【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及轮胎虚拟开发，特别是涉及一种车辆多学科性能导向的多层级轮胎虚拟开发方法。
技术介绍
1、轮胎是汽车与道路直接接触的唯一部件，作为路面载荷传递路径上的重要一环，其对缓冲汽车行驶时所受到的冲击与损伤，降低路面不平度引起的振动和噪声，控制车辆的运行轨迹与姿态，保证汽车有良好的驾乘舒适性、行驶平顺性及操纵稳定性等有重要贡献。因此，轮胎匹配成为主机厂在开发新车型过程中的一项重要工作。
2、当前，国内主要采用拖车法，通过装配轮胎供应商提供的不同型号实物样胎进行场地测试，根据测试结果初选车型适配轮胎，实车测试后主要凭借工程师的驾驶主观感受对轮胎提出进一步改进要求。然而该技术路线需要多轮样胎制造，增加了研发成本，降低了开发效率。此外，研发车型与样胎之间的性能关联性不强，易导致轮胎改进时过设计或设计不足，难以实现最优化正向设计。
3、采用cae技术，集成轮胎、路面与整车模型搭建车辆多学科性能虚拟试验场仿真平台，可以在车型开发设计阶段快速有效识别轮胎的变化对于整车性能的影响，在车型轮胎匹配方面具有巨大的工程应用潜力。然而目前该技术路线的推广还存在一些困难与挑战。首先，轮胎模型的建立需要基于实物轮胎的测试数据，无实物胎的条件下如何获取可靠的轮胎模型是难点之一；其次，整车性能虚拟试验场仿真耗时耗计算资源，通过整车仿真大范围的进行轮胎模型对比筛选轮胎的方式周期过长，如何采取合理的方法高效执行轮胎虚拟开发是个挑战；最后，轮胎模型的可制造性是个关键问题，高制造性才能凸显虚拟开发的意义。
技术实
1、本专利技术的目的是提供一种车辆多学科性能导向的多层级轮胎虚拟开发方法，旨在凭借cae(computer aided engineering，工程设计中的计算机辅助工程)手段建立汽车主机厂与轮胎供应商之间的技术纽带，实现整车性能设计指标优化与轮胎关键设计参数匹配的准确关联，在车型设计阶段快速有效的为研发车型虚拟开发一套以整车多学科性能提升为导向的轮胎产品；同时保证虚拟轮胎的可制造性，助力整车产品的高效率低成本研发。
2、本专利技术是这样实现的，一种车辆多学科性能导向的多层级轮胎虚拟开发方法，包括步骤：
3、s1：根据车型产品整体设计及轮胎运动包络尺寸定义轮胎与轮辋的规格型号选取范围，在已有实物轮胎库中选取符合上述规格型号选取范围且来自于不同厂家不同型号的n款轮胎，作为设计的基准胎，n≥2；
4、s2：获取各基准胎的断面创建几何模型，测量基准胎的质量与转动惯量，开展不同胎压/车速/负载/外倾角条件下的基准胎静态、稳态及动态外特性测试，通过仿真与测试曲线对比反求轮胎参数，建立各基准胎物理轮胎模型；
5、s3：基于物理轮胎建模软件的变形功能，在满足s1中轮胎、轮辋规格型号下，将各基准胎及其对应轮辋尺寸进行拉伸/放缩使变形，围绕各基准胎分别建立1组拓展胎物理轮胎模型，形成n个虚拟轮胎族；
6、s4：基于物理轮胎建模软件，计算获取各虚拟轮胎族中拓展胎物理轮胎模型对应的静态、稳态及动态外特性仿真曲线；
7、s5：基于各基准胎的外特性测试曲线以及各拓展胎物理轮胎模型的外特性仿真曲线，在物理轮胎建模软件的实时仿真模块中，建立各虚拟轮胎族中基准胎及拓展胎对应的实时仿真轮胎模型；
8、s6：建立开发车型的整车多体动力学模型以及操稳性分析工况，分别装配各虚拟轮胎族中基准胎及拓展胎对应的实时仿真轮胎模型进行仿真计算，获取对应的操稳性分析指标；
9、s7：在各虚拟轮胎族中各选取1款整车操稳性分析指标最优的实时仿真轮胎模型，总计选取n款实时仿真轮胎模型；
10、s8：基于开发车型整车多体动力学模型建立耐久性及平顺性仿真工况，建立开发车型的声固耦合模型与路噪仿真工况，分别装配最优实时仿真轮胎模型对应的物理轮胎模型进行仿真计算，获取对应的耐久性、平顺性及路噪的分析指标；
11、s9：以物理轮胎模型中轮胎各层的关键物理参数作为设计变量，基于s7中所得各族最优轮胎模型中各层物理参数的实际数值建立离散设计域，采用试验设计方法doe(design of experiment，试验设计)在离散域内抽取设计变量样本点，在s7所得各族最优轮胎模型基础上各生成1个虚拟轮胎库，共计n个虚拟轮胎库；
12、s10：基于物理轮胎建模软件，计算获取各虚拟轮胎库中物理轮胎模型对应的静态、稳态及动态外特性仿真曲线；
13、s11：基于s10获得的外特性仿真曲线，在物理轮胎建模软件的实时仿真模块中，建立各虚拟轮胎库中各物理轮胎模型对应的实时仿真轮胎模型，更新虚拟轮胎库；
14、s12：基于开发车型的整车耐久性、平顺性及路噪仿真模型，分别装配各虚拟轮胎库中物理轮胎模型进行仿真计算，获取对应的耐久性、平顺性及路噪的分析指标；基于开发车型的整车操稳性仿真模型，分别装配各虚拟轮胎库中各实时仿真轮胎模型进行仿真计算，获取对应的操稳性分析指标；
15、s13：以整车路噪指标最小化为设计目标，整车操稳性、平顺性及耐久性指标优于s6、s8所得结果为设计约束，各虚拟轮胎库为设计域，建立离散变量优化数学模型，求解获取各虚拟轮胎库中最优轮胎模型，共计获得n款物理轮胎模型。
16、s14：将s13所得n款物理轮胎模型对应的实时仿真轮胎模型分别与整车多体动力学模型装配，输入至车辆驾驶模拟器，开展操稳性驾驶员在环仿真，通过驾驶员主观评价选取1款最优轮胎模型，即为备选轮胎最终设计方案，基于该备选轮胎最终设计方案开展样胎制造。
17、步骤s2中，所述基准胎静态、稳态及动态外特性测试，包括轮胎纵向刚度、侧向刚度、径向刚度、静态扭转刚度、动态侧偏刚度、纯纵滑、凸块冲击刚度及轮胎压痕的测试。
18、步骤s3、s4、s5、s10、s11中，所述物理轮胎建模软件为cdtire/pi软件，步骤s8中，基于adams/car软件建立耐久性及平顺性仿真工况，基于hyperworks/nvhd软件建立声固耦合模型与路噪仿真工况。
19、步骤s4中，所述各虚拟轮胎族中拓展胎物理轮胎模型对应的静态、稳态及动态外特性仿真曲线，包括轮胎纵向刚度、侧向刚度、径向刚度、动态侧偏刚度及纯纵滑仿真曲线。
20、步骤s5中，所述各基准胎的外特性测试曲线，包括各基准胎的轮胎纵向刚度、侧向刚度、径向刚度、动态侧偏刚度及纯纵滑测试曲线。
21、步骤s6中，所述操稳性分析工况包括斜坡转向、正弦转向和脉冲转向。
22、步骤s6、s7、s12中，所述操稳性分析指标包括横摆角速度增益/不足转向度。
23、步骤s8中，所述耐久性的分析指标包括4个车轮轮心z向伪损伤平均值，所述平顺性的分析指标包括驾驶员座椅z轴正负向加速度最大绝对值均值，所述路噪的分析指标包括驾驶员外耳全频段声压级均方根。
24、步骤s10中，所述各虚拟轮胎库中物理轮胎模型对应的静态、稳态及动态外特性仿真曲线包括轮胎纵向刚本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.车辆多学科性能导向的多层级轮胎虚拟开发方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述车辆多学科性能导向的多层级轮胎虚拟开发方法，其特征在于，步骤S2中，所述基准胎静态、稳态及动态外特性测试，包括轮胎纵向刚度、侧向刚度、径向刚度、静态扭转刚度、动态侧偏刚度、纯纵滑、凸块冲击刚度及轮胎压痕的测试。
3.根据权利要求1所述车辆多学科性能导向的多层级轮胎虚拟开发方法，其特征在于，步骤S3、S4、S5、S10、S11中，所述物理轮胎建模软件为CDTire/PI软件，步骤S8中，基于Adams/Car软件建立耐久性及平顺性仿真工况，基于Hyperworks/NVHD软件建立声固耦合模型与路噪仿真工况。
4.根据权利要求1所述车辆多学科性能导向的多层级轮胎虚拟开发方法，其特征在于，步骤S4中，所述各虚拟轮胎族中拓展胎物理轮胎模型对应的静态、稳态及动态外特性仿真曲线，包括轮胎纵向刚度、侧向刚度、径向刚度、动态侧偏刚度及纯纵滑仿真曲线。
5.根据权利要求1所述车辆多学科性能导向的多层级轮胎虚拟开发方法，其特征在于，步骤S5中，所述各基准胎的外特
6.根据权利要求3所述车辆多学科性能导向的多层级轮胎虚拟开发方法，其特征在于，步骤S6中，所述操稳性分析工况包括斜坡转向、正弦转向和脉冲转向。
7.根据权利要求1所述车辆多学科性能导向的多层级轮胎虚拟开发方法，其特征在于，步骤S6、S7、S12中，所述操稳性分析指标包括横摆角速度增益/不足转向度。
8.根据权利要求1所述车辆多学科性能导向的多层级轮胎虚拟开发方法，其特征在于，步骤S8中，所述耐久性的分析指标包括4个车轮轮心Z向伪损伤平均值，所述平顺性的分析指标包括驾驶员座椅Z轴正负向加速度最大绝对值均值，所述路噪的分析指标包括驾驶员外耳全频段声压级均方根。
9.根据权利要求1所述车辆多学科性能导向的多层级轮胎虚拟开发方法，其特征在于，步骤S10中，所述各虚拟轮胎库中物理轮胎模型对应的静态、稳态及动态外特性仿真曲线包括轮胎纵向刚度、侧向刚度、径向刚度、动态侧偏刚度及纯纵滑仿真曲线。
10.根据权利要求4所述车辆多学科性能导向的多层级轮胎虚拟开发方法，其特征在于，步骤S13中，以整车路噪指标最小化为设计目标，整车操稳性、平顺性及耐久性指标优于S6、S8所得结果为设计约束，各虚拟轮胎库为设计域，建立离散变量优化数学模型，求解获取各虚拟轮胎库中最优轮胎模型：其离散变量优化数学模型如下：
...【技术特征摘要】
1.车辆多学科性能导向的多层级轮胎虚拟开发方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述车辆多学科性能导向的多层级轮胎虚拟开发方法，其特征在于，步骤s2中，所述基准胎静态、稳态及动态外特性测试，包括轮胎纵向刚度、侧向刚度、径向刚度、静态扭转刚度、动态侧偏刚度、纯纵滑、凸块冲击刚度及轮胎压痕的测试。
3.根据权利要求1所述车辆多学科性能导向的多层级轮胎虚拟开发方法，其特征在于，步骤s3、s4、s5、s10、s11中，所述物理轮胎建模软件为cdtire/pi软件，步骤s8中，基于adams/car软件建立耐久性及平顺性仿真工况，基于hyperworks/nvhd软件建立声固耦合模型与路噪仿真工况。
4.根据权利要求1所述车辆多学科性能导向的多层级轮胎虚拟开发方法，其特征在于，步骤s4中，所述各虚拟轮胎族中拓展胎物理轮胎模型对应的静态、稳态及动态外特性仿真曲线，包括轮胎纵向刚度、侧向刚度、径向刚度、动态侧偏刚度及纯纵滑仿真曲线。
5.根据权利要求1所述车辆多学科性能导向的多层级轮胎虚拟开发方法，其特征在于，步骤s5中，所述各基准胎的外特性测试曲线，包括各基准胎的轮胎纵向刚度、侧向刚度、径向刚度、动态侧偏刚度及纯纵滑测试曲线。
6.根据权利要求3所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：高丰岭，王文军，沙雷，燕唐，吴文文，刘振国，刘凤阳，周明岳，梁荣亮，
申请(专利权)人：中汽研汽车检验中心天津有限公司，
类型：发明
国别省市：
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