《輪胎極限工況下力學特性預測的理論研究及試驗驗證》是依託清華大學，由范成建擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：輪胎極限工況下力學特性預測的理論研究及試驗驗證
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：范成建
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本課題探索和開拓性地研究輪胎在極限工況下的面內（垂直、縱滑）、面外（側偏、外傾）以及面內和面外聯合的高頻動力學特性。隨著各種先進的汽車底盤控制系統,包括動態穩定性控制系統（ESP）得到不斷的開發和套用，以及汽車結構設計中對疲勞耐久載荷的預測，車輛動力學仿真與分析對輪胎模型提出了更高的要求，包括：定量準確的精度和更高的頻率範圍。為了解決極限工況（高頻、大變形）下輪胎力學特性預測這一技術難題，在已建模態參數輪胎模型的基礎之上，深入研究輪胎－地面相互作用的接觸建模技術，輪胎結構本身的的動態位移-力傳遞特性，主要研究內容為：（1）準確描述輪胎的非穩態側偏和縱滑特性，包括輪胎－地面的接觸模型以及輪胎本身的動態傳遞特性；（2）輪胎在不平路面的三維力學特性建模和參數識別。通過上述研究更好地理解極限工況下輪胎－地面的相互作用，為建立和實施極限工況下車輛動力學仿真的輪胎模型奠定基礎。
結題摘要
本課題探索和開拓性地研究輪胎在極限工況下的面內（垂直、縱滑）、面外（側偏、外傾）以及面內和面外聯合的高頻動力學特性。為了解決極限工況（高頻、大變形）下輪胎力學特性預測這一技術難題，在已建模態參數輪胎模型的基礎之上，深入地研究了輪胎－地面相互作用的接觸建模技術，輪胎結構本身的的動態位移-力傳遞特性，輪胎極限工況下的力學特性測試及數據處理以及輪胎模型參數識別及確定方法。 項目完成情況及研究成果包括： （1）在建模方面提高了輪胎的非穩態側偏和縱滑特性仿真精度，引入新的輪胎－地面的接觸模型，即三維刷子模型。首次把輪胎本身的動態傳遞特性擴展到三維，並將三維刷子模型和模態參數輪胎模型集成到一起。評估了不同胎面橡膠單元摩擦模型對縱滑特性的影響，通過引入速度依賴的摩擦模型改進了大滑移下的仿真精度。 （2）輪胎在不平路面的三維力學特性建模，考慮了輪胎的印跡寬度，對模型中的阻尼模型進行了改進，輪胎阻尼隨輪胎轉速的變化而變化。通過與試驗數據的比較上述的改進措施同時提高了輪胎高速滾過障礙物時的軸荷回響仿真精度。 （3）進行了輪胎接地印跡內的垂直壓力分布測試，並將其用於模型參數辨識。（4）參考美國通用汽車公司的輪胎測試規範，在荷蘭TNO針對兩款轎車輪胎進行了高速下輪胎極限工況的力學特性測試及數據擬合和處理。得到了極限工況下輪胎特性的規律和可靠的試驗數據。利用上述數據對已建立的基於模態參數的輪胎三維模型進行了驗證，得到如下結論： 在大側偏角（大於5度）和大滑移率工況下，原有模型計算結果與試驗結果相比，存在較大誤差。即僅用模態參數的方法無法定量準確的描述輪胎在極限工況下的強非線性行為。引入了新的建模方法和模型環節之後（包括把採用的二維刷子模型擴展到三維，在使用速度依賴的胎面橡膠的摩擦特性模型，並嘗試使用垂直壓力分布最佳化胎體剛度，以上工作可以把大側偏下的仿真精度大幅度提高10%。 （4）輪胎模型參數識別方法的提出和驗證。綜合輪胎的靜態垂直、縱向、和側向剛度，輪胎的模態參數，輪胎的縱滑和側偏特性試驗數據，輪胎低俗滾過障礙物時的試驗數據，提出了基於最小二乘全局最佳化擬合的三維輪胎模型參數辨識方法。把輪胎模型參數化的時間從半年縮短到3周。 在項目進行過程中培養碩士研究生1名（已畢業）, 博士研究生1名。已投稿3篇，已錄用2篇（1篇為SCI檢索）。還有1篇在評審修改。
