導讀：“四個輪胎都是球形，可以前后左右隨便開，停車的時候，四個輪子會各自向相反方向橫向自動鎖住，這種過程只需0.1秒！即使你踩了油門，也只能“原地刨坑”~”！這是固特異的輪胎。它模仿了珊瑚的形狀，在干燥路面上，輪胎會自動變硬，減少摩擦；在有積水的路面上，輪胎會變軟一些，增加摩擦，減少打滑，讓雨雪天氣行駛更加安全。

近日，奧迪已經決定要發售采用這種輪胎的車，相信它很快就將飛入尋常百姓家。作為一名輪胎研發工程師，對它也十分好奇。（這種輪胎的汽車操作穩定性到底如何），而今天我將針對車輪側偏現象，帶來高性能子午線輪胎側偏特性研究，希望能夠引發大家的共鳴。

一、寫在前面

汽車的操縱穩定性在很大程度上取決于輪胎的側偏特性，所以對輪胎側偏特性的研究是汽車操縱穩定性研究的基礎。

在汽車行駛過程中，由于路面的側向傾斜、轉彎時的離心力等因素， 使車輪的運動方向偏離其中心，此時車輪的旋轉平面與行駛方向的夾角稱為側偏角， 如圖所示。

傳統的試驗方法是研究輪胎側偏特性的重要手段，郭孔輝院士于年開發了一款名為：QY7392的平板式靜態特性輪胎試驗臺。多年來，對試驗臺的功能進行不間斷的調試與改進。吉林大學汽車仿真與控制國家重點實驗室在郭孔輝教授的指導下，研發出了一款更高水平，并且用途更為廣泛的低速平板式輪胎特性試驗臺，這款試驗臺功能相比于之前，不僅功能更為強大，并且可以開展更多種的輪胎力學性能測試，在對輪胎力學特性的分析和研究中發揮了巨大的作用。

通過這款試驗臺已經取得了許多科研成果，例如：

• 輪胎側偏的一般理論模型
• 輪胎側偏半經驗模型
• 輪胎側傾力學特性模型

• 輪胎縱滑和側偏聯合工況下的統一輪胎模型等穩態輪胎模型。

在汽車操縱動力學方面，以及現代汽車動力學方面，都得到了十分廣泛的應用。輪胎力學特性試驗臺如下所示：

利用輪胎力學特性試驗臺進行輪胎側偏側傾實驗的具體方法為：

• 首先將輪胎從試驗胎面上抬起，傾斜一個指定角度β；
• 輪胎傾斜角β調整好后，將輪胎落下置于胎面上，逐漸調整液壓缸，使輪胎載荷達到試驗所需載荷；
• 調整試驗臺平板轉角，使輪胎側偏角α滿足要求；

• 使平板往復運動周，并記錄下整個運動過程中輪胎的狀態及六分力。

輪胎側偏側傾實驗示意圖

近年來，隨著計算機技術的飛速發展和有限元商用分析軟件的不斷完善，有限元仿真分析方法開始應用于輪胎側偏特性的研究。從理論上講， 行駛時車輪的航向與車輛的行駛方向應該是相同的，但是由于設計、制造等因素的影響，尤其是輪胎內部簾線周向排布不均勻，使得胎在直線行駛時由于胎體的非對稱性而產生側向力，導致汽車在行駛過程中，車輪的實際行駛方向并不在它的旋轉平面內，即車輪產生了側偏現象。

二、輪胎側偏有限元仿真分析

在進行輪胎側偏有限元仿真分析時，需要進行二維輪胎有限元分析前處理、二維輪胎充氣仿真分析、三位輪胎的生成及充氣負載分析、穩態滾動分析等。

三、子午線輪胎有限元前處理

1、二維子午線輪胎充氣分析：仿真條件如下：充氣壓強：0.2 MPa

關鍵字*SYMMETRIC MODEL GENERATION生成3D輪胎

*SYMMETRIC MODEL GENERATION,REVOLVE,ELEMENT=10000,NODE=10000,FILE NAME=step2rev0.0, 0.0, 0.0,    0.0, 1.0, 0.0 0.0, 0.0, 1.0   150.0,20,1.0,GENERAL 30.0,10,1.0,GENERAL 30.0,10,1.0,GENERAL 150.0,20,1.0,GENERAL*SYMMETRIC RESULTS TRANSFER**

3、子午線輪胎穩態滾動仿真分析

*HEADING  Step3: roll_tire from step2rev.inp*RESTART,READ*STEP,INC=500,NLGEOM=YES,UNSYMM=YES  4: roll_tire at 60km/h*STEADY STATE TRANSPORT,LONG TERM,INERTIA=YES  0.5, 1.0, 1E-6, 1.0*TRANSPORT VELOCITY  NODE_TIRE,57.011*MOTION,TYPE=VELOCITY,TRANSLATION  NODE_TIRE,1,,16666.67*CHANGE FRICTION,INTERACTION=SRIGID*FRICTION,SLIP=0.02  1.0*NODE PRINT,FREQUENCY=0………………………….（見附件）*END STEP******************************************* 2 DEGREE SLIP****************************************STEP,NLGEOM,UNSYMM=YE,INC=300*STEADY STATE TRANSPORT,INERTIA=YES0.5,1.0…………………….   （見附件）*END STEP

四、結果討論

K=F/θ

式中， F為輪胎的側向力，θ為側偏角。

以此次仿真所用子午線輪胎為例，其穩態側偏剛度為：

K=F/θ=938.463/1=938.463

四、寫在最后

除了上述分析外，還可研究同一側偏角下不同負荷的接地印痕變化、帶束層角度對側偏剛度的影響、不同側偏角對輪胎磨損量的影響等，在此就不在一一講述。

本文所述穩態滾動及側偏分析inp文件都會以附件的形式發給大家，謝謝。