利用试验模态参数对试验场仿真轮胎模型的建模研究

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轮胎力学特性的建模是车辆动力学研究中的重点和难点。本文首次研究了利用试验模态参数建立轮胎的静包容特性模型,对所建模型进行定量分析和试验验证,并进一步建立了轮胎不平路面动特性的时域仿真模型。其目的是为建立和发展当前国际上用于虚拟试验场仿真(VPG,VirtualProvingGround)的轮胎模型打下良好的基础。 在对轮胎进行自由悬置的激振试验,测取了700Hz以下的径向和切向模态参数的基础上,重点对轮辋约束条件对所测取模态参数的影响做了试验和理论的研究。利用胎体及胎面的变形方程及轮胎的模态参数推导出轮胎静包容特性模型,得到垂直轴荷、水平轴荷等基本特性的理论表达式。为适应描述轮胎与任意不平路面的接触问题,模型中引入了胎体单元的转角位移。对轮胎包容特性进行了大量系统的试验研究,并在此基础上对所建静包容特性模型进行了定量分析和试验验证。分析结果表明,对模态截取的扩阶与胎侧非线性弹性特性的考虑是使轮胎垂直特性建模达到定量准确必不可少的,其中胎侧的非线性弹性特性起着更为重要的作用。 在静态包容特性建模和定量分析的基础上,对轮胎不平路面滚动动态响应进行了研究。采用模态坐标的积分方法推导了轮胎不平路面动特性仿真的时域模型。对轮胎准静态包容特性的计算与专门在轮胎试验台上得到的试验结果符合地较好。鉴于在国内条件下暂无法进行高速滚动特性试验,将轮胎以不同速度滚过障碍物时的动态模拟结果与IAVSD组织的TMPT项目中的子午线轮胎的试验结果进行比较,两者在定性上有相当好的一致性。文中并利用所建模型展示了轮胎试验台特性对轮胎动态响应的影响。 本文不仅成功地实现了利用模态参数对轮胎不平路面动力学特性的建模,而且由于建模方法的科学性,所建模型可以对轮胎不平路面的动力学特性做深入探讨。研究表明,利用试验模态参数建立轮胎模型的方法具有一系列的优越性。
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