用于不平路面仿真的轮胎模型的有限元分析

分析轮胎在不平路面的动力学特性,对用于不平路面仿真的轮胎模型进行系统介绍,并采用Abaqus软件建立三维轮胎有限元模型,分析在额定负荷条件下轮胎静态加载时带束层和胎体帘线受力变化的基本特征。结果表明,负荷对轮胎接地区域内帘线受力影响显著,而对钢丝圈的应力几乎没有影响。

轮胎-路面接触应力的多变量耦合分析

针对11.00R20全钢载重子午线轮胎,利用Abaqus软件建立了轮胎-路面接触的三维有限元模型,通过耦合轮胎的垂直载荷、工况和侧倾角3个变量,模拟研究不同状况下轮胎-路面接触应力的变化情况。分析不同状况下轮胎的接地印痕应力云图,获得不同变量耦合作用下轮胎的接地应力变化趋势。本研究突破了以往常规静态或匀速条件下仿真结果的局限性,提高了计算的可靠度,可对轮胎-路面接触应力的研究及对路面保护、轮胎优化设计起指导作用。

加强筋模型在轮胎有限元分析中的应用

利用MSC .Marc软件建立子午线轮胎的三维非线性有限元模型。采用软件中的加强筋模型模拟轮胎中复杂的多层帘线 橡胶复合材料 ,直接在前处理中定义轮胎中随位置变化的帘线铺设方向 ,可以真实地模拟帘线 橡胶复合材料的几何和材料非线性 ,并且能够合理简化模型 ,提高计算效率和计算精度。模型中还考虑了橡胶材料的非线性和不可压缩性、轮胎大变形导致的几何非线性以及轮胎与轮辋和轮胎与路面的接触非线性边界条件。通过三维非线性有限元分析得到了在充气压力和静负荷作用下子午线轮胎的变形、内部应力分布及接地区压力分布。

轮胎-路面三维力解析模型的建立与简化方法

研究轮胎-路面之间的三维作用力,对预测路面早期损坏、优化道路设计具有指导作用,同时也是分析车辆动力学性能、研制和改进整车控制系统的有效手段.文中利用ABAQUS有限元仿真软件,建立了轮胎与路面之间相互作用力与胎冠相对轮辋中心位移之间的力-位移多元非线性回归模型;该模型通过分析在三维力作用下轮胎不同位置处节点的变形和位移,实现了不同节点处的轮胎与路面之间作用力的求解,并通过改变充气断面尺寸、不同载荷下沉量等指标使模型有效性得到了验证,为设计并优化位移传感器的布局、提高测量结果的可信度,提供了理论依据.采用带有二次项的多元非线性回归模型对11.00R20载重子午线轮胎进行仿真计算.结果表明,在接地中心角θ不超过±15°范围内,回归模型的三维力预测值相对于预设值的误差不超过±2%.为在兼顾回归模型准确度的前提下,提高该模型的解算效率、降低由位移解算力过程的繁琐性,通过分析完整模型中各子项对力预测结果的贡献度,进一步提出了简化回归模型;当θ≤±15°时,各个节点处完整模型与简化模型均方根误差(RMSE)的最大值相差0.43 kN;当θ≤±9°时,两者差值减小至0.27 kN.分析结果表明,通过对安装在轮胎上的位移传感器所采集的数据进行处理,完整模型和简化模型均能实现轮胎与路面间相互作用三维力的预测和计算,但简化模型的适用范围比完整模型要窄.

考虑横坡的轮胎路面接触压力分布的有限元分析

利用有限元软件轮胎与横坡路段路面结构作用的有限元模型,分析不同坡度条件下的轮胎接地压力分布,研究坡度对轮胎路面接触压力分布的影响规律。结果表明,道路横坡对轮胎路面接触压力分布的规律有显著影响:横坡的坡度对轮胎路面接触压力分布存在显著影响,当坡度较小时,接地压力在横向呈对称分布,最大接触压力出现在接触面横轴中心,随着坡度增加,上坡方向的轮胎路面接触面积明显大于下坡方向,接触压力最大值出现位置也出现偏移;横坡路段轮胎与路面之间接触面积较大,但总体的接触压力水平较低。

湿滑路面上轮胎最小极限速度的有限元仿真

本文采用的轮胎有限元模型,能真实地反映轮胎的各部分特性,并具有转动速度,为仿真计算结果的真实性提供了可靠的保证。采用仿真手段对滑水速度的预测,从很大程度上节省了试验投入的大量人力物力,并缩短了分析的周期。

子午线轮胎稳态滚动有限元分析

以MSC.Marc软件为平台,建立子午线轮胎的三维非线性稳态滚动有限元模型。在模型计算中,考虑了轮胎的静态载荷施加过程、自由滚动过程、完全刹车滑动过程、防抱死刹车过程和牵引过程,得到了轮胎接地面的接触应力分布情况及轮胎牵引力与转速之间的关系等结果,有利于进一步了解轮胎的动态性能。

重载交通车辆轮胎-路表复杂接触应力模型研究

路面结构力学计算多采用双圆垂直均布静荷载作为结构的外力荷载,与当前重载交通车辆荷载对路面实际外力作用形式差异很大。论文分析了重载车辆荷载特征,在前人研究成果的基础上,建立轮胎-路表复杂三向接触应力作用大小与分布数学模型,为准确分析路面结构力学响应打下了基础。

轮胎-地面接触模型研究现状与展望

介绍了轮胎-地面接触模型的研究现状、研究手段及方法。指出了该领域发展存在的问题,提出有限元方法是轮胎-地面接触模型今后研究的重要方向。

考虑路面摩擦性能的自动驾驶汽车安全制动策略

针对现有自动驾驶研究大多忽略路面摩擦性能的问题,制备了5种不同级配的沥青混合料车辙板试件,基于Persson表面分形摩擦理论和轮胎‒路面三维有限元模型,求解沥青路面的动摩擦系数和附着系数,表征其摩擦性能,并使用Matlab/Simulink软件建立自动驾驶汽车的动力学控制模块,根据车辆期望制动减速度和道路摩擦性能逆向反推求解轮缸的制动压力值,实现自动驾驶汽车的制动过程。使用CarSim软件和Matlab/Simulink进行联合仿真,设定了下坡制动和曲线制动工况,分析了纵向坡度、弯道半径和道路超高等影响因素对自动驾驶车辆制动效能的影响。

沥青混凝土路面轮胎临界滑水速度数值模拟

为了揭示沥青混凝土路面轮胎滑水力学机理、评估各项因素对临界滑水速度的影响,运用数值模拟方法,建立了沥青路面模型和花纹充气轮胎模型,并利用欧拉-拉格朗日耦合算法建立了轮胎滑水模型.对滑水模型的适用性与精确性进行了验证,模拟计算出轮胎路面竖向接触力变化曲线以及临界滑水速度,并对轮胎花纹、轮胎充气压力、水膜厚度和路面类型的影响进行了评估.结果表明:增加轮胎花纹复杂度可增大轮胎行驶振动强度,减少水膜对轮胎的托举作用;提升轮胎充气压力和减小水膜厚度可以有效提高轮胎路面竖向接触力和临界滑水速度;OGFC路面在防止滑水现象发生方面显著优于AC路面和SMA路面,MPD值可用于评估有水路面的滑水性能.

三向轮胎力作用下路面动力响应分析

采用两自由度非线性汽车模型和地基上双层薄板建立三向轮胎力作用下的车-路系统。将非线性Gim模型与垂向点接触轮胎模型相结合对三向轮胎力进行描述。利用伽辽金方法推导三向轮胎力作用下路面响应的解析解,研究制动移线工况下各轮胎分力对路面响应的贡献,比较只考虑垂向轮胎力作用和考虑三向轮胎力作用时路面响应的差别,并分析系统参数对此差别的影响。研究成果有利于揭示车辆对道路的三向作用机理,为道路响应计算和道路寿命预测提供新的研究思路。

基于车-路耦合振动状态下沥青路面力学响应

利用ABAQUS,建立三维两自由度1/4车辆模型与黏弹性沥青路面模型,考虑橡胶轮胎以及轮胎与路面非线性接触,采用中心差分法求解,并与相关文献对比.结果表明:该模型具有一定可行性;静载作用下,上面层最大竖向压应力为0.402 MPa,1/4车辆动载为0.563 MPa,比静载增大40.05%;A,B和C级路面上面层最大竖向位移分别为0.589,0.698和0.941 mm,C级比A级大59.76%;上面层最大竖向压应力分别为0.497,0.702和0.739 MPa,C级比A级大48.69%;中面层出现最大竖向及横向压应变,下面层出现最大竖向拉应变、最大纵向压应变及最大横向拉应变,土基出现最大纵向拉应变;车速越大,路面响应越小;轴重越大,路面响应越大.

电动轮汽车转向特性的轮胎接地印迹研究

针对电动轮汽车各轮独立驱动与传统前轮偏转转向相结合出现滑移助力及偏转滑移转向机理认识不清的问题,建立电动轮汽车向左转的双轨2自由度模型,计算30、60 km/h转向工况各车轮所受载荷基础上,利用ABAQUS建立轮胎-路面有限元模型,仿真计算各电动轮轮胎与路面间印迹,法向与横向应力、应变。结果表明:右侧轮胎印迹比左侧大,后轮胎印迹在横向方向向外有明显扩大;各轮胎法向应力、横向应力、法向应变分别在横、横、纵向方向呈基本对称分布;60 km/h相对30 km/h转向各轮胎印迹均减小,左、右侧轮胎法向应力分布区域、峰值分别减小、增大,右前轮胎横向应力、应变增大,且横向应力最大值出现在靠近胎肩处,左侧轮胎横向应力、应变均下降。

基于平均附着系数的路面识别方法研究

为使汽车在制动过程中充分利用当前路面的附着条件,需要对当前行驶的路面进行识别,同时根据识别结果实时调整控制器的目标滑移率。该文以滑移率区间[0.08,0.11]上的平均附着系数作为路面识别的参数指标,在Burckhardt轮胎-路面数学模型的基础上,设计7种典型路面的识别区间,据此在制动过程中完成路面识别。使用制动工况时的单轮模型,分别在单一路面和跃变路面上进行仿真试验,结果表明:该方法对路面状态的识别快速准确,识别时间约0.1 s,制动时能够充分利用路面的附着条件。

预应力混凝土路面应力分析新思路

文中提出用有限元—无界元的方法计算预应力混凝土路面的应力和变形。针对预应力混凝土路面结构的特点 ,采用板底摩阻力的迭代处理模型和多向影射无界元 ,计算结果表明分析模型是正确的。采用的计算方法具有结点数目少、精度高。

子午线轮胎充气和负荷加载数值分析

利用MSC.MARC软件对子午线轮胎的骨架材料进行三维非线性有限元计算,带束层、胎体和钢丝圈等部位采用rebar单元以及实体Herrmann单元进行模拟,橡胶材料采用Yeoh材料模型描述。轮胎在不同充气压力、不同负荷以及滚动状态下的受力计算结果与实际情况一致。采用该方法有助于改进轮胎结构设计、提高轮胎性能。

基于图像特征和HMM的前方附着系数辨识

为了辨识前方道路附着系数,利用灰度共生矩阵和HSV(hue,saturation,value)颜色空间提取了典型路面图像7种纹理特征参数,基于类比特性对Burckhardtμ⁃s模型进行改进,提出一种当前路面峰值附着系数实时估计算法,通过Carsim和Simulink联合仿真验证了其有效性和实时性.建立基于隐马尔可夫模型(hidden Markov model,HMM)的前方道路-轮胎附着特性模型,并验证所建模型的正确性.通过实车试验对HMM模型算法进行了验证.结果表明:HMM模型对前方道路-轮胎附着系数识别率达到90%以上,并且能够用于智能汽车自动紧急制动模块中,可以在前方恶劣路面环境下进行提前制动,有效缩短制动距离.

基于离散元与有眼元耦合的充气轮胎沙土路面行驶性能仿真方法研究

【摘要】为研究充气轮胎在沙土路面的行驶性能，提出用于模拟充气轮胎-沙土路面行驶性能的离散元与有限元耦合模型，建立205／55R16轮胎的三维有限元模型和沙土路面离散元模型，并以离散元与有限元接触算法模拟轮胎与路面之间的相互作用。

不均匀积水条件对路面行车安全的影响

采用Fluent有限元仿真分析软件，建立轮胎一路面一流体三维有限元模型，模拟不同水膜厚度和汽车行驶速度条件下汽车轮胎所受动水压力的理论变化值，定量地分析了水膜厚度和车速对积水路面车辆侧转角的影响以及积水段路面上车辆的横向稳定性能。研究结果表明：当水膜厚度大于胎面花纹深度时，动水压强随车速的增大而增加较快，且动水高压区由轮胎中间向轮胎边缘呈近似三角分布。在无驾驶员操控情况下，当汽车左右轮分别高速（〉90km／h）行驶在干燥和积水路面，水膜厚度介于9—12mm时，1s后汽车的相对侧转角差超过最佳控制角度（25°），此时汽车操纵性开始下降；2S后汽车的相对侧转角差已超过90°，车辆发生侧滑，易产生交通事故。