仿驼步行足的研究

生活在沙漠地区的骆驼,不仅对沙漠环境具有很强的适应性,而且具有很好的通过沙地能力。本文通过对驼足结构、运动方式及对沙地作用等的分析,根据仿生原理,提出了仿驼步行的设计原理与方法,研制了仿驼足机构,并对其进行了试验。结果表明,此足性能良好,为开发步行车辆提供了依据。     

提高松散土壤表层承载能力的试验研究

通过测取驱动轮下松散土壤的运动规律,和土壤的压板与三轴仪试验,从其结果分析表明:提高松散土壤表层承载能力的主要措施是限制轮下土壤的剪切流动。根据骆驼足具有增加接地面积和固沙作用,提出研制仿驼足型步行式车辆,为设计开发沙漠运输车辆提供根据。     

潮湿路面上胎面花纹对轮胎附着性能的影响

该文把轮胎的黏性滑水现象模拟为轮胎胎面单元和粗糙路面之间的挤压、动压膜问题。在平均流量模型的基础上，采用数值分析的方法，考虑了轮胎花纹的排水作用，研究了不同的胎面花纹对轮胎附着性能的影响，并对不同花纹胎面单元的压力分布等进行了深入分析。计算结果表明，在选取的几种花纹模型中交叉花纹轮胎的附着性能最好。这些结果为轮胎胎面花纹的抗湿滑设计提供了理论依据。     

机械弹性车轮提高轮胎耐磨性和抓地性分析

为提高轮胎接地性能,对新型机械弹性车轮垂直静态接地特性进行了研究。通过对车轮结构和承载方式进行分析,分别建立了基于Timoshenko圆形梁的车轮外圈弹性圆环模型和基于连续辐板的铰链组模型,并通过非线性有限元法和试验进行了验证。根据所建立的非线性有限元模型对机械弹性车轮和子午线充气轮胎的接地特性进行了对比研究,结果表明机械弹性车轮通过悬毂式承载控制车轮外圈变形,没有胎肩处的应力集中。在载荷为5 000 N时,机械弹性车轮和充气轮胎接地印迹中心0.14 m×0.265 m矩形区域内的接地压力偏度值分别为0.424和0.536 MPa。机械弹性车轮有效降低了接地压力偏度值,改善了轮胎接地的均匀性,提高了车轮耐磨损性能和抓地性能,研究为车轮性能优化提供了参考。     

轮胎侧偏特性在时变载荷条件下的试验设计

分析了时变载荷下轮胎侧偏特性的试验原理，利用低速平板式轮胎试验台，设计并实现了时变载荷下轮胎侧偏特性的试验，同时测量出不同载荷下的轮胎滚动阻力系数和轮胎垂直变形，可为轮胎特性的建模、仿真与分析等提供试验数据     

基于弹性迟滞理论的轮胎滚动阻力解析模型构建

为了降低轮胎滚动能量损失,该文提出一种新型轮胎滚动阻力解析模型。分析轮胎滚动阻力产生的机理,考虑材料的弹性迟滞特点,定义非线性弹性力和非线性阻尼力构建轮胎垂向复合回复力公式,搭建特定试验进行模型参数辨识。根据刷子模型将轮胎接地部分化简为两部分:一部分为接地中心到刷毛单元开始接触地面的加载区域;另一部分为接地中心到刷毛单元离开地面的卸载区域。然后分别对参数辨识得到的加载和卸载曲线在相应区域内积分并求和,获得轮胎滚动阻力矩解析模型。根据ISO 28580标准对轮胎滚动阻力进行测试,结果表明:轮胎滚动阻力随速度(10~120 km/h)和垂向负载(6~25 kN)的增大而增大;试验结果与解析值在相同的工况条件下变化趋势基本一致,从而验证了模型的有效性。新型滚动阻力模型的提出有助于轮胎的结构优化。     

轮式拖拉机在典型路况下轮胎受力仿真分析

为了研究轮式拖拉机在典型路况下轮胎的受力情况,该文采用多体动力学软件RecurDyn进行轮式拖拉机建模,建立了包含4个车轮、前轴、后轴以及车架的简化模型,并给前轴和后轴施加合理的质量。利用RecurDyn的Fiala轮胎模块建立了轮胎与地面的相互作用模型,分别对轮式拖拉机在上20°坡、上44°极限坡、下20°坡和下34°极限坡等情况下的轮胎位移和受力进行了仿真分析,同时比较了拖拉机在两种不同车速情况下的轮胎受力。结果表明,在不同的坡度下行驶时,轮式拖拉机前轮受到的冲击力差别明显,上44°坡时受到的最大冲击力比上20°坡时增加了67.73%,下34°坡时受到的最大冲击力比下20°坡时减少了8%;在相同的路面条件下,当拖拉机以0.678 m/s过圆柱形障碍物时,前轮受到的最大作用力比在车速1.356 m/s时减小了16.13%。仿真分析结果可为轮式拖拉机轮胎受力研究提供参考。     

山羊蹄底部非规则曲面仿生形貌数学模型构建及验证

山羊蹄底部非规则曲面形貌是影响山羊在崎岖路面稳定行走的关键因素之一,研究山羊蹄底部曲面特征将有助于将其这一优越特征应用到仿山羊农业四足行走机器人上,以解决目前农业四足行走机器人在崎岖地面上行走稳定性差的难题。该研究选取6个月的雄性波尔山羊蹄,采用三维立体扫描仪获取山羊蹄点云数据,并导入Geomagic Studio软件中进行点云去噪声、采样、封装、表面处理,得出山羊蹄的精确曲面,进行曲面偏差分析,最后根据山羊蹄偶型结构把山羊蹄底部曲面划分为2部分,利用Catia软件中的Digitized Shape Editor模块,对2个曲面的密集点云进行过滤,保留曲面形貌的特征点,并导出2个区域特征点云三维坐标数据。运用Matlab软件中的cftool工具箱对特征曲面的点云三维坐标数据进行3次多项式拟合,分别得到2个曲面的拟合方程、残差平方(SSE)、均方差(RMSE)和决定系数R2,研究结果表明:山羊蹄曲面标准偏差为1.402 2 mm,山羊蹄底部左侧曲面拟合残差平方(SSE)是359,均方差(RMSE)是0.792 9,决定系数(R2)是0.988 9;山羊蹄底部右侧曲面拟合残差平方(SSE)是256.2,均方差(RMSE)是0.7253,决定系数(R2)是0.987 9。对构建的数学模型进行验证发现,模型的拟合值与实际值的相对误差最大值分别为8.63%和9.58%,相对误差均值分别为4.32%和4.73%,相对误差均值能满足工程设计允许的误差范围±5%,验证了模型的有效性,实现了山羊蹄底部非规则曲面由生物模型到数学模型的转化。该研究为将山羊蹄底部曲面形貌进行仿生学应用奠定了理论基础,并为利用仿生学技术研究农业四足行走机器人提供参考依据。     

基于复合滑移理论的轮胎抓地状态建模与验证

为了精确地估计轮胎抓地状态,该文针对影响汽车行驶稳定性和安全性的轮胎和地面之间的相互作用模型进行了深入研究。采用轮胎刷子模型,同时考虑纵向滑移和侧向滑移情况,提出了改进的复合滑移轮胎刷子模型。利用抓地力和最大滚动摩擦系数确定轮胎抓地状态。通过定义复合滑移系数建立了一个关于抓地状态的一元三次方程式,讨论模型中参数对抓地状态的影响,为了提高模型适应性,同时考虑了速度与最大滚动摩擦系数的变化关系。选用225/60R18轮胎的某车型进行3次重复双移线试验,结果显示:在转向时间段内(1.8~2,3.2~3.4,4.4~4.6 s)抓地状态分别为0.54、0.79和0.39,与估计值极限误差分别为4%、5.4%和5.2%,而在直线行驶时测量值与估计值误差小于2%,说明此解析模型可为预测轮胎滑移状态提供一种新的方法。该文对汽车操纵稳定性的研究具有一定的指导意义。     

非道路车辆轮胎-土壤相互作用建模方法及试验技术综述

轮胎-土壤相互作用研究是非道路车辆地面力学发展的重要基础,其中轮胎-土壤试验技术和轮胎建模方法对非道路车辆驱动系统设计、驱动算法开发以及整车牵引性能评估均具有重要意义。为明确非道路车辆轮胎-土壤相互作用研究中轮胎建模方法与试验技术的未来发展方向,该研究首先概述了国内外轮胎-土壤相互作用研究中所涉及的核心试验技术,包括土壤力学性能试验和室内单轮土槽试验,然后重点总结了轮胎-土壤相互作用的轮胎模型建立方法,将现有轮胎建模方法归纳为经验建模、数值建模和半经验建模,剖析比较了三种建模方法的优缺点和适用场景,并就每种建模方法列举了若干应用实例。最后,结合智能传感、智能测量、机器学习、整车协同等先进领域最新进展,提出了轮胎-土壤相互作用下轮胎建模方法和试验技术的未来研究重点与发展方向,以期为非道路车辆轮胎-土壤相互作用研究提供理论依据和技术参考。     

内支撑安全轮胎零压工况力学特性

安全轮胎零压力学特性是提升轮胎续驶性能、实现车辆爆胎稳定性控制的基础。为研究内支撑安全轮胎的零压力学特性,通过零压工况负荷特性、侧向力学特性及接地特性试验,研究了不同负荷作用下内支撑安全轮胎的径向刚度、侧向刚度及接地特征参数的变化规律,并与额定胎压工况进行了对比。研究表明内支撑安全轮胎失压后,径向刚度表现为分段近似线性,在负荷小于负荷6 000 N时,其平均径向刚度较额定胎压工况降低了84.76%,在负荷大于拐点负荷时,其平均径向刚度较额定胎压工况增加283.34%;内支撑安全轮胎在无明显侧滑区侧向力与侧向位移近似为线性,零压侧向刚度较额定胎压工况增大9.92%,最大侧向附着力降低24.41%;当负荷达到一定数值时接地印痕面积基本保持不变,在胎肩和胎冠中心区域出现应力集中现象,胎面翘曲严重,接地压力分布均匀性变差。研究结果为掌握零压工况下内支撑安全轮胎的力学特性,进行车辆爆胎稳定性控制提供理论基础和参考。     

轮胎非稳态侧偏特性半经验模型

在轮胎非稳态侧偏特性理论模型的基础上,提出了一种半经验模型。经过试验验证,在相关的低频范围内,理论值与试验值吻合较好。与理论模型相比,该模型结构简单,模型参数较少,便于在车辆动力学仿真中应用。     

驼足运动特性试验研究

研究了骆驼在平坦沙地行走时驼足的运动特性。所得结果有利于揭示骆驼沙地高行走性能的优异本领,对于步行车辆步行足运动方式及腿足运动协调的合理设计具有指导意义。     

轮胎胎压和车速对无悬架拖拉机横向乘坐振动特性的影响

为研究轮胎胎压和行驶速度对驾驶员横向乘坐振动特性的影响,该文以两轮驱动式无悬架国产拖拉机为研究对象,建立无悬架拖拉机横向-垂向平面三自由度模型,通过仿真和试验相结合,分别获取不同轮胎胎压和行驶速度下拖拉机座椅处横向加速度功率谱密度、横向加速度均方值以及总加权加速度均方根值,并分析各自的影响规律.结果表明:拖拉机座椅处横向固有频率试验值与理论计算值的最大相对误差为4.67%,座椅处横向加速度均方根试验值随后轮胎胎压和速度的变化规律与仿真是一致的,且试验值比仿真值要小,其相对误差最大值为5.26%,误差均在可接受范围内,表明建立的理论和仿真模型是可行的;前轮胎压的变化对两轮驱动式拖拉机乘坐横向振动特性的影响不大;当轮胎胎压不变时,试验获取的拖拉机座椅处总加权加速度均方根值随行驶速度的增大而增大;当行驶速度不变时,总加权加速度均方根值随后轮胎压的增大而波浪式增大.该研究为拖拉机多维减振悬架系统的设计提供参考.     

骆驼越沙机理初步分析

本文分析了驼体和驼足对沙地的适应性,借助微细动作分析仪,进行了骆驼沙地运动动作剖析及驼足与沙相互作用研究,初步揭示了骆驼高越沙功能的机理。     

骆驼行走步态的实验与分析

为合理设计沙漠地区步行车辆行走机构及合理确定整车参数,采用高速摄影记录方法,对骆驼行走时的步法、形态及特点进行了一系列试验,经数据处理、绘制曲线、建立数学模型,研究了骆驼腿关节行走运动过程和步态规律。所获成果为步行运输车辆设计提供了理论依据。