第一章地面-轮胎力学《汽车理论 》张文春主编

1、第一章第一章 地面轮胎力学地面轮胎力学问题回顾问题回顾汽车六大性能:l1、计算汽车的通过性时，满载还是空载？l2、发动机与轮胎的受力是什么关系？第一节第一节 概概 述述l轮胎是连接汽车车身与道路的唯一部件，其基本职能是支承车辆重量、传递驱动和制动力矩，吸振以及保证转向稳定性。汽车的运动依赖于轮胎所受的力。l轮胎力学是研究轮胎受力、变形和运动响应之间关系的，它的主要任务是建立精确实用的数学模型，描述轮胎的力学特性。第三节第三节 作用在车轮上的力和力矩作用在车轮上的力和力矩l一、轮胎坐标系xyXFZF回回正正力力矩矩zTxT翻翻转转力力矩矩yT外倾角外倾角yF侧偏角侧偏角滚动阻力矩地面反作用力纵向

2、分力地面反作用力侧向分力二、轮胎六分力二、轮胎六分力l在轮胎坐标系中，地面作用在轮胎上的主要力和力矩有：（在轮胎坐标系中已标注）l纵向力F x 地面切向反作用力沿x轴的分量；l侧向力F y 地面切向反作用力沿y轴的分量；l地面法向反作用力F z ；l翻转力矩M x 地面反作用力绕x轴的力矩；l滚动阻力矩M y 地面反作用力绕y轴的力矩；l回正力矩M z 地面反作用力绕z轴的力矩。第四节第四节 轮胎的纵向力学特性轮胎的纵向力学特性l轮胎内部摩擦产生的迟滞损失。这种迟滞损失轮胎内部摩擦产生的迟滞损失。这种迟滞损失表现为阻碍车轮运动的阻力偶。表现为阻碍车轮运动的阻力偶。一、滚动阻力一、滚动阻力CDK

3、NF,mmh/ZF图图1-9 轮胎径向变形曲线轮胎径向变形曲线1ZFa1xF1fT1W1pFau图图1 11111滚动阻力系数l 轮胎内部摩擦产生迟滞损失，这种轮胎内部摩擦产生迟滞损失，这种损失表现为阻碍车轮运动的阻力偶。损失表现为阻碍车轮运动的阻力偶。111111111111WFffWFrafFraFrFrFaFTWFppzppxzfz则令滚动阻力系数ffl滚动阻力系数滚动阻力系数l 车轮在一定条件下，滚动所车轮在一定条件下，滚动所需要推力需要推力Fp1与负荷与负荷W1之比，即之比，即单位重力的推力单位重力的推力：rTFWFffpp1111且阻力偶用滚动阻力描述 滚动阻力无法在受力图上画出，

4、它是滚动阻力无法在受力图上画出，它是一个数值，在受力图上它是切向反力。一个数值，在受力图上它是切向反力。11xFWf在实际计算时，可不必考虑阻在实际计算时，可不必考虑阻力偶，而用滚动阻力替代力偶，而用滚动阻力替代滚动阻力系数的试验确定法牵引法、滑行法和转鼓法l1. 速度速度ua对对 f 的影响的影响脱落和爆裂。产生驻波现象，高温、fhkmuconstfhkmuaa,/200.,/100对对 f 的影响因素的影响因素 2. 轮胎的结构、材料、帘线对轮胎的结构、材料、帘线对f 的影的影响也很大。子午线轮胎响也很大。子午线轮胎 f 小，天然橡胶小，天然橡胶 f 低。低。fPfWPfPaaa参与变形（

5、稍微）道路寿命道路受力f 的经验公式aaaauf,ufu.f)/u(ff商用车轿车商用车：轿车：220000056000760194401甚至增加几十倍。侧滑时。通常不考虑转弯的影响转弯时f%,f10050表表2-5 车轮滚动阻力系数车轮滚动阻力系数路面类型路面类型滚动阻力系滚动阻力系数数路面类型路面类型滚动阻力系滚动阻力系数数沥青或混凝土路面（新）沥青或混凝土路面（磨旧）碎石路面卵石路面（平）卵石路面（坑洼）压实土路（干燥）0.0100.0180.0180.0200.0200.0250.0350.0300.0350.0500.0250.035压实土路（雨后）泥泞土路(雨季或解冻期)干砂湿砂结

6、冰路面压实雪道0.0500.1500.1000.2500.1000.3000.0600.1500.0150.0300.0300.0502ZFa2xF2pF2WtT222WfFraFzf22222222/ftxfxtZxtZxtFFFFFFraFFrTaFrFT图图112驱驱动动轮轮受受力力图图aul真正驱动车轮前进的力是地面切真正驱动车轮前进的力是地面切向反力向反力Fx2。其。其在数值上等于汽车在数值上等于汽车驱动力驱动力Ft与滚动阻力与滚动阻力Ff之差。之差。22222ftftxftxFFrTrTFTTT二、穿水阻力二、穿水阻力nwCbuF C为比例常数；b为轮胎的宽度；u为汽车的行驶车速；

7、n为幂指数，当水层厚度大于0.5mm时，幂指数近似等于1.6排挤水层而增加的滚动阻力 三、三、前束阻力前束阻力 前束阻力：车轮的前束角造成 ，用以消除偶然外力冲击保持直线行驶的一种能力。四、纵向附着系数四、纵向附着系数l纵向附着系数定义：纵向力与垂直载荷的比值l滑动率：（实际速度-理论速度）/实际速度纯滚动、纯滑动(拖滑)、边滚边滑纵向附着系数影响因素：路面：材料、路面状况轮胎：轮胎结构、材料、花纹、新旧程度、气压轮胎与路面：受力、相互运动状态路况好,则纵向附着系数大;车速越低,则纵向附着系数大.第五节第五节 轮胎的侧偏特性轮胎的侧偏特性侧偏特性：侧偏力、回正力与侧偏角的关系xyzXFZFYF

8、回回正正力力矩矩zTxT翻翻转转力力矩矩yT外倾角外倾角yF侧偏角侧偏角1 1 轮胎坐标系轮胎坐标系原因原因偏角侧偏现象、侧偏力、侧. 2u uuvyFyFCC刚刚性性轮轮zlYFFzlYFFYFYFkkFFFYyY侧偏刚度侧偏角侧偏现象侧向力侧偏力yFYF概念概念YFyFYFyFYFyFYFradKNk/8028 弹弹性性轮轮胎胎vu ukFY符号相反符号相反与与kFY最大侧偏力的影响因素l附着条件附着条件 及垂直载荷及垂直载荷F FZ Zl轮胎胎面花纹、材料、结构、充轮胎胎面花纹、材料、结构、充气压力气压力l路面材料、结构、潮湿程度路面材料、结构、潮湿程度l车轮外倾角车轮外倾角3. 轮胎结

9、构、工作条件与侧偏特性l尺寸尺寸的轮胎，的轮胎，k ；l子午线轮胎接地面宽子午线轮胎接地面宽，k大大；l钢丝比尼龙轮胎钢丝比尼龙轮胎k大大；l扁平率：轮胎断面高度与断面宽度之比扁平率：轮胎断面高度与断面宽度之比H /B ， k ；l在一定范围内，载荷在一定范围内，载荷 （FZ ） ，k 。但。但载荷载荷太大时太大时，k；l轮胎充气压力轮胎充气压力 ，k ；l行驶车速对行驶车速对k影响较小影响较小；l潮湿特别在积水时，潮湿特别在积水时，k 很大。很大。kW增增加加扁扁平平率率BH /增增加加载载荷荷WYF增加增加WYFYF增增加加p胎胎压压附着椭圆一定侧偏角下，驱动一定侧偏角下，驱动力或制动力增

10、加时，侧偏力或制动力增加时，侧偏力逐渐有所减小，这是由力逐渐有所减小，这是由于轮胎侧线弹性有所改变于轮胎侧线弹性有所改变的关系。当纵向力相当大的关系。当纵向力相当大时，侧偏力显著下降，接时，侧偏力显著下降，接近附着极限时，切向力已近附着极限时，切向力已耗去大部分附着力，而侧耗去大部分附着力，而侧向力能利用的附着力很小。向力能利用的附着力很小。xFbFYF侧侧偏偏角角xbYFFF或YxbFFF或ccccccccaaaaaaaaeYFYzeFT 轮胎拖距euyFzTYFYFYF侧侧偏偏角角ZT回回正正力力矩矩ZT回回正正力力矩矩W载载荷荷赛赛车车胎胎子子午午线线胎胎斜斜交交胎胎ZZTT6464XF驱动力制动力ZbXZbXTFFFTFFF或制动力驱动力或制动力驱动力ZT回回正正力力矩矩bFyYkFYFYFO000YFYF000WYFkkFFFkFkkYYYY外外倾倾角角产产生生的的侧侧偏偏力力外外倾倾角角产产生生的的侧侧偏偏角角的结果的结果力共同作用力共同作用和由侧倾角产生的侧倾和由侧倾角产生的侧倾的侧偏