WO2021128227A1 - 一种轮胎磨耗性能数值评估和优化方法 - Google Patents

一种轮胎磨耗性能数值评估和优化方法 Download PDF

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冯启章
阎芳
聂秋海
马勇
刘畅
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    • B60C11/00—Tyre tread bands; Tread patterns; Anti-skid inserts
    • B60C11/03—Tread patterns
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M17/00—Testing of vehicles
    • G01M17/007—Wheeled or endless-tracked vehicles
    • G01M17/02—Tyres

Definitions

  • a numerical evaluation and optimization method for tire wear performance including the following steps:
  • Fig. 4 is a schematic diagram of the overall pitch arrangement abrasion spectrum of the chain segment example 1 after the arrangement is changed.
  • the pitch arrangement is the preliminary arrangement result, as shown in the table 2 shown;
  • the normalized wear factor is introduced as the amplitude of the numerical simulation signal, the inner product analysis is performed on the analog signal of each chain segment, and the frequency spectrum of each chain segment is obtained, and the wear energy calculation formula (about the calculation formula of wear energy, Will be described in the next embodiment) Calculate the frequency spectrum of each chain segment to obtain the abrasion energy of each chain segment, and use this as the evaluation index of the abrasion performance of the chain segment, and then randomly change the middle section of the chain segment.
  • Pitch arrangement method select the pitch arrangement method corresponding to the chain segment with the smallest wear energy;
  • step S7 Randomly change the sequence of the chain segments and choose the arrangement with the lowest wear energy as the final result. Here, it is also necessary to determine whether the random arrangement of the chain segments meets the set requirements. If the set requirements are met, the final result will be stored and displayed. If the setting requirements are not met, return to step S2.

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Abstract

一种轮胎磨耗性能数值评估和优化方法，涉及半钢子午线轮胎花纹技术领域，通过将节距合理等效为信号函数，通过信号内积分析原理，对轮胎节距排列信号进行相关分析，得到整个轮胎花纹节距的频谱。根据计算出来的频谱，利用所建立的磨耗能公式，即可计算所设计节距排列方案的磨耗性能，并选取出最优的节距排列方式，作为轮胎设计时的依据。

Description

一种轮胎磨耗性能数值评估和优化方法 技术领域
本发明涉及半钢子午线轮胎花纹技术领域，具体是一种轮胎磨耗性能数值评估和优化方法。
背景技术
现在的轮胎花纹设计时，几乎都是多种节距长度设计，主要是基于噪声性能的考虑。如果轮胎花纹只有一种长度的节距，在滚动过程中，同一长度的节距所产生的花纹噪声信号叠加时，有增强的效果，导致轮胎噪声大。所以为了降低轮胎噪声，通常会采用多种节距长度的设计。
多种节距设计使轮胎噪声性能提高，但是对轮胎磨耗性能也有影响，不同的节距长度，其磨耗性能也不同。通常的工程设计中认为，节距长度越大，节距越耐磨。节距长度越小，节距的耐磨性越差。且不同的节距排列方式，轮胎磨耗性能也不同。如何在采用多节距设计来提高噪声性能的前提下，合理安排节距排列，来改善轮胎磨耗性能，成为需要解决的问题。
现有技术中，轮胎磨耗计算方法主要有以下几种：
轮胎磨耗解析预报模型是将带束层和轮胎内部结构简化为板和一系列的弹簧和阻尼器的组合。将胎面简化成板与刷子单元的如何，中间通过弹簧连接，如图2所示。胎面与带束层之间通过一些列的弹簧和阻尼器连接。胎面与地面之间用一系列的刷子单元，用来模拟轮胎与地面的接触特性。通过一系列的运动方程和摩擦接触方程联立求解，最终计算得到轮胎的摩擦能。但是其对轮胎的简化的太厉害，无法有效的表征轮胎花纹设计时，节距设计参数的磨耗性能。
轮胎磨耗显式有限元模型，是将轮胎胎面和其他部分用有限元方法，分开建模，最终组合在一起，形成一个完整的有限元模型。计算出轮胎滚动时的接地压力和滑移速率。基于实验测试拟合出胎面材料的松弛剪切模量。最后，通过所建立的磨耗率公式计算出胎面单位面积上的磨耗率，积分即可得到整个胎面的磨耗性能。
轮胎磨耗稳态滚动有限元模型，与显式有限元模型类似，也是建立带花纹的完整轮胎模型。通过稳态滚动的方法，计算出轮胎的剪应力和切向滑移率，最终通过所建立的摩擦能公式计算出轮胎的整体摩擦能，实现轮胎磨耗性能的仿真和预报。
上述两种方法都是对已有的花纹样式，基于有限元原理，进行建模仿真，该两种方法仿真时需要的时间非常长，效率低。特别是在改变节距排列，再对其磨耗性能评估时，则需要重新建模仿真。现在轮胎的节距设计都是多种长度的，所形成的可能的排列方案是海量的。要从海量的节距排列所形成的候选集合中，选择磨耗性能全局最优的节距排列方案，用有限元的方法是不可能实现的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轮胎磨耗性能数值评估和优化方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种轮胎磨耗性能数值评估和优化方法，包括以下步骤：
S1，读取节距参数和节距信号，其中，所述节距信号是指每个节距的数值模拟信号；
S2，根据读取的节距参数，对所有的节距进行排布以形成完整的节距排列；
S3，将节距排列分为若干个链段，且每个链段的质量差处于设定阈值内，链段的数量与轮胎模具分块数量相同；
S4，引入归一化的磨耗因子作为数值模拟信号的幅值，对每个链段的模拟信号进行内积分析，得到每个链段的频谱，以磨耗能计算公式对每个链段的频谱进行计算，得到每个链段的磨耗能大小，随机改变该链段中节距的排列方式，选择出磨耗能最小的链段所对应的节距排列方式；
S5，对步骤S3中的每个链段重复步骤S4的计算，直至每个所述链段均筛选出磨耗能最小的节距排列方式；
S6，将得到的链段随机连接在一起，形成完整的节距，利用信号内积分析方法，计算出整体节距排列的频谱，以磨耗能计算公式对整机节距排列的频谱进行计算，得到整体节 距排列的磨耗能；
S7，随机改变链段的排列顺序，选择磨耗能最低的排列作为最终结果。
作为本发明进一步的方案：对步骤S7中的，判定链段的随机排列次数是否达到设定要求，若达到设定要求，则储存并显示最终结果，若未达到设定要求，则返回步骤S2。
作为本发明再进一步的方案：所述节距参数至少包括节距长度和节距数量。
作为本发明再进一步的方案：所述频谱的计算公式为：X(f)＝Σf ij(f)*F j(f)。
作为本发明再进一步的方案：所述磨耗能计算公式为：
Figure PCTCN2019128914-appb-000001
作为本发明再进一步的方案：所述链段的数量与轮胎模具分块数量相同。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过将节距合理等效为信号函数，通过信号内积分析原理，对轮胎节距排列信号进行相关分析，得到整个轮胎花纹节距的频谱。根据计算出来的频谱，利用所建立的磨耗能公式，即可计算所设计节距排列方案的磨耗性能，并选取出最优的节距排列方式，作为轮胎设计时的依据。
附图说明
图1为一种轮胎磨耗性能数值评估和优化方法的流程图。
图2为节距磨耗性能模拟信号的示意图。
图3为初始节距排列方式的磨耗频谱图。
图4为改变排列后的链段例1的整体节距排列磨耗频谱示意图。
图5为改变排列后的链段例2的整体节距排列磨耗频谱示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实施例公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
实施例1
请参阅图1～5，本发明实施例中，一种轮胎磨耗性能数值评估和优化方法，包括以下步骤：
S1，读取节距参数和节距信号，其中，节距参数主要指的是设计的节距长度，节距数量等，如表1所示，所述节距信号是指每个节距的数值模拟信号，便于进行后续磨耗能的计算，如图2所示；
表1，节距参数设计示例表(轮胎规格为205/55R16)
Figure PCTCN2019128914-appb-000002
S2，根据读取的节距参数，结合轮胎模具设计过程中的分块方法，对所有的节距进行排布以形成完整的节距排列，这里的节距排列是初步的排列结果，如表2所示；
表2，初始节距排列示例
Figure PCTCN2019128914-appb-000003
S3，将节距排列分为若干个链段，且每个链段的质量差处于设定阈值内，即保证每一块链段的质量相差不会太大，链段的数量与轮胎模具分块数量相同，具体如表3所示；
表3链段划分及链段内节距排列方式改变示例表
初始链段 改变排列后的链段例1 改变排列后的链段例2
链段N1 3 1 2 2 2 1 2 1 1 1 2 3 2 2 1 2 1 1 2 3 1 1 2 2 1 2 1
链段N2 2 1 1 1 3 3 2 2 2 3 1 1 1 3 2 2 2 1 1 2 1 3 3 2
链段N3 2 2 1 1 2 2 1 3 2 2 3 1 1 2 2 1 2 2 1 1 2 2 3 1
链段N4 1 3 2 2 2 1 2 3 1 3 3 2 2 2 1 2 1 3 2 3 2 2 1 2
链段N5 1 3 3 2 1 1 3 1 3 1 3 2 1 1 3 1 1 3 3 2 1 1 1 3
链段N6 3 1 3 1 2 2 1 3 3 3 1 1 2 2 1 3 3 1 3 1 2 2 3 1
链段N7 1 3 2 3 1 3 1 1 3 1 2 3 1 3 1 1 1 3 2 3 1 1 1 3
链段N8 1 2 2 3 1 3 2 3 2 2 3 1 1 3 2 3 1 2 2 3 1 3 3 2
S4，引入归一化的磨耗因子作为数值模拟信号的幅值，对每个链段的模拟信号进行内积分析，得到每个链段的频谱，以磨耗能计算公式(关于磨耗能计算公式，将会在下个实施例中进行说明)对每个链段的频谱进行计算，得到每个链段的磨耗能大小，并以此作为链段磨耗性能的评判指标，之后随机改变该链段中节距的排列方式，选择出磨耗能最小的链段所对应的节距排列方式；
S5，对步骤S3中的每个链段重复步骤S4的计算，直至每个所述链段均筛选出磨耗能最小的节距排列方式；
S6，将得到的链段随机连接在一起，形成完整的节距，利用信号内积分析方法，计算出整体节距排列的频谱，以磨耗能计算公式对整机节距排列的频谱进行计算，得到整体节距排列的磨耗能，结果如图4和图5所示；
S7，随机改变链段的排列顺序，选择磨耗能最低的排列作为最终结果，此处还需要判定链段的随机排列次数是否达到设定要求，若达到设定要求，则储存并显示最终结果，若未达到设定要求，则返回步骤S2。
实施例2
本发明实施例中，一种轮胎磨耗性能数值评估和优化方法，一般来说，节距的总量N 是跟轮胎周长有关的，轿车轮胎的节距一般在40～100之间，节距种类一般在3～6种，每种节距数量为N i，其满足关系式，
Figure PCTCN2019128914-appb-000004
最大长度的节距L max与最小长度的节距L min之间的比值成为节距比例R，节距比例一般在1.2～2.0之间，满足关系式
Figure PCTCN2019128914-appb-000005
当然了，所有节距的长度之和等于轮胎周长
Figure PCTCN2019128914-appb-000006
将节距磨耗模拟信号根据节距排列方式进行计算，可以得到时域花纹模拟信号，利用以下公式可以得到每个节距排列的频谱：
F i(f)＝FFT(f i(t))
X(f)＝ΣF ij(f)*F j(f) i＝A，B，C...；j＝1，2，3...n
计算出来了节距排列频谱，利用下述公式可以得到总的磨耗能：
Figure PCTCN2019128914-appb-000007
那么，将节距信号根据节距的排列方式进行计算，就可以得到时域花纹模拟信号，利用以下公式可以得到每个节距排列的频谱：
F i(f)＝FFT(f i(t))；
X(f)＝Σf ij(f)*F j(f)；
i＝A，B，C...；j＝1，2，3...n；
得到节距排列频谱后，利用下述公式可以得到总的磨耗能：
Figure PCTCN2019128914-appb-000008
本技术方案中，通过将节距合理等效为信号函数，通过信号内积分析原理，对轮胎节 距排列信号进行相关分析，得到整个轮胎花纹节距的频谱。根据计算出来的频谱，利用所建立的磨耗能公式，即可计算所设计节距排列方案的磨耗性能，并选取出最优的节距排列方式，作为轮胎设计时的依据。
本领域技术人员在考虑说明书及实施例处的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

  1. 一种轮胎磨耗性能数值评估和优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
    S1，读取节距参数和节距信号，其中，所述节距信号是指每个节距的数值模拟信号；
    S2，根据读取的节距参数，对所有的节距进行排布以形成完整的节距排列；
    S3，将节距排列分为若干个链段，且每个链段的质量差处于设定阈值内；
    S4，引入归一化的磨耗因子作为数值模拟信号的幅值，对每个链段的模拟信号进行内积分析，得到每个链段的频谱，以磨耗能计算公式对每个链段的频谱进行计算，得到每个链段的磨耗能大小，随机改变该链段中节距的排列方式，选择出磨耗能最小的链段所对应的节距排列方式；
    S5，对步骤S3中的每个链段重复步骤S4的计算，直至每个所述链段均筛选出磨耗能最小的节距排列方式；
    S6，将得到的链段随机连接在一起，形成完整的节距，利用信号内积分析方法，计算出整体节距排列的频谱，以磨耗能计算公式对整机节距排列的频谱进行计算，得到整体节距排列的磨耗能；
    S7，随机改变链段的排列顺序，选择磨耗能最低的排列作为最终结果。
  2. 根据权利要求1所述的一种轮胎磨耗性能数值评估和优化方法，其特征在于，对步骤S7中的，判定链段的随机排列次数是否达到设定要求，若达到设定要求，则储存并显示最终结果，若未达到设定要求，则返回步骤S2。
  3. 根据权利要求1所述的一种轮胎磨耗性能数值评估和优化方法，其特征在于，所述节距参数至少包括节距长度和节距数量。
  4. 根据权利要求1所述的一种轮胎磨耗性能数值评估和优化方法，其特征在于，所述频谱的计算公式为：
    X(f)＝∑f ij(f)*F i(f)。
  5. 根据权利要求1所述的一种轮胎磨耗性能数值评估和优化方法，其特征在于，所 述磨耗能计算公式为：
    Figure PCTCN2019128914-appb-100001
  6. 根据权利要求1所述的一种轮胎磨耗性能数值评估和优化方法，其特征在于，所述链段的数量与轮胎模具分块数量相同。
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