当前课程知识点：汽车理论 > 第五章：汽车的操纵稳定性 > 知识点5.3：轮胎的侧偏现象 > 轮胎的侧偏现象
同学们 大家好
下面介绍第五章
汽车操纵稳定性的知识点 5.3
轮胎的侧偏特性
轮胎的侧偏特性
是轮胎力学特性的
非常重要的部分
它也是研究汽车操纵稳定性的基础
因为我们在研究
汽车的动力性 制动性的时候
实际也都涉及到轮胎的特性
它基本上都是轮胎的纵向特性
轮胎的侧偏特性
实际主要是介绍了汽车
轮胎的侧向特性
就是轮胎和路面之间
有侧向力相互作用的时候特性
在这里边主要介绍内容
首先介绍一下轮胎的坐标系
第二介绍一下轮胎的侧偏现象
就是侧偏力和侧偏角的
这样一些曲线
然后介绍一下轮胎的结构参数
对轮胎特性的影响
同时介绍一下回正力矩
还有有外倾角的时候
轮胎的一些滚动的特性
我们首先介绍一下
轮胎的坐标系
轮胎的坐标系就如图所示
首先要有一个轮胎的平面
所谓的轮胎平面
也就是垂直于旋转轴线
也就是车轮的旋转轴线的
车轮的中心平面
中分平面
把它称之为车轮平面
有了车轮平面
我们就要在这个基础上
来定义轮胎坐标系
轮胎的车轮平面和地平面交线
它形成了X轴
这个X轴指向汽车前进的方向为正
然后Z轴它实际上是垂直于路面
垂直于路面
然后指向上方为正
指向上方为正
原点经常也就是
轮胎的接地中心
它的y轴
它是按照右手坐标系
这样的话
当我们朝前方行驶的时候
y轴指向左方
这样为它的这种正方向
当然在轮胎坐标系里边
有两个重要的角度
一个就是车轮的外倾角
一个车轮外倾角
车轮外倾角
实际也就是车轮平面
和轮胎坐标系X O Z
平面的夹角
这个夹角的正方向
是这样来定义的
从X O Z平面转到车轮平面
形成的夹角
绕着X轴 它假如是正的
那么就是正的外倾角
当然另一个重要的角度呢
就是轮胎的侧偏角
轮胎的侧偏角是这样来定义的
就是轮胎实际的行驶方向
那么它会有一个方向
也就是汽车轮胎实际行驶的方向
和它X轴的夹角
那么就是轮胎的侧偏角
轮胎侧偏角的正方向的定义呢
就是从X轴 然后转到你的
这种侧偏角的方向
形成的夹角的方向
假如是绕着Z轴的
那么它就是正的侧偏角
然后是Z轴相反方向
那么它就是负的侧偏角
当然在轮胎坐标系里边
它也有三个力和三个力矩
沿着X轴的力叫做纵向力
沿着垂直轴的力叫垂直力
沿着y轴的力叫做侧向力
当然绕着X轴的力矩
我们正常把它叫做
倾翻力矩
绕着Z轴的力矩
把它称为回正力矩
绕着y轴的力矩
我们把它称之为滚动阻力矩
基本上就是轮胎坐标系
汽车在行驶过程当中
当车轮中心沿着y轴方向
作用有侧向力的时候
相应的一般来讲在地面上
它也就会有地面反作用力
这个Fy
当有地面侧向反作用力的时候
我们这个时候
假如车轮是刚性的
它可能会有两种情况的发生
实际我们的车轮还是弹性的
我们先介绍
在刚性车轮的情况下
它的两种情况
一个就是我们的侧向力
没有超出附着极限
没有超出它和路面的附着极限
这时候车轮与地面之间
它还是沿着直线行驶
它不会有任何的反应
不会有任何的反应
这是在刚性车轮的情况下
比如像我们的火车车轮
在铁轨上行驶的时候
它实际上就是这种情况
当然在另外一种情况下
当我的侧向力超出了附着极限
我们就会产生侧向滑动
这个时候车轮实际行驶方向
除了原来纵向行驶速度以外
这时候还有一个侧向行驶速度
这时候它合的速度方向
就会偏离出一个角度
就是刚性车轮的情况下
但是实际我们的汽车
在有侧向弹性的情况下
我们这个车轮
它行驶就会发生一些变化
左边这个图
就是车轮它静止在那里
静止在那里
当受到地面侧向力的作用的时候
那么我们就会发现
它原来的车轮平面的轴线
CC这个轴
实际接地印记的轴
就会和它偏离出一段的距离
就会偏离出一段的距离叫做Δh
当然是在车轮不滚动的情况下
当一个车轮往前滚动的时候
它不仅仅会偏离出一段距离
同时它还会沿着某一个角度
来去行驶
这就是说
没有达到附着极限的时候
就是侧向力 只要有侧向力
你就会有一定的角度
产生这个角度的机理是什么
我们这边画了一个轮胎圆的车轮
当我们在车轮上
从接地点开始
标注上A0 A1 A2 A3 A4的时候
那么我们当正对着轮胎的时候
这A0 A1 A2 A3 A4
它实际上在这上面
就会形成了一条曲线
形成一条曲线
当我们车轮往前滚动的时候
实际上从A0 A1 A2 A3 A4
它就会逐渐的落在地平面上
形成了这A'0
A'1 A'2 A'3 A'4
因此它偏离了原来的方向
形成了夹角
形成了夹角α
我们把这个夹角称之为侧偏角
也就是说对于一个
有弹性的轮胎来讲
当它向前滚动的时候
受到侧向力的情况下
它不仅仅会偏出一段的距离
它还会形成一定的角度
这个现象
一般把它称之为侧偏现象
我们这个图上
实际上就是一个
侧向力随着侧偏角的变化
这么一个曲线
这个侧向力我们图上
横坐标是侧偏角
纵坐标当然是侧向力
是一个侧向力
大家可以看到
当侧偏角比较小的时候
比如在3°以下
曲线几乎是线性增长的
几乎是线性增长的
随着侧偏角的增大
它增长的斜率
逐渐逐渐就变小
增长斜率逐渐逐渐就会变小
达到一定角度以后
比如到了10°以后
随着侧偏角的增大
侧向力基本上也就不增加了
基本上也就不增加
这条曲线呢
基本上就是一个典型的
侧向力侧偏角的曲线
当然轮胎的最大的侧向力
比如像我们刚才那个轮胎
到了10°左右
它的侧向力基本就不增加了
也就最大的侧向力
它实际上是取决于附着条件的
你假如我要是在一个冰面上
你很可能到了3、4°
那么它也就不再增加了
它当然附着条件
它一个是取决于垂直载荷
另一个取决于轮胎胎面
和路面的附着的状况
和附着状况
它比如说有花纹
有什么材料
比如说胎面胶
你的天然胶成分多
还是合成胶成分多等等
也都有很大的原因
除此之外呢
比如说像充气压力
还有结构 你到底是斜交胎
还是子午线轮胎等等
另外路面
路面的材料结构
对它影响也非常大
比如你是很好的混凝土路面
还是沥青路面
还是在湿滑的路面
还是冰的路面等等
另外车轮的外倾角
对它也有一定的影响
一般来讲最大的侧向力越大
它的极限性能也就会越好
能够承受的侧向加速度
相对来讲也就会更大一些
一个轮胎
它除了有侧向力
侧偏角特性以外
实际上它还有
在这个过程里边
它还会有回正力矩
它还会产生回正力矩
轮胎发生侧偏的时候
这个作用在轮胎上
绕着O Z轴它会有力矩的作用
我们把它称之为回正力矩
当然回正力矩产生的机理
基本上是像图所示的这样
当一个轮胎不往前滚动的时候
那么我们受到侧向力的情况下
只是平移的一段距离
因此在接地的面上以微圆
轮胎的微圆结构
就会看到它的侧向力的分布
当然是这种前后对称的分布
这个时候当然不会有回正力矩
当我们一个轮胎
在向前滚动的时候
比如车轮
就是由上往下滚动的时候
往前走的时候
那么我们最开始
接触轮胎地面的那一点
它实际还是不受侧向力的
然后随着往后推移
我往前滚动的时候
它在地接触面上
逐渐的有了一定的历程以后
那么它这个时候
才会产生侧向变形
因此它的侧向力的分布
也是前边小后边大的
就像侧向力的分布
它实际这个时候
它尽管是合力大小不变
但是它合的侧向力
它实际就是在轮胎的
接地印迹中心后方的
就会形成力矩
这个力矩由于是和
它总是希望把这车轮回正
把车轮 当你转向
比如像我向右转向的时候
那么回正力矩
就总是往左的
总是希望把车轮
回正到原来不转向的位置上了
因此力矩
也把它称之为回正力矩
当我们侧向力
实际上在路面上
附着它也是有极限的
因此当我们在路面上
附着到了一定的极限的情况下
它也就不增长了
因此我们的回正力矩
并不是说随着侧偏角的增大
一直是增大的
最后增加到一定程度
它也就不增加了
曲线基本上
就是一个典型的
回正力矩随着侧偏角的变化的曲线
当然在图上
横坐标是侧偏角
纵坐标是回正力矩
大家可以看到
随着侧偏角的增大
最开始回正力矩是增大的
当侧偏角
达到了6°到8°区间的时候
它会增大到最大
然后随着侧偏角的增大
这回正力矩就下降了
它就会下降
并且通过曲线我们也可以看到
随着载荷的增大
回正力矩也就会增大
为什么呢
也就是载荷增大了
你的接地印迹也就长了
这个时候
当然你侧向力
向后偏移的程度也就会大
这样当然有比较大的回正力矩
一般来说呢
轮胎的气压低
接地印迹也会长
这个时候也会造成
比较大的回正力矩
除此之外
地面的切向反作用力
对回正力矩也有影响
一般来讲
随着驱动力的增加
那么这个时候
也会增大驱动力
这是由于纵向力
它实际也会产生绕着Z轴的力矩
它是把它叠加上了
也就是说在制动力的作用下
回正力矩呢
它实际上是不断减小的
到了一定制动力的时候呢
它也会下降为零
有关轮胎的侧偏特性
就介绍这么多的内容
-绪论
--默认
-知识点1.1：汽车动力性的评价
--视频-1.1
-知识点1.1：汽车动力性的评价--作业
-知识点1.2：汽车的驱动力
-知识点1.2：汽车的驱动力--作业
-知识点1.3：汽车的行驶阻力（1） 滚动阻力
-知识点1.3：汽车的行驶阻力（1） 滚动阻力--作业
-知识点1.4：汽车的行驶阻力（2）空气阻力
-第一章汽车的动力性-知识点1.4：空气阻力
-知识点1.5：汽车的行驶阻力（3）坡道阻力与加速阻力
-知识点1.5：汽车的行驶阻力（3）坡道阻力与加速阻力--作业
-知识点1.6：汽车行驶方程式与驱动力行驶阻力平衡图
-知识点1.6：汽车行驶方程式与驱动力行驶阻力平衡图--作业
-知识点1.7：汽车动力性评价指标的求解
-知识点1.7：汽车动力性评价指标的求解--作业
-知识点1.8：汽车行驶的附着条件
-知识点1.8：汽车行驶的附着条件--作业
-知识点1.9：汽车的附着力与地面法向反作用力
-知识点1.9：汽车的附着力与地面法向反作用力--作业
-知识点1.10：作用在汽车驱动轮的切向反作用力
-知识点1.10：作用在汽车驱动轮的切向反作用力--作业
-知识点1.11：汽车的附着率
--汽车的附着率
-知识点1.11：汽车的附着率--作业
-知识点1.12：汽车的功率平衡和动力特性图
-知识点1.12：汽车的功率平衡和动力特性图--作业
-知识点2.1：汽车燃油经济性的评价
-知识点2.1：汽车燃油经济性的评价--作业
-知识点2.2：汽车燃油经济性的计算
-知识点2.2：汽车燃油经济性的计算--作业
-知识点2.3：影响汽车燃油经济性的因素（1）
-知识点2.3：影响汽车燃油经济性的因素（1）--作业
-知识点2.4：影响汽车燃油经济性的因素（2）
-知识点2.4：影响汽车燃油经济性的因素（2）--作业
-知识点2.5：电动汽车的研究
--电动汽车的研究
-知识点2.5：电动汽车的研究--作业
-知识点3.1：汽车动力装置参数及其发动机功率的选择
-知识点3.1：汽车动力装置参数及其发动机功率的选择--作业
-知识点3.2：最小传动比和最大传动比的选择
-知识点3.2：最小传动比和最大传动比的选择--作业
-知识点3.3：传动系挡位数与各挡传动比的选择
-知识点3.3：传动系挡位数与各挡传动比的选择--作业
-知识点3.4：利用燃油经济性—加速时间曲线确定主减速器传动比
-知识点3.4：利用燃油经济性—加速时间曲线确定主减速器传动比--作业
-知识点3.5：利用燃油经济性—加速时间曲线确定变速器和主减速器传动比
-知识点3.5：利用燃油经济性—加速时间曲线确定变速器和主减速器传动比--作业
-知识点3.6：利用燃油经济性—加速时间曲线确定发动机、变速器和主减速器传动比
--利用燃油经济性—加速时间曲线确定发动机、变速器和主减速器传动比
-知识点3.6：利用燃油经济性—加速时间曲线确定发动机、变速器和主减速器传动比--作业
-知识点4.1：制动性的评价指标
--制动性的评价指标
-知识点4.1：制动性的评价指标--作业
-知识点4.2：制动时车轮的受力
--制动时车轮的受力
-知识点4.2：制动时车轮的受力--作业
-知识点4.3：硬路面的附着系数
--硬路面的附着系数
-知识点4.3：硬路面的附着系数--作业
-知识点4.4：制动效能及其恒定性
--制动效能的恒定性
-知识点4.4：制动效能及其恒定性--作业
-知识点4.5：制动距离的计算分析
-知识点4.5：制动距离的计算分析--作业
-知识点4.6：制动时汽车的方向稳定性
-知识点4.6：制动时汽车的方向稳定性--作业
-知识点4.7：制动时汽车的跑偏
--制动时汽车的跑偏
-第四章：汽车的制动性--知识点4.7：制动时汽车的跑偏
-知识点4.8：制动时汽车的侧滑和转向能力丧失
-知识点4.8：制动时汽车的侧滑和转向能力丧失--作业
-知识点4.9：前--后制动器制动力的比例关系
--知识点4.9：前--后制动器制动力的比例关系--作业
-知识点4.10：理想的前、后制动器制动力分配曲线
-知识点4.10：理想的前、后制动器制动力分配曲线--作业
-知识点4.11：具有固定比值的前、后制动器制动力与同步附着系数
-知识点4.11：具有固定比值的前、后制动器制动力与同步附着系数--作业
-知识点4.12：前、后制动器制动力比值固定的汽车在各种路面上的制动过程分析
-知识点4.12：前、后制动器制动力比值固定的汽车在各种路面上的制动过程分析--作业
-知识点4.13：利用附着系数与制动效率
-知识点4.13：利用附着系数与制动效率--作业
-知识点4.14：对前、后制动器制动力分配的要求
-知识点4.14：对前、后制动器制动力分配的要求--作业
-知识点4.15：汽车防抱死制动系统
--制动防抱死系统
-知识点4.15：汽车防抱死制动系统--作业
-知识点4.0：前四章知识总结
--前四章知识总结
-期中考试--期中考试
-知识点5.1：汽车操纵稳定性概述(1)研究的内容
-第五章--知识点5.1汽车操纵稳定性概述(1)研究的内容
-知识点5.2：汽车操纵稳定性概述(2)评价方法
-知识点5.3：轮胎的侧偏现象
--轮胎的侧偏现象
-第五章：汽车的操纵稳定性--知识点5.3：轮胎的侧偏现象
-知识点5.4：轮胎结构参数对侧偏特性的影响
-知识点5.4：轮胎结构参数对侧偏特性的影响--作业
-知识点5.5：车轮外倾角对轮胎侧偏特性的影响
-知识点5.5：车轮外倾角对轮胎侧偏特性的影响--作业
-知识点5.6：线性二自由度汽车操纵稳定性模型
-知识点5.6：线性二自由度汽车操纵稳定性模型--作业
-知识点5.7：前轮角阶跃输入下汽车的稳态响应
-第五章--知识点5.7：前轮角阶跃输入下汽车的稳态响应
-知识点5.8：稳态响应的评价方法
-知识点5.8：稳态响应的评价方法--作业
-知识点5.9：前轮角阶跃输入下汽车的瞬态响应
-知识点5.9：前轮角阶跃输入下汽车的瞬态响应--作业
-知识点5.10：瞬态响应的评价方法
-知识点5.10：瞬态响应的评价方法--作业
-知识点5.11：横摆角速度的频率响应特性
-知识点5.11：横摆角速度的频率响应特性--作业
-知识点5.12：汽车操纵稳定性与悬架的关系
-知识点5.12：汽车操纵稳定性与悬架的关系--作业
-知识点5.13：汽车的侧倾轴线
--汽车的侧倾轴线
-知识点5.13：汽车的侧倾轴线--作业
-知识点5.14：汽车的侧倾角刚度
--汽车的侧倾角刚度
-知识点5.14：汽车的侧倾角刚度--作业
-知识点5.15：汽车的侧倾角
--汽车的侧倾角
-知识点5.15：汽车的侧倾角--作业
-知识点5.16：侧倾导致左右车轮垂直载荷重新分配及其对稳态响应的影响
-知识点5.16：侧倾导致左右车轮垂直载荷重新分配及其对稳态响应的影响--作业
-知识点5.17：侧倾外倾与侧倾转向
-知识点5.17：侧倾外倾与侧倾转向--作业
-知识点5.18：变形转向与变形外倾
-知识点5.18：变形转向与变形外倾--作业
-知识点5.19：汽车操纵稳定性与转向系的关系
-知识点5.19：汽车操纵稳定性与转向系的关系--作业
-知识点5.20：转向盘中间位置操纵稳定性实验
-知识点5.20：转向盘中间位置操纵稳定性实验--作业
-知识点5.21：汽车操纵稳定性与传动系的关系
-知识点5.21：汽车操纵稳定性与传动系的关系--作业
-知识点5.22：地面切向反作用力控制转向特性简介
-知识点5.22：地面切向反作用力控制转向特性简介--作业
-知识点5.23：提高汽车操纵稳定性的电子控制系统
-知识点5.23：提高汽车操纵稳定性的电子控制系统--作业
-知识点5.24：汽车的侧翻
--汽车的侧翻
-知识点5.24：汽车的侧翻--作业
-知识点6.1：汽车的平顺性
--汽车的平顺性
-知识点6.1：汽车的平顺性--作业
-知识点6.2：人体对振动的反应
--人体对振动的反应
-知识点6.2：人体对振动的反应--作业
-知识点6.3：平顺性的评价方法
--平顺性的评价方法
-第六章：汽车的平顺性--知识点6.3：平顺性的评价方法
-知识点6.4：路面不平度的统计特性
-第六章：汽车的平顺性--知识点6.4：路面不平度的统计特性
-知识点6.5：空间功率谱密度化为时间功率谱密度
-第六章--知识点6.5：空间功率谱密度化为时间功率谱密度
-知识点6.6：汽车振动系统及其简化
-知识点6.6：汽车振动系统及其简化--作业
-知识点6.7：单质量系统的自由振动
-知识点6.7：单质量系统的自由振动--作业
-知识点6.8：单质量系统频率响应特性
-知识点6.8：单质量系统频率响应特性--作业
-知识点6.9：单质量系统对路面随机输入的响应概述
-第六章--6.9：单质量系统对路面随机输入的响应概述
-知识点6.10：单质量系统对路面随机输入的响应量的计算分析
-第六章-6.10：单质量系统对路面随机输入的响应量的计算分析
-知识点6.11：车身车轮双质量系统的振动
-知识点6.11：车身车轮双质量系统的振动--作业
-知识点6.12：双质量系统的频率响应特性
-知识点6.12：双质量系统的频率响应特性--作业
-知识点6.13：系统参数对双质量系统振动响应量的影响
-知识点6.13：系统参数对双质量系统振动响应量的影响--作业
-知识点6.14：主动与半主动悬架概述
-知识点6.14：主动与半主动悬架概述--作业
-知识点6.15：双轴汽车的振动
--双轴汽车的振动
-第六章：汽车的平顺性--知识点6.15：双轴汽车的振动
-知识点6.16：双轴汽车的频率响应特性
-知识点6.16：双轴汽车的频率响应特性--作业
-知识点6.17：双轴汽车振动响应量的计算
-知识点6.17：双轴汽车振动响应量的计算--作业
-知识点6.18：人体—座椅系统的振动
-知识点6.18：人体—座椅系统的振动--作业
-知识点6.0：第五、六章知识总结
-期末考试--考试入口
