高效率的轮胎Groove Wander仿真方法探究

发生在美国加利福尼亚等州和日本的北陆、东北地区的“Groove Wander”现象,国内外对它的仿真研究都采用路面/轮胎的各个相对错位的结果叠加法,所以建模数量多、结果存储量大、后处理较繁杂、研究效率低。本研究则根据行驶车辆在路面上的真实摆动状态,在轮胎行驶方向与路面沟槽方向间设置了微小偏角,一次轮胎建模就能得到与文献资料同样的、多次叠加的仿真结果,为高效地研究Groove Wander问题探了新路。在此基础上,我们研究了路面沟槽尺寸、轮胎花纹纵沟形状及其数量对Groove Wander横向力波动的影响。     

轮胎花纹噪声仿真系统

提出一种仿声方法,在由发声模型得到的声波波形数据基础上,经ＰＣＭ编码、重新采样等处理,生成模拟室内测量和场地测量的标准格式和ＷＡＶ声音文件,在多媒体计算机中运行,对花纹噪声进行仿真,产生轮胎噪声,为噪声主观评价提供监听环境。与轮胎花纹噪场频谱的客观评价相结合,进行综合分析,可以替代传统的轮胎花纹噪声测量评价方法,实现花纹方案筛选,既节约试验费用,又大大缩短设计周期。     

低噪声轮胎花纹结构参数优化方法

在轮胎花纹低噪声优化原理及寻优方法研究基础上，重点论述了用模糊遗传算法（F－GA）对轮胎花纹的花纹块大小及比例、花纹槽大小及比例、节距排列、节距比例、错位及花纹条数八大参数进行优化的方法。通过寻优可得到多种低噪声轮胎花纹方案，再对其耐磨性、抓着力、美观程度等进行模糊综合评判，最终确定各项性能最佳的低噪声轮胎花纹方案。     

轮胎花纹噪声的控制

从频域声能量均衡、时域声中心能量分布均衡和花纹沟气柱共鸣３个方面研究了花纹及其花纹块和花纹沟的结构与排列对轮胎噪声的影响,得出了低噪声轮胎花纹设计方法,并提出了轮胎花纹噪声控制的工作程序。     

低噪声轮胎花纹设计原理与方法

阐述了低噪声轮胎花纹的设计原理与方法及低噪声评价准则,低噪声轮胎花纹设计原则如下,（1）不同花纹块和不同花纹槽的宽度比均应取无理数比,（2）花纹条数越多,降噪效果与花纹周期不应成整数比,花纹周期越长越有利于降噪,依据以上原则进行低噪声轮胎花纹设计,并进行微机仿真噪声模拟,再根据低噪声评价准则对花纹方案比和择优,最后确定最佳设计方案。     

轮胎花纹噪声的微机仿真发声

从轮胎花纹的时域波形中提取信息，运用16位PCM编码生成WAV格式的声音文件，用多媒体设备播放，并加入背景噪声，实现轮胎花纹噪声的微机仿真发声。试验证明，模拟噪声与实测噪声非常接近，多普勒效应十分逼真，为轮胎噪声主客观评价提供了经济的试验环境与有效的手段。     

轮胎花纹噪声仿真频谱评判法

提出一种轮胎噪声主观评价强弱权重函数Ｎ＝ｎ（ｆ,ＰＳＰＬ）与轮胎噪声频谱能量均衡函数ζ相结合的综合评价方法。仿真实验验证,用此方法评价轮胎花纹的噪声,结果与国外先进方法的结论一致。     

轮胎花纹噪声仿真与优化系统软件设计

从软件实现的角度阐述了构建轮胎化纹噪声仿真与优化系统（ＴＰＮ－ＯＤＳ）的整体思路,分析了系统的结构及其功能分布,并分别从轮胎花纹噪声仿真分析、噪声评判、缺陷诊断和低噪声优化４个方面阐述了四个方面的具体实现。表明ＴＰＮ－ＯＤＳ可成为轮胎花纹低噪声圾和开发轮胎新产品的有力辅助工具。该系统已达到工程实用水平。     

载重斜交轮胎纵向花纹沟底裂原因分析及改进措施

随着我国交通运输业和公路建设事业的发展，载重汽车的行驶速度逐渐提高。纵向花纹轮胎滚动阻力小、散热性能好、防侧滑性能较好，适于在好路面上行驶，使用量逐渐增多。     

轮胎花纹噪声的综合评判方法

通过研究国外的噪声性能指标标准线,制定出花纹噪声频谱线、频域声能量均衡线、时域声中心能量分布均衡线和声强度图相结合的“三线一图”轮胎花纹低噪声客观评判标准,并将其与含有响度、尖锐度、超伏度和烦恼度４个评判因子的主观评判相结合提出一种轮胎花纹噪声的综合评判方法。该方法能合理地筛选出最优或较优的方案样本投入生产,从而可以大大缩短轮胎开发周期和节约开发费用,实际应用效果良好。     

子午线轮胎Groove Wander问题影响因素探究

在日本东北地区和北美的部分城市,为增强路面排水能力,减少水膜效应,提高行车安全性,常在高速公路面上铺设与机车同方向的沟槽。当机车的轮胎花纹沟槽与路面排水沟槽接触时,会在机车的横向产生相互作用力,直接影响机车的操控性以及驾驶者、乘坐者的舒适性,这被称为“Groove Wander”现象。本研究主要借助Abaqus/Explicit模块研究轮胎结构设计参数对“Groove Wander”横向作用力的影响。研究表明：轮胎花纹设计参数(形状、条数和类型)对横向作用力的影响较大;带束层设计参数(宽度)的影响次之;胎体层和冠带层的结构参数影响较小。总之,这为设计人员研发高性能“Groove Wander”轮胎提供一定的参考价值。     

轮胎胎圈压力仿真方法研究

通过轮胎胎圈压力试验机模拟分析胎圈结构设计的合理性,节省试验时间和成本。在了解此试验机原理的基础上,通过有限元仿真的方法计算得到与试验结果相同或者近似的胎圈压力曲线。通过对185/65R15规格半钢子午线轮胎一系列的方案设计以及仿真分析,找到了正确进行胎圈压力仿真的方法,误差达到25%以下;考虑到制造过程存在波动,这一误差在可接受范围之内,证明仿真方法切实可行,能够很好地模拟胎圈压力试验。     

轮胎花纹沟槽变形特性研究

在考虑轮胎实际沟槽结构的基础上,建立了具有细致沟槽的子午线轮胎模型。基于该模型,利用有限元分析平台进行轮胎的静态接触分析。通过仿真模拟结果,系统分析了轮胎与路面接触过程中胎面沟槽形状和尺寸的变形特性,为轮胎泵气噪声研究提供了可能。     

轮胎残余回正力矩与轮胎花纹沟设计之间的关系

研究胎肩横沟花纹对轮胎帘布角度效应引起的残余回正力矩（PRAT）的影响及肩部横沟花纹沟槽与轮胎纵向角度（θ）与PRAT的关系。结果表明,随着θ的增大,PRAT增大。根据该关系可在轮胎产品开发早期阶段即通过轮胎花纹设计满足车辆对轮胎残余回正力矩的要求。     

花纹沟深度对轮胎性能的影响

使用相同配方、结构及花纹但花纹沟深度不同的轮胎,通过室内外测试研究轮胎花纹沟深度对轮胎性能的影响。结果表明：减小花纹沟深度可以提高轮胎的干地制动性能、操纵性能和舒适性,降低噪声和滚动阻力,但会降低水滑性能和使用寿命;花纹沟深度对湿地制动性能、湿地操纵性能和湿圆环行驶性能影响较小。     

轮胎胎圈压力三维仿真方法研究

根据胎圈压力试验机工作原理,采用有限元仿真技术探讨轮胎胎圈压力三维仿真方法。分别建立分离式轮辋块和轮胎三维模型,从模型和模拟过程入手提高轮辋装配三维仿真过程的计算效率。结果表明:三维仿真精度比二维仿真精度提高;钢丝圈内直径对胎圈压力影响显著,轮胎设计时应严格控制此参数;钢丝圈的弹性因数在0.30～0.50范围内,钢丝圈材料模型可以较为准确地模拟真实钢丝圈材料;轮胎与轮辋之间的摩擦因数设定为0.5较为合适。     

花纹沟设计对轮胎花纹噪声的影响

根据轮胎花纹的发声机理,运用TNS/ODS噪声分析软件对185/55R14S-1200轿车轮胎花纹噪声的影响因素进行分析。综合模糊评判结果和M标准曲线目标函数分析表明：轮胎花纹沟与行驶方向的角度越小,噪声越低;花纹沟的宽度减小,轮胎整体花纹噪声降低;顺向花纹沟的噪声低于逆向花纹沟的噪声。     

Fluent二次开发及轮胎花纹沟泵气噪声流场分析方法

运用Abaqus对12.00R20全钢载重子午线轮胎进行纯滚动工况下的有限元分析,导出轮胎花纹块沟槽外表面节点的位置、单元和速度文件,并对计算流体力学软件Fluent进行二次开发。结合有限元数据,运用Fluent对轮胎花纹沟在纯滚动过程中产生的泵气噪声进行三维流场数值模拟,计算3种典型花纹沟的压力场,最后积分求解远场点噪声值,比较3种轮胎模型的噪声特性。计算结果与实验和理论分析的结论相符合。     

轮胎仿真后处理程序开发

以在Abaqus软件中进行的充气轮胎接地印痕有限元仿真为例,开发了专用的后处理桌面程序。使用该程序进行有限元分析的后处理工作,可以根据需求自动生成分析报告并制作其他分析软件接口的文件,能极大地提升轮胎有限元仿真工作的效率及便捷性。