SUPERVISOR
Reza Gafari nadooshan,Mohsen Esfahanian,Mohammad Silani
رضا جعفری ندوشن (استاد مشاور) محسن اصفهانیان (استاد راهنما) محمد سیلانی (استاد مشاور)
STUDENT
Seyed shahab Vaseli esfahani
سیدشهاب واصلی اصفهانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
TITLE
Study on the Effect of Changing Tire Characteristics on Vehicle Dynamic Performance Improvement
Most of driving and resistant forces that enable braking, acceleration, and cornering of a vehicle are created at the tire’s contact zone with the road. Tires have complex structure and are composed of various components. The geometrical and mechanical properties of the structure affect the characteristics of the forces and torques created at the contact zone and consequently, the vehicle's behavioral specifications such as braking, acceleration, and cornering characteristics are affected. Because of requiring advanced equipment and high costs of practical tests, computer-aided simulation has received attention. In this study, the effect of some geometrical and mechanical properties of a tire's structural components on its forces and moments characteristics and subsequently, on vehicle dynamics performance is investigated. The study of the sensitivity of tire behavior to changing the geometrical and mechanical properties of its components has been carried out using finite element method with the help of Abaqus. For this purpose, at first two features of rim width and sidewall height for some tires that are 185mm wide with the constraint of outer diameter remaining constant, are being investigated. Thus, the finite element models of 8 different tires that are only distinguished in terms of rim width and sidewall height have been created and the behavior of these tires has been compared by simulations of stiffness tests and rolling-slip tests. Next, sensitivity of the behavior of one of the structures to the change of stiffness of the reinforcing fibers, the ratio of the fiber cross-sectional area to their distances, and the thickness of the rubber component is investigated. By applying these changes to both the circumferential (belt) and sidewall components, it has been possible to carry out a comprehensive and separable investigation, the result of which, is suggesting a modified tire structure and showing that the proposed structure, all tire behavioral aspects (steady-state longitudinal, steady-state lateral, transient longitudinal, and transient lateral) are superior to the original structure. To investigate the effect of tire characteristics on vehicle dynamic performance, several road tests on a full vehicle for four different tires, one of which was the same modified structure, were simulated in CarSim. In each test, at least one of the parameters associated with the discussion of vehicle dynamic performance evaluation such as brake distance, understeering gradient, steering effort, vehicle slip angle, lateral deviation from target path, etc. is measured. The vehicle model used, is one of the instant vehicle models from CarSim. It uses the same default values for all vehicle subsystems except for the tires. For tires, pacejka 5.2 tire model is used. Numerical values of the coefficients of this tire model are calculated by fitting the curves of the tire forces and moments obtained by finite element simulation of required stiffness and rolling-slip tests. Simulation results of the road tests, in addition to providing useful information about the effects of rim width and sidewall height of 185mm wide tire on vehicle behavior, have shown that the vehicle behavior is more desirable with the proposed tire structure than with the early tire structures. Keywords : Automobile, Tire Behavior, Finite Element Tire Model, CarSim, Pacejka 5.2 Tire Model
عمدهی نیروهای محرک و مقاوم بر حرکت خودرو که ترمزگیری، شتابگیری و چرخش آن را میسر میسازند، در محل تماس تایرها با جاده ایجاد میشوند. تایرها دارای ساختمان پیچیده و مرکب از اجزای گوناگون هستند. ویژگیهای هندسی و مکانیکی این سازه، بر مشخصههای نیروها و گشتاورهای ایجاد شده در محل تماس تایر و جاده اثر میگذارد و بهدنبال آن، ویژگیهای رفتاری خودرو مانند مشخصههای ترمزگیری، شتابگیری و گوشهگیری تحت تأثیر قرار میگیرد. در این زمینه بهدلایل مختلفی از جمله هزینههای زیاد و نیاز به تجهیزات پیشرفته برای آزمونهای عملی، شبیهسازی بهکمک رایانه مورد توجه است. در این پروژه، تأثیر برخی ویژگیهای هندسی و مکانیکی اجزای ساختمان یک تایر سواری بر مشخصههای نیرو-گشتاور (رفتار) تایر و بهدنبال آن، برروی عملکرد دینامیکی یک خودروی سواری بررسی شدهاست. مطالعهی حساسیت رفتار تایر به تغییر ویژگیهای هندسی و مکانیکی اجزای سازندهی آن، بهروش اجزای محدود و بهکمک نرمافزار آباکوس انجام شدهاست. برای این منظور، ابتدا دو ویژگی پهنای ریم و ارتفاع دیواره برای تایر با پهنای mm 185 با قید ثابت ماندن قطر خارجی چرخ، مورد بررسی قرار گرفتهاست و بهاین ترتیب، مدل اجزای محدود 8 تایر مختلف که تنها از نظر پهنای ریم و ارتفاع دیواره متمایز هستند تهیه شده و با شبیهسازی آزمونهای سفتیسنجی و غلتش-لغزش، رفتار این تایرها با یکدیگر مقایسه شدهاست. در ادامه، حساسیت رفتار یکی از ساختارها به تغییر سفتی الیاف تقویتکننده، تغییر نسبت مساحت مقطع الیاف به فاصلهی آنها از یکدیگر و تغییر ضخامت جزء لاستیکی بررسی شدهاست. با اعمال این تغییرات هم در اجزای مربوطبه ناحیهی کمری (محیطی) و هم در اجزای مربوطبه ناحیهی دیواره، امکان بررسی و نتیجهگیری جامع و تفکیکپذیر فراهم شده که ثمرهی آن، ارائهی یک ساختار اصلاحشده برای تایر بوده و نشان داده شدهاست که ساختار پیشنهادی، از نظر همهی جنبههای رفتاری تایر (طولی پایا، جانبی پایا، طولی گذرا و جانبی گذرا) نسبتبه ساختار اولیه برتری دارد. برای بررسی تأثیر مشخصههای تایر بر عملکرد دینامیکی خودرو، چند آزمون جادهای برروی مدل دینامیکی یک خودروی کامل بهازای چهار تایر مختلف که یکی از آنها همان ساختار اصلاحشدهی پیشنهادی بوده، بهکمک نرمافزار کارسیم شبیهسازی شدهاست. در هر آزمون حداقل یکی از پارامترهای مرتبط با بحث ارزیابی عملکرد دینامیکی خودرو نظیر طول خط ترمز، شیب کمفرمانی، گشتاور فرمان، زاویهی لغزش جانبی، میزان انحراف جانبی و ... سنجیده شدهاست. مدل خودروی مورد استفاده یکی از مثالهای نرمافزار کارسیم است که برای همهی زیرسیستمهای آن بهجز تایرها، همان مقادیر پیشفرض نرمافزار استفاده شدهاست. برای تایرها مدل pacejka 5.2 بهکار رفتهاست. مقدار عددی ضرایب این مدل تایر با برازش منحنی نیروها و گشتاورهای تایر، حاصل از شبیهسازی اجزای محدود آزمونهای سفتیسنجی و غلتش-لغزش بهدست آمدهاست. نتایج شبیهسازی آزمونهای جادهای، علاوهبر اینکه اطلاعات مفیدی درخصوص تأثیر پهنای ریم و ارتفاع دیوارهی تایر با پهنای mm 185 بر رفتار خودرو بهدست داده، نشان دادهاست رفتار خودرو بهازای ساختار تایر پیشنهادی نسبتبه تایر اولیه مطلوبتر است. کلمات کلیدی: خودرو، رفتار تایر، مدل اجزای محدود تایر، نرمافزار کارسیم، مدل