CN105224711A - 用于评估轮胎的轴向分割胎面区域的磨损的方法和系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种使用计算机评估轮胎的每个圆周胎面区域的磨损的方法。包含模型圆周胎面区域的轮胎的轮胎模型被定义。对轮胎在自由滚动、刹车、驱动和转弯的各个滚动状态下行驶进行仿真以得到在每一个滚动状态下每一个模型圆周胎面区域的第一平均磨损能。相对于轮胎的特定的行驶模式，定义在行驶模式中发生的各个滚动状态的发生频率。为每一个圆周胎面区域计算当轮胎根据行驶模式行驶时相关的圆周胎面区域的第二平均磨损能被计算，从而相关的圆周胎面区域的模型圆周胎面区域在各个滚动状态下的第一平均磨损能分别被各个滚动状态的发生频率加权。基于计算出的相关的圆周胎面区域的第二平均磨损能，评估每一个圆周胎面区域的磨损。

Description

用于评估轮胎的轴向分割胎面区域的磨损的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种用于评估轮胎磨损的计算机实现的仿真方法和计算机系统，能够在轮胎的任意实际行驶条件下准确地评估胎面部分的每一个轴向分割胎面区域的磨损。

背景技术

在已知的轮胎技术中，轮胎特别是充气轮胎的胎面磨损包括各种不均匀磨损，诸如：冠磨损——胎面冠部分的磨损多于其它部分；两侧肩磨损——两肩部分磨损多于在其间的冠部分；单侧肩磨损——胎面肩部分中的一个磨损多于其它部分；轨道磨损——胎面在沿着圆周凹槽以两条平行线磨损等。

在日本专利申请公报No.2001-1723(专利文献1)中，公开了一种用于预测轮胎磨损的方法。在该方法中，利用室内试验机器测量在几个测量条件下轮胎的磨损能。用于测量磨损能的该室内试验机器公开在日本专利申请公报No.H8(1996)-128937中，其中，磨损能的传感器在一个轴向位置上在轮胎圆周方向上成直线排列，并且试验轮胎在往复移动的平台上滚动。

因此，仅在一个轴向位置上测量磨损能，并且轮胎的滚动不连续。进一步，工作台的表面可能在很大程度上不同于实际路面。因此，难以准确地评估轮胎的磨损量。特别地，几乎不可能评估在不同轴向位置上出现在轮胎圆周方向上的上述不均匀磨损。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种在任意行驶条件下能够准确地评估轮胎的每个轴向分割胎面区域的磨损的计算机实现的方法和计算机系统。

根据本发明，利用计算机评估轮胎的胎面部分的每个圆周胎面区域的磨损的方法，包含：

在计算机中定义由有限数量的单元组成并且包括各个圆周胎面区域的模型圆周胎面区域的轮胎的轮胎模型的程序；

利用计算机对轮胎模型在自由滚动、刹车、驱动和转弯的各个滚动状态下行驶进行仿真，以得到在每一个滚动状态下每一个模型圆周胎面区域的第一平均磨损能的程序；

相对于轮胎的特定的行驶模式，在所述计算机中定义在该行驶模式中发生的各个滚动状态的发生频率的发生频率定义程序；

利用计算机为每一个圆周胎面区域计算当轮胎根据行驶模式行驶时相关的圆周胎面区域的第二平均磨损能，从而相关的圆周胎面区域的模型圆周胎面区域在各个滚动状态下的第一平均磨损能分别被各个滚动状态的发生频率加权的程序；和

基于计算出的相关的圆周胎面区域的第二平均磨损能，利用计算机评估每一个圆周胎面区域的磨损的磨损计算程序。

磨损计算程序可以包括程序，该程序用于使用相关的圆周胎面区域的第二平均磨损能和构成相关的圆周胎面区域的橡胶材料的磨损指数计算每一个圆周胎面区域的评估磨损，其中磨损指数是橡胶材料的磨损的量与导致橡胶材料上磨损的磨损能的比值。

各个滚动状态的发生频率可以通过多重线性回归分析法基于模型圆周胎面区域的第一平均磨损能和通过轮胎行驶得到的圆周胎面区域的实际磨损量确定。

各个滚动状态的发生频率可以基于通过轮胎行驶得到的施加于轮胎的左右加速度的产生频率和通过轮胎行驶得到的施加于轮胎的前后加速度的产生频率确定。

根据本发明的一种计算机系统，该计算机系统包含用于评估轮胎的胎面部分中的每个圆周胎面区域的磨损的算术处理单元，其中，该算术处理单元包括：

轮胎模型定义部，该轮胎模型定义部用于定义由有限数量的单元组成并且包含各个圆周胎面区域的模型圆周胎面区域的轮胎的轮胎模型；

第一磨损能计算部，该第一磨损能计算部用于对轮胎模型在自由滚动、刹车、驱动和转弯的各个滚动状态下行驶进行仿真，并且得到在每一个滚动状态下每一个模型的圆周胎面区域的第一平均磨损能；

发生频率计算部，该发生频率计算部用于定义轮胎的特定的行驶模式中发生的各个滚动状态的发生频率；

第二磨损能计算部，该第二磨损能计算部用于计算当轮胎根据特定的行驶模式下行驶时计算每一个圆周胎面区域的第二平均磨损能，从而相关的圆周胎面区域的模型圆周胎面区域在各个滚动状态下的第一平均磨损能分别被各个滚动状态的发生频率计算；和

磨损量计算部，该磨损量计算部用于基于计算出的相关的圆周胎面区域的第二平均磨损能评估每一个圆周胎面区域的磨损。

附图说明

图1是实现作为本发明的实施例方法的计算机系统的框图。

图2是被用作通过该实施例中方法评估其磨损轮胎的实例的充气轮胎的截面图。

图3是显示充气轮胎的胎面部分展开的局部图。

图4显示作为本发明的实施例的方法。

图5显示其截面图被呈现的充气轮胎的数字轮胎模型。

图6显示图5所示的轮胎模型的胎面部分(对应于图3)。

图7是显示在路面模式的轮胎模型的图。

图8是该实施例中方法的第一磨损能计算程序的流程图。

图9是显示在自由滚动期间计算的磨损能分布的轮胎的地面接触印痕。

图10是该实施例中方法的发生频率定义程序的流程图。

图11是显示圆周凹槽和胎面边缘的实际磨损量的图。

图12是显示在每一个滚动状态下模型的圆周凹槽和胎面边缘的第一平均磨损能的图。

图13是该实施例中方法的磨损计算程序的流程图。

图14是作为本发明的另一实施例的方法的发生频率定义程序的流程图。

图15是显示左右加速度的产生频率的图。

图16是显示前后加速度的产生频率的图。

图17是显示评估磨损量和实际磨损量之间关系的图。

具体实施方式

现将结合附图详细描述本发明的实施例。

在根据本发明的方法中，当在各种状态下在路面上滚动时发生的轮胎2的磨损使用计算机系统1A评估。

在显示轮胎2的实例的图2中，轮胎2是充气轮胎，该充气轮胎包含：胎体6，该胎体6通过胎面部分2a和侧壁部分2b在胎圈部分2c的胎圈芯5之间延伸；和胎面加强带7，该胎面加强带7径向地配置在胎面部分2a中胎体6的外侧。胎体6由以相对于轮胎赤道C在75至90度范围内的角度径向地布置的绳的至少一个层6A组成，在这实例中仅一个层，该层片通过胎面部分2a和侧壁部分2b在胎圈部分2c之间延展并且从轮胎的轴向内侧至轴向外侧绕着在每一个胎圈部分2c中的胎圈芯5卷起以在其间形成一对卷起部分6b和主部分6a。

带7包括以相对于轮胎赤道C在10至35度的角度放置的绳的至少两个交叉的缓冲层7A和7B。

在主部分6a和每一个卷起部分6b之间，配置从胎圈芯5径向向外延伸的胎圈三角胶8。

胎面部分2a设置有胎面图案，该胎面图案包括至少一个圆周连续延伸凹槽9从而将胎面部分2a轴向分割成圆周胎面区域10。

在显示胎面花纹的实例的图3中，胎面部分2a设置有不止一个圆周凹槽9。在这实例中，圆周凹槽9包括：第一冠圆周凹槽9a，该第一冠圆周凹槽9a配置在轮胎赤道在轮胎轴线方向上的一侧S1上；第二冠圆周凹槽9b，该第二冠圆周凹槽配置在轮胎轴线方向的另一侧S2上；第一肩圆周凹槽9c，该第一肩圆周凹槽配置在轮胎赤道在轮胎轴线方向上的侧S1；和第二肩圆周凹槽9d，该第二肩圆周凹槽配置在轮胎轴线方向的侧S2上。因此，在该实例中的圆周胎面区域10包括：中心圆周胎面区域10a，该中心圆周胎面区域10a限定在凹槽9a和9b之间；第一中间圆周胎面区域10b，该第一中间圆周胎面区域10b在凹槽9a和9c之间配置在轮胎赤道C的侧S1上；第一肩圆周胎面区域10d，该第一肩圆周胎面区域10d在凹槽9c和胎面边缘2ta之间配置在轮胎赤道C的侧S1上；第二中间圆周胎面区域10c，该第二中间圆周胎面区域10c在凹槽9b和9d之间配置在轮胎赤道C的另一侧S2上；和第二肩圆周胎面区域10e，该第二肩圆周胎面区域10e在凹槽9d和胎面边缘2tb之间配置在轮胎赤道C的侧S2上。进一步，圆周胎面区域10设置有横向凹槽20。

在该说明书中，胎面边缘2t是当轮胎的外倾角为零时发生在轮胎的正常充气负载状态下的轮胎2的地面接触印痕的轴向最外边缘。

正常充气负载状态为轮胎安装在标准轮缘上并且被充气至标准压力并且负载标准轮胎载荷。

标准轮缘为在轮胎生产、售卖或使用的地区有效的标准组织，即，JATMA(日本和亚洲)、T&RA(北美洲)、ETRTO(欧洲)、TRAA(澳大利亚)、STRO(斯堪的纳维亚)、ALAPA(拉丁美洲)、ITTAC(印度)等轮胎官方批准或推荐的轮缘。标准压力和标准轮胎载荷是用于在空气压力/最大载荷表或类似列表中由相同组织规定的轮胎的最大气压和最大轮胎载荷。例如，标准轮缘为JATMA中规定的“标准缘”，ETRTO中的“测量缘”，TRA中的“设计缘”等。

标准压力为JATMA中的“最大气压”，ETRTO中的“充气压力”，TRA中“各种冷充气压力下轮胎载荷限制”表中给出的最大压力等。然而，对于客车轮胎的情况，标准压力一律定义为180kPa。标准载荷为JATMA中的“最大载荷能力”，ETRTO中的“载荷能力”，TRA中上述表给出的最大值等。

实现该实施例中方法的计算机系统1A包括计算机1，如图1所示，该计算机1包含：输入装置11，输出装置12，用于计算轮胎的物理量的算术处理单元13等等。对于输入装置11，例如，键盘、鼠标等能单独或组合使用。对于输出装置12，例如，显示器、打印机等能单独或组合使用。算术处理单元13包含：中央处理单元(CPU)13A；存储装置13B，存储装置13B存储各种数据、软件程序等；和工作存储器13C。对于存储装置13B，不挥发性存储装置，例如，磁盘驱动、光盘、固态驱动等能被使用。

存储装置13B包含数据区15和程序区16。

数据区15包括：

初始阶段数据区15A，在初始阶段数据区15A中存储关于要评价的轮胎和轮胎在其上滚动的路面的数据(例如，CAD数据)；

轮胎模型数据区15B，在轮胎模型数据区15B中存储关于轮胎的轮胎模型的数据；

路面模型数据区15C，在路面模型数据区15C中存储关于路面的路面模型的数据；

边界条件数据区15D，在边界条件数据区15D中存储关于仿真使用的边界条件的数据；和

物理量数据区15E，在物理量数据区15E中存储关于由中央处理单元13A计算的物理量的数据。

在程序区16中，存储要由中央处理单元13A执行的程序(该实施例中的方法)。

程序区16包括：

轮胎模型定义区16A，在轮胎模型定义区16A中存储用于定义轮胎模型的子程序；

路面模型定义区16B，在路面模型定义区16B中存储用于定义路面模型的子程序；

轮胎充气区16C，在轮胎充气区16C中存储用于计算在施加内压之后轮胎模型的形状的子程序；和

负载轮胎计算区16D，在负载轮胎计算区16D中存储用于定义在施加内压之后施加于轮胎模型的载荷的子程序。

进一步，程序区16包括：

第一磨损能计算区16E；

发生频率计算区16F；

第二磨损能计算区16G；和

磨损量计算区16H。

图4显示根据本发明的方法的实施例。

＊程序S1

在该实施例的方法中，在计算机1中定义轮胎2的轮胎模型。(程序S1)

在该程序S1中，如图1所示，存储在初始阶段数据区15A中的关于轮胎2的数据(例如，轮胎2的轮廓)被转入到工作存储器13C中。进一步，轮胎模型定义区16A(其中的子程序)被读入工作存储器13C并且由中央处理单元13A执行。

因此，在程序S1中，基于关于轮胎2的数据，定义能够由诸如有限元法、有限容积法、差分法和边界元法的数值分析方法处理的有限数量的单元F(i)(i＝1,2,…)构成的轮胎2的轮胎模型21(如图5所示)。在该实施例中，有限元法被用作为数值分析方法。

这种轮胎模型21被存储在轮胎模型数据区15B中。

关于单元F(i)，能够优选采用固体单元，例如，四面体固体单元、五面体固体单元、六面体固体单元等。每个单元F(i)具有不止一个结点25。

在每一个单元F(i)上，定义数值数据，该数值数据包括，例如，单元的标识号，各个结点25的标识号和坐标，材料特性(例如，密度、杨氏模量和/或阻尼系数)等。

在轮胎模型21的胎面部分21a中，如图6所示定义圆周凹槽9(9a，9b，9c，9d)的模型圆周凹槽22(22a，22b，22c，22d)，和圆周胎面区域10(10a，10b，10c，10d，10e)的模型圆周胎面区域23(23a，23b，23c，23d，23e)，其中凹槽部的网格或单元被省略以便凹槽模型和胎面区域模型能够容易识别。

＊程序S2

在该实施例的方法中，路面的路面模型在计算机1中定义。(程序S2)

在程序S2中，存储在初始阶段数据区15A的关于路面的数据被转入到工作存储器13C中。进一步，路面模型定义区16B(其中的子程序)被读入工作存储器13C，并且由中央处理单元13A执行。

因此，在程序S2中，基于关于路面的数据，如图7所示定义能够由数值分析方法(在该实施例中，有限元法)处理的有限数量的单元G(i)(i＝1,2,…)构成的路面模型24。这种路面模型24被存储在路面模型数据区15C中。

在路面模型中，每一个单元G(i)是定义为不可变形的刚性平面单元。每一个单元G(i)具有不止一个结点28。

在每一个单元G(i)上，定义数值数据，该数值数据包括，例如，单元的标识号和各个结点28的标识号和坐标。

在图7所示实例中，图解的路面模型24是平的。但是，当然，可以定义路面模型24为不是平的以通过形成，例如，隆起、凹痕、起伏、车辙、类似沥青路面的小不平整来仿真实际路面。

＊程序S3

接下来，在该实施例的方法中，利用计算机1，计算在路面模型24上滚动过程中轮胎模型21的每一个模型的圆周胎面区域23a-23e的第一平均磨损能。(第一磨损能计算程序S3)

在程序S3中，对轮胎模型在自由滚动、刹车、加速或驱动和转向或转弯的各种滚动状态下滚动进行执行，并且计算每个模型圆周胎面区域23a-23e在各个状态下的第一平均磨损能。

图8显示程序S3的流程图。

＊＊程序S31

在第一磨损能计算程序S3中，在轮胎模型21上定义边界条件。(程序S31)

例如，边界条件包括轮胎模型21的轮胎内压、轮胎载荷T和外倾角，以及在轮胎模型21和路面模型24之间的摩擦系数。

进一步，边界条件包括对应于轮胎模型的运行速度V的角速度V1和平移速度V2，和转向(或转弯)角度。这里，平移速度V2是在轮胎模型21的地面接触印痕中的速度。

因此，角速度V1包括：在自由滚动过程中的角速度V1a，在刹车过程中的角速度V1b，在驱动过程中的角速度V1c和在转弯过程中的角速度V1d。

平移速度V2包括：在自由滚动过程中的平移速度V2a，在刹车过程中的平移速度V2b，在驱动过程中的平移速度V2c和在转弯过程中的平移速度V2d。

这个边界条件被存储在边界数据区15D中。

＊程序S32

在程序S3中，计算在施加轮胎内压之后轮胎模型21的形状。(程序S32)

在该程序S32中，存储在轮胎模型数据区15B中的轮胎模型21和存储在边界数据区15D中的内压被读入工作存储器13C。进一步，轮胎充气区16C(其中的子程序)被读入工作存储器13C，并且由中央处理单元13A执行。

因此，首先，如图5所示轮胎模型21的胎圈部分21c被轮缘26的轮缘模型27限制。

那么，通过向轮胎模型21的内部施加对应于轮胎内压的分布载荷w，执行轮胎模型21的变形计算以得到在施加内压之后的轮胎模型21。在轮胎模型21的变形计算中，基于单元F(i)的形状，在其上定义的材料特性等生成单元F(i)的矩阵：质量矩阵、硬度矩阵和阻尼矩阵。那么，表示整个系统的系统矩阵由这些矩阵生成，并且通过分配各种状态，运动方程由计算机1生成。

使用该运动方程，在时间步长Tx(x＝0,1,…)执行轮胎模型21的变形计算。附带地，时间步长能够根据所需仿真精度任意地确定。变形计算(包括稍后提到的滚动计算)能够通过例如使用市场上可买到的有限元分析应用软件诸如“LS-DYNA”完成。

＊＊程序S33

在程序S3中，计算在施加轮胎载荷之后轮胎模型21。(程序S33)

在该程序S33中，存储在边界数据区15D中的轮胎载荷、外倾角和摩擦系数被读入工作存储器13C。进一步，加载轮胎计算区16D(其中的子程序)被读入工作存储器13C，并且由中央处理单元13A执行。

因此，在程序S33中，执行用于施加内压的轮胎模型21与如图7所示的路面模型24接触的仿真，基于轮胎载荷T、外倾角和摩擦系数计算轮胎模型21的变形。

＊＊程序S34

接下来，在程序S3中，计算在自由滚动过程中每个模型圆周胎面区域23a至23e的第一平均磨损能。(程序S34)

在程序S34中，存储在边界数据区15D中在自由滚动过程中的角速度V1a和平移速度V2a被读入工作存储器13C。进一步，第一磨损能计算区16E，即，用于计算轮胎模型21的第一磨损能的子程序被读入工作存储器13C，并且由中央处理单元13A执行。

因此，在程序S34中，首先，如图7所示，被在轮胎模型21上定义在自由滚动过程中的角速度V1a，并且在路面模型24上定义平移速度V2a从而计算在路面模型24上自由滚动的轮胎模型21。

更具体地，在模型圆周胎面区域23a至23e的结点25与路面模型24接触过程中，通过自由滚动仿真或计算而计算在每一个结点25的切力P和滑程Q。

这里，切力P包括：在轮胎轴线方向x上的切力Px和在轮胎圆周方向y上的切力Py。

滑程Q包括分别对应于切力Px和Py的在轮胎轴线方向x上的滑程Qx和在轮胎圆周方向y上的滑程Qy。

自由滚动计算在从自由滚动的开始到结束期间以单位时间为间隔的多个时刻下进行。因此，在程序S34中，在结点25的切力Px、Py和滑程Qx、Qy的计算在从自由滚动的开始到结束期间以单位时间为相隔的多个时刻下进行。

进一步，对于每个模型圆周胎面区域23a至23e，其中每一个结点25的Px(i)和Qx(i)的乘积以及Py(i)和Qy(i)的乘积在相关的结点25存在于地面接触印痕的期间分别积分。

那么，相对于在每一个模型圆周胎面区域23中的所有结点25，为每一个结点25得到的两个积分值求和，并且总和除以相关的模型圆周胎面区域23的接地面积的比值作为单位时间内的平均磨损能被计算。

那么，在单位时间内的平均磨损能从轮胎滚动的开始到结束被累加。

进一步，累加值除以从轮胎滚动的开始到结束经过的时间。从而，对于每个模型圆周胎面区域23a至23e，在自由滚动过程中的第一平均磨损能被得到并且存储在物理量数据区15E。

图9显示轮胎压痕，该轮胎压痕显示在自由滚动过程中磨损能的分布，其中，磨损能的大小用灰标(起初，由彩色映射)表示。对于结点25以外的部分，磨损能基于在结点25的数据通过插入法计算。

这种数据的后处理(包括彩色映射)可以通过利用诸如LSTC的“LS-PrePost”的通用的后处理机执行。

＊＊程序S35

在程序S3中，进一步，计算在刹车过程中每个模型圆周胎面区域23a至23e的第一平均磨损能。(程序S35)

在程序S35中，存储在边界数据区15D中在自由滚动过程中的角速度V1a和平移速度V2a以及在刹车过程中的角速度V1b和平移速度V2b被读入工作存储器13C。进一步，第一磨损能计算区34被读入工作存储器13C，并且由中央处理单元13A执行。

因此，在程序S35中，在轮胎模型21上定义在自由滚动过程中的角速度V1a，并且在路面模型24上定义在自由滚动过程中的平移速度V2a。那么，在轮胎模型21上定义在刹车过程中的角速度V1b，并且在路面模型24上定义在刹车过程中的平移速度V2b，从而在当自由滚动时施加刹车的情况下能够计算轮胎模型21。

在程序S35中，在结点25的切力Px、Py和滑程Qx、Qy的计算在从刹车的开始到结束期间以单位时间为相隔的多个时刻下进行。

用和程序S34一样的方法，每个模型圆周胎面区域23a至23e在刹车过程中的第一平均磨损能被计算，并且被存储在物理量数据区15E。

＊＊程序S36

在程序S3中，进一步，计算在驱动过程中每个模型圆周胎面区域23a至23e的第一平均磨损能。(程序S36)

在程序S36中，存储在边界数据区15D中的在自由滚动过程中的角速度V1a和平移速度V2a以及在驱动过程中的角速度V1c和平移速度V2c被读入工作存储器13C。

进一步，第一磨损能计算区16E被读入工作存储器13C，并且由中央处理单元13A执行。

因此，在程序S36中，在轮胎模型21上定义在自由滚动过程中的角速度V1a，并且被在路面模型24上定义在自由滚动过程中的平移速度V2a。

那么，在轮胎模型21上定义在驱动过程中的角速度V1c，并且在路面模型24上定义在驱动过程中的平移速度V2c从而在当自由滚动时提高速度的情况下能够计算轮胎模型21。

在程序S36中，在结点25的切力Px、Py和滑程Qx、Qy的计算在从驱动开始到结束期间以单位时间为相隔的多个时刻下进行。

用和程序S34一样的方法，每个模型圆周胎面区域23a至23e在驱动或者加速过程中的第一平均磨损能被计算，并且被存储在物理量数据区15E。

＊＊程序S37

进一步，在程序S3中，计算在转弯过程中每个模型圆周胎面区域23a至23e的第一平均磨损能。(程序S37)

在程序S37中，存储在边界数据区15D中的在自由滚动过程中的角速度V1a和平移速度V2a以及在转弯过程中的角速度V1c和平移速度V2c和转向(转弯)角度被读入工作存储器13C。进一步，第一磨损能计算区16E被读入工作存储器13C，并且由中央处理单元13A执行。

因此，在该程序S37中，在轮胎模型21上定义在自由滚动过程中的角速度V1a，并且被在路面模型24上定义在自由滚动过程中的平移速度V2a。

那么，在轮胎模型21上定义在转弯过程中的角速度V1d和转向角度，并且被在路面模型24上定义在转弯过程中的平移速度V2d，从而在当自由滚动时转弯的情况下能够计算轮胎模型21。

在程序S37中，在结点25的切力Px、Py和滑程Qx、Qy的计算在从转弯的开始到结束期间以单位时间为相隔的多个时刻下进行。

用和程序S34一样的方法，每个模型圆周胎面区域23a至23e在转弯过程中的第一平均磨损能被计算，并且被存储在物理量数据区15E。

如上所述，在各个状态(自由滚动、刹车、驱动和转弯)下的第一平均磨损能从相对于模型的圆周胎面区域23a至23e的单元F(i)的所有结点25计算的切力Px(i)、Py(i)和滑程Qx(i)、Qy(i)中得到。因此，可以仿真轮胎可能连续发生在轮胎圆周方向上的实际轮胎的磨损能。因此，可以在后述的磨损计算程序S6中准确地评估磨损连续地发生在轮胎圆周方向上的实际轮胎2的磨损。

进一步，在轮胎模型21和路面模型24之间，定义在实际轮胎2和路面之间的摩擦系数，因此，可以精度计算第一平均磨损能。

＊程序S4

在该实施例的方法中，在计算机1定义车辆的特定的行驶模式中发生的各个滚动状态的发生频率。(发生频率定义程序S4)

对应于滚动状态，发生频率包括：自由滚动的发生频率Ca；刹车的发生频率Cb；驱动的发生频率Cc和转弯的发生频率Cd。在该实施例中，每一个发生频率Ca至Cd用Ca、Cb、Cc和Cd之和的百分比表示。

行驶模式能够从车辆的实际行驶历史中得到。进一步，该行驶模式能够是任意推算的行驶模式。

在先前的情况下，关于该发生频率的数据是，例如，通过如图10所示的方法提前制定的。(程序S41和S42)

＊＊程序S41

在程序S41中，实际轮胎2的每一个圆周胎面区域10的实际磨损量通过实际滚动轮胎2得到。

在程序S41的该实例中，得到的圆周胎面区域10a至10e的实际磨损量，是圆周凹槽9a至9d和胎面边缘2t(2ta和2tb)的实际磨损量。

在程序S41中，轮胎2安装在实际车辆上并且在各种道路例如高速公路、山路和公路上行驶。在行驶后，测量轮胎2的圆周凹槽9a至9d和胎面边缘2ta和2tb的实际磨损量。

在该实施例中，在每一个圆周凹槽9a至9d的三个圆周不同测量位置测量的的凹槽深度和初始凹槽深度之间的差值被平均并且确定为相关的圆周凹槽的实际磨损量。在胎面边缘2ta和2tb的情况中，在测量于在每一个胎面边缘的三个圆周不同测量位置的参考位置的径向尺寸的和初始径向尺寸之间的差值被平均并且确定为相关的胎面边缘的实际磨损量。当然，该实际磨损量的确定不局限于该方式。得到的圆周凹槽9a至9d和胎面边缘2ta和2tb的实际磨损量像圆周胎面区域10的实际磨损量一样被存储在物理量数据区15E。

图11显示圆周凹槽9a至9d和胎面边缘2ta和2tb的实际磨损量。

＊＊程序S42

在程序S42中，基于圆周胎面区域10a至10e的实际磨损量和模型圆周胎面区域23a至23e的第一平均磨损能，根据多重回归分析法计算各个滚动状态的发生频率Ca至Cd。

在程序S42中，存储在物理量数据区15E中在每一个滚动状态(自由滚动、刹车、驱动或转弯)下的圆周凹槽9a至9d和胎面边缘2ta和2tb的实际磨损量，以及每个模型圆周胎面区域23a至23e的第一平均磨损能被读入工作存储器13C。

进一步，发生频率计算区16E，即用于计算轮胎2的滚动状态的发生频率的子程序被读入工作存储器13C，并且由中央处理单发生频率13A执行。

因此，基于模型圆周胎面区域23a至23e的第一平均磨损能，计算模型圆周凹槽22a至22d以及胎面边缘21ta和21tb的第一平均磨损能。

更具体地，对于每一个滚动状态(自由滚动、刹车、驱动或转弯)，每个模型圆周凹槽22a至22d的第一平均磨损能通过平均位于相关的模型圆周凹槽的每一侧的两个模型圆周胎面区域的第一次平均磨损能得到。

例如，对于每一个滚动状态(自由滚动、刹车、驱动或转弯)，模型第一冠圆周凹槽22a的第一平均磨损能通过平均模型中心圆周胎面区域23a的第一平均磨损能和模型第一中间圆周胎面区域23b的第一平均磨损能得到。进一步，对于每一个滚动状态(自由滚动、刹车、驱动或转弯)，每一个胎面边缘21ta和的21tb的第一平均磨损能由轴向向内相邻的模型圆周胎面区域定义。例如，模型胎面边缘21ta的第一平均磨损能由模型第一肩圆周胎面区域23d定义。

图12是显示在每一个滚动状态(自由滚动、刹车、驱动或转弯)下模型圆周凹槽22a至22d和胎面边缘21t和21t的第一次平均磨损能的图。

在该图中，例如，模型第一冠圆周凹槽22a的第一平均磨损能如下：

在自由滚动过程中：65

在刹车过程中：135

在驱动过程中：140

在转弯过程中：290

模型胎面边缘21t的第一平均磨损能如下：

在自由滚动过程中：80

在刹车过程中：170

在驱动过程中：80

在转弯过程中：300

在程序S42中，接下来，多重线性回归分析基于以下进行：

由滚动状态的发生频率Ca至Cd加权的每个模型圆周凹槽22a至22d的第一平均磨损能；

由滚动状态的发生频率Ca至Cd加权的每个模型胎面边缘21ta和21tb的第一平均磨损能；

每一个圆周凹槽9a至9d的实际磨损量；和

每一个胎面边缘2ta和2tb的实际磨损量。

由滚动状态的发生频率Ca至Cd加权的模型第一冠圆周凹槽22a的平均磨损能E1用以下公式(1)表示

E1＝Ca×E1a+Cb×E1b+Cc×E1c+Cd×E1d---(1)

其中，

E1a是在模型第一冠圆周凹槽的自由滚动过程中的第一平均磨损能；

E1b是在模型第一冠圆周凹槽的刹车过程中的第一平均磨损能；

E1c是在模型第一冠圆周凹槽的驱动过程中的第一平均磨损能；并且

E1d是在模型第一冠圆周凹槽的转弯过程中的第一平均磨损能。

由滚动状态的发生频率Ca至Cd加权的模型第二冠圆周凹槽22b的平均磨损能E2用以下公式(2)表示

E2＝Ca×E2a+Cb×E2b+Cc×E2c+Cd×E2d---(2)

其中，

E2a是在模型第二冠圆周凹槽的自由滚动过程中的第一平均磨损能；

E2b是在模型第二冠圆周凹槽的刹车过程中的第一平均磨损能；

E2c是在模型第二冠圆周凹槽的驱动过程中的第一平均磨损能；并且

E2d是在模型第二冠圆周凹槽的转弯过程中的第一平均磨损能。

由滚动状态的发生频率Ca至Cd加权的模型第一肩圆周凹槽22c的平均磨损能E3用以下公式(3)表示

E3＝Ca×E3a+Cb×E3b+Cc×E3c+Cd×E3d---(3)

其中，

E3a是在模型第一肩圆周凹槽的自由滚动过程中的第一平均磨损能；

E3b是在模型第一肩圆周凹槽的刹车过程中的第一平均磨损能；

E3c是在模型第一肩圆周凹槽的驱动过程中的第一平均磨损能；并且

E3d是在模型第一肩圆周凹槽的转弯过程中的第一平均磨损能。

由滚动状态的发生频率Ca至Cd加权的模型第二肩圆周凹槽22d的平均磨损能E4用以下公式(4)表示

E4＝Ca×E4a+Cb×E4b+Cc×E4c+Cd×E4d---(4)

其中，

E4a是在模型第二肩圆周凹槽的自由滚动过程中的第一平均磨损能；

E4b是在模型第二肩圆周凹槽的刹车过程中的第一平均磨损能；

E4c是在模型第二肩圆周凹槽的驱动过程中的第一平均磨损能；并且

E4d是在模型第二肩圆周凹槽的转弯过程中的第一平均磨损能。

由滚动状态的发生频率Ca至Cd加权的模型胎面边缘21ta的平均磨损能E5用以下公式(5)表示

E5＝Ca×E5a+Cb×E5b+Cc×E5c+Cd×E5d---(5)

其中，

E5a是在模型胎面边缘21ta的自由滚动过程中的第一平均磨损能；

E5b是在模型胎面边缘21ta的刹车过程中的第一平均磨损能；

E5c是在模型胎面边缘21ta的驱动过程中的第一平均磨损能；并且

E5d是在模型胎面边缘21ta的转弯过程中的第一平均磨损能。

由滚动状态的发生频率Ca至Cd加权的模型胎面边缘21tb的平均磨损能E6用以下公式(6)表示

E6＝Ca×E6a+Cb×E6b+Cc×E6c+Cd×E6d---(6)

其中，

E6a是在模型胎面边缘21tb的自由滚动过程中的第一平均磨损能；

E6b是在模型胎面边缘21tb的刹车过程中的第一平均磨损能；

E6c是在模型胎面边缘21tb的驱动过程中的第一平均磨损能；并且

E6d是在模型胎面边缘21tb的转弯过程中的第一平均磨损能。

在由滚动状态的发生频率Ca至Cd加权的各个模型圆周凹槽22a至22d的第一平均磨损能E1至E4和由滚动状态的发生频率Ca至Cd加权的各个胎面边缘21ta和21tb的第一平均磨损E5和E6分别等于各个圆周凹槽9a至9d的实际磨损量和各个胎面边缘2t的实际磨损量的前提下，执行多重线性回归分析以确定各个滚动状态的发生频率Ca至Cd。

更具体地，求解对应于公式(1)-(6)的联立方程以得到未知数Ca至Cd。

例如，由JUSE机构开发的分析软件“StatWorks”能够用于进行多重线性回归分析。

＊程序S5

在该实施例根据方法中，接下来，利用计算机计算当轮胎2根据上述行驶模式数据行驶时每个圆周胎面区域10a至10e的第二平均磨损能。(程序S5)

在该程序S5中，存储在物理量数据区15E在每一个滚动状态下的第一平均磨损能和滚动状态的发生频率Ca至Cd被读入工作存储器13C。

进一步，第二磨损能计算区16G，即，用于计算第二平均磨损能的子程序被读入工作存储器13C，并且由中央处理单元13A执行。

因此，每个模型圆周胎面区域23a至23e的第一平均磨损能由滚动状态的发生频率Ca至Cd加权以得到作为第二平均磨损能的加权第一平均磨损能。

因此，可以评估行驶模式显示的每个圆周胎面区域10a至10e的第二平均磨损能。

圆周胎面区域10a至10e的这种评估第二平均磨损能被存储在物理量数据区15E中。

由于第二平均磨损能根据由模型圆周胎面区域23a至23e的所有单元F(i)计算的第一平均磨损能确定，所以可以准确地评估磨损连续地发生在轮胎圆周方向上的实际轮胎2的磨损。

＊程序S6

在该实施例根据方法中，接下来，基于圆周胎面区域10a至10e的第二平均磨损能，利用计算机1计算各个圆周胎面区域10a至10e的评估磨损量。(磨损计算程序S6)

在该程序S6中，存储在物理量数据区15E中的每个圆周胎面区域10a至10e的第二平均磨损能被读入工作存储器13C。

进一步，磨损量计算区16H，即，用于计算每一个圆周胎面区域10a至10e的评估磨损量的子程序被读入工作存储器13C，并且由中央处理单元13A执行。

图13是程序S6的流程图。

＊＊程序S61

在程序S6中，构成每一个圆周胎面区域10a至10e的橡胶材料的磨损能Ea和磨损量La被提前确定并且定义。(程序S61)

为了确定磨损能Ea和磨损量La，准备如图2所示的轮胎2的每一个圆周胎面区域10a至10e的橡胶样品(未显示)，并且例如，通过使用兰伯恩试验机，测量橡胶样品的磨损的量La和导致磨损的磨损能Ea。

＊＊程序S62

接下来，使用磨损量和磨损能，定义每一个圆周胎面区域10a至10e的磨损指数La/Ea。(程序S62)

磨损指数La/Ea是相关的圆周胎面区域的橡胶材料的磨损量La除以橡胶材料的磨损能Ea的比值。

因此，通过磨损指数La/Ea乘磨损能，能够评估磨损的量。

＊＊程序S63

接下来，对于每个圆周胎面区域10a至10e，通过磨损指数La/Ea乘第二平均磨损能计算评估磨损量。(程序S63)

如上所述，第二平均磨损能由模型圆周胎面区域23a至23e的所有单元F(i)计算的第一平均磨损能确定。因此，与基于在胎面部分21a的一个轴向位置的磨损能磨损评估的传统方法相比，在根据本发明的方法中，可以准确地仿真轮胎的实际磨损。

进一步，在根据本发明的方法中，由于第二平均磨损能基于行驶模式而确定，评估磨损与实际磨损较好地保持一致。

＊程序S7

在该实施例的方法中，接下来，如果每一个圆周胎面区域10a至10e的评估磨损量在预定可接受范围之内，则由计算机1检查。(程序S7)

＊程序S8

如果在可接受范围(在程序S7中“Y”)之内，则轮胎2制造成与轮胎模型21一致(程序S8)

＊程序S9

如果在可接受范围(在程序S7中“N”)之外，则改变轮胎2的一个以上设计因素(程序S9)。

那么，重复程序S1至程序S7。

因此，可以设计具有为行驶模式优化的提高耐磨性的轮胎2。

＊修改

在上述实施例中，圆周胎面区域在轮胎轴线方向上被圆周凹槽实际分割。但是，这便于为了说明而不是必要的。不管是否存在胎面凹槽，圆周胎面区域能够为由在轮胎圆周方向上画成直线延伸的假想界线定义的虚拟区域。

就此而论，在程序S4中，具体地，程序S41和S42中，圆周凹槽的实际磨损量用来确定圆周胎面区域的实际磨损量。这是因为测量凹槽深度非常容易。圆周胎面区域的实际磨损量能够由利用合适工具，例如测量橡胶厚度的工具，直接测量磨损而确定。

进一步，在上述实施例中，滚动状态的发生频率Ca至Cd基于一个实际轮胎2确定。

但是，还可以基于两个及以上实际轮胎2确定发生频率Ca至Cd。在该情况下，例如，一组发生频率Ca至Cd基于上述每一个轮胎确定。

那么，多组发生频率Ca至Cd通过平均各个发生频率而成为一组发生频率Ca至Cd。

如果行驶模式数据基于例如从行驶记录仪中得到的车辆的行驶历史数据来准备，则使用两个及以上轮胎2能够减小发生频率的潜在偏差。

因此，相对于目标轮胎使用者的行驶模式，磨损能够被准确地评估。

更进一步，还可以基于从轮胎2实际行驶得到的加速度的产生频率而不是实际磨损量来确定发生频率Ca至Cd。

在该情况下，发生频率定义程序S4如图14所示被修改。

＊＊程序S51

在修改的程序S4中，首先，在行驶在实际道路(例如，包括高速公路、山路和公路)上的期间施加于轮胎2的左右加速度和前后加速度通过安装在测试车辆上的加速度传感器测量，并且得到左右加速度的产生频率(％)和前后加速度的产生频率(％)。(程序S51)

得到的产生频率被存储在物理量数据区15E中。

图15和图16分别显示左右加速度的产生频率和前后加速度的产生频率的实例。

＊＊程序S52

在修改的程序S4中，进一步，基于左右加速度和前后加速度的产生频率，确定滚动状态的发生频率Ca至Cd。(程序S52)。

在该程序S52中，如果左右加速度不小于预定第一大小，则对应滚动被确定为转弯。

如果左右加速度小于第一大小，则对应滚动被确定为直线行驶(自由滚动、刹车或驱动)。

如果前后加速度的绝对值不小于预定第二大小，则对应滚动被确定为刹车(如为负加速度)或驱动(如为正加速度)。

如果前后加速度小于第二大小，则对应滚动被确定为自由滚动或转弯。

基于这两种加速度和产生频率的确定，确定滚动状态的发生频率Ca至Cd。

因此，第一大小确定滚动是否为转弯。第二大小确定滚动是否为刹车/驱动。这种第一大小和第二大小可以根据目标车辆的特有的特征、使用等任意确定。

例如，0.1G设置为第一大小和第二大小。

如果用该方法确定，则滚动状态的发生频率例如如下：

自由滚动的发生频率Ca：48％

刹车的发生频率Cb：12％

驱动的发生频率Cc：12％

转弯的发生频率Cd：28％

在该方法中，不同于前面实施例，不用基于圆周胎面区域的实际磨损量和模型的圆周胎面区域的第一平均磨损能执行多重线性回归分析，能够得到滚动状态的发生频率Ca至Cd，因此，可以减小计算时间和成本。

对比试验

根据包括图4、图8、图10和图14所示的过程的根据本发明的方法(实施例)，评估轮胎的每一个圆周胎面区域的磨损。

在该实施例方法中，如上所述，基于相对于圆周胎面区域的每一个结点计算的切力和滑程来计算模型圆周胎面区域的第一磨损能，定义在实际轮胎和轮胎模型上的路面之间的摩擦系数。

各个滚动状态(自由滚动、刹车、驱动和转弯)的发生频率通过多重线性回归分析基于当在以下状态下行驶时模型圆周胎面区域得到的第一平均磨损能和轮胎的圆周胎面区域的实际磨损量确定。

轮胎尺寸：215/60R16

轮缘：16x6.5

发生频率定义程序：

行驶模式：总行驶距离20,000km

(主要直线行驶)

轮胎载荷：3920N

轮胎内压：240kPa

车辆：日本2500ccFF客车

基于通过第一平均磨损能加权发生频率得到的第二平均磨损能，评估圆周胎面区域的磨损。

磨损指数使用兰伯恩试验机确定。

为了对比，轮胎的磨损能根据专利文献1描述的方法(比较例)得到。在比较例方法中，玻璃板被用作地面接触台，在玻璃板上轮胎被滚动。轮胎的磨损能在胎面部分上的一个轴向位置被测量。

轮胎的每一个圆周胎面区域的磨损基于轮胎的磨损能被评估。

图17显示实际磨损量和由实施例方法得到的评估磨损量之间的关系(相关系数0.76)，和实际磨损量和由比较例得到的评估磨损量之间的关系(相关系数-0.01)。

根据相关系数，与比较实例方法相比，确定根据本发明的实施例方法能够准确地评估磨损量。

Claims (5)

1.一种利用计算机评估轮胎的胎面部分的每个圆周胎面区域的磨损的方法，其特征在于，包含：

在计算机中定义由有限数量的单元组成并且包括各个圆周胎面区域的模型圆周胎面区域的所述轮胎的轮胎模型的程序；

利用所述计算机对所述轮胎模型在自由滚动、刹车、驱动和转弯的各个滚动状态下行驶进行仿真，以得到在每一个滚动状态下每一个模型圆周胎面区域的第一平均磨损能的程序；

相对于所述轮胎的特定的行驶模式，在所述计算机中定义所述行驶模式中发生的各个滚动状态的发生频率的发生频率定义程序；

利用所述计算机为每一个圆周胎面区域计算当所述轮胎根据所述行驶模式行驶时相关的圆周胎面区域的第二平均磨损能，从而所述相关的圆周胎面区域的模型圆周胎面区域在各个滚动状态下的第一平均磨损能分别被各个滚动状态的发生频率加权的程序；和

基于计算出的所述相关的圆周胎面区域的所述第二平均磨损能，利用所述计算机评估每一个圆周胎面区域的磨损的磨损计算程序。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，

各个滚动状态的发生频率通过多重线性回归分析法基于以下确定：

所述模型圆周胎面区域的所述第一平均磨损能；和

通过所述轮胎行驶得到的所述圆周胎面区域的实际磨损量。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，

各个滚动状态的发生频率基于以下确定：

通过所述轮胎行驶得到的施加于所述轮胎的左右加速度的产生频率；和

通过所述轮胎行驶得到的施加于所述轮胎的前后加速度的产生频率。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，

所述磨损计算程序包括：

使用所述相关的圆周胎面区域的所述第二平均磨损能和构成所述相关的圆周胎面区域的橡胶材料的磨损指数计算每一个圆周胎面区域的评估磨损，其中，所述磨损指数是所述橡胶材料的磨损的量与导致所述橡胶材料的所述磨损的磨损能的比值。

5.一种计算机系统，所述计算机系统包括用于评估轮胎的胎面部分的每个圆周胎面区域的磨损的算术处理单元，其特征在于，其中，所述算术处理单元包括：

轮胎模型定义部，所述轮胎模型定义部用于定义由有限数量的单元组成并且包含各个圆周胎面区域的模型圆周胎面区域的所述轮胎的轮胎模型；

第一磨损能计算部，所述第一磨损能计算部用于对所述轮胎模型在自由滚动、刹车、驱动和转弯的各个滚动状态下行驶进行仿真，并且得到在每一个滚动状态下每一个模型圆周胎面区域的第一平均磨损能；

发生频率计算部，所述发生频率计算部用于定义所述轮胎的特定的行驶模式中发生的各个滚动状态的发生频率；

第二磨损能计算部，所述第二磨损能计算部用于计算当所述轮胎根据所述特定的行驶模式行驶时每一个圆周胎面区域的第二平均磨损能，从而相关的圆周胎面区域的模型圆周胎面区域在各个滚动状态下的第一平均磨损能分别被各个滚动状态的发生频率加权；和

磨损量计算部，所述磨损量计算部用于基于计算出的所述相关的圆周胎面区域的所述第二平均磨损能评估每一个圆周胎面区域的磨损。