CN113886991B - 一种轮胎花纹冲击噪声的预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种轮胎花纹冲击噪声的预测方法，在满足轮胎有限元分析精度的基础上，采用计算机程序设计语言C++，利用AutoCad软件中的交互数据文件DXF文件，快速完成胎面花纹冲击噪声的计算。在轮胎花纹设计先期对花纹噪声进行定性评价，缩短轮胎花纹设计工作者的工作效率，提高工作质量。

Description

一种轮胎花纹冲击噪声的预测方法
技术领域
本发明涉及一种轮胎花纹冲击噪声的预测方法，根据轮胎花纹先期设计的二维AutoCad数据，利用计算机快速实现轮胎胎面花纹冲击噪声的预测。
背景技术
随着高速交通和汽车领域的快速发展，因车辆导致的交通噪音已经成为了严重的环境问题，并被认为是环境噪声的主要来源。车辆作为交通噪音的主要来源包括发动机噪音、轮胎噪音和车辆结构噪音三个部分。其中轮胎噪声的来源包括胎体结构振动，空气泵浦噪音和轮胎/道路之间的相互作用而发出的噪声。胎面花纹冲击噪声在轮胎/道路相互作用噪声中占有主导地位。如果在轮胎花纹设计先期能对花纹噪声进行定性评价具有重要的实用价值和工程意义。
因此，为了达到适应轮胎花纹设计的特殊要求，就需要发明一种轮胎花纹冲击噪声的预测方法，在轮胎花纹设计先期对花纹噪声进行定性评价，缩短轮胎花纹设计工作者的工作效率，提高工作质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种在满足轮胎花纹设计要求的基础上，助计算机编程语言C++，利用AutoCad软件中的交互数据文件DXF文件，通过程序设计，完成对胎面花纹冲击噪声的快速计算，在轮胎花纹设计先期对花纹噪声进行定性评价，大大缩短轮胎花纹设计工作者的工作效率，提高工作质量。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种轮胎花纹冲击噪声的预测方法，包含以下步骤：
第一步，提取单个节距的花纹DXF数据文件，利用AutoCad软件，删除花纹设计图上的文字、尺寸标注等额外信息，仅保留构成花纹的基本线元，通过AutoCad提供的文件另存为命令，将花纹图导出为DXF文件，记为Pattern.dxf。对于不同节距长度的花纹，需要按照各自的节距长度分别导出DXF文件；
第二步，设置轮胎花纹节距排列序列，轮胎胎面花纹往往按照一定的节距序列排列而成，将节距排列序列存放到一整型数组变量中，记为pitchSeq；
第三步，设置轮胎半径R(mm)，轮胎行驶面宽度Taw(mm)，扫描线数量N，则相邻两条扫描线之间的距离可以表示为
Figure BDA0003309076200000021
第四步，设置印痕前缘形状，将轮胎滚动接地前缘形状近似为直线或圆弧曲线，直线段通过两个端点p1(x1,y1),p2(x2,y2)定义，圆弧通过弧上逆时针方向三个点p1(x1,y1),p2(x2,y2),p3(x3,y3)定义,其中的p(xi,yi)代表二维平面上的一个点；
第五步，获取胎面花纹数据，利用C++程序设计语言，读取第一步生成的DXF单个节距花纹数据文件，将读取的花纹数据存储到自定义的结构体变量列表中；遍历花纹数据中的每一个坐标点，获得所有坐标点中横坐标x和纵坐标y的最大最小值,并分别记为xmax,xmin,ymax,ymin,花纹中心点坐标可以表示为p((xmin+xmax)/2,(ymin+ymax)/2),按照花纹中心点与坐标原点之间的向量，将花纹中心平移到坐标原点；
第六步，排列花纹，遍历第二步的PitchSeq数组，按照节距排列将花纹自动排列成一列，并将花纹最低点平移到坐标轴X上；
第七步，接地前缘曲线离散，读取按照步骤四中的接地前缘DXF文件数据，并按照步骤二的离散长度ds，将曲线按照顺时针顺序离散成坐标点，并保存至disPoints数组中；
第八步，提取激励力，首先初始化一浮点型数组disMass[N]，大小为N，将印痕先平移至花纹底部，从坐标Y＝0开始，初始化计数count＝0，L＝disPoint长度，接下来依次遍历disPoints数组中的每一个点，判断当前点是否包含在花纹块中，如果包含则N增加1，直到当前遍历结束，花纹产生的激励力表示为count/L(100％)，将结果保存至disMass数组中，最后将disPoints数组中的所有点向Y正方向平移ds距离，继续执行当前操作，直到扫描完全部花纹数据，获得花纹激励力disMass，这样就得到了轮胎滚动过程中由于胎面花纹激励产生的时域脉冲信号；
第九步，快速傅里叶(FFT)变换，利用下面的式子，将第八步得到的时域脉冲信号变换到频域，获得频域响应fi；
Figure BDA0003309076200000031
Figure BDA0003309076200000032
Figure BDA0003309076200000033
Figure BDA0003309076200000034
Figure BDA0003309076200000035
第十步，根据频谱响应，按照下式获得频谱响应的dB转换,式中fi是第九步计算得到的频域响应，fref是激励力响应的参考值；
Figure BDA0003309076200000036
本发明还要求保护上述轮胎花纹冲击噪声的预测方法的用途，用于轮胎设计与分析研究。
本发明所提出的一种轮胎花纹冲击噪声的计算方法，能够在满足一定设计要求的前提下，快速获得胎面花纹冲击噪声，可以用于轮胎企业花纹设计前期噪声水平预测和对标。这样大大提高了花纹设计工作者的工作效率，节省了大量的宝贵时间。
附图说明
图1是本发明的实施流程图；
图2是清理之后的胎面花纹图；
图3是提取时域脉冲示意图；
图4是花纹脉冲频谱结果；
图5是花纹脉冲频谱dB结果。
具体实施方式
图1是本发明处理方法的实施流程图，下面以一个轮胎胎面花纹冲击噪声计算的实例按本发明的处理方法及过程进行具体说明。
第一步，在AutoCad软件中，清理掉花纹图上的文字和尺寸标注，并导出数据交互文件DXF；
第二步，由于本实施例共有60个节距，3中不同的节距类型，节距排列方式为231233321221232112321233211232123212322112221123211232211232，因而pitchSeq＝[2,3,1,…,2,3,2]；
第三步，设置轮胎半径R＝600mm，扫描线数量N＝1024，则离散长度ds＝3.682mm，胎面行驶面宽度Taw＝158mm；
第四步，假设接地印痕前缘为圆弧，其弧半径为300mm，通过圆弧的左右两端为(±Taw/2,0)即(±79，0)；再通过弧半径300，结合勾股定理可以计算得到弧上逆时针方向的三点为(79，0)，(-79，0)，(0，10.59)；
第五步，利用C++程序设计语言，读取第一步生成的DXF单个节距花纹数据文件，将读取的花纹数据存储到自定义的结构体变量patterneData中，在保存过程中完成平移操作；
第六步，遍历PitchSeq数组，依次将23、…、232编号的花纹拼接在一起，拼接完成的花纹如图2所示；
第七步，接地前缘曲线离散，在第四步中计算得到接地形状上逆时针三点为(79，0)，(-79，0)，(0，10.59)，圆弧中心坐标为(0，-289.41)，通过公式xi＝x+R Cos(α),yi＝y+RSin(α),将第四步定义的圆弧按照逆时针方向，每单位角度离散一个数据点，计算得到离散坐标对应为(79，0)、(77.65，0.368)、(72.577，1.679)、(67.485，2.901)、…、(-67.485，2.901)、(-72.577，1.679)、(-77.65，0.368)、(-79，0)共计获得105离散点，并保存至disPoints数组中；
第八步，计算激励力，遍历disPoints中的每一个坐标点，判断当前坐标是否位于花纹块内，例如第一个坐标点为(-79，0),位于胎面花纹块中，则计数器n增加1，循环每一个数据点，最终获得当前印痕线上的激励大小为62.95519。接着继续下一步，将disPoints中的点向Y轴正方向平移ds距离，此时最右边的起始点变为(-79，3.682),并再次执行上述步骤，最终获得1024个时域激励力信号，存储至disMass数组中，计算过程如图3所示；
第九步，按照发明内容第九步的计算公式，利用傅里叶变换，将上一步获取的时域信号转换成频域信号，并获得频域响应结果如图4所示；
第十步，按照发明内容第十步的计算公式，将频域上的激励力响应转换成dB数据，如图5所示。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种轮胎花纹冲击噪声的预测方法，包含以下步骤：
第一步，提取单个节距的花纹DXF数据文件，将花纹图导出为DXF文件，记为Pattern.dxf；
第二步，设置轮胎花纹节距排列序列，将节距排列序列存放到一整型数组变量中，记为pitchSeq；
第三步，设置轮胎半径R(mm)，轮胎行驶面宽度Taw(mm)，扫描线数量N，则相邻两条扫描线之间的距离可以表示为
Figure FDA0003578394430000011
ds即离散长度；
第四步，设置印痕前缘形状，将轮胎滚动接地前缘形状近似为直线或圆弧曲线，直线段通过两个端点p1(x1,y1),p2(x2,y2)定义，圆弧通过弧上逆时针方向三个点p1(x1,y1),p2(x2,y2),p3(x3,y3)定义；
第五步，获取胎面花纹数据，利用C++程序设计语言，读取第一步生成的DXF单个节距花纹数据文件，将读取的花纹数据存储到自定义的结构体变量列表中；遍历花纹数据中的每一个坐标点，获得所有坐标点中横坐标x和纵坐标y的最大最小值,并分别记为xmax,xmin,ymax,ymin,花纹中心点坐标可以表示为p((xmin+xmax)/2,(ymin+ymax)/2),按照花纹中心点与坐标原点之间的向量，将花纹中心平移到坐标原点；
第六步，排列花纹，遍历第二步的PitchSeq数组，按照节距排列将花纹自动排列成一列，并将花纹最低点平移到坐标轴X上；
第七步，接地前缘曲线离散，读取按照步骤四中的接地前缘DXF文件数据，并按照步骤三的离散长度ds，通过公式xi＝x+R Cos(α),yi＝y+RSin(α),将第四步定义的圆弧按照逆时针方向，每单位角度离散一个数据点，将曲线按照顺时针顺序离散成坐标点，并保存至disPoints数组中；
第八步，提取激励力，首先初始化一浮点型数组disMass[N]，大小为N，将印痕先平移至花纹底部，从坐标Y＝0开始，初始化计数count＝0，L＝disPoint数组长度，接下来依次遍历disPoints数组中的每一个点，判断当前点是否包含在花纹块中，如果包含则N增加1，直到当前遍历结束，花纹产生的激励力表示为count/L，取百分数，将结果保存至disMass数组中，最后将disPoints数组中的所有点向Y正方向平移ds距离，继续执行当前操作，直到扫描完全部花纹数据，获得花纹激励力disMass，得到轮胎滚动过程中由于胎面花纹激励产生的时域脉冲信号；
第九步，利用下面的式子执行快速傅里叶变换，将第八步得到的时域脉冲信号变换到频域，获得频域响应；
Figure FDA0003578394430000021
Figure FDA0003578394430000022
Figure FDA0003578394430000023
Figure FDA0003578394430000024
Figure FDA0003578394430000025
第十步，根据频谱响应，按照下式获得噪音声压级，式中fi是第九步计算得到的频域响应，fref是冲击力响应的参考值；
Figure FDA0003578394430000026
2.根据权利要求1所述的轮胎花纹冲击噪声的预测方法，其特征在于：第一步中，删除花纹设计图上的额外信息，仅保留构成花纹的基本线元。
3.根据权利要求1所述的轮胎花纹冲击噪声的预测方法，其特征在于：第一步中，对于不同节距长度的花纹，按照各自的节距长度分别导出DXF文件。
4.一种轮胎花纹冲击噪声的预测方法的用途，其特征在于：所述预测方法为权利要求1-3任一项所述轮胎花纹冲击噪声的预测方法，用于轮胎设计与分析研究。
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