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轮胎模型 一、轮胎模型简介 二 、 ADAMS/TIRE 三、轮胎的特性文件 严金霞 2009 年 1 月 1 ? 轮胎 是汽车重要的部件，它的结构参数和力学特性决定 着汽车的主要行驶性能。轮胎所受的垂直力、 纵向力、 侧向力和回正力矩对汽车的平顺性、 操纵稳定性和安全 性起重要作用。 ? 轮胎模型 对车辆动力学仿真技术的发展及仿真计算结果 有很大影响，轮胎模型的精度必须与车辆模型精度相匹 配。因此，选用轮胎模型是至关重要的。由于轮胎具有 结构的复杂性和力学性能的非线性，选择符合实际又便 于使用的轮胎模型是建立虚拟样车模型的关键。 2 ? 一、轮胎模型简介 ? 轮胎建模的方法分为三种： ? 1 ） 经验 — 半经验模型 针对具体轮胎的某一具体特性。目 前广泛应用的有 Magic Formula 公式和吉林大学郭孔辉院 士利用指数函数建立的描述轮胎六分力特性的统一轮胎半 经验模型 UniTire ，其主要用于车辆的操纵动力学的研究。 ? 2 ） 物理模型 根据轮胎的力学特性，用物理结构去代替轮 胎结构，用物理结构变形看作是轮胎的变形。比较复杂的 物理模型有梁、弦模型。 ? 特点是具有解析表达式，能探讨轮胎特性的形成机理。缺 点是精确度较经验 — 半经验模型差，且梁、弦模型的计算 较繁复。 3 ? 3 ） 有限元模型 基于对轮胎结构的详细描述 , 包括几何和 材料特性，精确的建模能较准确的计算出轮胎的稳态和动 态响应。但是其与地面的接触模型很复杂，占用计算机资 源太大，在现阶段应用于不平路面的车辆动力学仿真还不 现实，处于研究阶段。主要用于轮胎的设计与制造。 4 ? 二、 ADAMS/TIRE ? 轮胎不是刚体也不是柔体，而是一组数学函数。由于轮胎结 构材料和力学性能的复杂性和非线性以及适用工况的多样性， 目前还没有一个轮胎模型可适用于所有工况的仿真，每个轮 胎模型都有优缺点和适用的范围。必须根据需要选择合适的 轮胎模型。 ? ADAMS/TIRE 分为两大类： ? 一） . 用于操稳分析的轮胎模型 ? 魔术公式 ? 是用三角函数的组合公式拟合轮胎试验数据，用一套形式相 同的公式完整地表达轮胎的纵向力、侧向力、回正力矩、翻 转力矩、阻力矩以及纵向力、侧向力的联合作用工况，主要 包括以下的前四种模型。 5 ? 1 ）魔术公式轮胎模型（ MF — Tyre ） 根据仿真工况的不同可 在稳态和非稳态之间切换模型，考虑了轮胎高速旋转时陀螺耦 合、侧偏和纵滑的相互影响，外倾对侧偏和纵滑的影响。 ? 适用范围 ：有效频率到 8Hz ，是点接触模型，只能用于平路面 （路面起伏的波长必须大于轮胎的周长）。 ? 2 ） Pacejka89 、 Pacejka94 由提出者 Pacejka 教授根据其发 布年命名的，是稳态侧偏模型，不能用于非稳态工况。 ? 适用范围 ：有效频率到 0.5Hz ，当与 2D 路面作用时是点接触； 当与 3D 路面作用时，等效贯穿体积的方法来计算垂直力，等 效法假设轮胎胎体是圆筒，必须在轮胎文件的 [ 形状 ] 模块输入 了轮胎胎体横剖面。 6 ? 3 ） PAC2002 模型 Pacejka 的后期发展 , PAC2002 和 MF — Tyre 具有相同的功能，但改善了模型的翻转力矩，已经取代 了 MF — Tyre 。 ? 适用范围 ：有效频率到 8Hz ，主要用于操稳的仿真分析。 ? 4 ） PAC MC 模型 ，是专门用于摩托车轮胎模型，有效频率到 8Hz ，适合于大外倾角的工况。 ? 5 ） Fiala 模型 是弹性基础上的梁模型，不考虑外倾和松弛长 度。当不把内倾角作为主要因数且把纵向滑移和横向滑移分 开对待的情况下，对于简单的操纵性分析可得到合理的结果。 ? 适用范围 ：有效频率到 0.5Hz ，可以用于二维和三维路面， 当与 2D 路面作用时是点接触；当与 3D 路面作用时，等效贯 穿体积的方法来计算垂直力。 7 ? 6 ） UA 模型 考虑了非稳态效果，通过摩擦圆考虑了侧偏 和纵滑的相互影响，也考虑了外倾和松弛长度，在只需要 有限几个参数的情况下，有非常好的精度。 ? 适用范围： 有效频率到 8Hz ，是点接触模型，只能用于平 路面（路面起伏的波长必须大于轮胎的周长）。 ? 7 ） 5.2.1 轮胎模型 是 ADAMS 早期发布的轮胎模型，现已 很少使用。 ? 适用范围： 有效频率到 0.5Hz 是点接触模型，只能用于平 路面。 ? 注 ： 5.2.1 轮胎模型使用的路面文件是特有的，不能被其 他的操纵分析轮胎模型所识别。 8 ? 二、 用于耐久性分析的轮胎模型 ? 三维接触模型 ，考虑了轮胎胎侧截面的几何特性，并把轮 胎沿宽度方向离散，用等效贯穿体积的方法来计算垂直力， 可以用于三维路面。该模型是一