第二节 轮胎的侧偏特性

第二节 轮胎的侧偏特性
    轮胎的侧偏特性是轮胎力学研究的一个重要部分，是分析汽车的操纵稳定性的基础。
    一、 轮胎的坐标系    与车辆坐标系一样，轮胎坐标系也是采用常见的右手直角坐标系。所不同的是，轮胎坐标系的原点不在车轮中心，而是在车轮接地点。
    二、轮胎的侧偏现象和侧偏力—侧偏角曲线
    1）在刚性轮上作用侧向力
    如果车轮是绝对刚性的，那么无论侧向力（外界施加到轮心处的侧向外力）多大，轮胎都不会发生任何变形，车轮行驶速度将始终指向车轮平面方向。    当侧向力不超过车轮-地面的附着力时，车路滚动方向不变。
    只有当侧向力大于（或等于）车轮与路面间的侧向附着力时，车轮的运动方向才会改变。
    注意，术语“侧向力”和后面要讲的“侧偏力”不是一回事。
    2）在弹性轮上作用侧向力
    而实际橡胶轮胎是有弹性的，在侧向外力作用下会发生变形。    如图所示，轮胎如果收到侧向力F_y的作用，地面必然会有侧向反力F_Y，在这两个力的作用下，轮胎将发生变形。图中轮胎接地点为A₀。
    而轮胎滚动时，由于这种“侧向扭动”变形，接下来会是A₁接地、然后是A₂、A₃……这样，轮胎的实际速度方向（接地印记位移方向）与车轮平面就产生了一个夹角。这个角度就是侧偏角，上述地面侧向反力F_Y就是侧偏力。
    注意，轮胎的侧偏现象指的是轮胎的运动方向发生了偏斜、而车轮平面并没有发生转动（仍然指向正前方，即轮胎坐标系的x方向。）
    对轮胎的侧偏力-侧偏角关系就行研究，就得到轮胎的侧偏特性，如下图：    侧偏特性曲线上，侧偏角α=0°时的斜率，称侧偏刚度k，即： 。根据轮胎坐标系的符号规定，轮胎的侧偏刚度为负数。
    一般汽车希望轮胎的侧偏刚度（指绝对值）尽量高，这样操纵稳定性良好。
    侧偏特性是轮胎极其重要的特性，是研究和分析汽车的操纵稳定性的力学基础。
    轮胎的侧偏刚度影响因素较多，主要有：轮胎的结构参数、轮胎的垂直负荷、轮胎的充气压力、行驶速度、轮胎-地面间的切向力和路面状况等。
    其中，垂直载荷对轮胎的侧偏刚度有较大影响：    由图可见，对于各种型号、等级的轮胎，基本趋势都是：侧偏刚度随着垂直载荷的增加而增加，但达到最大值后进一步增加垂直载荷，侧偏刚度会下降。
    三、回正力矩    轮胎发生侧偏时，还会产生地面作用于轮胎、绕OZ轴的力矩，由于该力矩与车轮转动方向相反，称为回正力矩。
    回正力矩是由轮胎和路面接触区的微观变形-滑动引起的。回正力矩与侧偏角的关系如图所示