[发明专利]一种汽车轮胎与湿滑路面摩擦系数的计算方法

说明书

本发明公开了一种汽车轮胎与湿滑路面摩擦系数的计算方法，包括以下步骤：1、构造出随机路面的三维模型；2、建立与路面接触的胎面几何模型和有限元模型；3、将胎面有限元模型与路面有限元模型进行装配，定义接触属性，施加边界条件，获得胎面与路面相互作用过程中的接触压力、滞后摩擦力和胎面与路面轮廓之间的空隙体积；4、计算水膜承载力；步骤5、根据滞后摩擦力、接触压力和水膜承载力，计算胎面与湿滑路面摩擦系数。有益效果：本发明采用数值仿真分析方法，综合考虑路面形貌、胶料属性、滑动速度、接触压力、水膜等因素的影响，快速准确地模拟轮胎胎面与湿滑路面摩擦行为，其仿真分析结果为高性能抗湿滑轮胎的设计和优化提供理论依据。

技术领域

本发明涉及一种摩擦系数的计算方法，特别涉及一种汽车轮胎与湿滑路面摩擦系数的计算方法，属于轮胎技术领域。

背景技术

汽车在湿滑路面制动过程时，轮胎接地区域内的水膜充当“润滑剂”，防止橡胶黏附摩擦作用的发生，同水膜会填充路面轮廓间隙，以阻碍橡胶与路面接触，最终导致轮胎胎面与路面的摩擦力显著降低，使得轮胎获得的抓地力减小，致使轮胎易发生打滑现象，汽车制动性能下降，直接威胁到车辆行驶稳定性和乘客或货物的安全性。因此，研究汽车轮胎与湿滑路面摩擦行为对保证车辆在湿滑路面上行驶稳定性和安全性具有重要意义。

为此，国内外学者以及轮胎厂商对于如何建立汽车轮胎与湿滑路面摩擦系数展开了大量科研工作。中国专利CN201810378212.1发明了一种路面材料摩擦性能测试装置及方法，但该测试装置相对复杂，CN01510573305.6发明了一种预估未知路面摩擦系数的方法，但该方法主要是对实验室测试结果的数据处理，不能完全反映实际路面特征。虽然试验方法是研究汽车轮胎与路面摩擦行为最直接的研究手段，但试验方法存在测试设备费用昂贵、周期长、难度大等缺点，并且很难兼顾路面湿滑状态下轮胎与路面摩擦特性；基于物理属性理论计算轮胎与湿滑路面摩擦系数，不仅求解过程非常复杂，而且计算模型中的参数难以确定，导致计算结果误差相对较大。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种汽车轮胎与湿滑路面摩擦系数的计算方法，能够综合考虑路面形貌、胶料属性、滑动速度、接触压力、水膜等因素的影响，可快速、准确地模拟汽车轮胎与湿滑路面摩擦行为，也可为高性能抗湿滑轮胎的设计和优化提供理论依据。

技术方案：一种汽车轮胎与湿滑路面摩擦系数的计算方法，包括以下步骤：

步骤1、构造出随机路面的三维模型；建立路面轮廓的三维坐标信息，根据路面轮廓的三维坐标建立路面几何模型和路面有限元模型；

步骤2、建立与路面接触的胎面几何模型和有限元模型；

步骤3、将胎面有限元模型与路面有限元模型进行装配，定义接触属性，施加边界条件，获得胎面与路面相互作用过程中的接触压力、滞后摩擦力和胎面与路面轮廓之间的空隙体积，即为“水槽”体积；

步骤4、计算水膜承载力，依据“水槽”体积，结合路面几何模型尺寸，建立流体域几何模型和流体域计算模型，施加边界条件计算得出作用胎面受力面上的水膜承载力；

步骤5、根据步骤3计算得到的滞后摩擦力、接触压力和步骤4计算得到的水膜承载力，计算胎面湿滑路面摩擦系数。

进一步，所述步骤1中随机路面三维模型采用功率谱密度函数描述，基于谐波叠加法，利用数字仿真软件构建随机路面三维模型，使用三次样条插值函数对随机路面三维模型进行平滑过渡，然后输出路面轮廓三维坐标信息；将路面轮廓三维坐标信息导入实体造型三维软件，生成网格面，然后拉伸网格面生成路面几何模型；将生成的路面几何模型导入到有限元分析软件，对路面几何模型的外表面进行网格划分，建立路面有限元模型。

本发明步骤1中路面功率密度函数为：