耿春亮轮胎对汽车侧偏的影响

1长春汽车工业高等专科学校毕业实践报告题目/实践名称轮胎对汽车侧偏的影响专业/班级汽车试验一班学生姓名耿春亮学号0201202280企业指导教师郭强校内指导教师郭紫威起止时间2014.07.22~2015.02.10实习单位天津大众变速器2目录内容摘要Abstract第一部分探究轮胎的结构、工作条件对侧偏特性的影响．．．．．．．．．51.1引言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．51.2实践单位的基本情况．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5第二部分轮胎的尺寸、形式和结构参数对侧偏刚度的影响．．．．．．．．62.1轮胎的高宽比．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72.2侧偏刚度与载荷．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72.3结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10第三部分气压和驱动力对侧偏力的影响．．．．．．．．．．．．．．．．113.1气压对侧偏刚度的影响．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．113.2驱动力对侧偏刚度的影响．．．．．．．．．．．．．．．．．．．123.3结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12第四部分路面环境对侧偏特性的影响．．．．．．．．．．．．．．．．．144.1路面及其粗糙程度、干事状况对侧偏特性的影响．．．．．．．．．144.2在滑水现象的情况下的影响．．．．．．．．．．．．．．．．．．144.3结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15第五部分结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17参考文献附录致谢3内容摘要出于对汽车的操纵稳定性的探究，在轮胎的结构、工作条件对侧偏特性的影响，轮胎的尺寸、形式和结构参数对侧偏刚度的影响，气压和驱动力对侧偏力的影响，路面环境对侧偏特性的影响四个方面探究轮胎的结构、工作条件对车侧偏的影响，并得出结论。关键词：结构；工作条件；侧偏力；侧偏特性4ContentabstractForexploringthehandlingstabilityofthevehicle,theimpactoncorneringcharacteristicsinthestructure,theworkingconditionsofthetire,theinfluenceofsize,formandstructureparametersoftireonlateralstiffness,effectofpressureanddrivingforceofsideforce,influencethestructure,theinfluenceofoperatingconditionofpavementenvironmentonCorneringcharacteristicsfouraspectsoftyreforvehiclesidebias,anddrawaconclusion.Keywords:structure;workingconditions;lateralforce;corneringproperties5第一部分探究轮胎的结构、工作条件对侧偏特性的影响1.1引言轮胎的侧偏特性在车辆动力学特性中具有至关重要的作用,它除了决定车辆操纵稳定性外,还影响车辆的制动安全性、行驶平顺性、前轮摆振和车辆侧向振动等。汽车的操纵稳定性直接影响到汽车的高速行驶安全,并对减轻驾驶员的劳动强度和汽车的动力性的充分发挥等具有重大的意义。弹性轮胎的侧偏特性作为操纵稳定性的理论基础直接影响着表征汽车操纵稳定性的车辆曲线行驶的时域响应特性。因此,对影响轮胎侧偏特性的各种因素进行研究就显得格外重要。轮胎的侧偏特性在车辆动力学特性中具有至关重要的作用,它除了决定车辆操纵稳定性外,还影响车辆的制动安全性、行驶平顺性、前轮摆振和车辆侧向振动等。汽车的操纵稳定性直接影响到汽车的高速行驶安全,并对减轻驾驶员的劳动强度和汽车的动力性的充分发挥等具有重大的意义。客观评价汽车操纵稳定性的一个重要指标是汽车方向盘角阶跃输入下的稳态响应特性,它可通过前后车轮的侧偏特性定量地表示出来。其分析精度决定于轮胎侧偏特性的表达精度。1.2实践单位的基本情况2014年11月4日，大众汽车天津零部件厂正式建成投产，首批投产的产品为大众新一代双离合变速器DQ380，这也是该产品在全球的首次生产。新工厂初期年产能为45万台变速器，到2016年年产能将增至120万台。天津工厂全面达产后，大众汽车每年将可以为中国市场超过100万辆汽车搭载新型变速器。大众汽车自动变速器天津公司将创造5,500个新的就业机会，是当地目前最大的投资项目。这个新的变速器厂是大众汽车集团的全资子公司，也就意味着其为一家外资公司。6第二部分轮胎的尺寸、形式和结构参数对侧偏刚度的影响2.1轮胎的高宽比在断面高宽比较小的轮胎中减有弹性的胎侧高度可改善轮胎的整体结构，增大径向、横向以及周向的强度。横向强度的增大可提高转向性能。周向强度的增大可提高加速、减速，特别是在转向时的操纵性能。断面高宽比小的轮胎胎侧较低，使轮辋直径增大的同时不改变轮胎外直径成为可能。较大的轮辋直径可满足防抱死制动系统(ABS)的需求。但是值得注意的是，车轮驶过深坑或其它物体时极有可能损坏。因此，通过减小径向弹性可以将轮胎驶过凹凸不平路面时产生的合力直接传送给车辆的悬架系统。轮胎内部应力和应变分布是轮胎最基本的特性之一，决定了轮胎其它的性能和特点同时又受轮胎断面高宽比的制约。研究表明当轮胎断面高宽比减小时，带束层内的应力会增大。同时，沿着胎体帘布层方向的张力和胎圈的切向应力会减小。由此看来，在断面高宽比小的轮胎中应力分布似乎更均匀一些。根据新的轮胎结构设计理论(如TCOT和DSOC)，在带束层应力增大的同时胎体帘布层的张力减小，从而使轮胎性能得到大幅度提高。另外，减小断面高宽比还会导致在胎侧部的横向位移和在胎冠中心线上的径向位移减小。所谓弹性轮胎的侧偏特性是指由于弹性轮胎存在的“弹性偏离”现象,在车轮行驶中当遇到侧向力Fy时,地面提供一个侧向附着力即侧偏力FY与之抗衡,即使该外界侧向力并未达到轮胎侧向附着力的极限,也会发生轮胎侧偏的情况。此时轮胎的前进方向偏离原行驶方向,与轮胎旋转平面成一定的角度,该角度被称为侧偏角α。试验证明:当侧偏角很小(4°～5°)时,侧偏力与侧偏角成线性关系:FY=kα(1)式中:k为侧偏刚度(N/rad)(1)式被称为轮胎的侧偏特性,轮胎的侧偏特性在车辆动力学特性中具有至关重要的作用,它是决定车辆操纵稳定性的重要特性。弹性轮胎的侧偏力FY是7汽车赖以实现方向变换的原动力。汽车以高速度急转弯时产生的最大离心力一般不能超过所有车轮所能产生的侧偏力的总和。即侧偏力之和的最大值大体规定了汽车急剧曲线运行的极限范围。此外,侧偏力对汽车的行驶稳定性也起着重要的作用,当汽车在直线行驶中受到横向急风等干扰时,正是由于侧偏力的存在才能保持车辆的行驶稳定性。侧向偏离一方面影响车轮的运行轨迹,另一方面侧向变形使滚动阻力增加,并加剧轮胎的磨损。2.2侧偏刚度与载荷第一，大尺寸轮胎一般比小尺寸的轮胎侧偏刚度高。轮胎尺寸越大，越能增强汽车行驶中的稳定性，减少发飘的可能性。第二，轮胎从结构设计上可分为斜交和子午线轮胎。子午线胎比斜交胎侧偏刚度高，而钢丝子午线胎又比尼龙子午线胎侧偏刚度高。第三，在直径相同的轮胎中，宽胎比窄胎有利于提高侧偏刚度。也就是说，使用宽胎的车发飘的情况较少，这也是在赛车时要使用特宽轮胎的原因。第四，对同一轮胎而言，载重越小、侧偏刚度越小，所以，轻车相比重车更容易发飘。第五，当车速越快时，轮胎载荷越小，侧偏刚度就越小。因此，汽车高速时比低速更容易发飘，一些加了尾翼的车能减少升力，有助于减少高速时发飘。第六，轮胎气压还和侧偏刚度有关。一般说来，气压越低，侧偏刚度越小，越容易发飘。但这并不是说胎压越高越好。胎压太高时轮胎的附着力就会减少，容易侧滑，最好是严格按汽车说明书保持胎压大小。车辆的稳态转向特性即方向盘角阶跃输入下进入的稳态响应,虽然在实际行驶中不常出现,但却是表征汽车操纵稳定性的一个重要的时域响应。汽车稳态响应特性分为三种类型:不足转向、中性转向和过多转向。车辆稳态转向特性与轮胎侧偏特性的关系体现在前后轮胎的侧偏角对转向特性的影响上,假设轮胎为刚性,车辆的转弯半径R0与前轮的转动角δ之间满足下面关系式:R0≈L/tgδ当前轮转角δ不大时,可认为tgδ≈δ,则8R0≈L/δ(2)式中L为轴距由此可见,在汽车结构参数一定的情况下,由于不存在侧偏现象,刚性车轮转弯时,其转弯半径R0只与前轮转角δ有关,而与车速V无关。当车轮为弹性时,由于弹性轮胎转向产生的离心力等侧向外力的作用,使轮胎发生侧偏现象,侧偏角的大小与轮胎所受的侧向力有关。在侧偏角不大时,由图1可知转向半径R满足关系式:R≈L/[δ-(α1-α2)](3)式中,α1为前轮侧偏角,α2为后轮侧偏角。此时包含“侧偏现象”的车辆转向运动系统实质上是一个以无侧偏转向为基本系统,并加入一个侧偏角反馈回路的闭环系统,正是这种反馈特性直接影响着车辆的很多运动特性,主要是操纵性和稳定性[1]。汽车的稳态转向特性通常还可以用转向灵敏度ωR/δ)s来表征。ωR/δ)s=(V/L)/(1+KV2)(4)式中,V为车速;L为轴距;K为稳定性因数;K=0时,为中性转向;K0时,为不足转向;K0时,为过多转向[2]。转动角δ之间满足下面关系式:R0≈L/tgδ当前轮转角δ不大时,可认为tgδ≈δ,则R0≈L/δ(2)式中L为轴距由此可见,在汽车结构参数一定的情况下,由于不存在侧偏现象,刚性车轮转弯时,其转弯半径R0只与前轮转角δ有关,而与车速V无关。当车轮为9弹性时,由于弹性轮胎转向产生的离心力等侧向外力的作用,使轮胎发生侧偏现象,侧偏角的大小与轮胎所受的侧向力有关。在侧偏角不大时,由图1可知转向半径R满足关系式:R≈L/[δ-(α1-α2)](3)式中,α1为前轮侧偏角,α2为后轮侧偏角。此时包含“侧偏现象”的车辆转向运动系统实质上是一个以无侧偏转向为基本系统,并加入一个侧偏角反馈回路的闭环系统,正是这种反馈特性直接影响着车辆的很多运动特性,主要是操纵性和稳定性[1]。汽车的稳态转向特性通常还可以用转向灵敏度ωR/δ)s来表征。ωR/δ)s=(V/L)/(1+KV2)(4)式中,V为车速;L为轴距;K为稳定性因数;K=0时,为中性转向;K0时,为不足转向;K0时,为过多转向[2]。ωR/δ)s=(V/L)/(1+KV2)即δ=ωR(1+KV2)/(V/L)=ωR(1+KV2)/R或R=ωR(1+KV2)/δ(5)由(5)可知,不足转向汽车回转的回转半径还与车速有关,在保持回转半径不变的条件下,由于K0,前轮转角δ随速度V的提高而增加,两者呈抛物线关系。换言之,若要提高车速,必须相应地增加前轮转角,才能保持转向半径不变。且随着向心加速度的提高,侧偏角急剧增加,很快达到或超过车轮的附着力极限而发生侧向滑移,对于不足转向汽车,由于前轮的侧偏角较大,故前轮首先发生侧滑。并加剧前轮的磨损。当α1α2时,R≈L/[δ-(α1-α2)]L/δ=R0。此时汽车的转向半径小于同等条件下刚性车轮的转向半径。把这种转向特性叫过多转向。与(3)相同,过多转向汽车回转的转向半径也与δ有关,和前后轮的侧偏角α1、α2有关。根据式(5),由于K0,前轮转角δ随速度V的提高而减少,两者呈抛物线关系。换言之,若要提高车速,必须相10应地减少前轮转角,才能保持转向半径不变。与不足转向不同,随着向心加速度的增加,首先是后轮发生侧滑。从转向灵敏度来分析,由式(4)可知,中性转向汽车的转向灵敏度与车速呈线性关系;不足转向汽车的转向灵敏度在各车速上均小于中性转向汽车,且在特征车速为Uch=1K时,转向灵敏度达到最大值;过多转向汽车的转向灵敏度在各车速上均大于中性转向汽车,且在临界车速为Uch=-1K时,转向灵敏度趋于无穷大,当车速超过临界车速时,