模拟滚动轮胎的方法技术

一种通过使用计算机装置（１）来模拟轮胎以某一速度在路面上滚动的方法，包括如下步骤：通过使用具有至少一个弹性元的有限元来模拟柔韧轮胎模型（２）用于数值计算（步骤Ｓ１）；将柔韧轮胎模型（２）中的至少一个弹性元变成刚性元从而制造出刚性轮胎模型（５）（步骤Ｓ６）；加速该刚性轮胎模型（５）（步骤Ｓ７）；当刚性轮胎模型（５）的速度达到某一速度时，将刚性轮胎模型（５）中的每一单元的弹性恢复成初始弹性（步骤Ｓ８）；以及获得至少一个与柔韧轮胎模型（２）相关的物理参数（步骤Ｓ１０）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种滚动轮胎模拟的方法，该方法能模拟以某一速度滚动的轮胎的状态并 且能在较短的时间内以较高的精度对该状态进行计算。
技术介绍
近年来，人们将计算机模拟用于轮胎的研究。众所周知，日本未审査的公开申请Nos. 2003-127622、 2004-20229、 2004-322971、以及2002-67636公开了用计算机模拟以某一速 度滚动的轮胎的各种方法。计算机模拟能在某种程度上预测性能，而无需在实验上制造轮 胎。作为已知的计算机模拟，例如滚动模拟，其中轮胎模型被制造以便在道路模型上滚动。 各个模型由有限元构成。有限元中的大部分单元是具有与构成轮胎的橡胶、帘线等相似的 弹性元。为轮胎模型设定各个边界条件比如轮辋、内部压力、和负荷，并使轮胎模型与道路模 型接触；然后进行将轮胎模型加速到某一速度的加速步骤。至于加速步骤，例如，考虑到 实际使用条件，即使以相当高的加速度1Q (约等于9.8m/s2)加速轮胎模型时，将其加速 到50 km/h也需要约1.4秒。然后，在达到预定的某一速度时，由滚动轮胎模型计算所需 的物理参数。在模拟以恒定速度滚动的轮胎的特性的情况中，上述加速是浪费时间的。为縮短模拟 时间，以较大的加速度加速轮胎模型并且以较短的时间将其加速到预定速度是有效的。然而，当加速度太大时，轮胎模型的弹性元的变形量变得特别大，于是这些单元受到 破坏并且会存在计算误差。有限元法(FEM)经常用于上述模拟。在有限元法中，通过将时间分割为较短的时间 步骤来进行计算。在一个时间步骤的终了处的各个单元的状态被用作下一个时间步骤的初 始值，并且按时间顺序进行计算。在每一时间步骤处，观察到一些误差，这是因为计算结 果被四舍五入成预定位数。通常，就时间步骤的数量来说，要充分地确保位数以使计算结 果不受误差的影响。然而，加速时间的增加必然导致时间步骤的数量的增加，从而可能使误差累积并降低计算精度，即发生所谓的下溢。
技术实现思路
为解决上述问题完成了本专利技术。因此，本专利技术的主要目的在于提供一种模拟滚动轮胎 的方法，该方法能縮短计算时间、同时保持较高的计算精度。根据本专利技术的包括如下歩骤通过使用具有至少一个弹性元的有 限元来模拟柔韧轮胎模型用于数值计算；将柔韧轮胎模型中的至少一个弹性元变成刚性元 从而制造出刚性轮胎模型；加速刚性轮胎模型；当刚性轮胎模型的速度达到某一速度时， 将刚性轮胎模型中的每一单元的弹性恢复成初始弹性；以及获得至少一个与柔韧轮胎模型 相关的物理参数。附图说明图1为用于实施本专利技术的优选实施方式中的模拟方法的计算机装置的透视图； 图2为显示用于本专利技术的优选实施方式的模拟方法的处理歩骤的例子的流程图； 图3为显示轮胎模型的一个例子的透视图4为沿着包括轮胎轴向的轮胎子午线部分的轮胎模型的横截面图； 图5为道路模型的透视图6为显示与道路模型接触的柔韧轮胎模型的滚动模拟的一个例子的透视图7为显示柔韧轮胎模型的滚动模拟的侧视图8为显示刚性轮胎模型的滚动状态的侧视图9为显示轮胎模型的滚动速度与时间之间的关系的示意图。具体实施例方式下面将结合附图对根据本专利技术的优举实施方案进行说明。图1显示了用于实施根据本实施方式的模拟方法的计算机装置1。计算机装置1包括 机箱la、用作输入装置的键盘lb和鼠标lc、以及用作输出装置的显示器ld。虽然图中未 显示，但机箱la恰当地装有中央处理器(缩写为"CPU" )、 ROM、暂存器、大容量存储 器比如磁盘、以及用于光盘或软磁盘的磁盘驱动器lal和la2。大容量存储器在其内存储 用于实施如下所述的方法的处理步骤(即程序)。图2显示了本专利技术的优选实施方式中的处理步骤的一个例子。在本专利技术的优选实施方 式中，首先模拟柔韧轮胎模型2 (步骤S1)。图3显示了三维可视化的柔韧轮胎模型2的 一个例子。在柔韧轮胎模型2中，通过将作为分析对象的轮胎替换为有限元(e)来进行说 明。通过将待分析的用于客车的子午线轮胎(不管是否实际存在)分成有限元(e)来模拟柔 韧轮胎模型2。将每一单元(e)定义为可数值分析的。"可数值分析的"是指可通过至少一种 数值分析方法进行修正计算。例如，数值分析方^包括有限元法、有限体积法、有限差分 计算法(calculus of finite differences)、以及边界元法(boundary element method)。具体地说，例如，确定每一单元(e)在X-Y-Z坐标系中的点的坐标值、单元的形状、以 及材料的性能(例如，密度、弹性模量、损耗角正切和阻尼系数)等。于是，通过可用计 算机装置I计算的数值数据来表示柔韧轮胎模型2的实体(substance)。图4显示沿着包括轮胎轴(图中未显示)向的轮胎子午线部分的轮胎模型的横截面图。 就模型化的橡胶来说，本实施方式中的柔韧轮胎模型2包括由第一单元(el)构成的胎面 橡胶模型部分E1，其中第一单元(el)具有对应于胎面橡胶的预定弹性模量；由第二单元(e2) 构成的侧面橡胶模型部分E2，其中第二单元(e2)具有对应于胎侧壁橡胶的预定弹性模量； 由第三单元(e3)构成的三角胶模型部分E3，其中第三单元(e3)具有对应于胎圈三角胶的预 定弹性模量；以及由第四单元(e4)构成的内衬层模型部分E4，其中第四单元(e4)具有 对应于内衬层的预定弹性模量。单元(el) (e4)作为其中应变随应力成比例产生的弹 性体。弹性体具有受力变形并在卸载后再次恢复原状的特性，在概念上包括超弹性体。就模型化的纤维帘线来说，柔韧轮胎模型2还包括由第五单元(e5)构成的胎体模 型部分E5，其中第五单元(e5)具有对应于胎体帘线的预定弹性模量，并且其弹性模量沿 胎体帘线的延长方向是正交各向异性的；以及由第六单元(e6)构成的带束模型部分E6， 其中第六单元(e6)具有对应于带束帘线的预定弹性模量，并且其弹性模量沿带束帘线的 延长方向是正交各向异性的。单元(e5)和(e6)作为其中应变随应力成比例产生的弹性 体。此外，柔韧轮胎模型2包括由第7单元(e7)构成的胎圈芯模型部分E7，其中第7单 元(e7)具有对应于胎圈芯的预定弹性模量。将第7单元(e7)作为不因外力而变形的刚性体。至于单元(el) (e4)和(e7),例如，优选使用四面体的或六面体的三维立体单元。 至于单元(e5)和(e6)，除那些三维立体单元外，还优选使用平面壳体单元。在本实施方 式中，柔韧轮胎模型2在其胎面胶模型部分E1中未设置凹槽，但本专利技术并不限于此。接着，在本优选实施方式中，模拟道路模型3 (步骤S2)。图5显示了道路模型3的 一个例子。在本专利技术的实施方式中，通过一个以上包含单个平面的刚性表面单元(e8)来 模拟道路模型3。由于道路模型3由刚性表面形成，故即使对道路模型3施加外力，道路 模型3也不会发生变形。此外，可以视需要在道路模型3上设置不平坦处(例如，不规则 的台阶、凹槽、起伏、车辙等)。此外，道路模型3可以形成为类似于转鼓测试机的圆柱 状表面。随后，分别为本专利技术的优选实施方式中的柔韧轮胎模型2和道路模型3设定各种边界 条件。边界条件包括其上安装柔韧轮胎模型2的轮辋、轮胎的内部压力、垂直负荷、某一 滚动速度、打滑角和外倾角、以及柔韧轮胎模型2和道路模型3之间的摩擦系数。摩擦本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过使用计算机装置来模拟轮胎以某一速度在路面上滚动的方法，所述方法包括如下步骤：　通过使用具有至少一个弹性元的有限元来模拟柔韧轮胎模型，以用于数值计算；　将所述柔韧轮胎模型中的至少一个弹性元变成刚性元从而制造出刚性轮胎模型；　加速 所述刚性轮胎模型；以及　当所述刚性轮胎模型的速度达到所述某一速度时，将所述刚性轮胎模型中的每一单元的弹性恢复成初始弹性；以及　获得至少一个与所述柔韧轮胎模型相关的物理参数。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：植田宪二，白石正贵，
申请(专利权)人：住友橡胶工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]