基于有限元方法的轮胎残余回正力矩研究

翟明荣，孟照宏，宋美芹，史彩霞，于成龙

（青岛双星轮胎工业有限公司，山东 青岛 266400）

国家机动车运行技术条例规定：机动车在平坦、硬实、干燥和清洁的道路上行驶，不得有方向盘摆振、路感不灵、跑偏或其他异常现象。汽车生产厂家对车辆的行驶跑偏量均设有相应的限制标准。每一种车型在批量投产前，需根据车辆自身的特性和跑偏趋势，确定配套轮胎的残余回正力矩。轮胎残余回正力矩主要是根据设计参数确定，其中胎面花纹的影响约占80%，带束层角度的影响约占15%[1]。

胎面花纹对轮胎的操纵稳定性有重要影响，目前轮胎残余回正力矩的调整主要是通过调整试制轮胎结构和胎面花纹设计参数，开发周期较长且研发成本较高[2]。为了缩短轮胎研制周期，降低研发成本，本工作主要通过有限元仿真的方法研究胎面横向花纹沟槽和带束层角度对轮胎残余回正力矩的影响。

1 残余回正力矩的定义

残余回正力矩是指车辆方向盘处于正中位置时，由于轮胎花纹形状和带束层原因而产生的固有残余回正力矩；当轮胎侧向力为零时，轮胎的回正力矩也应该为零，但在角度效应力的作用下，仍然有残余扭矩存在[1，3]。轮胎侧向力（Fy）和回正力矩（Mz）与侧偏角（α）的关系如图1所示。其中，Fycw和Fyccw分别为正向（顺时针）和反向（逆时针）旋转时的Fy，TRAcw和TRAccw分别为Fycw＝0时α1对应的残余回正力矩和Fyccw＝0时α2对应的残余回正力矩[4]。则轮胎的残余回正力矩（TPRA）计算如下：

图1 轮胎侧向力和回正力矩与侧偏角的关系