ADAMS輪胎模型簡介

1、詳細介紹輪胎模型， 主要是自己做課題時，用到的整理匯總出來的，輪胎這部分的資料比較少的，記錄下來幫助大家一起學(xué)習(xí)一起進步；主要分以下兩部分介紹一、輪胎模型簡介輪胎是汽車重要的部件， 它的結(jié)構(gòu)參數(shù)和力學(xué)特性決定著汽車的主要行駛性能。 輪胎所 受的 垂直力、縱向力、 側(cè)向力和回正力矩對汽車的平順性、 操縱穩(wěn)定性和安全性起重要 作用。輪胎模型 對車輛動力學(xué)仿真技術(shù)的發(fā)展及仿真計算結(jié)果有很大影響，輪胎模型的精度 必須與車輛模型精度相匹配。 因此， 選用輪胎模型是至關(guān)重要的。 由于輪胎具有結(jié)構(gòu)的復(fù)雜 性和力學(xué)性能的非線性，選擇符 合實際又便于使用的輪胎模型是建立虛擬樣車模型的關(guān)鍵。一、 輪胎模型簡介輪胎

2、建模的方法分為三種：1）經(jīng)驗 半經(jīng)驗?zāi)Ｐ?針對具體輪胎的某一具體特性。目前廣泛應(yīng)用的有 Magic Formula 公式和吉林大學(xué)郭孔輝院士利用指數(shù)函數(shù)建立的描述輪胎六分力特性的統(tǒng) 一輪胎半經(jīng)驗?zāi)Ｐ?UniTire ，其主要用于車輛的操縱動力學(xué)的研究。2）物理模型 根據(jù)輪胎的力學(xué)特性，用物理結(jié)構(gòu)去代替輪胎結(jié)構(gòu)，用物理結(jié)構(gòu)變形 看作是輪 胎的變形。比較復(fù)雜的物理模型有梁、弦模型。特點是具有解析表達式，能探討輪胎特性的形成機理。缺點是精確度較經(jīng)驗 半經(jīng) 驗?zāi)Ｐ?差，且梁、弦模型的計算較繁復(fù)。3）有限元模型 基于對輪胎結(jié)構(gòu)的詳細描述 , 包括幾何和材料特性，精確的建模能 較準(zhǔn)確 的計算出輪胎的穩(wěn)態(tài)和

3、動態(tài)響應(yīng)。但是其與地面的接觸模型很復(fù)雜，占用計 算機資源太大， 在現(xiàn)階段應(yīng)用于不平路面的車輛動力學(xué)仿真還不現(xiàn)實，處于研究階 段。主要用于輪胎的設(shè)計 與制造二、 ADAMS/TIRE輪胎不是剛體也不是柔體， 而是一組數(shù)學(xué)函數(shù)。 由于輪胎結(jié)構(gòu)材料和力學(xué)性能的復(fù)雜性 和非 線性以及適用工況的多樣性， 目前還沒有一個輪胎模型可適用于所有工況的仿真， 每個 輪胎模型都 有優(yōu)缺點和適用的范圍。必須根據(jù)需要選擇合適的輪胎模型。ADAMS/TIRE 分為兩大類：一） . 用于操穩(wěn)分析的輪胎模型 魔術(shù)公式 是用三角函數(shù)的組合公式擬合輪胎試驗數(shù)據(jù)， 用一套形式 相同的公式完整地表達輪胎的縱向 力、側(cè)向力、回正力矩

4、、翻轉(zhuǎn)力矩、阻力矩以及縱向力、側(cè)向力的 聯(lián)合作用工況，主要包括 以下的前四種模型。1） 魔術(shù)公式輪胎模型（ MFTyre ）根據(jù)仿真工況的不同可在穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)之間切換模型， 考慮了 輪胎高速旋轉(zhuǎn)時陀螺耦合、側(cè)偏和縱滑的相互影響，外傾對側(cè)偏和縱滑的影響。適用范圍：有效頻率到 8Hz, 是點接觸模型，只能用于平路面（路面起伏的波長必須大于輪 胎的周 長）。2） Pacejka89 、 Pacejka94 由提出者 Pacejka 教授根據(jù)其發(fā)布年命名的 , 是穩(wěn)態(tài)側(cè)偏模型 , 不能用于非穩(wěn)態(tài)工況。適用范圍：有效頻率到 0.5Hz，當(dāng)與 2D 路面作用時是點接觸；當(dāng)與3D 路面作用時，等效貫穿體積的

5、方法來計算垂直力， 等效法假設(shè)輪胎胎體是圓筒， 必須在輪胎文件的 形狀 模塊輸 入 了輪胎胎體橫剖面。3） PAC2002 模型 Pacejka 的后期發(fā)展，PAC2002 和 M Tyre 具有相同的功能，但改善了模型的翻轉(zhuǎn)力矩，已經(jīng)取代了MFTyre 。適用范圍：有效頻率到 8Hz, 主要用于操穩(wěn)的仿真分析。4)PAC MC 莫型，是專門用于摩托車輪胎模型，有效頻率到8Hz,適合于大外傾角的工況。5)Fiala 模型 是彈性基礎(chǔ)上的梁模型 , 不考慮外傾和松弛長度。當(dāng)不把內(nèi)傾角作為主要因 數(shù)且把縱 向滑移和橫向滑移分開對待的情況下，對于簡單的操縱性分析可得到合理的結(jié)果。適用范圍：有效頻率到

6、0.5Hz，可以用于二維和三維路面，當(dāng)與2D 路面作用時是點接觸；當(dāng)與 3D 路面作用時，等效貫穿體積的方法來計算垂直力。6)UA 模型 考慮了非穩(wěn)態(tài)效果，通過摩擦圓考慮了側(cè)偏和縱滑的相互影響，也考慮了外傾和松弛長度，在只需要有限幾個參數(shù)的情況下，有非常好的精度。適用范圍：有效頻率到 8Hz，是點接觸模型，只能用于平路面 (路面起伏的波長必須大于輪 胎的周 長) 。7)5.2.1 輪胎模型是 ADAM 早期發(fā)布的輪胎模型，現(xiàn)已很少使用。適用范圍：有效頻率到 0.5Hz 是點接觸模型，只能用于平路面。注： 5.2.1 輪胎模型使用的路面文件是特有的，不能被其他的操縱分析輪胎模型所識別。二 ) .

7、 用于耐久性分析的輪胎模型三維接觸模型， 考慮了輪胎胎側(cè)截面的幾何特性， 并把輪胎沿寬度方向離散， 用等效貫 穿體 積的方法來計算垂直力，可以用于三維路面。該模型是一個單獨的License ，但是如果用戶只購買 Durability TIRE ，只能用 Fiala 模型計算操穩(wěn)。 除了上述兩類模型以外，還有環(huán)模型，作為子午線輪胎的近似，研究輪胎本身的振動特性，成為國際上仿真輪胎在短波不平路面動特性的主流模型， 是目前發(fā)展比較成熟和得到商業(yè)化 應(yīng)用的輪胎模型， 其中具有代表性的是 F-tire和 SWIFT 侖胎模型。1).SWIFT 模型(Short WaveIn termediate Fre

8、que ncy TIRE Model)SWIFT 模型是由荷蘭 Delft 工業(yè)大學(xué)和 TNC 聯(lián)合開發(fā)的，是一個剛性環(huán)模型，在環(huán)模型的基礎(chǔ)上只考慮輪胎的 0 階轉(zhuǎn)動和 1 階錯動這兩階模態(tài)， 此時輪胎只作整體的剛體運動而并 不發(fā)生變形。 在只關(guān)心輪胎的中低頻特性時可滿足要求。 由于不需要計算胎體的變形， 剛性 環(huán)模型的計算效率大 大提高，可用于硬件在環(huán)仿真進行主動懸架和ABS 的開發(fā)。在處理面外動力學(xué)問題時，SWIFT 使用了魔術(shù)公式?？捎糜谘芯恳恍?fù)雜的工況，例如：不平路面的側(cè)偏和 ABS 制動。在處理輪胎-地面的接觸問 題時，SWIFT 采用了等效路形的方法，所用的等效路形是由一個專門的

9、包容模型算出來的。 所以，SWIFT 模型要自帶一個包容模型來提供等效路形，這也是它的缺點之一。適用范圍：有效頻率為 60-100HZ，可用于短波不平路面。注：SWIFT 模型所用到的路面模型要有合適的采樣間隔，否則會應(yīng)用以內(nèi)插值替換的數(shù)據(jù)，采樣間隔一般為 0.10.2 m 或者更大。2).ADAMS/TIREFTire 模型是由德國 Esslingen 大學(xué)的 Michael Gipser 領(lǐng)導(dǎo)的小組開發(fā)的。從名字可 以看到 它是基于柔性環(huán)模型，即它從本質(zhì)上來說是一個物理模型。FTire 模型發(fā)布在虛擬樣機軟件 ADAM 之中，引起了廣泛的關(guān)注和討論。它是兼顧了仿真精度和仿真速度的2.5 維非線性輪胎模型。自 ADAMS1.0 版本后，F(xiàn)Tire 模型作為 MSC 官方推薦的用于車輛的平順性、耐久性以及操縱性仿真分析的輪胎模型。 FTire 模型的主要結(jié)構(gòu)特征及特點有以下幾點：1) 彈性環(huán)不僅能描述輪胎的面內(nèi)振動， 也能描述輪胎的面外特性。 胎體沿著圓周方向離散， 需要 時也可在胎體寬度方向離散， 胎體單元之間用彈簧相連， 在每個胎