【分享】关于ADAMS轮胎模型的相关分享！！
本人正在学习ADAMS轮胎模型部分，特意将一些关于这部分的知识点，拿来与大家分享。不足之处，还请大家填充、改正！！在ADAMS中，轮胎既不是刚体也不是柔体，而是一组数学函数。由于轮胎结构材料和力学性能的复杂性和非线性以及适用工况的多样性，目前还没有一个轮胎模型可适用于所有工况的仿真，每个轮胎模型都有优缺点和适用的范围。必须根据需要选择合适的轮胎模型。ADAMS/TIRE分为两大类：一）.用于操稳分析的轮胎模型1）魔术公式轮胎模型（MF—Tyre）根据仿真工况的不同可在稳态和非稳态之间切换模型，考虑了轮胎高速旋转时陀螺耦合、侧偏和纵滑的相互影响，外倾对侧偏和纵滑的影响。（PS：魔术公式：是用三角函数的组合公式拟合轮胎试验数据，用一套形式相同的公式完整地表达轮胎的纵向力、侧向力、回正力矩、翻转力矩、阻力矩以及纵向力、侧向力的联合作用工况，主要包括以下的前四种模型。）适用范围：有效频率到8Hz，是点接触模型，只能用于平路面（路面起伏的波长必须大于轮胎的周长）。2）Pacejka89、Pacejka94 由提出者Pacejka教授根据其发布年命名的，是稳态侧偏模型，不能用于非稳态工况。适用范围：有效频率到0.5Hz，当与2D路面作用时是点接触；当与3D路面作用时，等效贯穿体积的方法来计算垂直力，等效法假设轮胎胎体是圆筒，必须在轮胎文件的[形状]模块输入了轮胎胎体横剖面。3）PAC2002模型Pacejka的后期发展 ,PAC2002和MF—Tyre具有相同的功能，但改善了模型的翻转力矩，已经取代了MF—Tyre。适用范围：有效频率到8Hz，主要用于操稳的仿真分析。4）PAC MC模型，是专门用于摩托车轮胎模型，有效频率到8Hz，适合于大外倾角的工况。5）Fiala模型是弹性基础上的梁模型，不考虑外倾和松弛长度。当不把内倾角作为主要因数且把纵向滑移和横向滑移分开对待的情况下，对于简单的操纵性分析可得到合理的结果。适用范围：有效频率到0.5Hz，可以用于二维和三维路面，当与2D路面作用时是点接触；当与3D路面作用时，等效贯穿体积的方法来计算垂直力。6）UA模型考虑了非稳态效果，通过摩擦圆考虑了侧偏和纵滑的相互影响，也考虑了外倾和松弛长度，在只需要有限几个参数的情况下，有非常好的精度。适用范围：有效频率到8Hz，是点接触模型，只能用于平路面（路面起伏的波长必须大于轮胎的周长）。7）5.2.1轮胎模型是ADAMS早期发布的轮胎模型，现已很少使用。适用范围：有效频率到0.5Hz是点接触模型，只能用于平路面。注： 5.2.1轮胎模型使用的路面文件是特有的，不能被其他的操纵分析轮胎模型所识别。二、 用于耐久性分析的轮胎模型三维接触模型，考虑了轮胎胎侧截面的几何特性，并把轮胎沿宽度方向离散，用等效贯穿体积的方法来计算垂直力，可以用于三维路面。该模型是一个单独的License，但是如果用户只购买Durability TIRE，只能用Fiala模型计算操稳。除了上述两类模型以外，还有环模型，作为子午线轮胎的近似，研究轮胎本身的振动特性，成为国际上仿真轮胎在短波不平路面动特性的主流模型，是目前发展比较成熟和得到商业化应用的轮胎模型，其中具有代表性的是F-tire和SWIFT轮胎模型。SWIFT模型（Short WaveIntermediate Frequency TIRE Model）SWIFT模型是由荷兰Delft工业大学和TNO联合开发的，是一个刚性环模型，在环模型的基础上只考虑轮胎的0阶转动和1阶错动这两阶模态，此时轮胎只作整体的刚体运动而并不发生变形。在只关心轮胎的中低频特性时可满足要求。由于不需要计算胎体的变形，刚性环模型的计算效率大大提高，可用于硬件在环仿真进行主动悬架和ABS的开发。在处理面外动力学问题时，SWIFT使用了魔术公式。可用于研究一些复杂的工况, 例如:不平路面的侧偏和ABS制动。在处理轮胎-地面的接触问题时, SWIFT采用了等效路形的方法，所用的等效路形是由一个专门的包容模型算出来的。所以, SWIFT模型要自带一个包容模型来提供等效路形，这也是它的缺点之一。适用范围：有效频率为60-100Hz，可用于短波不平路面。注： SWIFT模型所用到的路面模型要有合适的采样间隔，否则会应用以内插值替换的数据，采样间隔一般为0.1~0.2 m 或者更大。FTire模型（Flexible Ring TireModle）是由德国Esslingen大学的Michael Gipser领导小组开发的，是基于柔性环模型的物理模型，是一个2.5维非线性轮胎模型。它的主要特征是:(1)弹性环不仅能描述面内振动，也能描述面外特性(侧偏特性)。胎体沿圆周方向离散，也可在胎体宽度方向离散; 胎体单元间用弹簧相连，在胎体单元上有一定数量的胎面单元; (2)轮辋与轮胎用径、切、侧3个方向的分布弹簧相连。轮辋可在面内平移和转动, 也可在面外运动。环与轮辋间采用了弹簧并联一个串联的弹簧—阻尼单元的形式(3)轮胎自由半径和弹簧刚度随轮胎转速的变化而变化;(4)采用了复杂非线性的摩擦模型描述胎面橡胶的摩擦特性, 即摩擦系数为压力和滑移速度的函数;FTire的优点具有完全的非线性；频率可达120-150Hz甚至更高；对波长降到轮胎接地尺寸一半的小障碍物，能够得出有效的结果；具有高精度的轮胎稳态特性；当通过凹凸不平的路面时，能提供很高的精度；计算时间为实时5-20倍；能识别很多不同格式的路面文件。FTire的缺点F-tire模型所需参数很多,获取这些参数需要做轮胎的模态试验以及不同压力和滑移速度下胎面橡胶的摩擦特性试验, 其费用较高。在使用时, 要求用户对该模型有相当的了解并能正确测取参数。适用范围：有效频率高达120-150Hz；可用于短波不平路面，即障碍物的尺寸可以小于轮胎的印迹；可对不同的种类的振动激励作出响应；可在相对运动的地面和各种各样的试验台上进行仿真；可在三维路面上进行耐久性分析；在水平路面和随机路面上对车辆的牵引和操纵性进行仿真分析；可进行高动力悬浮控制系统对轮胎影响的评估。主要是针对乘坐舒适性（不平路面的制动、侧偏，不同速度的越过障碍物以及4柱激励试验台）、耐久性以及操纵性能（ABS制动时的制动距离，汽车的原地转向等）方面的应用而设计的。此外，该模型的逼真度、细节和计算速度之间提供了一个有效的折衷方法，在频域提供了有效地分析结果，容易从轮胎的测量数据中获得模型参数。FTire支持的四大类路面模型几何简单障碍的路面模型，只需要几个精确参数（如：正弦波路面、矩形凸块路面、折线路面、斜坡路面等）合成伪随机数据，使用一维或二维动态滤波方法测量的规则栅格数据的路面文件测量的不规则数据的三角网格路面文件FTire支持的路面文件Adams软件中所有的rdf文件，包括基于弧形中心线的所有二维路面、三维路面，还支持3D三角网格路面；RGR路面文件（规则的栅格路面）；所有COSIN/ev 路面模型，包括大量的被参数化的障碍定义的路面文件、滚筒的旋转鼓路面和空间的试验场地。这些路面模型可在所有环境中的支持FTire ，且不需要单独的许可证。以下的路面模型需要各自软件的安装环境和许可证所有Adams软件中的.xml路面文件；所有的 Simpack™ 路面模型；所有由TYDEX/STI给出的标准道路格式文件；IPG路面（IPG汽车公司提供的）；URM道路（利用简单的程序编程的道路模型）；用户自定义的模型。 FTire是高分辨率物理轮胎模型，需要每秒数百万次评价路面，为了实现空间和时间分辨率，路面模型选择很重要。RGR路面（规则的栅格路面）是一个高分辨率的路面模型，它采用等距网格避免寻找三角单元的节点，可选带有弧形中心线，是特别适合以满足需求的效率，准确性和灵活性的路面模型。因此，除了简单的几何参数的障碍路面模型，RGR路面是FTire的首选路面描述方法。四、轮胎的特性文件主要包括以下几个模块：标准数据块(定义文件格式、版本等)；形状数据块（定义轮胎的半径和宽度）；单位数据块；尺寸数据块（定义轮胎自由半径、轮胎宽度、高宽比等）；垂直方向属性数据块（定义垂直刚度和阻尼）；数据块定义轮胎的类型；运行条件数据块（定义运行时的气压等）；数据块定义轮胎的参数（定义轮胎的断面宽度、外缘直径、轮胎质量、长宽比纵向刚度系数、纵向阻尼系数、侧偏刚度、滚动阻力系数等）我还会将后续的轮胎模型的学习感悟，继续上传。
补充内容 (2014-3-21 12:35):
有做AADMS这一块的同学，可以相互讨论一下。 想问下轮胎的刚度主要有气体的刚度决定的，还是由轮毂的刚度决定的？ rossbin 发表于 2014-11-11 20:28
想问下轮胎的刚度主要有气体的刚度决定的，还是由轮毂的刚度决定的？
轮毂是刚性的，主要是气体的刚度，其实准确来讲应该是胎体刚度，就是那一坨塑胶啊，哈哈 牛小贱 发表于 2014-11-11 21:25
轮毂是刚性的，主要是气体的刚度，其实准确来讲应该是胎体刚度，就是那一坨塑胶啊，哈哈
我的意思是轮毂的刚度和气体的刚度哪个大，比如如果气体的刚度为k，轮毂的刚度为10k，那刚度串联之后，那总的刚度不是就由气体的刚度k决定了吗？还是气体的刚度为10k，轮毂的刚度为k呢？ 楼主要是把每个模型的微分方程，输入-输出参数，模型中刚度、阻尼、质量都列出来，就更好了。
现在17版又多了新的模型
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