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二、 轮胎力和力矩试验
4、 轮胎的侧偏特性
4.2轮胎侧向倾斜现象
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二、 轮胎力和力矩试验
4、 轮胎的侧偏特性
4.3 Fiala模型---轮胎侧向力和回正力矩产生机理 1）Fiala弹性圆环模型: A相当于轮辋，视为刚体；B为等效弹簧，代表胎体部分的径向和侧向弹性；C 为圆环状梁，代表子午线轮胎的带束层，它作为D部分的基底；D相当于胎面橡 胶，它具有侧向弹性，但沿周向被视为不连续的。 受到侧向力时，轮胎的侧向变形由两部分组成，一是胎面基底的弯曲变形 （弹性基础梁模型），另一部分是胎面橡胶的侧向变形（在基底与路面之间的 剪切变形）。
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二、 轮胎力和力矩试验
3、SAE轮胎坐标系
3.6外倾角γ（Camber angle) 垂直平面（即X’ O Y’平面）与车轮平面的夹角。 3.7法向力、纵向力、侧向力或叫横向力（三个力） 法向力（Normal force)Fz---地面作用在轮胎上的力沿Z’轴方向的分量。 纵向力（Longitudinal force)Fx---- 地面作用在轮胎上的力沿X’轴方向的分量。 例如，驱动力（Driving Force）、制动力（Braking Force）、滚动 阻力（Rolling Resistance Force）等都是纵向力。 侧向力（Lateral Force）Fy---地面作用在轮胎上的力沿Y’轴方向的分量。 例如，Slip Angle Force、外倾力（Camber Force或 Camber Thrust）、角度效应（Plysteer）和锥度效应（Conicity）产 生的力都是侧向力。
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二、 轮胎力和力矩试验
3、SAE轮胎坐标系
3.11侧向力和侧偏力（转向力）的关系
侧偏力（Cornering Force )Fy’---保持侧偏角， 侧偏力（Cornering )Fy’---保持侧偏角， 由路面作用在车轮上的力垂直于轮胎接地中 心行进方向的分量。 F2=Fx2+Fy2 = Fx’2+Fy’2 Fx’ Fy’ Fx’=Fysinα+Fx cosα Fx’ Fysinα cosα Fy’=Fycosα-Fx sinα Fy’ Fycosα sinα F---全摩擦力，Fx---滚动阻力，Fy---侧向力， ---全摩擦力，Fx---滚动阻力，Fy---侧向力， Fx’---侧偏阻力， Fy’---侧偏力， α ---侧偏角 Fx’ ---侧偏阻力， Fy’ ---侧偏力， ---侧偏角 由于滚动阻力Fx的值较小，且随侧偏角没有太大变 由于滚动阻力Fx的值较小，且随侧偏角没有太大变 化，故这里可以忽略不计。当侧偏角较小时，侧向力 和转向力可大致看作是同一个数值。因此，有时两者 也不明确加以区分，但当侧偏角较大或受驱动力、制 动力作用时，必须注意两者的不同。
轮胎弹性试验、力和力矩试验介绍
——佳通轮胎（中国）研发中心 2006年06月
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一、 轮胎弹性试验
1、轮胎弹性定义 弹性是指轮胎具有可针对外力产生应力并相应变形，而撤去外力可恢复原状 的性质。通常把外力与该外力方向的变形之比用“弹性常数”表示。 2、轮胎弹性的分类 1）径向弹性常数（Z方向） 求出轮胎径向载荷与径向位移的关系，该曲线的斜率定义为径向弹性常数。 该弹性常数主要与轮胎的振动乘坐舒适性有关。
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二、 轮胎力和力矩试验4、 轮的侧偏特性2006-7-4
二、 轮胎力和力矩试验
4、 轮胎的侧偏特性
4）翻转力矩(Mx)的产生 由于法向力沿轮胎印痕短轴的分布不对称，法向力的位置偏离轮胎接地 中心，于是产生使车轮倾倒的翻转力矩Mx。 Mx=Fz*b Mx---翻转力矩,N.m;Fz ---法向力,N;b ---法向力中心至接地中 心的距离，m
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二、 轮胎力和力矩试验
2、 SAE车身坐标系
国际的汽车工程师协会（Society of Automotive Engineers）颁布了车辆坐 标系和轮胎坐标系（SAE J670e），目的是统一车辆动力学术语，便于国际 技术交流。 描述车身运动的SAE车辆坐标系Oxyz与车身固结，其原点与车辆质心 （Center of Gravity）重合，x轴平行于地面指向车辆前进方向；y轴平行于地 面指向驾驶员右侧；根据右手法则，z轴垂直于地面指向下方（如下图所 示）。
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二、 轮胎力和力矩试验
3、SAE轮胎坐标系
驱动力：由于驱动力矩而产生的纵向力。 制动力：由于制动力矩而产生的纵向力。 滚动阻力：由于滚动轮胎的变形引起能量损耗，从而引起与纵向反向的力。
Slip Angle Force ：仅仅由于轮胎的侧偏而产生的侧向力，它不包括外倾、角度效应和锥
度效应产生的侧向力。注意，按照图示正方向，正的侧偏角将产生负的侧偏力。 度效应产生的侧向力。注意，按照图示正方向，正的侧偏角将产生负的侧偏力。 外倾力：仅仅由于外倾产生的侧向力，不包括侧偏角、角度效应和锥度效应产生的侧向力。
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一、 轮胎弹性试验
2）横向弹性常数（Y方向） 求出轮胎径向载荷作用下，沿路面横向拉伸时的拉伸力与横向位移的关系， 该曲线的斜率定义为横向弹性常数。 该弹性常数主要与轮胎的转向特性有关。 3）纵向弹性常数（X方向） 求出轮胎径向载荷作用下，沿路面纵向拉伸时的拉伸力与横向位移的关系， 该曲线的斜率定义为纵向弹性常数。 该弹性常数主要与轮胎的纵向振动有关。 4）扭转弹性常数（绕Z轴扭转） 轮胎径向载荷作用下，以轮胎接地面的中心为扭转中心，沿路面使轮胎在接 地面上扭转，求出转矩与转角的关系，该曲线的斜率定义为扭转弹性常数。 该弹性常数是一个评价轮胎刚性的指标。
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二、 轮胎力和力矩试验
4、 轮胎的侧偏特性
当车轮有侧向弹性时，即使侧向力Fy没有达到附着极限，车轮行驶方向也 将偏离车轮平面C-C方向。这就是弹性车轮的侧偏现象。 当轮胎滚动时，承受垂直负荷和侧向力Fs的作用，引起轮胎侧向变形，这 时轮胎接地面的长轴与车轮平面在地面的投影不重合，不是简单平移错开一 段距离，而是导致车轮行驶前进方向与车轮滚动方向不一致，两者之间形成 一个夹角α，称为侧偏角。这种现象称为轮胎的侧向偏离。如下图所示。 3）回正力矩(Mz)的产生 由于侧向力沿轮胎印痕长轴的分布不对称，因而产生使车轮指向校正到 轮胎行驶方向的回正里机力矩Mz。 Mz=Fy*a Mz---回正力矩,N.m;Fy ---侧向力,N;a ---侧向力中心至接地中 心的距离，m
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二、 轮胎力和力矩试验
4、 轮胎的侧偏特性
4.1轮胎侧向偏离现象 汽车在行驶过程中，由于各种原因，侧向风的作用以及汽车转弯行驶的离心力 等，车轮中心在垂直于车轮平面的方向上有时作用有侧向力 Fs。若车轮是刚性 的，可能发生两种情况： 1）当侧向力Fs不超过车轮与地面间的附着极限时，车轮与地面没有滑动，车 轮仍沿其本身平面C-C的方向行驶，如下图所示。 2）当侧向力Fs达到或超过车轮与地面间的附着极限时，车轮与地面间发生侧向 滑移，若滑移速度为△v,车轮便沿某一合成速度 v’方向行驶，偏离C-C方向。
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二、 轮胎力和力矩试验
2、 SAE车身坐标系
若将车身视为刚体，以SAE标准坐标系为基准，那么车身运动的6个自由 度分别定义如下： 1）z向平动：上下运动（up and down motion） ---关系车辆乘坐的舒适性 2）y向平动：侧向运动（lateral motion）-----------关系车辆操纵性 3）x向平动：纵向运动（longitudinal motion） ----关系车辆乘坐的舒适性 4）绕x轴的转动：侧倾运动（rolling motion）-----关系车辆操纵性 5）绕y轴的转动：俯仰运动（pitching motion）----关系车辆乘坐的舒适性 6）绕z轴的转动：横摆运动（yawing motion）------关系车辆操纵性
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二、 轮胎力和力矩试验
3、SAE轮胎坐标系
3.9相对车轮转轴定义的轮胎力矩 车轮力矩T（Wheel Torque）：由车辆施加到轮胎上相对于车轮转轴的外 力矩，图示方向为正。 驱动力矩（Driving Torque）：正的车轮力矩。 制动力矩（Braking Torque）：负的车轮力矩。 3.10相对轮胎行驶方向定义的轮胎力 牵引力（Tractive Force）：轮胎力矢量沿轮胎接地中心行驶方向的分量。 阻力（Drag Force）：与牵引力方向相反的力。
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二、 轮胎力和力矩试验
4、 轮胎的侧偏特性
4.2轮胎侧向倾斜现象 具有外倾角的车轮滚动时，或车轮在具有横坡的道路上滚动时，在轮胎的接 地面上也产生侧向力（Camber thrust)、回正力矩和翻转力矩。 1）回正力矩 (Mz)的产生 回正力矩由二部分组成： a)侧向力在轮胎印痕长轴上的分布不对称引起的力矩。 b) 由于侧倾车轮的两侧半径不等，使纵向力Fx 在印痕短轴上的分布不对称， 也产生回正力矩 Mz=Fy*a+Fx*b Fy ---侧向力,N; a ---侧向力中心至接地中心的距离，m Fx ---纵向力,N; b ---纵向力中心至接地中心的距离，m
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一、 轮胎弹性试验
3、各种静态弹性常数的测定方法和负荷-变形曲线举例
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二、 轮胎力和力矩试验
1、研究轮胎力和力矩的意义
轮胎是汽车的重要部件之一，轮胎介于车辆与路面之间，是力的支承和传递 单元。轮胎接地面上的侧向力是驾驶员控制车辆行驶方向的保证，而在该接 地面上产生的回正力矩，又是运动车辆给驾驶员的反馈信息，轮胎的动态力 学性能特性直接影响汽车操纵稳定性。 轮胎力和力矩试验是用测定轮胎在运动中的反应力和力矩的方法，单独评 价轮胎的性能，预测它对车辆性能的影响。