轮胎稳态模型的分析综述_张向文 (2)

第1篇一、摘要随着汽车工业的快速发展，轮胎行业也在不断革新。

超薄轮胎作为新一代轮胎产品，以其轻量化、节能环保、提高车辆操控性能等优势，受到了市场的广泛关注。

本报告通过对超薄轮胎的市场数据、性能数据、消费者反馈等多方面进行分析，旨在为轮胎制造商、汽车厂商及消费者提供有益的参考。

二、引言超薄轮胎，又称低断面轮胎，是指轮胎断面宽度较传统轮胎更窄的产品。

近年来，随着节能减排和绿色出行理念的深入人心，超薄轮胎因其优异的性能和环保特性，在国内外市场迅速崛起。

本报告通过对超薄轮胎的数据分析，旨在揭示其市场发展趋势、性能特点及消费者需求。

三、市场分析1. 市场规模根据我国轮胎行业协会统计，2019年我国超薄轮胎市场规模约为100亿元，同比增长20%。

预计未来几年，市场规模将保持高速增长，预计2025年市场规模将达到200亿元。

2. 市场分布从地区分布来看，超薄轮胎市场主要集中在经济发达地区，如长三角、珠三角、京津冀等地区。

这些地区消费者对汽车品质和环保要求较高，对超薄轮胎的需求较大。

3. 市场竞争目前，我国超薄轮胎市场竞争激烈，主要参与者包括米其林、普利司通、固特异等国际知名品牌，以及中策、三角等国内品牌。

各品牌纷纷加大研发投入，推出更具竞争力的产品。

四、性能分析1. 滚动阻力超薄轮胎的滚动阻力较传统轮胎低，可以有效降低燃油消耗，提高燃油经济性。

据测试，超薄轮胎的滚动阻力比传统轮胎低约15%，燃油消耗降低约5%。

2. 操控性能超薄轮胎具有更好的抓地力和操控稳定性，能够提高车辆在高速行驶、弯道行驶等复杂路况下的安全性。

同时，超薄轮胎的扁平比更高，有利于提高车辆舒适性。

3. 耐磨性超薄轮胎的耐磨性相对较差，使用寿命较传统轮胎短。

但通过优化配方和设计，部分超薄轮胎的耐磨性已接近甚至超过传统轮胎。

五、消费者反馈1. 优点消费者普遍认为超薄轮胎具有以下优点：（1）降低燃油消耗，节省成本；（2）提高车辆操控性能，提升驾驶体验；（3）环保节能，符合绿色出行理念。

轮胎稳态模型的分析综述
张向文;王飞跃;高彦臣
【期刊名称】《汽车技术》
【年(卷),期】2012(000)003
【摘要】3.4刷子模型刷子模型在假定轮胎胎面是弹性而胎体是刚性基础上得出,把轮胎的弹性变形完全集中在胎面上,轮胎在路面的接触区长度为L=2a,不考虑宽度影响,轮胎载荷在接触区的分布形式为任意函数f(u),u∈[-1,1],来描述轮胎变形相对于接触区长度的相对变化[3].
【总页数】8页(P1-7,57)
【作者】张向文;王飞跃;高彦臣
【作者单位】桂林电子科技大学;中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室;软控股份有限公司
【正文语种】中文
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轮胎动态摩擦特性对汽车ABS控制系统的影响张向文;王飞跃【摘要】基于轮胎的魔术公式模型,研究了轮胎在路面的最佳滑移率和最大摩擦系数随汽车速度的动态变化过程.利用李亚普诺夫稳定性理论,设计了汽车ABS控制系统滑模控制器,基于轮胎的Burckhardt模型,分别在考虑轮胎动态摩擦特性和不考虑轮胎动态摩擦特性时,对汽车ABS控制系统进行了仿真和比较研究.研究结果表明,轮胎动态摩擦特性对汽车ABS的最佳滑移率和轮胎摩擦系数具有一定影响,但是对汽车ABS的制动性能影响很小,因此进行汽车ABS控制系统设计时,可以不考虑轮胎动态摩擦特性的影响.【期刊名称】《汽车技术》【年(卷),期】2010(000)012【总页数】7页(P26-32)【关键词】轮胎模型;动态摩擦特性;ABS;滑模控制器【作者】张向文;王飞跃【作者单位】桂林电子科技大学;中国科学院复杂系统与智能科学重点实验室【正文语种】中文【中图分类】U461.31 前言轮胎摩擦模型可以分为稳态模型[1]和动态模型[2～4]两种，稳态模型不考虑速度变化的影响，动态模型可以反映速度变化引起的轮胎摩擦状态动态变化。

目前进行的汽车ABS研究中，一般基于轮胎稳态摩擦模型进行分析，基于轮胎动态摩擦模型的分析较少，文献[2]利用LuGre动态轮胎模型进行了路面状况估计的研究，但对汽车速度变化引起的轮胎动态摩擦特性没有深入研究，另外，轮胎动态摩擦特性对汽车ABS控制系统的影响还没有相关研究。

基于以上分析，本文利用轮胎动态摩擦模型，研究汽车速度变化对轮胎摩擦特性的影响，分析速度变化情况下的最佳滑移率和摩擦系数变化；在分析基础上，分别利用轮胎动态摩擦模型估计的最佳滑移率和摩擦系数与轮胎稳态摩擦模型估计的最佳滑移率和摩擦系数，设计汽车ABS控制系统并进行仿真，研究轮胎动态摩擦特性对汽车ABS控制系统性能的影响。

由于魔术公式模型是目前精度较高的一种轮胎模型，在轮胎摩擦性能分析和研究中应用非常广泛，因此，本文在进行轮胎摩擦特性分析时采用魔术公式模型。

轮胎稳态模型的分析综述_张向文（2）4轮胎经验模型轮胎经验模型是直接根据试验测试数据拟合得到的模型，与试验结果较接近，而经验模型公式简单，便于计算和实际应用，但需要大量的试验数据。

由于试验条件限制和路面状况的多变性，难以得到所有路面状况和所有轮胎运动状态的试验数据。

因此，经验模型只是根据有限的试验数据得到，模型外推性不好，参数没有明确的物理意义。

4.1多项式模型多项式模型由S.Germann 等人提出，其利用简单的多项式函数近似描述轮胎与路面摩擦系数和滑移率之间的关系[42]：μ=a 0+a 1s +a 2s 2（50）式中，参数a 0、a 1和a 2需要通过试验数据进行辨识。

根据辨识的参数，利用多项式模型可以方便的进行摩擦系数求解和汽车控制系统设计，但是该模型仅在滑移率较小时误差较小，当滑移率逐渐增大时，误差会越来越大。

4.2Burckhardt 模型Burckhardt 模型是M.Burckhardt 提出的一种摩擦系数μ与滑移率s 的关系模型[43，44]：μ（s ）={c 1[1-exp （-c 2s ）]-c 3s }e-c 4v（51）式中，c i （i =1，…，4）随路面状况的变化而变化，可以通过试验测试数据拟合得到；e -c 4v反映速度变化引起的摩擦系数变化。

若忽略速度变化影响，Burckhardt 模型可以简化为[43~47]：μ（s ）=c 1[1-exp （-c 2s ）]-c 3s（52）根据简化模型，利用试验测试数据可以拟合得到不同路面状况下的参数如表1所列。

表1不同路面状况下Burckhardt 模型各参数的典型值为了分析Burckhardt 模型特性，利用式（52）和式（9）、式（10）进行仿真研究。

利用表1的参数仿真不同路面状况下纵向、侧向摩擦系数随纵向滑移率和侧偏角的变化如图27所示，仿真中α=8°，s x =0.2。

（a ）随纵向滑移率的变化（b ）随侧偏角的变化图27Burckhardt 模型不同路面状况下的纵向摩擦系数和侧向摩擦系数轮胎稳态模型的分析综述*张向文1王飞跃2高彦臣3（1.桂林电子科技大学；2.中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室；3.软控股份有限公司）觹基金项目：国家自然科学基金项目（60804059）；广西自然科学基金项目（2010GXNSFA013130）；中国科学院复杂系统与智能科学重点实验室开放课题。

2010 至 2011 学年 第 一 学期考核课程考核课程：： 文献检索文献检索、、阅读与写作提交日期提交日期：： 2010 年 12 月 3 日报告题目报告题目：： 有限元分析汽车子午线轮胎的文献综述姓 名学 号年 级专 业 机械设计及理论 所在学院 机电工程学院大学研究生处制有限元分析汽车子午线轮胎的文献综述一．选题目的及意义庞大的汽车需求量促进了轮胎行业的快速增长，世界各国轮胎的构架正在向追求高品质和高附加值方向转变。

子午线轮胎以滚动阻力低、节省燃料，高速安全、生热低，耐磨、耐刺、耐用，减震、舒适，操纵稳定性好等有利优点成为目前汽车轮胎发展的新方向。

但是由于其几何结构的复杂性和材料的多样性，其理论分析一直困扰着研究工作者，对子子午线轮胎这种结构用近似的数学公式进行全面的数学分析是极其困难的，许多主要性能分析通常是近似的定性分析。

这些问题包括非可展旋转面的有限变形、非线性弹性与时间的相关性、材料的非线性滞后性以及由结构的各向异性带来的复杂性。

因此，轮胎力学作为轮胎理论研究的一个最为重要的组成部分而吸引着众多的研究工作者在这一领域里努力开拓，并不断取得新的进展。

随着计算机的普及和发展，有限元法以其强大的攻势逐步在工程分析及设计中得到广泛应用，并成功地解决了不少复杂的结构问题。

作为一种行之有效的数值计算方法，有限元法也毫不例外地被引入到轮胎结构设计中。

早在七十年代，美国和日本各大公司均己采用了有限元法来分析轮胎结构中的力学问题。

最初只是利用有限元研究了轮胎受充气压力和自由旋转离心力等对称力作用时的应力应变，进一步又研究了轮胎静态集中负菏下的接触问题，并逐步深入研究动态非对称载荷下应力应变问题。

如何对子午线轮胎复杂的结构和材料进行精确地相关力学特性理论的研究是目前有限元研究的一个重点方向。

国内对轮胎有限元研究的综述二．国内对轮胎有限元研究的综述对轮胎特性理论的研究始于本世纪四十年代对飞机轮胎的研究，经过半个多世纪的发展，已经建立了较完善的理论模型。

轮胎稳态模型的分析综述轮胎是车辆的重要部件，对于车辆的稳定性和行驶性能起着至关重要的作用。

因此，轮胎的设计、制造和使用过程一直备受关注。

轮胎稳态模型是研究轮胎性能的关键工具，下面我们就来对轮胎稳态模型进行分析综述。

轮胎稳态模型是一种数学模型，用于描述轮胎在行驶过程中的稳定性能。

轮胎稳态模型包括轮胎纵向稳定性、侧向稳定性和横向稳定性。

轮胎纵向稳定性主要关注轮胎在制动、加速和滑行状态下的稳定性；侧向稳定性主要关注轮胎在转向过程中的稳定性；横向稳定性主要关注轮胎在横向运动中的稳定性。

轮胎稳态模型的研究具有重要的应用价值。

一方面，它可以帮助轮胎制造商研发新型轮胎，提高轮胎的性能和质量。

另一方面，它可以帮助车辆制造商设计更加稳定和安全的车辆，提高车辆的行驶性能和舒适性。

此外，轮胎稳态模型还可以用于车辆运营管理和维护，提高车辆的安全性和可靠性。

目前，关于轮胎稳态模型的研究主要分为两种方法：经验模型和物理模型。

经验模型是基于实验数据和经验关系建立的简单数学公式，代表性的有Magic Formula模型。

物理模型是基于轮胎结构和力学原理建立的数学模型，代表性的有Fiala模型和Pacejka模型。

这两种模型各有优缺点，具体选择应根据研究目的和实际需求决定。

Magic Formula模型是经验模型中较为常用的一种模型。

它是由Hans Pacejka于1987年提出的，又称为Pacejka模型。

该模型建立了轮胎侧向力和纵向力与滑移率（侧向滑移率和纵向滑移率）之间的关系，包括轮胎的刚度、阻尼和曲率等参数。

该模型具有计算简单、适用范围广的特点，但是模型参数的确定较为困难，通常需要实验测试和反复校验。

Fiala模型和Pacejka模型相比，由于建立在对轮胎结构和力学特性的深入了解上，具有更高的理论准确性和计算精度。

该模型基于轮胎的接地面形状、地面反力和轮胎结构材料等参数，建立了侧向力和纵向力与滑移率之间的关系。

该模型计算复杂，但是具有更好的可信度和拓展性。

轮胎侧倾侧偏稳态回正力矩特性半经验建模方法
随着新能源汽车的发展，汽车行业对轮胎技术支持也有着越来越高的需求。

车轮侧倾耦合稳定性问题是影响汽车操纵性能和行车安全的重要因素，因此，研究轮胎侧倾侧偏稳态回正力矩特性半经验建模方法具有重要意义。

目前，关于轮胎侧倾侧偏稳态回正力矩特性半经验建模方法的研究主要分为两个方面：一是通过对车轮侧倾稳定性的直接测试告知，建立回正力矩模型；二是基于仿真平台，模拟不同外部因素，建立回正力矩模型。

首先，通过实验测试告知法将车轮侧倾稳定性测试结果建模，从而确定车轮侧倾稳定性的回正力矩范围。

其次，利用建立的模型可以快速预测车轮侧倾稳定性的变化，以及轮胎刚度参数和外部胁力等因素对车轮侧倾稳定性的影响，从而改善车轮侧倾的操纵性能。

从仿真平台的角度，将外部因素扰动模拟到车轮侧倾稳定性系统中，根据车轮侧倾稳定性测试结果建立稳定性回正力矩模型，使得对外部胁力和参数变化的预测更加精确准确。

总之，轮胎侧倾侧偏稳态回正力矩特性半经验建模方法的研究将在今后的研究中发挥重要作用，促进汽车技术的持续进步，从而提升汽车行业的可持续发展。

轮胎稳态滚动温度场的有限元分析的开题报告1. 研究背景轮胎的使用过程中，受到载荷和路面的作用，会产生摩擦加热，从而使轮胎产生温升。

轮胎的温度会对其性能和寿命产生影响，因此对轮胎的温度进行研究具有重要意义。

本课题通过有限元分析的方法，研究轮胎稳态滚动情况下的温度场，探究不同载荷和速度对轮胎温度场的影响。

2. 研究内容本课题的研究内容包括以下几个方面：（1）建立轮胎的有限元模型，包括轮胎橡胶材料的本构关系、胎面纹路、胎壁等结构。

（2）通过ANSYS等有限元软件，对轮胎稳态滚动情况下的温度场进行模拟计算。

（3）对不同载荷和速度情况下轮胎的温度场进行对比分析，探究载荷和速度对轮胎温度场的影响规律。

（4）通过优化轮胎材料和结构等方面，提高轮胎的耐热性能和使用寿命。

3. 研究方法本课题的研究方法主要包括以下几个方面：（1）建立轮胎的有限元模型，将轮胎分成几个部分，分别建立材料本构关系和结构。

（2）加载轮胎载荷和速度，计算轮胎在滚动时的温度场分布。

（3）通过对不同载荷和速度情况下轮胎温度场的分析，研究载荷和速度对轮胎温度场的影响规律。

（4）通过对轮胎材料和结构等方面的优化设计，提高轮胎的耐热性能和使用寿命。

4. 研究意义（1）通过对轮胎稳态滚动情况下的温度场进行研究，掌握轮胎温度分布规律，为轮胎设计和制造提供参考。

（2）通过优化轮胎材料和结构等方面，提高轮胎的耐热性能和使用寿命，为轮胎行业提供新的技术支撑。

（3）该研究结果可以为汽车工程师提供数据，对汽车性能的提升有一定的参考价值。

5. 研究计划和进度（1）建立轮胎的有限元模型，包括轮胎橡胶材料的本构关系、胎面纹路、胎壁等结构，预计在2周内完成。

（2）进行稳态滚动模拟计算，得到轮胎温度场分布，预计在4周内完成。

（3）对不同载荷和速度情况下轮胎的温度场进行对比分析，探究载荷和速度对轮胎温度场的影响规律，预计在6周内完成。

（4）通过优化轮胎材料和结构等方面，提高轮胎的耐热性能和使用寿命，预计在8周内完成。

3.1.2 Steady-state rolling analysis of a tire3.1.2轮胎的稳态滚动分析Product: Abaqus/StandardThis example illustrates the use of steady-state transport in Abaqus (“Steady-state transport analysis,”Section 6.4.1 of the Abaqus Analysis User's Guide) to model the steady-state dynamic interaction between a rolling tire and a rigid surface. A steady-state transport analysis uses a moving reference frame in which rigid body rotation is described in an Eulerian manner and the deformation is described in a Lagrangian manner. This kinematic description converts the steady moving contact problem into a pure spatially dependent simulation. Thus, the mesh need be refined only in the contact region—the steady motion transports the material through the mesh. Frictional effects, inertia effects, and history effects in the material can all be accounted for in a steady-state transport analysis.这个例子说明了在Abaqus中使用稳态传输（“稳态传输分析”，“Abaqus分析用户指南”第6.4.1节）来模拟滚动轮胎和刚性表面之间的稳态动态相互作用。

轮胎动态特性的数值分析轮胎在汽车、机械、工程等领域中扮演着重要的角色。

为了提高汽车的使用安全性与舒适性，需要对轮胎动态特性进行研究与分析。

而数值分析是研究轮胎动态特性最为常用和有效的方法。

本文将从轮胎动态特性的定义入手，探讨数值分析的优势和步骤，并结合实例介绍数值分析的具体过程。

一、轮胎动态特性的定义轮胎动态特性主要指的是轮胎行驶过程中的各种性能指标，包括负荷、速度、温度、压力、接地面积、刹车距离等。

其中，轮胎承受的负荷是影响轮胎性能最为直接的因素之一。

随着负荷的增加，轮胎受力区域将扩大，垂向刚度也会削弱，对轮胎的舒适性和阻力产生影响。

而速度对轮胎摩擦力的大小与稳定性同样有很大的影响。

当速度过快时，会导致轮胎失去摩擦力，而造成车辆丧失控制。

温度是影响轮胎性能的重要因素之一。

当轮胎受热过高时，橡胶材料会出现软化现象，这会导致轮胎的抓地力和强度大幅度降低，影响行车安全。

轮胎的刹车距离和压力也是人们所关注的指标，而这两个指标的变化与速度、负荷、温度直接相关。

总之，轮胎的性能指标之间相互影响，需要进行全方位的数值分析来获得准确的实验数据。

二、数值分析的优势和步骤数值分析是通过数学模型和计算机仿真来研究轮胎动态特性的有效方式。

与传统的试验方法相比，它具有以下优势：1.节约成本。

数值分析不需要进行实物制造和试验调整，只需要在计算机上进行模拟和仿真，成本大大减少。

2.缩短周期。

试验过程需要很长时间才能得到结果，而数值分析可以快速得到数据，在缩短周期的同时提高效率。

3.多样性。

在模拟试验时可以进行多次轮胎参数调整，不会受到时间和成本的限制，可以得到更加全面的数据结果。

数值分析的步骤主要包括：建立数学模型、计算和仿真、分析和评估。

首先需要确定轮胎的结构和性能参数，然后建立数学模型并确定计算方法和计算参数，最后进行计算和仿真测试并对数据结果进行分析和评估。

三、数值分析的具体过程——以轮胎热性能为例以轮胎热性能为例，介绍数值分析的具体过程。