車輪動態(tài)載荷沖擊過程建模研究

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1、—————————————————————車輪動態(tài)載荷沖擊過程建模研究—————————————————————StudyonTireDynamicForceduringImpactProcess作者姓名：馬文俊專業(yè)名稱：車輛工程指導(dǎo)教師：管欣教授學(xué)位類別：工學(xué)碩士答辯日期：2015年5月24日摘要車輪動態(tài)載荷沖擊過程建模研究汽車車身和底盤結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中主要的邊界輸入是車輪動態(tài)載荷。汽車在不平路面上行駛時，輪胎受到地面的沖擊作用，地面沖擊作用力經(jīng)過輪胎胎體的彈性濾波和幾何濾波效應(yīng)傳遞至輪軸。現(xiàn)有的用于不平路面仿真的輪胎包絡(luò)模型，以等效路形作為輪胎模型的輸入，需要根據(jù)仿真路

2、徑提前預(yù)處理，且多為單點接觸；其它的輪胎模型多為基于結(jié)構(gòu)建模，如FTire輪胎模型沒有考慮胎面受到的沖擊接觸力。因此，建立更為準確的包絡(luò)效應(yīng)，且描述輪胎與地面之間的沖擊接觸過程，是車輪動態(tài)載荷沖擊過程模擬的關(guān)鍵。本文圍繞車輪動態(tài)載荷沖擊過程建模這一要點，在廣泛調(diào)研輪胎與路面接觸模型的基礎(chǔ)上，將探索的重點集中于實現(xiàn)縱向包絡(luò)效應(yīng)的車輪模型的建立，主要包含以下三個方面：首先，探索將物理碰撞模型引入輪胎的沖擊接觸過程，通過建立胎面沖擊模型，精確描述地面接觸力；其次，為了更為準確地模擬輪胎的包絡(luò)效應(yīng)，通過將胎體離散，建立周向柔性環(huán)輪胎模型；最后，研究了多點接觸探測算法，通過接觸點檢

3、測模型，確定接觸點的位置以及胎面接觸力矢量方向?；谏鲜龅谋尘昂蛦栴}，本論文的主要研究內(nèi)容如下：1、物理碰撞接觸模型研究。結(jié)合前期調(diào)研情況，本文探索將物理碰撞接觸模型引入胎面力的求解，研究比較恢復(fù)系數(shù)法、解析式法及有限元法三種不同接觸力求解方法。恢復(fù)系數(shù)法將沖擊接觸過程認為是瞬間完成，沖擊接觸力為無窮大，只能表達接觸前后速度的變化；解析式法利用兩物體之間的表面接觸剛度計算沖擊接觸力；有限元法將兩個接觸物體接觸表面劃分為網(wǎng)格和節(jié)點，利用檢測模型檢測節(jié)點和網(wǎng)格接觸情況，并對所有的接觸力求和。有限元法是當(dāng)前研究碰撞接觸的成熟方法，但計算量大不能保證實時性的問題?；诖吮疚臄M采用

4、解析式法計算胎面沖擊接觸力。2、沖擊接觸點檢測算法研究。接觸過程中涉及到另一個重要的研究問題是確定接觸力作用點位置以及力的矢量方向，即沖擊接觸點的位置及方向檢測。本文中使用射線探針的方法進行碰撞接觸檢測，在輪心處發(fā)射射線，通過計算射線與路面的I交點確定接觸點的位置及路面法向量。從而實現(xiàn)胎體多點接觸，確定輪胎接觸印跡。3、建立多印跡塊柔性胎體輪胎模型。本文重點考慮輪胎對路面的縱向包絡(luò)效應(yīng)，因而將胎體沿圓周方向離散成多個質(zhì)量單元，并建立胎體質(zhì)量單元的動力學(xué)模型。胎體質(zhì)量單元之間采用徑向彈簧阻尼描述胎體內(nèi)部剪切效應(yīng)；胎體質(zhì)量單元與輪輞之間通過氣壓相互作用，利用氣體壓力的變化描述

5、胎體的彈性濾波效應(yīng)；每個接地胎體質(zhì)量單元依據(jù)靜動摩擦模型計算地面縱向摩擦力，當(dāng)印跡塊與地面有相對滑移速度時，依據(jù)摩擦模型計算地面對印跡塊的縱向作用力，且路面摩擦系數(shù)考慮印跡滑移速度影響；當(dāng)印跡塊與地面沒有相對速度時，依據(jù)印跡塊受到的縱向主動力確定地面作用力，綜合接地印跡塊縱向受力及徑向受力表達輪軸受到的動態(tài)載荷。最終建立胎體徑向動力學(xué)，實時計算柔性胎體的變形，進而表達輪胎對路面的包絡(luò)效應(yīng)，通過探測接觸路面法向量確定胎面接觸力的方向，對輪胎滾過典型不平路面胎面受到的地面接觸力仿真計算，并與單點接觸模型進行了對比驗證，實現(xiàn)了輪胎縱向包絡(luò)效應(yīng)。關(guān)鍵詞：輪胎模型，包絡(luò)，沖擊載荷，

6、物理碰撞模型，接觸點檢測IIABSTRACTStudyonTireDynamicForceduringImpactProcessWheeldynamicloadisthemainboundaryinputofautomotivebodyandchassisstructureoptimizationdesign.Whenthecardrivingonroughroads,impactforceeffecttire.Groundimpactforcetransferredtotheaxlethroughtirecarcasselasticfilteringandgeometr

7、icfiltering.Existingenvelopetiremodelofunevenroaduseequivalentwayshapeasinput,whichrequirepretreatmentinadvancebasedontheknownsimulationpath.Mainlyofthemissinglepointcontact.Othertiremodelsbasedonstructural,suchasfiniteelementmethodcanachievemanycontactpointwiththeg