它對汽車穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性的影響進(jìn)行了較深入的分析 ,希望對今后的教學(xué)及科研有所幫助。 第三部分 氣 壓 和 驅(qū) 動 力 對 側(cè) 偏 力 的 影 響3.1氣壓對側(cè)偏剛度的影響影響輪胎側(cè)偏特性的因素除了輪胎的結(jié)構(gòu)和工作條件外 ,還應(yīng)考慮轉(zhuǎn)向輪的氣壓特別是轉(zhuǎn)向輪的外傾角的選擇。右前輪外傾時的情況 ,由于存在外傾角,具有繞車軸延長線與地面的交點向外滾動的趨勢 ,但由于受到車軸的約束只能做帶有一定側(cè)偏角的直線運動。此時車輪接地面將產(chǎn)生向著上述圓周運動內(nèi)側(cè)的力 ,稱之為外傾側(cè)向力F。試驗證明 ,外傾側(cè)向力與外傾角成線性關(guān)系 ,即:R= V = k式中 :k外傾剛度顯然 ,

13、當(dāng)車輛直線行駛并不受其它側(cè)向外力即側(cè)偏角為零的情況下 ,此時由于外傾側(cè)向力的存在 ,輪胎底部與地面接觸發(fā)生側(cè)向變形 ,其運動效果與輪胎側(cè)偏相似。當(dāng)外傾側(cè)向力超過地面的側(cè)向附著極限時 ,輪胎開始側(cè)向滑移。當(dāng)有外傾角的輪胎曲線運動或受到側(cè)向外力時 ,應(yīng)同時考慮外傾和側(cè)偏的影響。只要側(cè)偏角和外傾角均很小 ,兩者之間無相互作用 ,可采取疊加的方法計算此時的側(cè)偏力。即 :FY = FY+ FYFY 同時考慮輪胎外傾和側(cè)偏作用時車輪的側(cè)偏力FY只有側(cè)偏無外傾時車輪的側(cè)偏力FY只有外傾無側(cè)偏時車輪的外傾側(cè)向力輪胎外傾作用對側(cè)偏特性的影響體現(xiàn)在側(cè)偏角的變化上。在側(cè)向力一定的情況下 ,與外傾角為零的情況相比 ,

14、外傾角為正時 (即向著曲線的外側(cè)傾斜) ,其側(cè)偏角將增加 ;外傾角為負(fù)時,其側(cè)偏角將減少。則對于前輪轉(zhuǎn)向 ,外傾角為正時 ,前輪側(cè)偏角1 增加 ,導(dǎo)致1 -2 增加 ,使汽車有不足轉(zhuǎn)向的趨勢。外傾角為負(fù)時 ,前輪側(cè)偏角1 增加 ,導(dǎo)致1 -2 減少 ,使汽車有過多轉(zhuǎn)向的趨勢。不容忽視的是 ,由于正外傾角導(dǎo)致的輪胎側(cè)偏角的增加 ,使輪胎產(chǎn)生的變形增加 ,車輪容易產(chǎn)生側(cè)向滑移而導(dǎo)致磨損。外傾角越大 ,輪胎表面參與滑移的面積增加 ,磨損越嚴(yán)重 ,因此 ,外傾角的調(diào)整應(yīng)與汽車的技術(shù)狀況匹配 ,在保證汽車具有良好的轉(zhuǎn)向特性和行駛特性的前提下 ,盡可能地減少側(cè)滑量。3.2驅(qū)動力對側(cè)偏剛度的影響斷面高寬比小

15、的輪胎的生產(chǎn)工藝更復(fù)雜。由于輪胎寬度增大，斷面高寬比小的輪胎會產(chǎn)生逆向曲率問題，即在胎冠部位的簾布層有向中心平面方向下陷的趨勢。這種變形會形成一個曲點，導(dǎo)致對車輛控制失靈。因此，獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計、帶束層和簾布層的型工藝對斷面寬比小的輪胎非常重要。 胎側(cè)的能特點與輪胎的斷面高寬比緊密相關(guān)。高寬比小的輪胎胎側(cè)高度變 小，胎側(cè)起更關(guān)鍵的作用。當(dāng)輪胎斷面高寬比減小時，胎側(cè)所受張力峰值明顯增大，這是無法避免的事實，會導(dǎo)致龜裂，而且龜裂程度隨著高寬比的減小而增大。因此，斷面高寬比較小的輪胎需要使用性能最好的胎側(cè)膠。低高寬比輪胎胎圈部 位的作用也相當(dāng)重要。由于輪輞離路面更近，輪胎胎體和胎側(cè)必須提供強大支撐力并

16、產(chǎn)生平穩(wěn)張力及具有較高強度和穩(wěn)定性，制造這樣的輪胎很難。要達(dá)到這些 目的，就需改變胎圈結(jié)構(gòu)和材料。例如胎圈各部位采用更硬的膠料 ，三角膠總體高度增大約100。另外，一種稱為膠墊或輪輞邊口襯膠的厚橡膠部件被用于高寬比小的輪胎中。這種膠墊是位于胎側(cè)下方并具有高定伸應(yīng)力的硬膠條，能為胎 圈部位提供更好的剛性和穩(wěn)定性，有助于方便地把輪胎安裝到輪輞上。與此同時，它還能在輪胎遭大屈撓變形時保護(hù)輪輞邊緣的胎側(cè)免受損傷。 在斷面高寬比小 的輪胎的生產(chǎn)過程中，要得到較軟的胎面膠和堅韌的胎圈部位膠料，就需要更謹(jǐn) 慎地考慮混煉和擠出的工藝過程。 3.3結(jié)論除了上述特點以外，斷面高寬比較小的輪胎具有更美的外觀和圓滑的

17、形狀，與現(xiàn)代汽車的空氣動力學(xué)設(shè)計相匹配。由于這些原因，通過不斷減小輪胎高寬比以滿足對輪胎高性能的要求一持續(xù)的過程。現(xiàn)在甚至已經(jīng)出現(xiàn)了一種沒有胎側(cè)高寬比為02的新型輪胎 。 減小輪胎高寬比的趨勢并不只局限于乘用汽車輪胎。在最近獲得專利權(quán)的發(fā) 明中，普利司通開發(fā)了一種針對大客車和貨車的超低斷面的輪胎。這項技術(shù)是用 單輪胎替代傳統(tǒng)的雙輪并裝輪胎。據(jù)報道，這種輪胎具有多種優(yōu)點，如使用壽命 較長，噪聲低，可提高乘坐舒適性，減小滾動阻力達(dá)到10 ，驅(qū)動軸減輕80 110 kg，比等效的雙胎寬度減小175 mm。第四部分 路 面 環(huán) 境 對 側(cè) 偏 特 性 的 影 響4.1路面及其粗糙程度、干事狀況對側(cè)偏特

18、性的影響 路面及其粗糙程度、干濕狀況對輪胎側(cè)偏特性，尤其是最大側(cè)偏力影響很大。圖4-44也給出了某輪胎在干、濕瀝青路面及濕混凝土路面上的側(cè)偏特性。圖上給出的是側(cè)向力系數(shù)與側(cè)偏角的關(guān)系曲線。4.2在滑水現(xiàn)象下的影響在有薄水層的路面上，因滑水現(xiàn)象(Hydroplaning)會出現(xiàn)完全喪失側(cè)偏力的情況。圖4-45給出某輪胎在不同車速下，與干燥路面相比不同水層厚度等條件下，最大側(cè)偏力的降低情況。水層厚1.5mm時，車速80km/h時，、或均很小，容易出現(xiàn)滑水現(xiàn)象。當(dāng)車速為110km/h時，側(cè)向力系數(shù)、制動力系數(shù)或驅(qū)動力系數(shù)趨近于零，此時最大側(cè)偏力為接近零，汽車極易發(fā)生滑水現(xiàn)象。4.3結(jié)論輪胎的尺寸、型

19、式和結(jié)構(gòu)參數(shù)對側(cè)偏剛度有顯著影響。尺寸較大的輪胎有較高的側(cè)偏剛度。子午線輪胎接地面寬，一般側(cè)偏剛度較高。鋼絲子午線輪胎比尼龍子午線的側(cè)偏剛度高。以百分?jǐn)?shù)表示的輪胎斷面高H與輪胎斷面寬B之比H/B100%稱為扁平率?，F(xiàn)代輪胎的扁平率逐漸減小，不少轎車已采用扁平率為60%（60系列）寬輪胎。追求高性能的運動型轎車也有采用扁平率為50%甚至40%寬輪胎的。扁平率對輪胎側(cè)偏剛度影響很大，采用扁平率小的寬輪胎是提高側(cè)偏剛度的主要措施。圖4-40給出了四種輪胎的側(cè)偏剛度與載荷的關(guān)系曲線，可以看出扁平率為60%的仍系列輪胎的側(cè)偏剛度有大幅度提高。汽車行駛時，輪胎垂直載荷常有變化。例如轉(zhuǎn)向時，內(nèi)側(cè)車輪輪胎的垂

20、直載荷減小，外側(cè)車輪輪胎的垂直載荷增大。垂直載荷的變化對輪胎側(cè)偏特性有顯著影響。圖4-41表明垂直載荷增大后，側(cè)偏剛度隨垂直載荷的增加而加大；但垂直載荷過大時，輪胎與地面接觸區(qū)的壓力變得極不均勻，使輪胎側(cè)偏剛度反而有所減小。第五部分 結(jié) 論輪胎的側(cè)偏特性在車輛動力學(xué)特性中具有至關(guān)重要的作用 ,它除了決定車輛操縱穩(wěn)定性外 ,還影響車輛的制動安全性、行駛平順性、前輪擺振和車輛側(cè)向振動等。汽車的操縱穩(wěn)定性直接影響到汽車的高速行駛安全 ,并對減輕駕駛員的勞動強度和汽車的動力性的充分發(fā)揮等具有重大的意義。彈性輪胎的側(cè)偏特性作為操縱穩(wěn)定性的理論基礎(chǔ)直接影響著表征汽車操縱穩(wěn)定性的車輛曲線行駛的時域響應(yīng)特性。

21、因此 ,對影響輪胎側(cè)偏特性的各種因素進(jìn)行研究就顯得格外重要。 輪胎的側(cè)偏特性在車輛動力學(xué)特性中具有至關(guān)重要的作用 ,它除了決定車輛操縱穩(wěn)定性外 ,還影響車輛的制動安全性、行駛平順性、前輪擺振和車輛側(cè)向振動等。汽車的操縱穩(wěn)定性直接影響到汽車的高速行駛安全 ,并對減輕駕駛員的勞動強度和汽車的動力性的充分發(fā)揮等具有重大的意義?？陀^評價汽車操縱穩(wěn)定性的一個重要指標(biāo)是汽車方向盤角階躍輸入下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性 ,它可通過前后車輪的側(cè)偏特性定量地表示出來。其分析精度決定于輪胎側(cè)偏特性的表達(dá)精度。參 考 文 獻(xiàn)1. 余志生、夏群生等 汽車?yán)碚?機械工業(yè)出版社 2012年9月第五版2. 倪佑民 汽車方向穩(wěn)定性基本原

22、理 清華大學(xué)出版社 1987年版3. 陸正煜、倫景光、倪佑民 汽車轉(zhuǎn)向特性模擬計算的初步研究 汽車工程 1982年第二版4. 陸正煜、倫景光、倪佑民 方向盤斜階躍轉(zhuǎn)角輸入對汽車轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)特性的影響 汽車工程 1982年第二版5. W.Lincke,B.Richter,R.Schmidt Simulation and Measurement of Driver Vehicle Handling Perfornance Warrendale PA SAE paper 7304866. Kenneth D.Norman Objective Evaluation of On-Center Handling Performance Warrendale PA SAE paper 84006