胎面橡膠摩擦機理及複雜工況下輪胎力學特性研究

《胎面橡膠摩擦機理及複雜工況下輪胎力學特性研究》是依託吉林大學，由許男擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：胎面橡膠摩擦機理及複雜工況下輪胎力學特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：許男
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

輪胎力學特性對車輛行駛穩定性和安全性有重大影響。而輪胎-路面摩擦特性是研究輪胎力學特性的關鍵，複雜工況下，側偏縱滑相互耦合，不同速度、載荷、路面及溫度條件下輪胎力學特性的變化都與摩擦特性密切相關。本項目擬利用分形幾何與接觸力學理論，研究胎面橡膠摩擦機理，結合柔性胎體離散胎面建模理論和半經驗建模方法，針對複雜工況下輪胎力學特性進行理論和試驗研究。重點包括：（1）表征橡膠粘彈性和硬路面分形特性，考慮壓力、速度及溫度影響的橡膠-路面摩擦機理；（2）考慮橡膠-路面摩擦特性的複雜工況下輪胎精細理論模型，建立微觀橡膠摩擦特性與巨觀輪胎摩擦特性的關係；（3）考慮接地印跡巨觀摩擦特性的實用半經驗輪胎模型。本研究的科學意義在於揭示輪胎印跡內胎面橡膠摩擦機理；實現複雜因素影響下輪胎力學特性的表達和預測；建立兼顧精度和效率，且適於車輛複雜行駛工況的實用半經驗輪胎模型，為整車動力學仿真分析及車輛實時控制奠定基礎。

結題摘要

輪胎力學特性對車輛行駛穩定性、平順性以及安全性等均有重大影響。而輪胎-路面摩擦特性是研究輪胎力學特性的關鍵，複雜環境工況和行駛工況下，不同速度、路面及環境因素等條件下輪胎力學特性的變化都與摩擦特性密切相關。 本課題利用分形幾何與接觸力學等理論，研究胎面橡膠摩擦機理，並結合柔性胎體離散胎面建模理論和半經驗建模方法，針對不同速度、路面等複雜工況輪胎力學特性進行相關理論和試驗研究。主要研究內容和重要結果如下： 首先，研究橡膠摩擦機理，建立了胎面橡膠微觀解析摩擦模型。利用橡膠變形中能量守恆以及分子的表面能相關理論，分析研究了粘性、滯後摩擦產生機理，利用Persson接觸理論，建立了胎面橡膠微觀解析的一般摩擦理論模型，該模型中，包括橡膠的超彈性、粘彈性、時溫轉換等物理參數以及路面的功率譜、分形理論等因素；然後，進行了相關試驗研究與驗證，該模型中各參數具有明確的物理意義，便於準確把握橡膠摩擦力學特性的巨觀規律，對濕滑、冷冰路面同樣具有較好的表達效果。 其次，建立了考慮微觀橡膠摩擦特性和胎體彈性的複雜工況下輪胎側偏精細理論模型。重點分析討論印跡內複雜的胎體胎面的應力應變、滑移速度、摩擦等分布情況，及對不同速度、路面等因素下輪胎力學差異的影響。解釋並剖析了幾種典型複雜工況下輪胎力學特性，結果表明所建立的精細理論模型能夠準確表達不同速度、路面及冰面不同溫度等複雜因素對輪胎關鍵力學特性的影響。 最後，以理論模型為基礎，建立了能夠反映車輛複雜運行工況的UniTire實用半經驗模型。引入等效壓力分布與平均摩擦係數概念，證明了考慮一般摩擦特性的輪胎模型具有與常摩擦係數時相同的無量綱形式，從而保證了UniTire半經驗模型中理論框架的正確性；推導並證明了其同樣具有高階理論邊界條件。建立了考慮微觀解析摩擦模型的不同複雜工況下UniTire擴展模型，並通過台架測試獲取的試驗數據對所建立的擴展模型進行驗證，結果顯示模型具有很好的表達能力和精度。