CN113408043B - 一种整车轮胎匹配方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种整车轮胎匹配方法及装置，属于整车匹配技术领域。该方法包括以下步骤：1)根据整车车型，确定整车轮胎负荷，并根据整车轮胎负荷选择轮胎型号和轮胎胎压；2)根据所述整车车型、轮胎型号和轮胎胎压，计算整车悬架系统的传递特性曲线，得到对应的整车悬架二阶共振峰值；3)判断所述整车悬架二阶共振峰值是否满足设定条件，若满足设定条件，则判定选择的轮胎型号和轮胎胎压与整车车型匹配；所述设定条件包括所述整车悬架二阶共振峰值低于目标值。本发明以整车悬架二阶共振峰值为指标来匹配整车轮胎，使轮胎匹配更具有合理性，解决了由于轮胎刚度大带来的平顺性差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种整车轮胎匹配方法及装置，属于整车匹配技术领域。
背景技术
随着人们生活水平的提高，对乘坐舒适性的要求越来越高，而轮胎作为整车与地面接触的唯一部件，轮胎的隔振特性对行驶平顺性的影响很大。轮胎刚度越大，由于路面不平引起轮胎自身的振动就越大，从而传递到车身地板上的振动就越大，同时轮胎刚度过大会使簧下阻尼比变低，这时仅仅依靠调整减振器阻尼力难以彻底解决簧下抖动问题。因此，轮胎的合理匹配对整车平顺性性能影响非常重要。
目前整车对于轮胎选择一般基于两方面确定，一种是通过轮胎的承载能力确定，另一种是通过选择不同轮胎进行调校确定。第一种方法可能会出现轮胎承载能力过剩，轮胎刚度选取过大，整车经过较差路面时，簧下会持续抖动，平顺性性能难以提升。第二种方法会引起资源浪费，延长整车调校周期，并且一般是通过主观感受去选择轮胎，这就需要经验丰富的调校专家去确定，并且可能会出现主观判断错误，也会出现平顺性差的问题。
可见，现有整车轮胎匹配方法存在整车平顺性能差的问题，如何提高整车轮胎匹配的整车平顺性能，也成为了亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种整车轮胎匹配方法及装置，以解决现有整车轮胎匹配方法存在的整车平顺性能差的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种整车轮胎匹配方法方法，包括以下步骤：
1)根据整车车型，确定整车轮胎负荷，并根据整车轮胎负荷选择轮胎型号和轮胎胎压；
2)根据所述整车车型、轮胎型号和轮胎胎压，计算整车悬架系统的传递特性曲线，得到对应的整车悬架二阶共振峰值；
3)判断所述整车悬架二阶共振峰值是否满足设定条件，若满足设定条件，则判定选择的轮胎型号和轮胎胎压与整车车型匹配；所述设定条件包括所述整车悬架二阶共振峰值低于目标值。
另外，本发明还提出了一种整车轮胎匹配装置，包括处理器和存储器，所述处理器执行由所述存储器存储的计算机程序，以实现上述的整车轮胎匹配方法。
有益效果是：先根据整车车型实现对轮胎型号和轮胎胎压的初选，然后计算安装了该轮胎型号和轮胎胎压后的整车悬架二阶共振峰值，并以整车悬架二阶共振峰值为指标来评判所选轮胎是否匹配整车。本发明以整车悬架二阶共振峰值为指标来匹配整车轮胎，使轮胎匹配更具有合理性，解决了由于轮胎刚度大带来的平顺性差的问题。
进一步的，上述方法和装置中，若不满足设定条件，则调整轮胎胎压，并判断轮胎胎压调整后对应的整车悬架二阶共振峰值能否满足设定条件。
进一步的，上述方法和装置中，若轮胎胎压调整后对应的整车悬架二阶共振峰值仍不满足设定条件，则判断整车簧下质量能否降低，若可以降低，则判断轮胎胎压调整和整车簧下质量降低后对应的整车悬架二阶共振峰值能否满足设定条件。
进一步的，上述方法和装置中，若整车簧下质量降低后的整车悬架二阶共振峰值仍不满足设定条件，则调整轮胎型号为较小型号，并重新判断轮胎型号调整后对应的整车悬架二阶共振峰值能否满足设定条件。
进一步的，上述方法和装置中，若轮胎胎压调整后的整车悬架二阶共振峰值能够满足设定条件，则计算轮胎胎压调整后对应的轮胎刚度，并根据所述轮胎刚度重新选择轮胎型号和胎压。
进一步的，上述方法和装置中，设定条件还包括所述整车悬架二阶共振峰值与目标值的比值满足设定范围。
进一步的，上述方法和装置中，所述目标值是根据已有整车和标杆车的平顺性和整车悬架二阶共振峰值的对应关系确定的。
进一步的，上述方法和装置中，步骤1)根据公式选择轮胎型号；式中，F1为轮胎承载能力，F2为轮胎负荷，β为设置的轮胎负荷率限值。
进一步的，上述方法和装置中，步骤1)根据公式选择轮胎胎压；式中，Pref为轮胎的标示胎压，Qmax为轮胎标示胎压下对应的最大承载能力，Qr为实车所需的轮胎承载能力，Pr为实车所需的充气压力。
附图说明
图1为本发明整车轮胎匹配方法实施例中轮胎的径向刚度非线性曲线示意图；
图2为本发明整车轮胎匹配方法实施例中轮胎型号和轮胎胎压选择二次开发GUI界面示意图；
图3为本发明整车轮胎匹配方法实施例中车辆二自由度模型示意图；
图4为本发明整车轮胎匹配方法实施例中针对车辆二自由度模型的仿真结果示意图；
图5为本发明整车轮胎匹配方法实施例中整车平顺性仿真流程图；
图6为本发明整车轮胎匹配方法实施例中整车轮胎匹配方法流程图。
具体实施方式
整车轮胎匹配方法实施例：
本实施例的整车轮胎匹配方法的基本构思是：根据整车车型，先从大量轮胎型号中初步筛选出整车需要的轮胎型号和胎压，作为初步筛选结果；然后结合初次筛选出来的轮胎型号和胎压建立整车平顺性仿真模型，仿真输出整车悬架系统传递特性曲线，以该曲线中二阶共振峰值作为轮胎匹配的主要评价指标；当曲线中二阶共振峰值不能够满足要求时，则依次从胎压、簧下质量和轮胎型号几方面进行调整，直至调整后的二阶共振峰值满足要求，那么最终调整后的轮胎就是与整车匹配的轮胎，能够满足整车平顺性要求。
接下来对本实施例的整车轮胎匹配方法进行详细介绍：
1)轮胎刚度与轮胎承载能力是正相关的，因此先从轮胎承载能力与轮胎负荷的匹配程度大致初选轮胎型号和轮胎胎压。
对于一款车型，前后轴荷是确定的，首先根据轴荷来匹配合适的轮胎，轮胎的承载能力越大，轮胎满载时的轮胎压缩量就越小，轮胎刚度就越大，整车的平顺性性能就越差，因此初选轮胎时设定以下规则：
式中，F1为轮胎承载能力，F2为轮胎负荷，β为设置的轮胎负荷率限值。其中β值的确定需要从大量产品平顺性性能以及轮胎调校经验归纳总结所获取。
结合公式(1)可以确定轮胎承载能力，以该轮胎承载能力为参数可以从大量轮胎型号中初步筛选出整车需要的轮胎型号。
轮胎胎压的初步选择：
轮胎静态径向刚度主要和轮胎结构(胎面、胎侧钢丝层结构)、轮胎变形量和轮胎胎压有关，通过加载试验可以获取轮胎的径向刚度非线性曲线，如图1所示。从图1中可知，调整轮胎胎压可以改变轮胎的垂向刚度，轮胎胎压越低，轮胎垂向刚度越小，越有利于衰减平顺性簧下振动。
为了方便针对轮胎刚度选择合适轮胎型号和胎压，分析试验数据，采用最小二乘法对不同胎压下的实验数据进行拟合，得出垂直载荷与变形量之间的数值关系，建立轮胎静态径向非线性刚度的经验公式，具体如下：
F＝k1*Δx+k2*Δx2 (2)
k1＝a1+b1p (3)
k2＝a2+b2p+c2p2 (4)
F＝(a1+b1p)*Δx+(a2+b2p+c2p2)*Δx2 (5)
式中，k1、k2为轮胎径向刚度系数(与轮胎胎压强相关)，p为轮胎胎压，a1、b1、a2、b2、c2为多项式拟合系数，F为轮胎承受的载荷力大小，Δx为变形量。
根据以上公式可知，轮胎胎压降低，轮胎刚度下降，轮胎承载能力下降，为防止轮胎超负荷行驶，需要计算胎压降低后的承载能力，根据现行的欧洲轮胎轮辋技术组织发布的《欧洲轮胎轮辋技术组织工程设计手册(ETRTOEDI)》规定：当实车所需的轮胎承载能力小于该轮胎标称胎压所对应的最大承载能力时，可以参考以下公式计算实车所需的充气压力：
其中，Pref为轮胎的标示胎压，Qmax为轮胎标示胎压下对应的最大承载能力，Qr为实车所需的轮胎承载能力，Pr为实车所需的充气压力。
轮胎型号确定以后，轮胎标示胎压就可以确定，结合公式(6)可以确定与Qr对应的整车需要的轮胎胎压。
为了提高初次轮胎筛选的效率，将本实施例的轮胎型号和轮胎胎压选择方法以Matlab二次开发的形式固化下来，建立起基础车型参数数据库和轮胎基本参数数据库，二次开发GUI界面如下图2所示。
2)初选轮胎型号和轮胎胎压之后，基于初选轮胎型号和轮胎胎压进行建模仿真，得到对应的悬架二阶共振峰值
车辆二自由度模型如图3所示，针对该模型的仿真结果如图4所示，轮胎刚度降低相当于使簧下质量的固有频率降低同时阻尼比升高，仿真结果便表明：轮胎径向刚度越大，由不平整路面引发的径向振动就越大，随之传给车身的振动也就越大，径向刚度是影响径向振动最主要的参数；而且，轮胎刚度的变化对悬架系统传递特性一阶共振峰值影响不大，主要影响二阶共振峰值，轮胎刚度降低，二阶共振峰值曲线向左偏移，并且幅值降低明显。因此，轮胎刚度是二阶共振峰值的主要影响因素。
根据公司已有产品和标杆车将簧下振动等级分为高端、中端和低端三个等级，确定出这三个等级对应的整车悬架系统传递特性二阶共振峰值大小，可以作为后续新产品匹配合适轮胎的指标。
结合初次筛选出来的轮胎型号和胎压建立整车平顺性仿真模型，并设置好相应的工况、仿真时间、求解步长以及输出文件步长，仿真输出整车悬架系统传递特性曲线，以该曲线中二阶共振峰值作为轮胎匹配的主要评价指标，具体流程如下图5所示：
①车体特性参数确定：确定整车长宽高、轴距、整车质量、前后簧下质量、轮胎静力半径、车体(侧倾、俯仰、横摆)转动惯量、车体绕其质心的侧倾与横摆的惯性积等仿真所需的车体特性基本参数。
②车桥与悬架特性参数确定：弹簧压缩回弹非线性特性曲线、减振器阻尼力随速度变化的非线性特性曲线、弹簧左右跨距、减振器左右跨距、车桥质心高度、车轮静力半径、车桥质心高度、前后桥质量、车轮总成质量、车轮总成回转转动惯量等。
③轮胎特性参数确定：轮胎有效滚动半径、轮胎平衡位置处等效垂直刚度、轮胎型号、轮距、轮胎最大垂直力、轮胎断面宽度等参数。
④路面参数设置：设置平顺性常用的良好路面、减速带路面工况。
⑤路面不平度输入模块：与路面参数模块共同建立平顺性常用的A、B、C级路面。
⑥车速参数设置:对仿真车辆运行速度加以控制。
⑦传感器设置模块：获取测点信号，作为后续处理的原始信号。
⑧数据处理模块：可以将仿真获取的时域信号通过傅里叶变化转化为频域信号，同时可以将一段频域的幅频特性进行积分，得到一段频率的能量值。
⑨将仿真输出的路面功率谱密度曲线与路面输入的路面功率谱密度曲线进行FRF频响函数H1估计可以获得悬架系统的传递特性曲线。
按照图5的平顺性仿真分析流程进行仿真建模，经过一系列的数据处理模块输出悬架系统传递特性曲线，并得到悬架二阶共振峰值。
3)根据悬架二阶共振峰值是否满足要求，实现整车轮胎的匹配
本实施例根据悬架二阶共振峰值是否满足要求实现整车轮胎匹配的过程如图6所示。
如果仿真分析出来的悬架二阶共振峰值小于目标值，判断成立，则说明初选的轮胎型号和胎压与整车车型是匹配的，继续往下对悬架二阶共振峰值进行其他判定；
如果仿真分析出来的悬架二阶共振峰值大于目标值，判断不成立，进入以下步骤A；
A：根据轮胎设计规范和公式6调整胎压，并判断胎压调整后仿真得到的悬架二阶共振峰值是否低于目标值，如果没有合适的胎压能使仿真得到的悬架二阶共振峰值低于目标值，那么进入以下步骤B；如果有合适的胎压能使悬架二阶共振峰值低于目标值，那么进入以下步骤C；
B：判断簧下质量能否降低，如果可以降低，则调节簧下质量，并再判断调整胎压和调节簧下质量后仿真得到的悬架二阶共振峰值是否满足目标，如果还不满足，说明轮胎型号选择偏大，那么进入以下步骤D；
C：根据公式(5)求导算出平衡位置处轮胎刚度，再根据轮胎刚度利用公式(1)和(6)重新选择合适的轮胎型号和胎压，返回流程继续判断。
D：重新选择轮胎型号，返回起点重新进行判断。
考虑到悬架二阶共振峰值大于目标值意味着初选轮胎型号和胎压对应的轮胎刚度相对整车车型较大，本实施例步骤A中调整胎压具体为减小胎压，步骤D中重新选择的是较小型号的轮胎。本实施例步骤A对调整胎压的过程并不局限于一次调整，只有经多次调整后仿真得到的悬架二阶共振峰值仍无法满足要求，才考虑步骤B中降低簧下质量。
考虑轮胎型号对操纵稳定性、制动性等其他属性的影响，本实施例对悬架二阶共振峰值与目标值的比值进行了限定，如果比值不满足要求，则重新调整胎压或者调整轮胎型号进行匹配，如果比值满足要求，则轮胎型号和胎压确定，轮胎匹配结束。
本实施例轮胎匹配方法的优点在于：
①对由于轮胎参数选择引起的簧下振动问题提出用控制指标具体量化的方式进行解决，这种方法与凭经验匹配轮胎的方法相比准确性更高，并且从轮胎正向设计开发的角度考虑轮胎型号对平顺性的影响；
②基于试验或者仿真的方法，找到簧下振动的主要影响因素，通过控制悬架系统频率响应二阶共振峰值的方式确定轮胎刚度的合适范围，通过轮胎刚度选择合适的轮胎型号和胎压；
③考虑到了轮胎胎压、轮胎变形量对轮胎刚度的影响因素，采用多项式拟合的方法，根据实验数据找出经验公式，快速计算不同轮胎变形量、不同胎压的轮胎刚度，提高轮胎匹配效率；
④考虑轮胎可能由于装配、轮胎不均匀等问题使轮胎本身就成为了一个主要的振动源，提出了检测轮胎均匀度、轮胎和轮辋装配的不平衡度、轮辋的不平衡度是否满足要求的方法。
本实施例中是根据公式(1)和(6)实现对轮胎型号和轮胎胎压的初选，作为其他实施方式，也可以根据经验实现对轮胎型号和轮胎胎压的初选。
本实施例中悬架二阶共振峰值是通过对整车进行仿真模拟得到的，作为其他实施方式，悬架二阶共振峰值也可以是通过对整车进行真实实验得到的。
本实施例还考虑了轮胎型号对操纵稳定性、制动性等其他属性的影响，因此整车轮胎匹配方法还包括悬架二阶共振峰值与目标值的比值是否满足要求的判定，作为其他实施方式，也可以根据需求省去判定该比值是否满足要求的步骤。
本实施例整车匹配方法中的各步骤既可以全部由计算机实现，也可以由计算机和人工结合的方式实现。
整车轮胎匹配装置实施例：
本实施例提出的装置，包括处理器、存储器，存储器中存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现上述方法实施例的方法。
也就是说，以上方法实施例中的方法应理解可由计算机程序指令实现整车匹配方法的流程。可提供这些计算机程序指令到处理器(如通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备等)，使得通过处理器执行这些指令产生用于实现上述方法流程所指定的功能。
本实施例所指的处理器是指微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置；
本实施例所指的存储器包括用于存储信息的物理装置，通常是将信息数字化后再以利用电、磁或者光学等方式的媒体加以存储。例如：利用电能方式存储信息的各式存储器，RAM、ROM等；利用磁能方式存储信息的的各式存储器，硬盘、软盘、磁带、磁芯存储器、磁泡存储器、U盘；利用光学方式存储信息的各式存储器，CD或DVD。当然，还有其他方式的存储器，例如量子存储器、石墨烯存储器等等。
通过上述存储器、处理器以及计算机程序构成的装置，在计算机中由处理器执行相应的程序指令来实现，处理器可以搭载各种操作系统，如windows操作系统、linux系统、android、iOS系统等。
Claims (8)
1.一种整车轮胎匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据整车车型，确定整车轮胎负荷，并根据整车轮胎负荷选择轮胎型号和轮胎胎压，根据公式选择轮胎型号；式中，F1为轮胎承载能力，F2为轮胎负荷，β为设置的轮胎负荷率限值；根据公式/>选择轮胎胎压；式中，Pref为轮胎的标示胎压，Qmax为轮胎标示胎压下对应的最大承载能力，Qr为实车所需的轮胎承载能力，Pr为实车所需的充气压力；
2)根据所述整车车型、轮胎型号和轮胎胎压，计算整车悬架系统的传递特性曲线，得到对应的整车悬架二阶共振峰值；
3)判断所述整车悬架二阶共振峰值是否满足设定条件，若满足设定条件，则判定选择的轮胎型号和轮胎胎压与整车车型匹配；所述设定条件包括所述整车悬架二阶共振峰值低于目标值。
2.根据权利要求1所述的整车轮胎匹配方法，其特征在于，若不满足设定条件，则调整轮胎胎压，并判断轮胎胎压调整后对应的整车悬架二阶共振峰值能否满足设定条件。
3.根据权利要求2所述的整车轮胎匹配方法，其特征在于，若轮胎胎压调整后对应的整车悬架二阶共振峰值仍不满足设定条件，则判断整车簧下质量能否降低，若可以降低，则判断轮胎胎压调整和整车簧下质量降低后对应的整车悬架二阶共振峰值能否满足设定条件。
4.根据权利要求3所述的整车轮胎匹配方法，其特征在于，若整车簧下质量降低后的整车悬架二阶共振峰值仍不满足设定条件，则调整轮胎型号为小型号，并重新判断轮胎型号调整后对应的整车悬架二阶共振峰值能否满足设定条件。
5.根据权利要求2所述的整车轮胎匹配方法，其特征在于，若轮胎胎压调整后的整车悬架二阶共振峰值能够满足设定条件，则计算轮胎胎压调整后对应的轮胎刚度，并根据所述轮胎刚度重新选择轮胎型号和胎压。
6.根据权利要求1所述的整车轮胎匹配方法，其特征在于，设定条件还包括所述整车悬架二阶共振峰值与目标值的比值满足设定范围。
7.根据权利要求1所述的整车轮胎匹配方法，其特征在于，所述目标值是根据已有整车和标杆车的平顺性和整车悬架二阶共振峰值的对应关系确定的。
8.一种整车轮胎匹配装置，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器执行由所述存储器存储的计算机程序，以实现如上述权利要求1-7任一项所述的整车轮胎匹配方法。
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|---|---|
| CN113408043A (zh) | 2021-09-17 |
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