ADAMS輪胎模型簡介

1、詳細(xì)介紹輪胎模型， 主要是自己做課題時，用到的整理匯總出來的，輪胎這部分的資料比較少的，記錄下來幫助大家一起學(xué)習(xí)一起進步； 主要分以下兩部分介紹 一、輪胎模型簡介輪胎是汽車重要的部件， 它的結(jié)構(gòu)參數(shù)和力學(xué)特性決定著汽車的主要行駛性能。 輪胎所 受的垂直力、 縱向力、 側(cè)向力和回正力矩對汽車的平順性、 操縱穩(wěn)定性和安全性起重要 作用。輪胎模型對車輛動力學(xué)仿真技術(shù)的發(fā)展及仿真計算結(jié)果有很大影響， 輪胎模型的精度 必須與車輛模型精度相匹配。 因此， 選用輪胎模型是至關(guān)重要的。 由于輪胎具有結(jié)構(gòu)的復(fù)雜 性和力學(xué)性能的非線性，選擇符合實際又便于使用的輪胎模型是建立虛擬樣車模型的關(guān)鍵。 一、 輪胎模型簡介

2、輪胎建模的方法分為三種：1）經(jīng)驗 半經(jīng)驗?zāi)Ｐ?針對具體輪胎的某一具體特性。目前廣泛應(yīng)用的有 Magic Formula 公式和吉林大學(xué)郭孔輝院士利用指數(shù)函數(shù)建立的描述輪胎六分力特性的統(tǒng) 一輪胎半經(jīng)驗?zāi)Ｐ?UniTire ，其主要用于車輛的操縱動力學(xué)的研究。2）物理模型 根據(jù)輪胎的力學(xué)特性，用物理結(jié)構(gòu)去代替輪胎結(jié)構(gòu)，用物理結(jié)構(gòu)變形 看作是輪胎的變形。比較復(fù)雜的物理模型有梁、弦模型。特點是具有解析表達式，能探討輪胎特性的形成機理。缺點是精確度較經(jīng)驗 半經(jīng) 驗?zāi)Ｐ筒?，且梁、弦模型的計算較繁復(fù)。3）有限元模型 基于對輪胎結(jié)構(gòu)的詳細(xì)描述 ,包括幾何和材料特性，精確的建模能 較準(zhǔn)確的計算出輪胎的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)

3、響應(yīng)。但是其與地面的接觸模型很復(fù)雜，占用計 算機資源太大，在現(xiàn)階段應(yīng)用于不平路面的車輛動力學(xué)仿真還不現(xiàn)實，處于研究階 段。主要用于輪胎的設(shè)計與制造二、 ADAMS/TIRE輪胎不是剛體也不是柔體， 而是一組數(shù)學(xué)函數(shù)。 由于輪胎結(jié)構(gòu)材料和力學(xué)性能的復(fù)雜性 和非線性以及適用工況的多樣性， 目前還沒有一個輪胎模型可適用于所有工況的仿真， 每個 輪胎模型都有優(yōu)缺點和適用的范圍。必須根據(jù)需要選擇合適的輪胎模型。ADAMS/TIRE 分為兩大類：一） .用于操穩(wěn)分析的輪胎模型魔術(shù)公式是用三角函數(shù)的組合公式擬合輪胎試驗數(shù)據(jù)， 用一套形式相同的公式完整地表達輪胎的縱向 力、側(cè)向力、回正力矩、翻轉(zhuǎn)力矩、阻力矩以

4、及縱向力、側(cè)向力的聯(lián)合作用工況，主要包括 以下的前四種模型。1） 魔術(shù)公式輪胎模型（MF Tyre）根據(jù)仿真工況的不同可在穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)之間切換模型， 考慮了輪胎高速旋轉(zhuǎn)時陀螺耦合、側(cè)偏和縱滑的相互影響，外傾對側(cè)偏和縱滑的影響。適用范圍：有效頻率到 8Hz，是點接觸模型，只能用于平路面（路面起伏的波長必須大于輪 胎的周長）。2）Pacejka89、Pacejka94 由提出者 Pacejka 教授根據(jù)其發(fā)布年命名的，是穩(wěn)態(tài)側(cè)偏模型，不能用于非穩(wěn)態(tài)工況。適用范圍：有效頻率到 0.5Hz ，當(dāng)與 2D 路面作用時是點接觸；當(dāng)與 3D 路面作用時，等效 貫穿體積的方法來計算垂直力，等效法假設(shè)輪胎胎體是

5、圓筒，必須在輪胎文件的形狀 模塊輸入了輪胎胎體橫剖面。3) PAC2002 模型 Pacejka 的后期發(fā)展 , PAC2002 和 MF Tyre 具有相同的功能， 但改善了 模型的翻轉(zhuǎn)力矩，已經(jīng)取代了MF Tyre。適用范圍：有效頻率到 8Hz ，主要用于操穩(wěn)的仿真分析。4) PAC MC模型，是專門用于摩托車輪胎模型，有效頻率到8Hz，適合于大外傾角的工況。5) Fiala 模型 是彈性基礎(chǔ)上的梁模型，不考慮外傾和松弛長度。當(dāng)不把內(nèi)傾角作為主要因 數(shù)且把縱向滑移和橫向滑移分開對待的情況下，對于簡單的操縱性分析可得到合理的結(jié)果。適用范圍：有效頻率到0.5Hz，可以用于二維和三維路面，當(dāng)與2

6、D路面作用時是點接觸；當(dāng)與 3D 路面作用時，等效貫穿體積的方法來計算垂直力。6) UA 模型 考慮了非穩(wěn)態(tài)效果，通過摩擦圓考慮了側(cè)偏和縱滑的相互影響，也考慮了外傾 和松弛長度，在只需要有限幾個參數(shù)的情況下，有非常好的精度。適用范圍：有效頻率到 8Hz，是點接觸模型，只能用于平路面(路面起伏的波長必須大于輪 胎的周長)。7) 5.2.1 輪胎模型 是 ADAMS 早期發(fā)布的輪胎模型，現(xiàn)已很少使用。 適用范圍：有效頻率到 0.5Hz 是點接觸模型，只能用于平路面。注： 5.2.1 輪胎模型使用的路面文件是特有的，不能被其他的操縱分析輪胎模型所識別。二) . 用于耐久性分析的輪胎模型三維接觸模型，

7、 考慮了輪胎胎側(cè)截面的幾何特性， 并把輪胎沿寬度方向離散， 用等效貫 穿體積的方法來計算垂直力，可以用于三維路面。該模型是一個單獨的License,但是如果用戶只購買 Durability TIRE ，只能用 Fiala 模型計算操穩(wěn)。 除了上述兩類模型以外,還有環(huán)模型,作為子午線輪胎的近似,研究輪胎本身的振動特性, 成為國際上仿真輪胎在短波不平路面動特性的主流模型, 是目前發(fā)展比較成熟和得到商業(yè)化 應(yīng)用的輪胎模型,其中具有代表性的是 F-tire 和 SWIFT 輪胎模型。1) .SWIFT 模型( Short Wave Intermediate Frequency TIRE Model )

8、SWIFT 模型是由荷蘭 Delft 工業(yè)大學(xué)和 TNO 聯(lián)合開發(fā)的,是一個剛性環(huán)模型,在環(huán)模 型的基礎(chǔ)上只考慮輪胎的 0階轉(zhuǎn)動和 1階錯動這兩階模態(tài), 此時輪胎只作整體的剛體運動而 并不發(fā)生變形。 在只關(guān)心輪胎的中低頻特性時可滿足要求。 由于不需要計算胎體的變形, 剛 性環(huán)模型的計算效率大大提高,可用于硬件在環(huán)仿真進行主動懸架和ABS 的開發(fā)。在處理面外動力學(xué)問題時, SWIFT 使用了魔術(shù)公式?？捎糜谘芯恳恍?fù)雜的工況 , 例如:不平路面的側(cè)偏和 ABS 制動。在處理輪胎 -地面的接觸問 題時 , SWIFT 采用了等效路形的方法,所用的等效路形是由一個專門的包容模型算出來的。 所以 ,

9、SWIFT 模型要自帶一個包容模型來提供等效路形,這也是它的缺點之一。適用范圍：有效頻率為 60-100HZ，可用于短波不平路面。注： SWIFT 模型所用到的路面模型要有合適的采樣間隔, 否則會應(yīng)用以內(nèi)插值替換的數(shù)據(jù), 采樣間隔一般為 0.10.2 m 或者更大。2) .ADAMS/TIREFTire 模型是由德國 Esslingen 大學(xué)的 Michael Gipser 領(lǐng)導(dǎo)的小組開發(fā)的。 從名字可以看 到它是基于柔性環(huán)模型,即它從本質(zhì)上來說是一個物理模型。FTire 模型發(fā)布在虛擬樣機軟 件 ADAMS 之中， 引起了廣泛的關(guān)注和討論。 它是兼顧了仿真精度和仿真速度的 2.5 維非線 性輪胎模型。自 ADAMS 11.0版本后，F(xiàn)Tire模型作為MSC官方推薦的用于車輛的平順性、 耐久性以及操縱性仿真分析的輪胎模型。 FTire 模型的主要結(jié)構(gòu)特征及特點有以下幾點：1) 彈性環(huán)不僅能描述輪胎的面內(nèi)振動， 也能描述輪胎的面外特性。 胎體沿著圓周方向離散， 需要時也可在胎體寬度方向離散， 胎體單元之間用彈簧相連， 在每個胎體單元上有一定數(shù)量 的胎面單元；2) 輪輞與輪胎用徑、切、側(cè) 3 個方向的