【汽车技术】轮胎的侧偏特性.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,轮胎侧偏特性,侧偏力、回正力矩,与,侧偏角的关系；,本节基本内容：,1.轮胎坐标系；,2.轮胎的,侧偏现象,、,侧偏力-侧偏角关系,；,3.侧偏特性的,影响因素,（结构、工作条件）；,4.轮胎回正力矩的,产生,、,回正力矩-侧偏角关系,；,5.,有外倾角时,轮胎的侧偏特性；,轮胎的侧偏特性,一、轮胎坐标系,-,ISO轮胎坐标系,正T,Z,-,回正力矩,正T,X,正T,Y,x,z,y,车轮旋转轴线,车轮平面,正地面切向,反作用力F,X,正地面法向,反作用力F,Z,正地面侧向,反作用力F,Y,正外倾角,车轮行驶方向,正侧偏角,问题1：车轮行驶方向为什么会偏离X轴？侧偏角 是否位于,指向的一侧？,车轮中心沿轴作用有,侧向力,F,y,，地面对轮胎的侧向反力,F,Y,称为,侧偏力,。侧偏力,F,Y,因转向、路面倾斜、侧风等引起。,转向引起的,侧偏力,总是指向,汽车转弯的内侧,。,二、轮胎的侧偏现象,、侧偏力,只有当侧向力,大于（或等于）车轮与路面间的侧向附着极限时，车轮的运动方向才会改变。,u,c,c,u,c,c,a、刚性轮胎:,1),当车轮静止不滚动，,轮胎发生侧向变形，车轮印迹中心线a-a与车轮平面c-c平行，错开,h。,2),当车轮滚动时,，,车轮印迹中心连线a-a线不再平行于车轮平面c-c,而是呈一定夹角,即,侧偏角,。,b、弹性轮胎,问题2：侧偏角如何产生？,2、侧偏现象,因轮胎侧向弹性，车轮受,侧偏力,(即使没有达到附着极限)的作用使,车轮行驶方向,偏离,车轮平面,的现象，称为轮胎的,侧偏现象,。,问题3：侧偏力与侧偏角之间的因果关系？,因果关系：,侧偏力,引起,侧偏角,，而非侧偏角的存在产生侧偏力。,注意：侧偏角 和侧偏力 指向,。,在侧偏力,F,Y,作用下对应一侧偏角；,随着侧偏力的增大，侧偏角也相应增大；,在汽车加速度,0.4g,，,不超过,4-5,时，,F,Y,与,近似呈,线性关系,严格地讲，轮胎弹性是非线性的，只有在,小侧偏角范围内,，可认为是线性的,。,在较大侧偏力时，侧偏角继续以较大速率增加，即曲线的斜率减小，轮胎发生,部分侧滑,；,最后,侧偏力达到附着极限，,此时,整个轮胎轮会发生侧滑,，也称轮胎特性进入,非线性饱和状态,。,轮胎的最大侧偏力取决于,附着条件,（垂直载荷、轮胎结构、路面情况等）,，越大极限行驶性能越好！,侧偏力-侧偏角关系曲线有以下特点：,结 论,弹性轮胎在侧向力作用下滚动时存在侧偏,现象；,作用在车轮上的侧向力和侧偏力大小相等、方向相反，但力的作用点不同；,弹性轮胎的侧偏特性在小侧偏角范围内可,认为是线性变化的；,正的侧偏力,产生,负的侧偏角,；,明确因果关系：,侧偏力引起侧偏角,，而非,侧偏角的存在产生侧偏力。,四、轮胎结构、工作条件对侧偏特性的影响,有助于后续学习中分析汽车,稳态转向特性,的变化,1.,轮胎形式,和,结构参数,对侧偏特性的影响,a.同尺寸的,子午线轮胎,比,斜交轮胎,侧偏刚度,高,；b.,扁平率,或高宽比（断面高/断面宽）,小,的轮胎侧偏刚度,大,；,大尺寸轮胎,子午线轮胎,斜交轮胎,钢丝子午线轮胎,尼龙子午线轮胎,侧偏刚度大,侧偏刚度小,车型,轮胎型号,扁平率,(%),新雅阁,普利斯通,205/65 R15,65,奔驰,S320,米其林,225/60 R16 W,60,奔驰 LORINSER,米其林,275/30 ZR19,30,轮胎断面宽度(mm),一些车型轮胎的型号及扁平率,轮辋直径(inch),扁平率越小,侧偏刚度k越大,垂直载荷,越大,，,k越大,，但垂直载荷,过大,，k反而,有所减小,。,2.轮胎,垂直载荷,对侧偏特性的影响,F,Y,一定时，,W,大，,小。,F,Y,=,，,即,k,大,。,垂直载荷大，,k,大,一定时，,W,大，,F,Y,大。,F,Y,=,，,即,k,大,。,垂直载荷,过大,时，轮胎与地面接触区的压力分布不均匀，使,k,反而有所减小。,垂直载荷大，,k,大,胎压大,，侧偏刚度,大,，但胎压,太大,侧偏刚度,基本不变,；,3.轮胎,胎压,对侧偏特性的影响,发飘现象,汽车行驶时方向不稳定,轮胎抓地能力显著下降的一种不稳定现象.,汽车发飘的,内因,是轮胎的侧偏特性。在侧向力作用下，轮胎发生侧偏现象，汽车受到的,侧向力越大,、或轮胎的,侧偏刚度越小,，侧偏现象就越严重。,提高轮胎侧偏刚度有助于减小汽车发飘,。,解 释 发 飘 现 象,F,Y,=,超车时两车之间的气流通道变窄，流速增大。根据,伯努利原理,，这里的气压减小，两车之间就产生吸力。两车横向间距越小，吸力就越大。,从右图可知，,在超过大车车头的前后一段时间内,，小车横摆力矩系数变化剧烈，气流的变化使这种吸力不稳定，小车会左右摇晃，方向易失稳。所以,大风时高速超大车是相当危险的,。,超车时的 发 飘 现象,汽车从,隧道、山谷驶出的瞬间,，风速常达到周围风速的十倍以上。在,山区、海边、河边,也容易受到突如其来的,强侧风袭击,。急剧变化的气流容易使汽车方向不稳，甚至失控。,侧向面积大的车,，如面包车、大客车等容易受到侧向风力的影响。,为防止汽车发飘诱发车祸，在大风时应,控制车速,。,其 它 情 况 下 的 发 飘 现象,1.宽胎比窄胎有利于提高侧偏刚度。因此，使用,宽胎的汽车发飘较小,；,2.轮胎载荷越小，侧偏刚度越小。因此,轻车比重车更容易发飘,；,3.轮胎侧偏刚度还和空气气流对汽车的,升力,作用有关。,车速越高，升力越大，轮胎载荷越小，侧偏刚度就越小,。因此汽车,高速比低速下更容易发飘,。加了尾翼的车能减少升力，有助于减小高速下的发飘现象。,4.,轮胎气压越低,，侧偏刚度越小，汽车就越容易发飘。,发 飘 现 象 的 影 响 因 素,4.,地面切向反作用力,对侧偏特性的影响,附着椭圆,确定了在一定附着条件下切向力与侧偏力合力的极限值。,4.,地面切向反作用力,对侧偏特性的影响,附着椭圆,5.路面条件,路面越湿，轮胎最大侧偏力越小；,侧向力系数,6.滑水现象,路面有薄水层，轮胎可能会完全失去侧偏力，这称为“滑水现象”。,轮胎胎面、路面粗糙程度、水层厚度与滑水现象的关系,五、回正力矩,轮胎发生侧偏时，会产生作用于轮胎绕,OZ,轴的力矩,T,z，,该力矩称为,回正力矩,。,圆周行使时，,T,z,是使转向车轮恢复到直线行使位置的主要恢复力矩之一。,车轮静止时受到侧向力,车轮运动时受到侧向力,（侧向力较小）,车轮运动时受到侧向力,（侧向力较大）,F,Y,e,F,Y,e,轮胎拖距。,e,F,Y,轮胎拖距变大,回正力矩的产生,车轮运动时受到侧向力（侧向力很大）,F,Y,T,Z,u,X,Y,+,-,+,-,-,0,F,Y,e,轮胎拖距反而变小,回正力矩与侧偏力的方向？,轮胎形式与结构参数对,回正力矩-侧偏角特性,的影响；（相同侧偏角时，尺寸大、扁平比小的轮胎回正力矩大）,轮胎,气压低,，接地印迹长，轮胎拖距大，,回正力矩就大,；,+,-,六、有外倾时轮胎的滚动,轮胎外倾角及产生的原因:,*车桥因载荷变形 *汽车转向时的离心力 *路面倾斜 *前轮定位参数的需要,当前轮有外倾角,时，如果前桥断开，,Fy,=0,前轮向前滚动时会绕O点作圆周运动。,六、有外倾时轮胎的滚动,+,-,向外滚开的趋势,根据轮胎坐标系，图中外倾角为正，外倾侧向力为负。,由于前轴的约束,必然在拉力,Fy,的作用下，使左右轮只能按给定的方向一起行驶，此时地面产生与,Fy,方向相反的侧向反作用力，即为外倾侧向力,F,Y,。,1、,车轮外倾侧向力,外倾侧向力不产生侧偏角！,2、,外倾侧向力与外倾角关系,外倾侧向力不产生侧偏角！,试验表明：,在小侧偏角条件下，外倾侧向力近似呈线性变化。,按坐标系规定，为负值，因此，负的外倾角产生正的外倾侧向力,外倾侧向力不产生侧偏角，但是车轮外倾会使,侧偏角发生变化，为什么,?,3、有外倾角时轮胎的侧偏特性,一定时，,越大，,F,Y,越大。,增加的,F,Y,是由,作用的结果。,小侧偏角时,，不同外倾角对应的,侧偏刚度不变，侧偏特性具有平移特性,；,地面总的侧向反作用力,只有侧偏角外倾角为0时的侧偏力,只有外倾角侧偏角为0时的外倾侧向力,外倾侧向力不产生侧偏角，但是车轮外倾会使,侧偏角发生变化，为什么,?,（1）,小侧偏角时,，不同外倾角对应的,侧偏刚度不变,；,（2）,侧偏角为零、外倾角不为零,时的,地面侧向力,，即为 外倾侧向力。（图中y轴上的值）。,（3）,侧偏角不为零、外倾角为零,时的,地面侧向力,，即为侧偏力。（图中0外倾角曲线上的值）,（4）,侧偏角和外倾角都不为零,，且侧偏角较小时：,3、有外倾角时轮胎的侧偏特性,注意区分因果关系：,由外倾角-,产生外倾侧向力；,引起侧偏角变化；,而侧偏力-,-,-,产生侧偏角；,侧偏力和,侧偏角,-,-,-,引起回正力矩变化；,作业5.1，P.275,：,某轿车（每个）前轮胎的侧偏刚度为-0176N/rad，外倾刚度为-7665N/rad。若轿车向左转弯，将使两前轮均产生正的外倾角，大小为+4度。设侧偏刚度和外倾刚度均不受左右轮载荷转移达到影响，试求：,由外倾角引起的前轮侧偏角,。,解答,：,随着外倾角的增大，胎面与路面的接触情况越来越差，会影响最大地面侧向反作用力（侧向附着力）而损害汽车的极限行驶性能（降低极限侧向加速度）。,所以高速轿车特别是采用,超宽断面,的竞赛车，弯道行驶时承受大部分前侧向力的,前外轮应尽量垂直于地面,，即外倾角为0。,摩托车转弯时，外倾角很大，为保证最大地面反作用力，摩托车轮胎具有,圆形断面,。,影响轮胎与路面的良好接触,汽车轮胎,摩托车轮胎,3、有外倾角时轮胎的侧偏特性,外倾角产生的回正力矩,车轮有外倾角，还会产生,回正力矩；,轮胎特性参数的正负规定,