基于TDFT的輪胎模型參數(shù)辨識(shí)

陳秀梧

（一汽海馬汽車(chē)有限公司，海南 ?？?570216）

輪胎是車(chē)輛至關(guān)重要的部分，起到支撐車(chē)輛，抑制由路面不平引起的振動(dòng)和沖擊，傳遞縱向力以實(shí)現(xiàn)加速、驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)及傳遞側(cè)向力的作用。因此輪胎對(duì)整車(chē)安全性、操控性及舒適性有重要的影響[1]。

精確的輪胎動(dòng)力學(xué)模型是進(jìn)行整車(chē)動(dòng)力學(xué)仿真研究的基礎(chǔ)。本工作以某車(chē)型輪胎為基礎(chǔ)，嘗試進(jìn)行輪胎的力學(xué)特性試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)辨識(shí)出Pac2002輪胎模型的參數(shù)，并根據(jù)辨識(shí)結(jié)果生成ADAMS/Car軟件中整車(chē)建模所需要的Pac2002輪胎模型。

1 輪胎模型介紹

輪胎模型一般分為兩種，一種是物理模型，即通過(guò)對(duì)車(chē)輪結(jié)構(gòu)和變形機(jī)理的數(shù)學(xué)描述，建立剪切力和回正力矩（Mz）與相應(yīng)參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，由于物理模型形式復(fù)雜，計(jì)算效率較低，因此在車(chē)輛動(dòng)力學(xué)研究中應(yīng)用比較困難；另一種是經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ突虬虢?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停赐ㄟ^(guò)對(duì)大量的輪胎力學(xué)特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，將輪胎的力學(xué)特性通過(guò)含有擬合參數(shù)的公式有效地表達(dá)出來(lái)，比較有影響的是HB Pacejka模型（魔術(shù)公式）和UniTire模型[2]。

本次辨識(shí)所采用的輪胎模型為Pac2002輪胎模型，它是由Pacejka教授建立的一個(gè)可以較為準(zhǔn)確地描述縱向力（Fx）、側(cè)向力（Fy）及Mz的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，后由MSC.Software公司整理而成，由于該模型只用一套公式就可以完整地表達(dá)純工況下輪胎的力學(xué)特性，故稱(chēng)為“魔術(shù)公式”[3-4]。在魔術(shù)公式中，除形狀因子外，剛度因子、峰值因子和曲率因子都是關(guān)于輪胎側(cè)傾角及垂直載荷（Fz）的函數(shù)關(guān)系式。

通過(guò)魔術(shù)公式可以看出，該輪胎模型利用函數(shù)關(guān)系建立了輪胎Fx，F(xiàn)y和Mz模型，可對(duì)輪胎模型的特性進(jìn)行良好地描述，并可以通過(guò)最小二乘法擬合試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到剛度因子、峰值因子和曲率因子，從而建立較為準(zhǔn)確的輪胎模型。

2 輪胎力學(xué)特性試驗(yàn)

本研究使用ADAMS/Car軟件自帶的TDFT（Tire Data and Fitting Tool）進(jìn)行輪胎模型參數(shù)辨識(shí)。除了需要一些基本數(shù)據(jù)，如輪胎的型號(hào)、尺寸、充氣壓力外，還需進(jìn)行輪胎的力學(xué)特性試驗(yàn)，以獲取辨識(shí)模型所需的參數(shù)。

輪胎的力學(xué)特性可借助六分力輪胎試驗(yàn)臺(tái)（如圖1所示）進(jìn)行，需要進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目有側(cè)偏試驗(yàn)、側(cè)傾試驗(yàn)、側(cè)偏側(cè)傾復(fù)合工況試驗(yàn)、縱滑試驗(yàn)、徑向剛度試驗(yàn)、縱向剛度試驗(yàn)、側(cè)向剛度試驗(yàn)和扭轉(zhuǎn)剛度試驗(yàn)等。

圖1 六分力輪胎試驗(yàn)臺(tái)

進(jìn)行上述試驗(yàn)后，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，形成TDFT能夠識(shí)別的文件形式，為后續(xù)的輪胎模型參數(shù)辨識(shí)工作做好準(zhǔn)備。

3 輪胎模型參數(shù)辨識(shí)

在輪胎模型參數(shù)辨識(shí)過(guò)程中，選取Pac2002為參考輪胎模型，在導(dǎo)入數(shù)據(jù)過(guò)程中需要依據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)模型中各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以便得到更準(zhǔn)確的輪胎模型。辨識(shí)流程如圖2所示。

圖2 辨識(shí)流程

結(jié)合辨識(shí)的流程，利用TDFT進(jìn)行具體的輪胎模型參數(shù)辨識(shí)，具體流程如下。

首先啟動(dòng)TDFT，工作界面如圖3所示。其次，輸入輪胎的尺寸、型號(hào)和充氣壓力等信息，并將輪胎力學(xué)特性試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果導(dǎo)入軟件中，完成初值的設(shè)定后，便可開(kāi)始進(jìn)行參數(shù)的識(shí)別，然后得到輪胎純縱滑、純側(cè)偏及側(cè)偏側(cè)傾復(fù)合工況下的辨識(shí)結(jié)果，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如圖4—7所示，其中數(shù)據(jù)點(diǎn)為試驗(yàn)數(shù)據(jù)，曲線為辨識(shí)結(jié)果。

圖3 TDFT工作界面

圖4 純縱滑試驗(yàn)結(jié)果與辨識(shí)結(jié)果對(duì)比

圖5 純側(cè)偏試驗(yàn)結(jié)果與辨識(shí)結(jié)果對(duì)比

圖6 側(cè)偏側(cè)傾（－4°）復(fù)合工況試驗(yàn)結(jié)果與辨識(shí)結(jié)果對(duì)比

圖7 側(cè)偏側(cè)傾（4°）復(fù)合工況試驗(yàn)結(jié)果與辨識(shí)結(jié)果對(duì)比

從圖4—7可以看出，3個(gè)試驗(yàn)工況下，辨識(shí)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合程度較高，即根據(jù)辨識(shí)結(jié)果生成的Pac2002輪胎模型的精度是比較高的。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)某車(chē)型輪胎進(jìn)行力學(xué)特性試驗(yàn)，并以Pac2002輪胎模型為基礎(chǔ)，結(jié)合力學(xué)特性試驗(yàn)結(jié)果，辨識(shí)出該輪胎的模型參數(shù)，從而建立該車(chē)型輪胎的模型，為后續(xù)進(jìn)行整車(chē)的仿真分析提供條件。