基于Adams模型分析輪胎氣壓對整車側(cè)傾角增益的影響

崔金泉、邱在根、黃燦

（江鈴控股有限公司開發(fā)中心底盤部 330000)

1 輪胎模型介紹

當(dāng)前子午線無內(nèi)胎輪胎為整車廠商主流配套的輪胎，它主要由胎面、鋼絲帶束層、帶束棱角保護(hù)套、胎側(cè)、兩層子午線簾布層、緩沖膠帶、氣密層、胎芯包布、胎圈、胎圈芯以及胎圈鋼絲等構(gòu)成（圖1）。氣密層與鋼圈裝配后形成密閉腔體，在腔體中充入一定氣體后與胎側(cè)及胎面共同形成一個不規(guī)則的非線性彈性體。

圖1 輪胎斷面結(jié)構(gòu)

因非線性彈性體在受載荷作用下，其力及方向的變化存在不可預(yù)測性，因此在研究輪胎變形時一般要對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化。為保證簡化模型的結(jié)果與測試基本相吻合，一般取接近線性變形區(qū)域下載荷對應(yīng)的剛度特性進(jìn)行研究[1]。因此在研究過程中，對輪胎簡化后的模型可視為由多組彈簧組成（圖2），其載荷與變形函數(shù)關(guān)系為F=CS，其中C表示輪胎徑向剛度（單位 ：N/m），F(xiàn)表示輪胎徑向加載（單位：N）,S表示輪胎徑向單位變形（單位：m）。C可以通過對應(yīng)氣壓下查表或臺架測試得出。

圖2 輪胎簡化模型

圖3為胎壓與徑向剛度特性曲線，是通過臺架對某一規(guī)格輪胎在不同胎壓下對應(yīng)相同載荷的變形量測試計(jì)算得出。從曲線上顯示，隨著胎壓增加，其徑向剛度隨之增加，但遞增梯度逐步減小。

圖3 輪胎胎壓與徑向剛度特性曲線

2 多體模型介紹

圖4為電子模型及對應(yīng)仿真設(shè)置，模型參考了某樣車，對其中的彈性元件參數(shù)、質(zhì)心位置及簧載質(zhì)量進(jìn)行了更新。為保證模型準(zhǔn)確可信，需與樣車KC測試結(jié)果進(jìn)行關(guān)聯(lián)對比。關(guān)聯(lián)的項(xiàng)目一般包含前懸架和后懸架壓縮剛度、側(cè)傾角剛度、前束角剛度、外傾角剛度、主銷傾角變化、輪距和軸距變化以及轉(zhuǎn)向阿克曼百分比等。關(guān)聯(lián)后的模型應(yīng)確認(rèn)經(jīng)前、后懸架三種（steer、roll、bounce）仿真工況分析，按上述輸出的特性應(yīng)與KC臺架測試變化趨勢基本一致。為確保影響整車操控性的質(zhì)心位置準(zhǔn)確性，應(yīng)通過穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)分析并與KC關(guān)聯(lián)側(cè)傾角剛度及軸荷分布。關(guān)聯(lián)后的模型要求包含車輪總成、懸架子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)、車身子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)和動力傳動子系統(tǒng)[2]。

模型仿真一般按設(shè)計(jì)載荷配重，即整備質(zhì)量配3×68 kg乘員及21 kg攜帶行李。

圖4 電子模型及仿真條件

圖5 側(cè)傾加速度與側(cè)傾角增益關(guān)系

3 分析過程及結(jié)果

通過圖3中胎壓與輪胎徑向剛度的關(guān)系，對圖4所示電子模型中輪胎屬性即徑向剛度，根據(jù)仿真依次分別設(shè)置。當(dāng)胎壓為210 kPa時對應(yīng)徑向剛度為2.3E+06 N/mm，胎壓為240 kPa時對應(yīng)徑向剛度為2.45E+06 N/mm，胎壓為280 kPa時對應(yīng)徑向剛度2.54E+06 N/mm，其他參數(shù)不做變化。

按國標(biāo)中穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)操作標(biāo)準(zhǔn)即轉(zhuǎn)彎半徑40 m進(jìn)行定圓操作，以最大車速達(dá)65 km/h中斷命令作為仿真輸入條件，具體仿真命令見圖4電子模型及仿真條件。

模型運(yùn)行后進(jìn)入后處理界面，導(dǎo)出曲線以整車質(zhì)心位置的側(cè)向加速度作為橫坐標(biāo)，側(cè)傾角變化作為縱坐標(biāo)。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，取側(cè)向加速度為0.2～0.6 g時內(nèi)側(cè)傾角的變化率作為傾角增益對比的評判區(qū)域。

通過觀察顯示，0.2～0.6 g側(cè)向加速對應(yīng)不同輪胎剛度下的側(cè)傾角增益，如圖5所示。其中W曲線顯示胎壓240 kPa對應(yīng)的側(cè)傾角增益為6.34 deg/deg；W_1曲線顯示輪胎氣壓280 kPa對應(yīng)側(cè)傾角增益6.48 deg/deg；W_2曲線顯示輪胎氣壓210 kPa對應(yīng)側(cè)傾角增益6.19 deg/deg。

根據(jù)上述分析對比結(jié)果可知，輪胎氣壓與側(cè)傾角增益大小成反比，即當(dāng)胎壓升高時，整車的側(cè)傾角變化會相應(yīng)的降低。從整車操控穩(wěn)定性的角度考慮，有利于提升操控性。然而需要考慮的是，輪胎剛度的增加，對行駛剛度也起到增大的影響，從而帶來一些對整車次級平順性的影響[3]。而且從圖5的曲線反映出，輪胎剛度越大，其在非線性區(qū)域臨界抓地力水平越低。

4 結(jié)束語

通過借助于多體力學(xué)工具對簡化后的輪胎模型胎壓進(jìn)行分析，使得底盤調(diào)校階段在評估輪胎胎壓對操控性及平順性的影響起到一定的參考作用[4]，避免因過度追求某一項(xiàng)性能指標(biāo)而盲目地調(diào)整輪胎氣壓。同時提醒汽車用戶，在不同季節(jié)因溫差的原因應(yīng)及時關(guān)注輪胎氣壓，避免影響其駕駛性能。