郭孔辉院士：汽车轮胎动力学

轮胎是汽车与路面接触的唯一部件，轮胎动力学是高性能汽车开发的基础理论及关键技术，一直为国际汽车工程界的关注焦点和研究热点。

美国、德国、荷兰自 20 世纪30 年代就开始了轮胎动力学的研究，开发了Fiala、UA 及Magic Formula(简称MF)等轮胎模型，在模型精度提高的同时，适用范围也从单一工况扩展至侧偏、纵滑等四维输入的复合工况。我国开展轮胎动力学研究的直接原因是20 世纪60 年代红旗轿车出现高速稳定性问题，但因当时缺乏试验支持，初期进展缓慢。1984 年，长春汽车研究所成功开发了QY7329 轮胎试验台，使我国无法进行轮胎动力学测试的状况被彻底改变，我国轮胎动力学的研究得以快速推进。

四十多年来，瞄准轮胎动力学研究的理论与技术难点，并结合我国汽车开发的实际需求，郭孔辉院士科研团队完成了轮胎动力学理论、方法、装备及应用技术的系列创新，建立了比较完整的全工况高精度轮胎动力学技术体系：

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提出了轮胎动力学统一建模理论以及耦联传递矩阵的非稳态建模新方法；采用轮胎多维输入的归一化变换，建立了多变量无量纲组合的统一模型，以解决全工况高精度理论建模问题。

图1 全工况高精度轮胎动力学理论建模方法

表1 轮胎动力学理论模型对比

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创立了轮胎-路面动摩擦系数分离与插入方法；集成理论模型的全工况和边界高精度与经验建模局部高精度的优势，建立了半物理UniTire 轮胎模型，实现了实用的全工况轮胎模型的高精度表达。

图2 UniTire 与MF 轮胎模型对比

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开发了复合四连杆运动解耦轮胎试验台以及微环境箱全天候全路况模拟胎面摩擦特性试验台，解决了轮胎动力学特性全工况高精度测试难题。

图3 复合四连杆运动解耦轮胎试验台

图4 全天候全路况胎面高速摩擦特性试验台

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提出了 UniTire 轮胎模型参数分类分步高精度辨识方法，开发了针对汽车不同设计阶段需求的UniTire 轮胎模型应用软件及参数辨识工具软件，以解决汽车开发中轮胎模型高精度应用的难题。

图5 UniTire 轮胎模型参数高精度辨识方法

图6 UniTire 在驾驶模拟器及CarSim 软件中的应用

研究成果在汽车行业获得广泛的应用，对提升我国汽车的自主开发和科技创新能力、促进汽车工业技术进步发挥了重要作用。

本文摘编自郭孔辉著《汽车轮胎动力学》文前及第一章，内容有删节。

汽车轮胎动力学

郭孔辉  著

责任编辑：裴 育 纪四稳

北京：科学出版社 2018.11

ISBN：978-7-03-059128-9

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《汽车轮胎动力学》是国内第一部全面阐述汽车轮胎动力学的专著，是作者近40 年研究成果的总结。书中首先从恒定摩擦系数轮胎简化理论模型入手，讨论了动摩擦系数对轮胎力学特性的影响，引出全工况高精度 UniTire 轮胎模型，并介绍了其拓展应用及预测能力；在稳态建模基础上，阐述了侧偏、纵滑、侧倾及动载下的轮胎非稳态特性，开展了不平路面中高频动态特性的研究；最后介绍了轮胎动力学试验及应用方面的研究内容。

（本期编辑：安 静）

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