轮胎的缓冲作用与充气轮胎的弹性有关,在法向载荷作用下,充气轮胎会发生垂向变形。通常以轮胎所受的载荷和变形的曲线来表示轮胎的刚度特性(如图 9 所示),轮胎载荷与垂向变形基本呈线性关系。因此在最基本的行驶动力学模型中,经常将轮胎简化为刚度恒定的一个线性弹簧。试验还表明,非滚动轮胎垂向刚度比滚动轮胎垂向刚度要大,且滚动轮胎刚度呈现更明显的非线性。
各种工况参数中,轮胎充气压力、车速、法向载荷以及磨损程度,对轮胎刚度有着重要的影响。在轮胎的设计参数中,轮胎的结构参数 ( 如胎冠帘线角、胎面宽度、胎面花纹深度、帘布层数量 ) 及轮胎材料对刚度的影响较为显著。
轮胎侧向力学特性 :
影响轮胎侧向力的三个最重要的因素是侧偏角、垂向载荷和前轮外倾角。侧偏角由轮胎的运行条件所决定,它取决于车辆前进速度、侧向速度、横摆角速度和转向角。轮胎垂向载荷的静态值由车辆质量分布所决定,但随着载荷在纵向和侧向的重新分配,轮胎的垂向载荷会发生变化。车轮外倾角由转向角和通过悬挂杆系作用的车身侧倾所决定。
如图 10 中不同垂向载荷作用下侧向力与回正力矩的关系曲线。当侧偏角大于 4°时,驾驶员通过转向盘就可以感觉到回正力矩在减少,因此该信息也可以作为警示,提醒驾驶员此时的车辆是在大侧偏角的情况下行驶。
实际中,轮胎的垂向载荷、侧向力与纵向力之间均相互影响。在不平路面车辆转弯加速或转弯制动的情况下,几种轮胎特性必须同时加以考虑。
车辆转弯加速或转弯制动联合工况下的轮胎力学特性:这种情况下,要求轮胎同时产生侧向力和纵向力,但研究表明,轮胎印迹内所产生的合力是一定的。轮胎可获得的合力通常如图11所示的曲线表示,通常称之为“摩擦椭圆”。其表示了一系列给定滑移率或给定侧偏角情况下,轮胎侧向力与纵向力的关系曲线。由图11可见,由于最大摩擦力的限制,轮胎不能同时获得最大的侧向力和最大的纵向力。当轮胎驱动力或制动力最大时,无侧向力可利用,只有当纵向力为零时,侧向力才能达到最大值。该现象可由一个最普通的实例说明:当前轮抱死打滑时,便不再产生侧向力,从而丧失转向能力。
选择合适的充气压力对应的行驶速度,及车型适配轮胎是保证转向车轮操控性的前提。
车辆和操纵稳定性能很大程度上取决于前、后轮胎侧向力的平衡。因而,对任何一个有效操纵动力学模型来说,都应尽可能地考虑影响轮胎侧向力及其平衡的相关因素。显然,其中最重要的因素是轮胎的侧偏刚度和车辆质心的纵向位置。而且,随着车身侧倾转向效应的变化,车辆转向特性也不同程度上受其影响。此外,在悬挂运动中车轮定位参数的变化也相当重要,比如车身侧倾可导致某些车轮定位参数发生显著变化。
由车身侧倾引起的重要的位移变量有 :
◆ 绕 z 轴转动的车轮转向角
◆ 绕 x 轴转动的车轮外倾角
◆ 沿 y 轴方向的轮胎接地印迹侧向位移
对独立悬挂而言,无论是对车辆前桥还是后桥,悬挂运动对以上三个变量的影响均很重要 ;但对非独立悬挂的刚性车轴而言,通常不考虑车身侧倾对车轮外倾