滾動(dòng)汽車輪胎自激振動(dòng)仿真及其影響因素分析_圖文

1、 第4 期 表4 左曙光等： 滾動(dòng)汽車輪胎自激振動(dòng)仿真及其影響因素分析 載荷變化而其他參數(shù)不變時(shí)的自激 23 （“ ” 振動(dòng)頻率 表示沒出現(xiàn)自激振動(dòng)） Tab 4 Values of the tire self vibration frequencies with the change of load while other parameters denotes that there is no selfvibration） keep constant （ “ ” 載荷 / N 自激振動(dòng) 頻率 / Hz 2 000 表5 3 000 279 4 4 000 276 5 000 274 5 6

2、000 275 9 圖 15 為不同車速下的 K 值， 由圖可知， 汽車的行 車速 駛速度對于輪胎胎面的自激振動(dòng)有著重要影響， 不同， 自激振動(dòng)產(chǎn)生與否以及自激振動(dòng)的強(qiáng)弱程度均 只 有 當(dāng) 車 速 在 60 210 有所不 同。 在 表 2 參 數(shù) 下， km / h范圍內(nèi)時(shí) ， 輪胎胎面才能產(chǎn)生自激振動(dòng) ， 車速過 在自激振動(dòng)的車速 低或者過高時(shí)均不能產(chǎn)生 。 同時(shí) ， 范圍內(nèi) ， 隨著車速的增加 ， 自激振動(dòng)先越來越劇烈 ， 在 達(dá)到一定 車 速 時(shí) （ 本 仿 真 條 件 下 ， 車 速 大 約 在 150 km / h ） ， 再隨著 車 速 的 增 大 ， 自激振動(dòng)劇烈程度越來 越低

3、 ， 直到輪胎胎 面 自 激 振 動(dòng) 消 失 ， 這與實(shí)際情況基 本一致。 2 2 3 汽車載荷對輪胎自激振動(dòng)的影響 為了研究汽車實(shí)際運(yùn)行中的載荷大小對于輪胎的 自激振動(dòng)有著怎樣的影響， 下面將選取汽車常用的載 荷工況進(jìn)行對比仿真分析。 仿真中的載荷變化情況見 表 8。 圖 16 為不同載荷下的 K 值， 由圖可知， 汽車的載 荷條件對輪胎胎面的自激振動(dòng)有著重要影響， 在一定 工況和參數(shù)條件下， 隨著載荷的增加， 輪胎胎面的自激 振動(dòng)劇烈程度有增大趨勢。 所以車輛在實(shí)際行駛中， 以滿載或超載工況行駛的時(shí)間和路程越長， 輪胎的多 ， 邊形磨損越嚴(yán)重 已經(jīng)產(chǎn)生多邊形磨損的輪胎的報(bào)廢 速度也越快。

4、表8 仿真用載荷 Tab 8 Simulation load used 仿真載荷 / N 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000 前束角變化而其他參數(shù)不變時(shí)的自激 （“ ” 振動(dòng)頻率 表示沒出現(xiàn)自激振動(dòng)） Tab 5 Values of the tire selfvibration frequencies with the change of car toein angle while other parameters denotes that there is no selfvibration） keep constant （ “ ” 前束角 / deg 0 1 0 2

5、0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 自激振動(dòng) 273 4 278 1 275 5 279 3 280 1 頻率 / Hz 表6 0 8 外傾角變化而其他參數(shù)不變時(shí)的自激振動(dòng)頻率 Tab 6 Values of the tire selfvibration frequencies with the change of camber while other parameters keep constant 外傾角 / deg 0 8 自激振動(dòng) 278 3 頻率 / Hz 1 0 283 3 1 2 278 5 1 6 280 1 1 8 279 5 2 2 1 自激振動(dòng)強(qiáng)弱指標(biāo) K 為了易于研

6、究輪胎自激振動(dòng)隨車速的變化趨勢， 這里定義一個(gè)能反映自激振動(dòng)強(qiáng)弱的系數(shù) K ， 即： K = 100 PSD（ seff excited vibration occurs） 0 （ no seff excited vibration） 式中 PSD 為輪胎在自激振動(dòng)頻率（ 或共振頻率） 處的功 率譜密度， 當(dāng)輪胎不產(chǎn)生自激振動(dòng)時(shí)， 定義 K = 0 ； 當(dāng)輪 K 值越大則表示自激振動(dòng)越劇烈。 胎產(chǎn)生自激振動(dòng)時(shí)， 2 2 2 汽車行駛車速對輪胎自激振動(dòng)的影響 考慮到輪胎的多邊 形 磨 損 主 要 出 現(xiàn) 在 高 速 公 路 所以在仿真過程中， 車速值不小于 30 km / h； 同時(shí)考 上， 慮

7、到實(shí)際中汽車的行駛速度范圍， 車速值也沒有必要 取得過大， 這里選取的車速值不大于 250 km / h， 仿真車 速見表 7 。 表7 仿真用車速 Tab 7 Simulation velocity used 1 仿真車速 / （ kmh ） 圖 16 載荷對輪胎自激振動(dòng)的影響 Fig 16 Impact of load on tire selfexcited vibration 2 2 4 210 250 汽車前束角對輪胎自激振動(dòng)的影響 30 60 90 120 150 180 為了保證汽車具有良好的轉(zhuǎn)向特性和行駛特性， 汽車轉(zhuǎn)向輪設(shè)置有車輪外傾角 、 車輪前束角 、 主銷內(nèi) 傾角和主銷后

8、傾角 等 四 個(gè) 定 位 參 數(shù) 。 由 于 定 位 參 數(shù) 特別是車輪外傾角和前束角的存在 ， 給汽車輪胎的實(shí) 際行駛狀態(tài)帶來了較大的影響 。 試驗(yàn)表明 ， 汽車輪胎 的快速磨損和畸形磨損有相當(dāng)一部分是由于車輪外 傾角 、 前束角的大小匹配不合理造成的 。 下面將分析 圖 15 車速對輪胎自激振動(dòng)的影響 Fig 15 Impact of speed on tire selfexcited vibration 汽車前束角對輪胎自激振動(dòng)的影響規(guī)律 ， 所用參數(shù)見 表 9。 24 表9 仿真用前束角 振 動(dòng) 與 沖 擊 2012 年第 31 卷 Tab 9 Simulation toein ang

9、le used 仿真前束角 / deg 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 3 結(jié) 論 （ 1 ） 輪胎胎面自激振動(dòng)屬于“硬自激振動(dòng) ” ， 即只 行駛車速、 輪胎載荷以 有在滿足一定條件下才會(huì)出現(xiàn)， 及汽車 的 前 束 角 和 外 傾 角 等 都 是 比 較 重 要 的 影 響 因素； （ 2 ） 一定參數(shù)條件下， 只有當(dāng)車速在一定范圍內(nèi) 時(shí)， 輪胎胎面才能產(chǎn)生自激振動(dòng)， 車速過低或者過高均 前束角對自激振動(dòng)的影響與車速類似， 兩者 不會(huì)產(chǎn)生， 都有一個(gè)對應(yīng)于自激振動(dòng)的取值范圍 ； （ 3 ） 在大載荷條件下， 胎面自激振動(dòng)比較劇烈， 輪 胎的多邊形磨損也會(huì)比較嚴(yán)

10、重。 圖 17 前束角對輪胎自激振動(dòng)的影響 Fig 17 Impact of toein angle on tire self excited vibration 圖 17 為不同前束角下的 K 值， 由圖可知， 汽車的 前束角對輪胎自激振動(dòng)的影響比較突出， 在本文的仿 真參數(shù)條件下， 當(dāng)汽車的前束角在 0 2 0 6 deg 范圍 內(nèi)時(shí)， 輪胎產(chǎn)生自激振動(dòng)， 且在該范圍內(nèi)隨著前束角的 增大， 自激振動(dòng)的劇烈程度以大約 0 5 deg 為界限， 先 再逐漸減小。 前束角過小或過大時(shí)， 輪胎胎 逐漸增大， 面并不產(chǎn)生自激振動(dòng)， 這與實(shí)際情況相吻合。 2 2 5 汽車外傾角對輪胎自激振動(dòng)的影響 汽

11、車外傾角也會(huì)對輪胎自激振動(dòng)產(chǎn)生影響， 下面 將分析汽車外傾角對輪胎自激振動(dòng)的影響規(guī)律， 所用 參數(shù)見表 10 。 圖 18 為不同外傾角下的 K 值， 由圖可知， 輪胎胎 面的自激振動(dòng)對汽車的外傾角的敏感程度雖然并不如 前束角那么強(qiáng)烈， 但也不能忽視。 在一定的外傾角范 圍內(nèi)， 隨著外傾角增大， 輪胎自激振動(dòng)有加劇趨勢， 當(dāng) 外傾角達(dá)到一定值后， 輪胎胎面的自激振動(dòng)將不再隨 外傾角的增大而加劇， 而是有所下降。 所以合理的選 也可以在一定程度上控制輪胎的自 取車輪的外傾角， 進(jìn)而抑制輪胎的多邊形磨損。 激振動(dòng)， 表 10 仿真用外傾角 根據(jù)以上分析， 本文提出以下控制輪胎自激振動(dòng) 及輪胎多邊形

12、磨損的策略： （ 1 ） 盡量避開能夠產(chǎn)生自激振動(dòng)的行駛車速范 圍， 避免長時(shí)間大負(fù)荷超載行駛， 合理調(diào) 整 汽 車 前 束 角、 外傾角等參數(shù)， 盡量避開易導(dǎo)致發(fā)生 自 激 振 動(dòng) 的 范圍； （ 2 ） 其他控制策略： 從輪胎的結(jié)構(gòu)和材料入手， 研 究并改善輪胎的自激振動(dòng)特性， 以降低多邊形磨損。 參 考 文 獻(xiàn) 1 龔慶壽 機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的自激振動(dòng) J 湖南工程學(xué)院學(xué) 2002 ， 12 （ 3 ） ： 43 44 報(bào)， 2 McMillan A J A nonlinear friction model for selfexcited vibrationsJ Journal of Soun

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