轮胎模型及在车辆仿真中的应用

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1、1,提纲,轮胎模型简介 操纵性轮胎模型及应用 耐久性轮胎模型及应用 轮胎试验测试设备,2,1. 轮胎模型简介,轮胎模型在车辆仿真中的地位与作用,3,1. 轮胎模型简介,4,轮胎模型分类： （1）操纵性分析用轮胎模型：Handling Tire Model, 0.51Hz以下。 （2）乘适性分析用轮胎模型：Ride & Comfort Tire Model, 815Hz以下。 （3）耐久性分析用轮胎模型：Durability Tire Model, 15Hz以上。,1. 轮胎模型简介,5,1. 轮胎模型简介,ADAMS中的轮胎模型,6,1. 轮胎模型简介,7,提纲,轮胎模型简介 操纵性轮胎模型及

2、应用 耐久性轮胎模型及应用 轮胎试验测试设备,8,2. 操纵性轮胎模型及应用,UniTire轮胎模型 Magic Formula轮胎模型（PAC89）,9,轮胎ISO-C和ISO-W坐标系,2. 操纵性轮胎模型及应用,2.1 UniTire轮胎模型,10,自由半径,负载半径,滚动半径,纯滚动时：,2.1 UniTire轮胎模型,2. 操纵性轮胎模型及应用,11,2.1 UniTire轮胎模型,2. 操纵性轮胎模型及应用,统一滑移率定义：,无量纲滑移率定义：,无量纲轮胎力定义：,12,2.1 UniTire轮胎模型,2. 操纵性轮胎模型及应用,13,2.1 UniTire轮胎模型,2. 操纵性轮

3、胎模型及应用,14,两个基本关系式之一：,2. 操纵性轮胎模型及应用,2.1 UniTire轮胎模型,稳态纵滑-侧偏轮胎模型,15,摩擦圆概念,2. 操纵性轮胎模型及应用,2.1 UniTire轮胎模型,16,:纯侧偏时滑移率为零时的回正力臂,:纯侧偏时滑移率为无穷大时的回正力臂,:轮胎在纯侧偏时的无量纲侧向滑移率,2. 操纵性轮胎模型及应用,2.1 UniTire轮胎模型,17,纵滑-侧偏联合工况下回正力矩的计算,2. 操纵性轮胎模型及应用,2.1 UniTire轮胎模型,18,轮胎纯侧倾工况示意图,2. 操纵性轮胎模型及应用,2.1 UniTire轮胎模型,考虑侧倾的修正,19,侧倾滑移率

4、 ：,由侧倾引起的侧向附加滑移率：,：轮胎的侧倾刚度,考虑到侧倾后的总的侧向滑移率：,2. 操纵性轮胎模型及应用,2.1 UniTire轮胎模型,20,无量纲侧倾附加回正力矩：,：侧倾回正刚度,路面所能提供的最大侧倾附加回正力矩：,侧倾引起的附加回正力矩 ：,2. 操纵性轮胎模型及应用,2.1 UniTire轮胎模型,21,轮胎转偏与侧倾的关系,2. 操纵性轮胎模型及应用,2.1 UniTire轮胎模型,考虑转偏时的修正,22,定义转偏率：,由转偏引起的滑移率：,考虑到转偏后总的侧向滑移率：,定义转偏回正刚度,考虑转偏时的修正,2.1 UniTire轮胎模型,2. 操纵性轮胎模型及应用,23,

5、轮胎严重滑移时总切力方向的变化,2. 操纵性轮胎模型及应用,2.1 UniTire轮胎模型,极限下的修正,24,当轮胎严重滑移时，轮胎所受 总切力的方向不再与轮胎的刚度有 关，而是与滑移速度方向一致。,2. 操纵性轮胎模型及应用,2.1 UniTire轮胎模型,极限下的修正,25,考虑非稳态特性,轮胎纵向和侧向松弛特性示意图,2. 操纵性轮胎模型及应用,2.1 UniTire轮胎模型,26,考虑非稳态特性,2. 操纵性轮胎模型及应用,2.1 UniTire轮胎模型,27,不仅纵向力与侧向力存在松弛， 回正力矩也存在松弛 ：,根据“高阶近似”理论 ：,考虑非稳态特性,2. 操纵性轮胎模型及应用,

6、2.1 UniTire轮胎模型,28,总的侧向无量纲滑移率统一表达式：,定义转偏刚度：,定义转偏滑移率：,附加回正力矩的统一表达式：,侧倾回正刚度 ：,转偏回正刚度：,UniTire Model 的统一表达,2. 操纵性轮胎模型及应用,29,2. 操纵性轮胎模型及应用,30,2. 操纵性轮胎模型及应用,UniTire Model 的参数,31,2. 操纵性轮胎模型及应用,32,2. 操纵性轮胎模型及应用,UniTire Model 的参数,33,2. 操纵性轮胎模型及应用,34,2. 操纵性轮胎模型及应用,UniTire Model 的参数,35,2. 操纵性轮胎模型及应用,UniTire M

7、odel 的参数,36,2. 操纵性轮胎模型及应用,UniTire Model 的参数,37,2. 操纵性轮胎模型及应用,UniTire Model 的参数,38,2. 操纵性轮胎模型及应用,2.2 Magic Formula轮胎模型PAC89,坐标系与单位制,39,坐标系与单位制,2. 操纵性轮胎模型及应用,40,2. 操纵性轮胎模型及应用,PAC89模型的纯纵滑特性,C - Shape Factor C=B0 D - Peak Factor D=(B1*FZ2+B2*FZ) BCD BCD=(B3*FZ2+B4*FZ)*EXP(-B5*FZ) B - Stiffness Factor B=

8、BCD/(C*D) Horizontal Shift Sh=B9*FZ+B10 Vertical Shift Sv=0.0 Composite X1=(Sx+Sh) E Curvature Factor E=(B6*FZ2+B7*FZ+B8) FX Equation FX=(D*SIN(C*ATAN(B*X1-E*(B*X1-ATAN(B*X1)+Sv,41,2. 操纵性轮胎模型及应用,PAC89模型的纯纵滑特性,42,2. 操纵性轮胎模型及应用,PAC89模型的侧向力特性,C - Shape Factor C=A0 D - Peak Factor D=(A1*FZ2+A2*FZ) BCD B

9、CD=A3*SIN(ATAN(FZ/A4)*2.0)*(1.0-A5*ABS(Gamma) B - Stiffness Factor B=BCD/(C*D) Horizontal Shift Sh=A9*FZ+A10+A8*Gamma Vertical Shift Sv=A11*FZ*g+A12*FZ+A13 Composite X1=(Alfa+Sh) E - Curvature Factor E=(A6*FZ+A7) FY Equation FY=(D*SIN(C*ATAN(B*X1-E*(B*X1-ATAN(B*X1)+Sv,43,2. 操纵性轮胎模型及应用,PAC89模型的侧向力特性,

10、44,2. 操纵性轮胎模型及应用,PAC89模型的回正力矩特性,C - Shape Factor C=C0 D - Peak Factor D=(C1*FZ2+C2*FZ) BCD BCD=(C3*FZ2+C4*FZ)*(1-C6*ABS(Gamma)*EXP(-C5*FZ) B - Stiffness Factor B=BCD/(C*D) Horizontal Shift Sh=C11*Gamma+C12*FZ+C13 Vertical Shift Sv= (C14*FZ2+C15*FZ)*g+C16*FZ+C17 Composite X1=(Alfa+Sh) E - Curvature F

11、actor E=(C7*FZ2)+C8*FZ+C9)*(1.0-C10*ABS(Gamma) MZ Equation MZ=(D*SIN(C*ATAN(B*X1-E*(B*X1-ATAN(B*X1)+Sv,45,2. 操纵性轮胎模型及应用,PAC89模型的回正力矩特性,46,用纯纵滑试验Fx-数据辨识B0-B10；用侧偏-侧倾联合工况试验的Fy-Alfa,Gamma数据辨识A0-A13，Mz-Alfa.Gamma数据辨识C0-C17。如果采用纯侧偏和纯纵滑数据代替侧偏-侧倾联合工况试验，应先侧向力特性和回正力矩特性公式中的设为零后用纯侧偏数据辨识A5、A8、A11、C6、C10、C11、C14

12、、C15外的A、C组参数，然后把辨识结果代入公式，用纯侧倾数据辨识前述未辨识的A、C组参数。,2. 操纵性轮胎模型及应用,2.2 Magic Formula轮胎模型PAC89,PAC89模型的参数辨识方法,47,提纲,轮胎模型简介 操纵性轮胎模型及应用 耐久性轮胎模型及应用 轮胎试验测试设备,48,3. 耐久性轮胎模型及应用,一阶/二阶松弛模型,可用于Ride & Comfort仿真，如：PAC2002、UA,刚性环模型,可用于耐久性仿真和需要更高频率的控制系统仿真， 如：SWIFT,柔性环模型,可用于耐久性仿真，高频下的精度更高， 如：FTire,49,3. 耐久性轮胎模型及应用,SWIFT

13、轮胎模型,50,耐久性轮胎模型及应用,FTire轮胎模型,51,3. 耐久性轮胎模型及应用,FTire轮胎模型,52,3. 耐久性轮胎模型及应用,FTire轮胎模型,53,汽车平顺性分析 疲劳强度分析（载荷提取） 振动噪声分析（载荷提取）,3. 耐久性轮胎模型及应用,主要应用场合：,54,提纲,轮胎模型简介 操纵性轮胎模型及应用 耐久性轮胎模型及应用 轮胎试验测试设备,55,4. 轮胎试验测试设备,低速轮胎试验台,56,4. 轮胎试验测试设备,高速轮胎试验台,57,4. 轮胎试验测试设备,轮胎滚动阻力试验台,58,4. 轮胎试验测试设备,轮胎疲劳测试试验台,59,4. 轮胎试验测试设备,动态轮

14、胎力测量装置,60,4. 轮胎试验测试设备,61,4. 轮胎试验测试设备,62,4. 轮胎试验测试设备,轴耦合道路模拟机,63,4. 轮胎试验测试设备,轮耦合道路模拟机,64,4. 轮胎试验测试设备,轮耦合道路模拟机,65,掌握轮胎模型分类的频率方法 了解轮胎模型的建模的思路 了解轮胎模型参数的辨识方法 了解轮胎试验的设备 掌握各种轮胎模型的应用场合,总结,66,ADAMS产品中的轮胎模型选择建议： 操纵稳定性仿真首选PAC2002，其次是PAC94、PAC89。 平顺性仿真首选SWIFT，其次是PAC2002、UA。 耐久性仿真首选FTire，其次是SWIFT。,总结,67,虚拟“车”,虚拟“人”,虚拟“路”,+,+,+,评价,车辆动力学仿真的终极目标,总结,