29、轮胎磨损评估与自动驾驶车辆路径跟踪控制研究

轮胎磨损评估与自动驾驶车辆路径跟踪控制研究

1 橡胶特性与轮胎磨损

1.1 橡胶材料特性

橡胶化合物本质上是粘弹性材料，其行为取决于变形频率和温度。在动态激励下，橡胶化合物会产生热量，从而改变其机械性能。在气动工业中，橡胶化合物会进行硫化处理，通过硫原子连接聚合物链，增强橡胶在高温和高变形下的弹性和稳定性。与金属在变形超过 1% 时呈现塑性行为不同，橡胶在超过 500% 的应变下仍能保持弹性，因此被称为超弹性材料。

1.2 轮胎磨损机制

商用车辆在各种操作中产生的动态力都由轮胎与地面的接触区域承担，该区域面积不超过一张笔记本纸大小。接触压力分布和足迹形状取决于操作条件、轮胎负载、加速度、轮胎充气压力和车辆悬架运动学等因素。路面的温度、粗糙度以及干湿条件也会影响轮胎与路面的相互作用。当轮胎接触区域各点的局部剪切力超过摩擦系数极限时，就会发生局部滑动，导致磨损和胎面磨损。接触力的大小和局部滑动的分布决定了轮胎胎面是均匀磨损还是不均匀磨损。较高的接触压力可以防止滑动和磨损，但如果接触压力过高，橡胶化合物的热机械降解也会导致不规则磨损。

1.3 轮胎磨损优化方法

为了优化胎面磨损，使用有限元模型来评估足迹形状和相应的力。通常，通过多体模拟（如使用 TruckSim® 等商业代码）获取轮胎动态力作为计算轮胎磨损的输入。然而，像 FTire 等模型对轮胎的表征非常昂贵且耗时，限制了产品开发活动。目前正在开发一种新的方法，可用于卡车和巴士车辆，不仅能获取动态力，还能在线获取不同路面和操作条件下的车辆动力学信息，有助于构建实时的车队地图，优化燃油消耗和维护。

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