轮胎是汽车的重要组成部件,是车辆与地面之间力传递的唯一媒介。除了车身受到空气阻力外,汽车所有运动都是由作用于地面的旋转轮胎来完成的。然而,现代汽车在运动过程中会受到来自不良复杂路面的碰撞等情况,轮胎便会因此产生一定的侧倾角。侧倾角会引起轮胎印迹内胎面单元发生复杂变形,从而使得侧倾、侧偏以及纵滑的全复合工况成为研究轮胎力学特性的关键因素。当前关于实际轮胎大载荷时常出现的侧偏纵滑特性,以及大侧倾角下全复合工况的轮胎力学研究与建模依旧不是很完善。因此,考虑侧倾影响下复合工况轮胎稳态模型的构建也是一个难点问题。围绕上述问题,本文针对轮胎稳态模型展开了如下研究:1.阐述课题研究的背景和意义、轮胎力学特性与车辆动力学的关系及其分类,介绍了轮胎稳态模型国内外发展历史与研究现状。2.详细地介绍了轮胎稳态力学特性理论建模基础知识,包括轮胎印迹坐标系、轮胎模型输入与输出之间的关系、轮胎模型定义滑移率以及接地印迹内垂直压力分布。其次将轮胎物理结构进行简化,将胎面看作由一系列弹性刷毛组成,弹性集中于胎面,胎体视为刚性,从轮胎的变形机理出发,介绍了轮胎稳态刷子模型纵向力产生过程。将刷子模型和魔术公式的轮胎纵向力与滑动率关系预测结果进行对比。然而,刷子模型是基于弹性胎面刚性胎体的假设,对于弹性胎体的轮胎力学表达具有一定的局限性。3.建立了忽略弹性胎体变形的侧偏纵滑轮胎稳态刷子模型。侧偏纵滑复合工况下,假定刷子模型摩擦系数为常数,基于不同侧偏角下纵向滑移率与纵向力的关系。侧向力和回正力矩呈对称分布,大侧偏角下,回正力矩几乎趋近于零。随后考虑侧倾的影响,建立了考虑侧倾的轮胎稳态侧偏特性刷子模型。侧倾的存在会使得印迹内起滑点的位置发生改变,导致力和力矩曲线发生倾斜且呈现出不对称现象。在分析侧倾对侧偏特性的影响时,将侧向力分解为侧偏角所产生的侧向力与侧倾角所产生的侧向力之和,这样可以准确地分析侧倾侧偏时的回正力矩。4.考虑弹性胎体复杂变形,分析了各向异性刚度下总力方向变化原理,结合胎体复杂变形和局部侧倾变形,建立了侧倾工况下考虑胎体弹性的侧偏纵滑全工况轮胎稳态刷子模型,各个子工况轮胎力学特性进行了仿真分析。分析了胎体弹性和时变胎压对轮胎力学特性的影响:胎体变形会使印迹内应力方向发生变化。胎体的侧向弯曲弹性和扭转弹性会降低胎体的侧偏刚度,甚至会影响车辆的转向性能。在胎体弹性作用下纵向滑移率会对侧偏纵滑侧偏刚度产生一定的影响。侧倾导致印迹内合力点偏离原始印迹中心距离较大,回正力矩受到纵向力的影响会发生较大变化,由于胎体扭转弹性,使得复合工况下侧向力发生扭曲变形呈现出S形状。不同的胎压会表现出不同的力学特点,当载荷与侧倾角一定时,随着胎压逐渐增大,侧偏刚度随之减小,最大侧向力也随之减小。对于不同的载荷与侧倾角,随着胎压逐渐增大,回正力矩的最大峰值随之降低。5.使用自主设计加工制造装配的轮胎静态力学特性试验台架就所选215/65R16 98H轮胎测量其静载工况下不同胎压和载荷的接地印迹半长,使用美国MTS flat-trac高速轮胎六分力试验台完成所选轮胎60km/h下纯纵滑、侧倾侧偏和纯侧倾工况稳态力学动态测试,试验所得数据结果与所建轮胎模型仿真分析结果形成比对验证。