汽车车轮随机侧滑研究 论文

【摘要】据统计，由于车轮侧滑而造成的交通事故约占事故总数的30％左右。车轮侧滑可分为四类：定向侧滑，随机侧滑，制动侧滑，转向侧滑。由于直线行驶工况在汽车行驶过程中占的比例很大，而且影响直线行驶工况下轮胎磨损的各因素也将影响转向行驶和制动时的轮胎磨损，因而研究直线行驶时悬架参数对轮胎磨损的影响情况是很重要的。文章重点介绍随机侧滑。【关键词】汽车车轮侧滑；随机侧滑；轮胎磨损 汽车车轮侧滑，是指汽车在行驶过程中，由于车轮定位参数发生某种偏差或者由于路面条件较差而呈现出边滚边滑的现象。汽车发生侧滑会造成很多不良后果，主要表现为加剧轮胎的磨损、使发动机产生附加功率损耗、破坏行车稳定性等，其中加剧轮胎磨损是关键。由于轮胎磨损所引起的大幅度的胎温上升，有时甚至会使胎体爆破，严重影响行车安全；而且车速越高，相同条件下的轮胎温升越高，轮胎也就越容易爆破，因此较大的车轮侧滑还影响车速的提高。这里重点介绍随机侧滑： 一、 随机侧滑的概念 在某些独立悬架结构的车桥上，如双横臂式独立悬架车桥，轮距在车辆行驶过程中随着悬挂质量的变化而变化，造成车轮的侧滑。这种轮距变化所造成的车轮侧滑的方向、大小、频率均不确定，没有什么规律性，所以我们称这种轮距的动态变化所引起的侧滑为随机侧滑。职称论文网 理论上，只有轮距不发生变化时才不存在随机侧滑。而实际上，现代汽车为了满足舒适性、行驶平顺性、操纵稳定性等要求，绝大部分的汽车都采用了独立悬架结构，见图1。独立悬架的特点是：每个车轮单独通过一套悬挂安装于车身或者车桥上，车桥采用断开式，中间一段固定于车架或车身上；此种悬挂两边车轮受冲击时互不影响，两轮可自由运动，而且由于非悬挂质量较轻，缓冲与减振能力很强，乘坐舒适。采用此种悬挂的轿车、客车及载人车辆，可明显提高乘坐舒适性，并且在高速行驶时提高汽车的行驶稳定性。而越野车辆、军用车辆和矿山车辆，在坏路和无路的情况下，可保证全部车轮与地面的接触，提高汽车的行驶稳定性和附着性，发挥汽车的行驶速度。 由图1可以看出，配备独立悬架的汽车在行驶过程中为了适应路面不平度变化，左右两个车轮在不停地跳动，轮距不断产生变化，虽然现代汽车的轮胎较软，可以吸收一部分侧向偏移，但是在路面不平的情况下，汽车轮距变化大，就不可避免地导致车轮的侧向滑动。尤其在路面较差的情况下，这种侧滑更加频繁，更加激烈。虽然目前好的悬架导向机构，一般在悬架工作范围内轮距变化不会太大，但是在汽车行驶过程中，因为不存在完全平整的道路，随机侧滑伴随着车轮的不停跳动而在不停地发生。总之，悬架结构是发生随机侧滑的内因，路面不平和行驶工况则是诱发随机侧滑的外因。 随机侧滑的性质为：大小、方向不定，时大时小、时里时外；仅在轮距发生变化时才会发生。 二、车轮随机侧滑的影响 因为随机侧滑是与路面密切相关，其方向、大小均不定确。当路面质量较差、轮距变化较大时将产生较大的随机侧滑，也就是说随机侧滑不仅与车辆结构有关而且与车辆行驶状态的干扰量有关。 从发生时间长短看随机侧滑则时大时小，路面较差时随机侧滑相对大些，路面较平时则相对小些，但不论道路状况如何，随机侧滑总是存在的。 从侧滑的作用看，随机侧滑有积累效应，即使其值较小，累积起来影响也较大，如果长时间在两者的作用下，轮胎的磨损就会加剧，随机侧滑就表现地相当激烈，对总侧滑的影响是不容忽视的。因此在衡量总侧滑量的大小时，必须考虑随机侧滑的影响程度。 三、车轮随机侧滑产生的机理 前面已经提到，汽车在行驶过程中，由于不断受到路面不平度的激励作用，导致车轮上下跳动，从而引起轮距变化，见图2。对于独立悬架，这种轮距变化是不可避免的，当路面条件较差时，路面不平度的激励作用增强，轮距变化加大，就会导致车轮随机侧滑，下面分两种情况讨论车轮的随机侧滑情况。 1.轮胎为刚性时，见图2（a），单个轮子的轮距变化为时，车轮跳动量为 ，相应地轮胎向侧向滑动了 的距离。由于轮胎是刚性的，车轮没有变形量，在这种情况下，车轮随机侧滑的大小等于单个车轮的轮距变化，即 （2-10） 实际中，当路面有薄水层时，由于滑水现象，会出现完全丧失侧偏力的情况，此时最大侧偏力为零，就会出现式2-10的情况。 2.轮胎为弹性时，见图2（b），单个轮子的轮距变化为车轮跳动量为，此时由于轮胎是有弹性的，在侧向力的作用下，轮胎发生变形。当轮距变化很小时，侧向力小于轮胎与地面的附着极限，轮胎的变形吸收了这部分变形量，车轮没有发生侧向滑动；当轮距变化加大，侧向力也随着加大，一旦超过地面与车轮的附着极限，轮胎就发生侧向滑动。一般情况下： （2-11） 现代汽车的轮胎较软，一般都允许少量的侧向变形，每个车轮允许4～5mm的侧向变形而不发生车轮随机侧滑。但是当轮距变化较大，超过轮胎的侧向最大变形量时，随机侧滑的影响就比较大了，特别在较差的路面上，汽车车轮轮距
变化大，随机侧滑的作用加大，造成车轮磨损，严重时会引起爆胎，影响人身安全。车轮随机侧滑的产生与道路条件密切相关，目前，我国高等级公路的比重还较低，与国外发达国家例如美国、德国等相比，同样一辆车的轮胎在我国的使用寿命就会缩短。制定衡量随机侧滑的评价标准，研究汽车悬架结构，优化悬架结构参数，对于减少车轮的随机侧滑，提高轮胎使用寿命，提升行车安全性具有重要意义。 四、“最大随机侧滑”概念的提出 前面已经提到，汽车在不平道路行驶时轮距变化所造成的车轮侧滑的方向、大小、频率均不确定，没有什么规律性，所以我们称这种轮距的动态变化所引起的侧滑为随机侧滑。如图3所示，其中纵坐标表示随机侧滑量，横坐标表示行车路程。 目前，已经制定了国家标准gb7258-87《机动车运行安全技术条件》对汽车的定向侧滑做了明确要求，但是，对随机侧滑的影响却没有制定出相应的标准，对随机侧滑的影响没有引起足够的重视。事实上，在不平路面上，特别是在坏路或者无路的情况下，随机侧滑的影响尤其严重，某些情况下甚至超过了定向侧滑的影响，因此，制定相应的技术标准规范随机侧滑的影响是非常有必要的。 针对这种情况，我提出了“最大随机侧滑”的概念。如图3所示，由于随机侧滑的大小、方向不定，但是其最大值是一定的，这是由悬架结构本身和道路条件所决定的，通过结构优化，减少随机侧滑是可以实现的。在一定行车路程及道路条件下，汽车向外的最大的随机侧滑值为 ，向内的最大的随机侧滑值为 ，这里取整个行车过程随机侧滑的绝对值，即 ，“最大随机侧滑”的定义如下： 由定义可知，最大随机侧滑的值是相对固定的，随道路条件的变化而变化。它可以在道路一定的条件下，通过试验的方式获得；也可以通过虚拟样机仿真，施加地面不平度的激励模拟获得。 总之，随机侧滑对汽车轮胎的使用寿命和行车安全都有很大的影响，不容忽视，最大随机侧滑概念的提出，为随机侧滑的研究开辟了有效的途径。　 参考文献 [1] 元增民.车轮侧滑分析[j].车研究与开发，1995，(3). [2] 贺吉凡.车侧滑的预防[j].用汽车技术，2003，(9). [3] 潘洪达，苏健，林慧英.汽车车轮侧滑检测与诊断专家系统[j].长安大学学报，2003，(5). [4] 周锋，钟日锋，邓楚南，朱军.汽车的车轮侧滑和车轴侧滑[j].华南理工大学学报，1997，(7). 作者简介：俞劲创（1976-），浙江杭州人，浙江交通职业技术学院机电系实验师。研究方向：机械产品计算机辅助设计与制造，模具cad/cam等；贾相武（1974-），宁夏中宁人，浙江交通职业技术学院机电系讲师。研究方向：现代设计方法学、机械产品计算机辅助设计与制造、模具cad/cam等。 （浙江交通职业技术学院机电系，浙江 杭州 311112）