崔金泉、邱在根、黃燦

（江鈴控股有限公司開發(fā)中心底盤部 330000)

1 輪胎模型介紹

當(dāng)前子午線無內(nèi)胎輪胎為整車廠商主流配套的輪胎，它主要由胎面、鋼絲帶束層、帶束棱角保護(hù)套、胎側(cè)、兩層子午線簾布層、緩沖膠帶、氣密層、胎芯包布、胎圈、胎圈芯以及胎圈鋼絲等構(gòu)成（圖1）。氣密層與鋼圈裝配后形成密閉腔體，在腔體中充入一定氣體后與胎側(cè)及胎面共同形成一個(gè)不規(guī)則的非線性彈性體。

圖1 輪胎斷面結(jié)構(gòu)

因非線性彈性體在受載荷作用下，其力及方向的變化存在不可預(yù)測(cè)性，因此在研究輪胎變形時(shí)一般要對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化。為保證簡(jiǎn)化模型的結(jié)果與測(cè)試基本相吻合，一般取接近線性變形區(qū)域下載荷對(duì)應(yīng)的剛度特性進(jìn)行研究[1]。因此在研究過程中，對(duì)輪胎簡(jiǎn)化后的模型可視為由多組彈簧組成（圖2），其載荷與變形函數(shù)關(guān)系為F=CS，其中C表示輪胎徑向剛度（單位 ：N/m），F(xiàn)表示輪胎徑向加載（單位：N）,S表示輪胎徑向單位變形（單位：m）。C可以通過對(duì)應(yīng)氣壓下查表或臺(tái)架測(cè)試得出。

圖2 輪胎簡(jiǎn)化模型

圖3為胎壓與徑向剛度特性曲線，是通過臺(tái)架對(duì)某一規(guī)格輪胎在不同胎壓下對(duì)應(yīng)相同載荷的變形量測(cè)試計(jì)算得出。從曲線上顯示，隨著胎壓增加，其徑向剛度隨之增加，但遞增梯度逐步減小。

圖3 輪胎胎壓與徑向剛度特性曲線

2 多體模型介紹

圖4為電子模型及對(duì)應(yīng)仿真設(shè)置，模型參考了某樣車，對(duì)其中的彈性元件參數(shù)、質(zhì)心位置及簧載質(zhì)量進(jìn)行了更新。為保證模型準(zhǔn)確可信，需與樣車KC測(cè)試結(jié)果進(jìn)行關(guān)聯(lián)對(duì)比。關(guān)聯(lián)的項(xiàng)目一般包含前懸架和后懸架壓縮剛度、側(cè)傾角剛度、前束角剛度、外傾角剛度、主銷傾角變化、輪距和軸距變化以及轉(zhuǎn)向阿克曼百分比等。關(guān)聯(lián)后的模型應(yīng)確認(rèn)經(jīng)前、后懸架三種（steer、roll、bounce）仿真工況分析，按上述輸出的特性應(yīng)與KC臺(tái)架測(cè)試變化趨勢(shì)基本一致。為確保影響整車操控性的質(zhì)心位置準(zhǔn)確性，應(yīng)通過穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)分析并與KC關(guān)聯(lián)側(cè)傾角剛度及軸荷分布。關(guān)聯(lián)后的模型要求包含車輪總成、懸架子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)、車身子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)和動(dòng)力傳動(dòng)子系統(tǒng)[2]。

模型仿真一般按設(shè)計(jì)載荷配重，即整備質(zhì)量配3×68 kg乘員及21 kg攜帶行李。

圖4 電子模型及仿真條件

圖5 側(cè)傾加速度與側(cè)傾角增益關(guān)系

3 分析過程及結(jié)果

通過圖3中胎壓與輪胎徑向剛度的關(guān)系，對(duì)圖4所示電子模型中輪胎屬性即徑向剛度，根據(jù)仿真依次分別設(shè)置。當(dāng)胎壓為210 kPa時(shí)對(duì)應(yīng)徑向剛度為2.3E+06 N/mm，胎壓為240 kPa時(shí)對(duì)應(yīng)徑向剛度為2.45E+06 N/mm，胎壓為280 kPa時(shí)對(duì)應(yīng)徑向剛度2.54E+06 N/mm，其他參數(shù)不做變化。

按國(guó)標(biāo)中穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)操作標(biāo)準(zhǔn)即轉(zhuǎn)彎半徑40 m進(jìn)行定圓操作，以最大車速達(dá)65 km/h中斷命令作為仿真輸入條件，具體仿真命令見圖4電子模型及仿真條件。

模型運(yùn)行后進(jìn)入后處理界面，導(dǎo)出曲線以整車質(zhì)心位置的側(cè)向加速度作為橫坐標(biāo)，側(cè)傾角變化作為縱坐標(biāo)。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，取側(cè)向加速度為0.2～0.6 g時(shí)內(nèi)側(cè)傾角的變化率作為傾角增益對(duì)比的評(píng)判區(qū)域。

通過觀察顯示，0.2～0.6 g側(cè)向加速對(duì)應(yīng)不同輪胎剛度下的側(cè)傾角增益，如圖5所示。其中W曲線顯示胎壓240 kPa對(duì)應(yīng)的側(cè)傾角增益為6.34 deg/deg；W_1曲線顯示輪胎氣壓280 kPa對(duì)應(yīng)側(cè)傾角增益6.48 deg/deg；W_2曲線顯示輪胎氣壓210 kPa對(duì)應(yīng)側(cè)傾角增益6.19 deg/deg。

根據(jù)上述分析對(duì)比結(jié)果可知，輪胎氣壓與側(cè)傾角增益大小成反比，即當(dāng)胎壓升高時(shí)，整車的側(cè)傾角變化會(huì)相應(yīng)的降低。從整車操控穩(wěn)定性的角度考慮，有利于提升操控性。然而需要考慮的是，輪胎剛度的增加，對(duì)行駛剛度也起到增大的影響，從而帶來一些對(duì)整車次級(jí)平順性的影響[3]。而且從圖5的曲線反映出，輪胎剛度越大，其在非線性區(qū)域臨界抓地力水平越低。

4 結(jié)束語

通過借助于多體力學(xué)工具對(duì)簡(jiǎn)化后的輪胎模型胎壓進(jìn)行分析，使得底盤調(diào)校階段在評(píng)估輪胎胎壓對(duì)操控性及平順性的影響起到一定的參考作用[4]，避免因過度追求某一項(xiàng)性能指標(biāo)而盲目地調(diào)整輪胎氣壓。同時(shí)提醒汽車用戶，在不同季節(jié)因溫差的原因應(yīng)及時(shí)關(guān)注輪胎氣壓，避免影響其駕駛性能。