非稳态条件下轮胎与路面相互作用动力学研究

轮胎是除空气外唯一连接车辆与路面的部件，具有支撑车体负荷、缓冲路面冲击和传递制动力、驱动了、转向力到路面的双重作用。在车辆的非稳态行驶条件下，轮胎与路面间的摩擦特性、载荷分布特征非常复杂，对车辆的行驶性能和路面结构的使用性、耐久性有更重要的影响。本项目拟考虑轮胎在粘着区、滑移区的非线性动态摩擦因素，提出非稳态条件下轮胎-路面相互作用动力学模型，探索轮胎与路面非均匀载荷的描述方法。通过实验测试轮胎和悬架关键部件的迟滞特性，由实验结果拟合各部件的非线性参数，研究此类迟滞部件对车辆系统响应的影响规律。将提出的非稳态轮胎力学模型联立到含迟滞部件的整车系统中，描述车辆-轮胎-路面之间动态相互作用过程。研究悬架非线性参数、轮胎与道路表面接触特征对车辆性能和道路友好性的影响规律，通过正交实验原理优化车辆悬架结构。本项目研究成果将为车辆操纵稳定性、舒适性的提高和更新路面设计方法提供理论依据。

在车辆非稳态行驶条件下，轮胎与路面间的摩擦特性、载荷分布特征非常复杂，对车辆的行驶性能和路面结构的使用性、耐久性有重要的影响。本项目考虑了轮胎在粘着区、滑移区的非线性动态摩擦因素，提出了轮胎与路面非均匀载荷的描述方法。减振器与钢板弹簧是重载汽车悬架上关键的两个部件，其阻尼特性与刚度特性直接影响着车辆平顺性和道路友好性。在减振器实验中，通过对减振器进行稳态正弦位移激振和随机激振实验，得到在不同频率和不同行程下的阻尼特性曲线；在钢板弹簧实验中，通过逐级加载和卸载的方式得到钢板弹簧的刚度特性曲线。依据实验数据，分别建立了减振器与钢板弹簧的非线性动力学模型。建立了具有平衡悬架的三轴重载汽车模型，计及悬架上减振器与钢板弹簧的非线性特性，同时结合具有包容特性轮胎模型，提出车辆—轮胎—路面耦合模型。应用试验设计方法，提出正交优化的方案，研究车辆悬架参数对车辆平顺性和道路友好性的影响。通过多组样机虚拟实验和极差分析，找出最重要的影响因素，确定其取值范围，形成车辆悬架参数的最佳匹配方案。本项目研究成果将为车辆操纵稳定性、舒适性的提高和更新路面设计方法提供理论依据。