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锐志论坛 >  轮胎侧偏特性与车辆弯道操控能力的关系

发表于 2010-05-31 19:33    IP属地:未知

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轮胎侧偏特性与车辆弯道操控能力的关系
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汽车高速过弯,如同一个物体围绕某个圆心旋转,必然产生一个向外的离心力,这个力和车重及车速的平方成正比,
显然,如果没有另一个力,和离心力大小相等方向相反的话,车就不能完成过弯,要飞出去了.
汽车和地面接触只有四个轮胎,显然,上面说到的这个抵抗离心力的力,必然要由轮胎来产生.
通俗点说,这就是轮胎的横向抓地力,四轮的横向抓地力之和,就是大小等同离心力,方向和离心力相反,向车内侧.
弯道受力图
[ 本帖最后由 奸商伪车迷 于 2010-7-9 19:27 编辑 ]



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发表于 2010-05-31 19:36    IP属地:未知

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轮胎如何产生这个横向力?(下面改称侧偏力)
两个来源:
1,轮胎的侧向滑动(侧偏角)
2,轮胎的侧向倾斜(车轮外倾角)
实际情况都是上述两者之和,请记住这点.
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发表于 2010-05-31 19:40    IP属地:未知

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下面先说第1点:轮胎的侧向滑动(侧偏角
1930年德国人Formm和法国人Broulhiet发现了轮胎侧偏角现象,即“弹性偏离”。在受到侧向力(离心力)时,地面提供一个侧向附着力即侧偏力(cornering force)与之抗衡,即使该外界侧向力并未达到轮胎侧向附着力的极限,也会发生轮胎侧偏的情况,此时轮胎的前进方向偏离原行驶方向,与轮胎旋转面成一定角度,该角度称为侧偏角
轮胎的侧偏效应在汽车动力学里具有至关重要的作用,轮胎侧偏效应产生的侧偏力是汽车能转弯的原动力,汽车高速转弯的离心力不能超过四个轮胎所能产生的侧偏力总和.
侧偏力的产生
如图
[ 本帖最后由 奸商伪车迷 于 2010-5-31 23:38 编辑 ]



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发表于 2010-05-31 19:45    IP属地:未知

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注意,侧偏角并不等于转向角,两者关系见下图:
[ 本帖最后由 奸商伪车迷 于 2010-5-31 19:57 编辑 ]



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发表于 2010-05-31 20:18    IP属地:未知

这其实就是胎面有侧向变形,每个单位微元在接触区内向后移动,侧向力逐渐增大,直到某一点,微元所承受的侧向力超出路面所能提供的摩擦力,滑动开始出现,下面这个图有助于观察,按颜色深浅分了三个区,最深的就是饱和区,全部是滑动区域



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发表于 2010-05-31 20:29    IP属地:未知

研究表明,对任何轮胎,都可以获得以下的侧偏力和侧偏角度曲线图
侧偏力随侧偏角变大而增大,在0-10度范围
超过10度之后,随着滑动区的增加和扩大,能产生的侧偏力就不再线性增加
再进一步增大侧偏角,侧向力反而下降,因为滑动区全部占领了整个胎面,轮胎将失去抓地力只剩下滑动摩擦了,和抱死的车轮特性相似
所以所有的轮胎,都存在这样的一条侧偏力和侧偏角度曲线,但可惜的是,具体数据这是轮胎厂商的核心机密,几乎从不公开
[ 本帖最后由 奸商伪车迷 于 2010-5-31 23:38 编辑 ]



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发表于 2010-05-31 20:43    IP属地:未知

侧偏刚度的概念
现在,决定车辆操纵稳定性的最重要参数出来了,就是轮胎侧向力-侧偏角曲线起始阶段的斜率
称为侧偏刚度(cornering stiffnes) ,物理意义就是:
轮胎每侧偏一个角度能产生的侧偏力大小
重要吗?当然很重要,这决定了车辆的弯道极限。
就是上图中的斜率Ca
影响侧偏力和侧向刚度的因素见下图;


显然,径厚比越小,胎壁越薄,同样材质下,每一度侧偏角获得的侧偏力就越大

比如235/40/18的高宽比为40,肯定就比215/60/16的径厚比为60,那同样材质下,前者能提供的侧向力就比后者大得多.

这就是改装车,性能车都要安装径厚比很低的轮胎的原因,也是高性能轮胎的高宽比都是45以下的原因,胎厂也没法造出来啊~F1用胎除外
[ 本帖最后由 奸商伪车迷 于 2010-5-31 23:41 编辑 ]



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发表于 2010-05-31 20:57    IP属地:未知

轮胎的侧偏刚度取决于轮胎尺寸/帘布层的层数/帘布方向角/轮胎宽度/胎面材料设计
对一个给定的轮胎,排除掉生产工艺材料的因素,侧偏刚度又和什么关系最大?这才是我们最关心的
研究的结果表明:
垂直负荷和充气压力是最重要的参数
先看垂直负荷



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发表于 2010-05-31 21:05    IP属地:未知

把侧偏刚度除于垂直载荷,得到另外一个重要参数:侧偏系数
即:轮胎在每度侧偏角和每公斤负荷下能产生多大的侧向力
这个概念乘上车重,就能知道,轮胎能产生多少侧向力
高宽比为60的子午线胎的侧偏系数为0.3
就意味着在1度的侧偏角下能产生相当于轮胎负荷的30%的侧偏力,如轮胎负荷为400公斤,则能产生120公斤的侧向力来抵抗离心力
而高宽比为35甚至30的侧偏系数就更高了,可以达到0.4以上
这就是高宽比小的轮胎能带来更大抓地力的原因
[ 本帖最后由 奸商伪车迷 于 2010-5-31 21:06 编辑 ]
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发表于 2010-05-31 21:17    IP属地:未知

但不要盲目认为一味加大垂直载荷能加大侧向力
垂直载荷加大后,峰值摩擦系数和滑动摩擦系数未能成比例增加,超过标定负荷时,要下降
正是由于两个因素的共同作用,侧偏刚度随着垂直负荷的增大在达到标定负荷后将不再上升



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