王大伟，刘立刚，胡竞
泛亚汽车技术中心有限公司
【摘要】利用仿真分析的手段进行整车动态载荷预测，能大大缩短整车开发周期降低开发成本，适用于中高频分析的高精度轮胎模型对提升载荷预测结果的可靠性至关重要，本文介绍了两种用于载荷分析的主流轮胎模型：MF-SWIFT和FTire，并基于多体动力学软件Motion View，使用两种轮胎模型进行典型动载工况：Pothole(方坑)的仿真分析，将仿真结果与实车测试结果进行对比，验证比较两种轮胎模型在动态载荷分析领域的预测能力。
【关键词】轮胎模型；耐久载荷；FTire；MF-SWIFT
The application of MF-SWIFT and FTire in vehicle durability
load simulation
品牌轮胎WANG DAWEI LIU LIGANG HU JING
Pan Asia Technical Automotive Center C o., Ltd
Abstract: Utilizing prototype method to predict vehicle dynamic load will shorten development period and cut down the cost. High precision tire model plays a very important role in enhancing the reliability of simulation result. Based on the MBD software, Motion View, MF-SWIFT and FTire model were used to predict pothole dynamic load in this paper. The results were compared with RLDA, to verify the capability of the 2 tire models in durability load domain.
Key words: Tire model; Durability load; FTire; MF-SWIFT
1 前言
为缩短整车开发周期降低开发成本，当前零部件疲劳、强度分析的载荷输入多采用多体动力学仿真分析的方法获得。轮胎作为车辆与路面接触的唯一部件，忽略空气扰动的影响，作用于整车上的力和力矩几乎都是由它提供[1]。因此提高载荷预测的精度，不仅需要以准确的整车模型作为基础，能够反映轮胎在行驶过程中真实受力状态的高精度轮胎模型同样不可或缺。目前用于载荷预测分析的主流轮胎模型包括FTire模型[2]和MF-SWIFT模型[3]。本文基于同一规格轮胎的试验数据分别辨识获取FTire和MF-SWIFT模型，在Motion View中搭建某A级车的整车动力学模型，选择典型的动态载荷分析极限工况Pothole工况，分别调用两种轮胎模型进行仿真分析，分解提取关键零部件的受力并与实车测试结果进行对比，分析考察两种轮胎模型在动态载荷分析领域的预测能力以及各自的优缺点。
2 轮胎模型的获取
SWIFT模型是基于刚性环的半经验模型，通过等效路面替代真实路面输入，可适用于不平路面的平顺舒适性分析、耐久路面载荷计算、带有能激励出轮胎动态特性的控制系统的仿真以及车轮摆振分析等；FTire是基于柔性环假设的3D非线性面内和面外轮胎仿真分析模型，能够进行车辆舒适性仿真、短波不平路面的路载预测，同时在不受任何限制和对模型输入参数进行修改的前提下可用于操稳分析研究。
各种轮胎模型的获取方法大同小异，首先针对所要建模的轮胎进行多种工况的轮胎台架试验，其中工况的选择因轮胎模型的要求而异；其次将轮胎力学特性试验数据标准化为TYDEX (Tyre Data Exchange Format)文件，通过配套的辨识工具进行轮胎模型参数辨识，从而得到与试验轮胎规格对
应的模型参数，生成轮胎特性文件(*.tir/*.tpf)；最后将轮胎模型集成到整车动力学模型用于后续整车动力学工况仿真分析。从轮胎试验到轮胎模型在动力学软件中的仿真应用，整个流程可简述如下图所示[4]：
图
2.1 轮胎模型应用流程图
由于建模方式有所区别，因此进行SWIFT 和FTire 的模型参数辨识所需的试验工况种类也并不完全相同，SWIFT 需要轮胎基础参数、稳态试验、基本特性试验、包容特性及动态过凸块试验； FTire 需要刚度测试、稳态试验、动态过凸块试验以及接地印迹，其中为了表达轮胎在极限工况下垂向刚度的非线性特性，还进行了轮胎在平板和三角块上的非线性垂向刚度测试。详细的试验工况类型(
包括但不限于)如下表所示[5]：
表1.1 SWIFT & FTire 辨识所需工况
TYDEX 文件
轮胎力学试验
轮胎模型辨识
轮胎模型仿真
作为比较成熟的轮胎模型，TNO (SWIFT，MF-Tool)[6]和COSIN (FTire，FTire/fit)[7]目前都配套提供模型参数辨识工具，其中相对FTire/fit而言，MF-Tool不需要使用人员进行过多的经验性参数调整。本文选择规格为195/65 R15的某品牌轮胎，按照对应模型的工况要求进行轮胎台架试验，并辨识得到对应的MF-SWIFT和FTire轮胎模型。限于篇幅，将部分工况的辨识效果展示如下图，
图2.2 MF-SWIFT：纯侧偏工况侧向力辨识曲线图2.3 MF-SWIFT：纯纵滑工况纵向力辨识曲线
图2.4 MF-SWIFT：2D高速Cleat垂向力波动辨识曲线图 2.5 MF-SWIFT：2D高速Cleat纵向力波动辨识曲线
图2.6 MF-SWIFT：3D高速Cleat垂向力波动辨识曲线图2.7 MF-SWIFT：3D高速Cleat纵向力波动辨识曲线
图
2.8 MF-SWIFT
：2D低速Cleat，垂向力/纵向力波动和等效路形辨识曲线
图2.9 FTire：垂向静刚度辨识曲线图2.10 FTire：侧向静刚度辨识曲线
图2.11 FTire：回正刚度辨识曲线图2.12 FTire：纯纵滑工况纵向力辨识曲线
图2.13 FTire：纯侧偏工况侧向力辨识曲线图2.14 FTire：纯侧偏工况回正力矩辨识曲线
图2.15 FTire：2D高速Cleat纵向力波动辨识曲线图2.16 FTire：2D高速Cleat垂向力波动辨识曲线
图2.17 FTire：3D高速Cleat纵向力波动辨识曲线图2.18 FTire：3D高速Cleat垂向力波动辨识曲线3 整车模型建模及工况仿真
3.1 车辆模型
本文在多体动力学软件Motion View中搭建某A级车的整车模型，同时调用ADAMS solver进行后处理仿真分析。如下图所示，该A级车前悬采用麦弗逊独立悬架，后悬采用多连杆独立悬架，发动机采用三点式悬置，转向系统为齿轮齿条式转向机构，前后副车架在模型中采用柔性体单元表达，前后减震器的缓冲块力学特性曲线均为实测所得，路面模型采用2D的poly line路面。
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