轮胎垂向变形在汽车工程应用力学中的关键影响

充气轮胎的基本功能之一是车辆在不平路面行驶时起缓冲作用，这对于车辆的行驶平顺性、稳定性和制动性均有重要影响。

1.下沉量

轮胎的缓冲作用与充气轮胎的弹性有关。充气轮胎在垂向载荷的作用下，轮胎被压缩，发生垂向变形。垂向变形程度（亦称下沉量）取决于轮胎结构、充气压力、负荷以及路面的状况。

轮胎垂向变形时，无论是轮胎材料，还是内部压缩空气，都承受着变形。其中，轮胎的主要组成部分——胎体和胎面约占变形40%，其余的60%则由压缩空气承受。在轮胎充气压力偏低时以及气压一定的条件下增大轮胎垂向负荷时，胎体和胎面变形所摊到的工作份额便增大了。

轮胎的垂向变形，通常用断面高的百分数——压缩系数来评定。对于普通轮胎，可近似地用断面宽的百分数来评定。在最大允许载荷的作用下，普通轮胎的压缩系数一般为10%～12%，乘用轮胎为12%～14%。

在硬路面上，轮胎下沉量与轮胎结构、充气压力以及负荷的关系，可用下面的简单近似公式来表示

式中 Δr——轮胎的下沉量（cm）；

W——法向载荷（kg）；

p——气压（kg/cm²）；

D——轮胎公称直径（cm）；(www.xing528.com)

B——轮胎断面宽（cm）。

2.滚动半径

轮胎的自由直径称为公称直径。轮胎在静载荷作用下，车轮旋转轴中心至平路面的距离称为轮胎的静半径；在数值上，静半径等于公称半径与下沉量之差。

车轮在滚动时，其滚动半径比静半径略有增大。原因有二：其一，在动态变形和离心力的作用下，轮胎材料的刚度有所提高，尤其是在高速行驶时轮胎材料来不及变形；其二，轮胎在滚动时，离心力力求将胎面向外甩出，高速行驶时这个甩力相当大。因此，滚动轮胎的垂向变形比静态时小些，轮胎滚动半径比静半径大些。但这些因素也只有在高速行驶的条件下才会显著地影响，在普通的车速范围内，可以认为滚动半径近似等于静半径。

在汽车动力学仿真中，通常以滚动半径作为计算参数。滚动半径通常通过从动车轮轮胎滚过的路程与圈数换算而得，其公式如下

式中 S——轮胎滚过的路程（m）；

R_k——轮胎滚动半径（m）；

n——轮胎对应的滚过圈数。