[发明专利]考虑多因素变化的轮胎侧偏刚度分区计算方法

摘要

本发明涉及一种考虑多因素变化的轮胎侧偏刚度分区计算方法，其步骤为：1)侧偏刚度计算，2)轮胎虚拟试验，3)轮胎侧偏刚度值拟合。本发明基于轮胎特性试验数据进行分析处理，综合考虑路面附着条件、垂直载荷、侧偏角变化等因素对于轮胎侧偏刚度的影响，同时按照轮胎侧偏力‑侧偏角曲线曲率的变化趋势，将轮胎侧偏刚度进行分区并对每个区域进行线性化处理得出垂向载荷‑侧偏刚度变化关系，既最大化的体现了轮胎非线性特性，又便于应用到车辆上。本发明能够针对轮胎特性的变化对轮胎侧偏刚度进行适当的处理，可以更好的反应实际车辆运行工况的变化，同时可以提高各种车辆控制器的控制精度，使得车辆获得更好的操纵稳定性能。

主权项

1.一种考虑多因素变化的轮胎侧偏刚度分区计算方法，其特征在于，包括以下步骤：1)侧偏刚度计算考虑前垂直载荷转移、路面附着条件因素的影响，依据轮胎侧偏力与侧偏角近似线性关系，对轮胎侧偏刚度取值，在纯侧偏工况下，当侧偏角α比较小时，可认为轮胎侧偏特性处于线性区域，侧偏力F_y和侧偏角α，轮胎的侧偏刚度k关系可表示为：F_y＝k·α  (1)2)轮胎虚拟试验结合高精度动力学软件Carsim中的Tiretest模块，以185/65R15型号轮胎为研究对象，分别根据不同垂直载荷以及不同路面附着条件进行试验获取相关数据，为了体现不同路面附着条件对于轮胎侧偏特性的影响，固定垂直载荷为4000N，分别在路面附着系数为μ＝0.2、μ＝0.4、μ＝0.6、μ＝0.8的条件下进行虚拟轮胎试验，得出侧偏力F_y‑侧偏角α的关系曲线；根据F_y‑关系α曲线，选取其中变化明显的线性区、过渡区、平缓区三区域进行侧偏刚度值的处理，采用最小二乘法对每段区间的试验数据值进行拟合得出最理想的侧偏刚度值，定义某一函数原型为：根据轮胎虚拟试验数据，将数据列为(x_i,y_i)，i＝1,2,...,N，x_i,y_i分别表示侧偏角和侧偏力的数列，式中f表示函数对应法则，表示待定系数向量，表示侧偏力的拟合函数，然后通过最小二乘法来拟合求解待定系数的值，该值即代表该区域内的侧偏刚度值，可以用最优化问题表示：J表示性能指标，表示侧偏力拟合点函数值，y_i表示侧偏力实际值，min表示取最小值，在一定垂直载荷下可以得出三个侧偏刚度的值，选取μ＝0.8路面下的轮胎特性曲线作为研究对象，结合公式(1)，通过以上步骤进行求解所拟合的侧偏刚度值；3)轮胎侧偏刚度值拟合由于垂直载荷对侧偏刚度也会产生影响，以同样的方法固定μ＝0.8的路面上进行虚拟轮胎试验，分别在垂直载荷为500N、2000N、4000N、6000N、8000N、10000N数值下进行虚拟轮胎试验，分区依然采用上述三个分区段，获得不同载荷下的侧偏刚度值；其中，在μ＝0.8的路面条件下，线性区内不同垂直载荷下，通过最小二乘法拟合出的侧偏力‑侧偏角关系斜率曲线，该斜率可代表线性区内的侧偏刚度；然后采用多项式拟合方法分别将不同垂向载荷下的线性区侧偏刚度值采用三次多项式进行拟合，f(x)表示侧偏刚度的函数，x为垂直载荷，p₀、p₁、p₂、p₃分别为各项拟合系数，具体表达式如下：f(x)＝p₀+p₁x+p₂x²+p₃x³  (4)通过公式(4)拟合即可得线性区域垂向载荷与侧偏刚度的变化关系曲线，并以同样的方式处理不同垂向载荷下的过渡区、平缓区的侧偏刚度值，以相同的方法可得出μ＝0.8时，过渡区、平缓区的垂向载荷‑侧偏刚度的变化曲线；在进行侧偏刚度取值时，考虑车辆在运动过程中受到侧向力、纵向力以及垂向力的变化，会导致车辆载荷在车轮间发生转移；假设车轮始终与地面接触，重心到地面的高度恒定，只考虑纵、侧向加速度带来的载荷转移；在加速度作用下各车轮垂直载荷的变化如式(5)所示：式中F_z1、F_z2、F_z3、F_z4分别表示四个车轮的垂直载荷；m为整车质量；a_x为纵向加速度；a_y为侧向加速度；h_g为质心高度；d表示轮距；a、b分别表示质心至前、后轴的距离；通过式(5)获得的各车轮载荷，结合不同路面附着系数以及不同侧偏角区域的垂向载荷‑侧偏刚度变化曲线，即可得到实时变化的侧偏刚度，用于等效侧偏刚度的计算。