SWIFT-Tire Model
非线性的垂直力 轮胎半径随着速度增加而增加 接触点的位移影响垂直力 基于滑移率的非稳态行为 胎体的固有频率 在简单和复杂之间切换
SWIFT-Tire: Example
Vertical force [N] when driving over a cleat
Ir m cv cw
h y
R r
A
X
轮胎的振型
n=0
n=1
n=2
n=3
n=4
柔性环模型的仿真结果
轮辋的质量和转动惯量只影响轮胎的零阶和 一阶模态. 来自于地面的低频振动主要有这两阶模态传 递到轮轴. 轮轴的高频响应主要来自于轮胎与不平路面 的相互作用. 如果只考虑低频振动,可以把轮胎看作一个 刚性环
交通
操稳的研究历史
"With the introduction of Independent Front Suspension … in this country and with the first tire tests on smooth drums, by Goodyear in 1931(by Cap Evans)…, the real study of the steering and handling of cars began." Maurice Olley, 1961
节点的位移通过一些算法来进行插值 每一个胎体单元上有5-10个胎面单元 实际上是3个方向的弹簧和阻尼.
F-Tire 的特征
完全非线性 可以描述面内面外,直到120Hz 波长小于5cm的障碍物 可以描述沿着胎宽的不平 使用静态和模态试验的数据 CPU time ≤ 10 .. 20 * 的实时 在稳态和动态操稳方面也有相当的精度
用于车辆动力学仿真的轮胎模型
范成建 6月 18号, 2004
个人基本情况-范成建
1992-1996年,吉林工业大学,汽车工程系.毕业设计题目"机械式 自动变速器的液压换档机构设计",获优秀毕业设计. 1996-1999年4月,吉林工业大学,车辆工程专业,获工学硕士学位 ,论文题目"轿车乘员安全约束系统的优化". 1999年5月-2003年6月,清华大学,车辆工程专业,获博士学位.导 师管迪华教授,论文方向"利用试验模态参数建立用于试验场仿真的 轮胎模型" 2004-,清华大学汽车工程系,从事轮胎力学,汽车的振动及噪声测 量和模态分析.
Bead
轮胎构造
Two-Ply Belt
One-Ply Carcass
(a) 斜交胎
(b) 子午胎
两类轮胎模型 用于轮胎设计和性能预测的轮胎模型
通过轮胎设计参数来预测轮胎性能, e.g., 滚动阻力, 耐久性, 噪声, 胎面磨耗, 应力/应变, 印迹形状和压力. 可以是定性或定量模型. 如果要求精度则只有有限元模型.
10 mm 200 mm
v = 120 km/h
5000 2000
4000
1000
3000
0
2000
-1000
1000
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
-2000 0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
wheel load [N]
longitudinal force [N]
F-Tire: Running over a Cleat (1)
2000 1500 1000 500 0 -500 -1000 -1500 -2000 -0.05 0.0 0.05 0.10 time [s] -0.05 0.0 0.05 0.10 time [s]
measured SWIFT-Tyre
V = 25 km/h
V = 39 km/h
V = 59 km/h
拟合系数 仿真模型
轮胎模型
点接触模型 滚子模型 固定印迹模型 径向弹簧模型
环模型
有限元模型
试验场
柔性环模型The Flexible Ring Model
Z
m Ir R cv cw
wheel mass moment of inertia radius of the ring tangential stiffness radial stiffness rotating speed
5 mm 5 mm 28 mm
v = 40 km/h
5000
2000 1000
4000
3000
0
2000
-1000
1000
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
-2000 0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
wheel load [N]
longitudinal force [N]
F-Tire: Running over a Cleat (2)
1925年,Broulhiet提出车辆的侧向运动受到轮胎侧向刚度的影响 1932年,GM委托Goodyear对滚动轮胎进行试验,找出转向时轮胎是如何推 动汽车的 1934年,Olley分析了前后侧偏角对操稳的影响 1935年,Evans发表了第一条试验得到的侧向力-侧偏角曲线 1937年,Olley在GM的报告中提出了不足转向过多转向的定义 30-40年代,所有操稳的基本概念都已建立 50年代,Segel,Milliken, Whitcome引入控制论中的频响分析研究了ay<0.4g的操稳 60年代-,人车闭环,极限工况,主动控制
邮件地址:fancj99@
主要内容 轮胎力学基础 两类轮胎模型 用于车辆动力学仿真的轮胎模型
魔术公式 柔性环模型 SWIFT RMOD-K F-Tire 简化的有限元模型
结论
轮胎设计
Tread Belts Overlay Inner Liner Apex Ply
v = 40 km/h
5000
measurement
2000
simulation
4000

1000
3000
0
2000
-1000
1000
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
-2000
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
wheel load [N]
longitudinal force [N]
F-Tire: Running over an Obstacle (2)
SWIFT-Tire Model
SWIFT-Tire Model Short Wavelength Intermediate Frequency Tire model 用刚性环描述胎体振动直到60Hz Magic Formula 计算轮胎和地面的侧向力 接触模型描述滑移率变化 (road wavelengths > 0.2 m) 对于离散障碍物采用当量输入 (< 0.2 m) 由于进行了较大的简化因此计算效率非常高 需要当量路形是其潜在的缺点
10 mm 200 mm
v = 80 km/h
5000 2000 1000
4000
3000
0
2000
-1000
1000
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
-2000 0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
wheel load [N]
longitudinal force [N]
F-Tire: Running over an Obstacle (3)
Vibration(振动)
Vibrations perceived tactily(up to 25Hz) Ride(up to 5Hz) Suspension vibration(10-20Hz) Shake(5-25Hz)(tortional, beaming) shimmy flutter
魔术公式 "Magic Formula"
-0.05 0.0 0.05 0.10 time [s]
SWIFT-Tire Applications SWIFT-Tire 应用的范围:
动态制动/驱动 (ABS/TCS) 车辆动力学控制 (VDC/ESP) 舒适性 & 振动 悬架和转向系设计: 动态制动,侧偏 和舒适性的联合工况
F-Tire 模型
用于车辆仿真的轮胎模型 用于操纵稳定性仿真的轮胎模型
非稳态模型可以到 6 Hz (traditionally) 稳态领域,Magic Formula 是汽车和轮胎行业的标准 一阶微分方程 (轮胎松弛) 是当前的非稳态即 (动态)模型
用于车辆 drift/pull 仿真的轮胎模型
稳态小侧偏角下的轮胎力和力矩特性 需要考虑轮胎的转动方向
3-D 刚性环模型 (driving dynamics model) 2-D 柔性环模型 (ride comfort model) 3-D 柔性柱壳模型 (ride comfort model)
RMOD-K: Driving Dynamics Model
用于车辆NVH仿真的轮胎模型
中-高频主要是小幅值激励
用于耐久性仿真
中频,大幅值
NVH的定义
Noise(噪声)
车内噪声(30-300Hz) 车外噪声(up to 5000Hz)
Harshness(冲击)
Vibrations (25-100Hz)perceived tactily and/or audibly
轮胎是一个3D的柔性环 flexible ring on elastic foundation 胎体具有面内和面外的弯曲刚 度 胎体是可伸长的 胎体与轮辋通过弹簧和阻尼连 接 胎体可以离散为50-100个单元