輪胎側(cè)偏特性主要是指?jìng)?cè)偏力、回正力矩與側(cè)偏角間的關(guān)系。汽車動(dòng)力學(xué)的研究中必須考慮輪胎模型，輪胎側(cè)偏特性是輪胎極其重要的特性，它是研究汽車操縱穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。

領(lǐng)域

汽車

兩種情況

汽車在行駛過程中，由于路面的傾斜、側(cè)向風(fēng)或曲線行駛時(shí)的離心力等的作用，車輪中心沿Y軸方向?qū)⒆饔糜袀?cè)向力Fy，相應(yīng)地在地面上產(chǎn)生地面?zhèn)认蚍醋饔昧?，也稱為側(cè)偏力。當(dāng)有地面反作用力時(shí)，若車輪是剛性的，則可能發(fā)生兩種情況（如圖1）：

（1）當(dāng)?shù)孛鎮(zhèn)认蚍醋饔昧y未超過車輪與地面間的附著極限時(shí)，車輪與地面間沒有滑動(dòng)，車輪仍在其自身平面cc沒運(yùn)動(dòng)。

圖1

（2）當(dāng)?shù)孛鎮(zhèn)认蚍醋饔昧y達(dá)到車輪與地面間的附著極限時(shí)，車輪發(fā)生側(cè)向滑動(dòng)，若滑動(dòng)速度為?u，車輪便沿合成速度u^‘的方向行駛，偏離cc平面。

現(xiàn)象說明

圖2

當(dāng)車輪有側(cè)向彈性時(shí)，即使FY沒有達(dá)到附著極限，車輪行駛方向亦將偏離車輪平面cc，值就是輪胎的側(cè)偏現(xiàn)象。為了說明側(cè)偏現(xiàn)象，我們討論具有側(cè)向彈性的車輪在垂直載荷為W的條件下，車輪中心受到側(cè)向力Fy，地面相應(yīng)的有側(cè)偏力FY時(shí)的兩種情況（圖2）。一是車輪靜止不滾動(dòng)。由于車輪有側(cè)向彈性，輪胎發(fā)生側(cè)向變形，輪胎胎面接地印跡的中心線aa與車輪平面cc不重合，錯(cuò)開?h，但aa仍平行于cc。二是車輪滾動(dòng)。接觸印跡的中心線aa不只是和車輪平面錯(cuò)開一定距離，而且不再與車輪平面cc平行，aa與cc的夾角α，即為側(cè)偏角。此時(shí)，車輪就是沿著aa方向滾動(dòng)的。

產(chǎn)生原因

圖3

為了說清楚出現(xiàn)側(cè)偏角α的原因，下面具體分析車輪的滾動(dòng)過程（圖3）。在輪胎胎面中心線上標(biāo)出A1、A2、A3…各點(diǎn)，隨著車輪向前滾動(dòng)，各點(diǎn)將依次落于地面上相應(yīng)的A1^、A2^、A3^…各點(diǎn)上。在主視圖上可以看出，靠近地面的胎面上，A1、A2、A3…各點(diǎn)連線在靠近地面時(shí)逐漸變?yōu)橐粭l斜線，因此他們落在地面相應(yīng)各點(diǎn)A1^、A2^、A3^…的連線并不垂直于車輪旋轉(zhuǎn)軸線，即與車輪平面cc有夾角α。當(dāng)輪胎與地面沒有側(cè)向滑動(dòng)時(shí)，A1^、A2^、A3^…的連線就是接地印跡的中心線，當(dāng)然也是車輪滾動(dòng)時(shí)在地面上留下的痕跡，即車輪并沒有在車輪平面cc內(nèi)向前滾動(dòng)，而是沿著側(cè)偏角α的方向滾動(dòng)。顯然，側(cè)偏角α的數(shù)值是與側(cè)向力Fy的大小有關(guān)；換言之，側(cè)偏角α的數(shù)值與側(cè)偏力Fy的大小有關(guān)。

力與角的關(guān)系

圖4

圖4給出了一條由試驗(yàn)測(cè)出的側(cè)偏力-側(cè)偏角曲線。曲線表明，側(cè)偏角不超過5°時(shí)，與α成線性關(guān)系。汽車正常行駛時(shí)，側(cè)向加速度不超過0.4g，側(cè)偏角不超過4°~5°，可以認(rèn)為側(cè)偏角與側(cè)偏力成線性關(guān)系。FY-α曲線在α=0°處的斜率稱為側(cè)偏剛度k，由輪胎坐標(biāo)系有關(guān)符號(hào)規(guī)定可知，負(fù)的側(cè)偏力產(chǎn)生正的側(cè)偏角，因此側(cè)偏剛度為負(fù)值。側(cè)偏角不超過4°~5°FY與α的關(guān)系式可寫作，F(xiàn)Y=ka。

回正力矩

圖5

回正力矩是由接地面內(nèi)分布的微元側(cè)向反力產(chǎn)生的。車輪在靜止時(shí)受到側(cè)向力時(shí)，印跡長(zhǎng)軸線aa與車輪平面cc平行，錯(cuò)開?h，故可認(rèn)為地面?zhèn)认蚍醋饔昧ρ豠a線是均勻分布的（如圖5）。

圖6

而車輪滾動(dòng)時(shí)，印跡長(zhǎng)軸線aa不僅與車輪平面錯(cuò)開了一定距離，而且轉(zhuǎn)動(dòng)了α角，因而印跡前端離車輪平面近，側(cè)向變形??；印跡后端離車輪平面遠(yuǎn)，側(cè)向變形大?？梢哉J(rèn)為，地面微元側(cè)向反作用力的分布與變形成正比，故地面微元側(cè)向反作用力的分布情況如圖6所示，其合力就是側(cè)偏力FY，但其作用點(diǎn)必然在接地印跡幾何中心的后方，偏移某一距離e。e稱為輪胎拖距，F(xiàn)Ye就是回正力矩Tz。

在FY增加到一定程度時(shí)，接地印跡后部的某些部分便達(dá)到附著極限，隨著FY的進(jìn)一步加大，將有更多的部分達(dá)到附著極限，知道整個(gè)接地印跡發(fā)生側(cè)滑，因而輪胎拖距會(huì)隨著側(cè)向力的增大而逐漸變小。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，回正力矩開始時(shí)隨著側(cè)偏角的增大而逐步變大，側(cè)偏角在4°~6°時(shí)達(dá)到最大值；側(cè)偏角在增大，回正力矩下降；在10°~16°時(shí)回正力矩為零；側(cè)偏角再大，回正力矩成為負(fù)值。