[发明专利]一种大扁平比胎侧二维刚度建模及轮胎变形特性分析方法

说明书

本发明公开了一种大扁平比胎侧二维刚度建模及轮胎变形特性分析方法，以基于非线性弹性基础的柔性环模型为基础，首先建立了考虑轮胎旋转效应的基于弹性基础的柔性环完备轮胎模型，并给出了基于不同假设条件下的简化形式；其次基于充气预紧力作用下的梁变形理论，建立了重载轮胎二维胎侧刚度解析模型，并对重载轮胎不同充气压力的模态特征进行预测；最后接地区引入接地弹簧，利用力平衡条件，对柔性环轮胎模型的接地特性进行分析，给出了轮胎不同压平量对应的径向和切向接地印记力，并进行轮胎刚度实验。本发明能够实时更新胎侧刚度值，可用于胎侧结构设计及轮胎振动快速设计。

技术领域

本发明涉及车辆工程技术领域，特别涉及一种大扁平比胎侧二维刚度建模及轮胎变形特性分析方法。

背景技术

轮胎作为特种车辆行驶中与地面接触的唯一元件，将绝大多数作用力传递至整车，同时还缓解由于路面不平度引起的冲击与振动，因此轮胎的特性影响整车的动力性、平顺性、制动性和操纵稳定性等性能指标，因此，准确的轮胎动力学模型变得关键，尤其是基于结构柔性的轮胎动力学模型，作为轮胎结构模型的典型代表，柔性胎体轮胎模型将轮胎简化成弹性基础上的柔性胎体，弹性基础沿圆周径向和切向分布，模拟胎侧-胎体间作用力和充气预紧效应。如何准确描述胎体、胎侧柔性结构振动引起的路面-轮辋振动传递特性一直是轮胎动力学研究中的重点和难点。国内外学者研究了不同的胎体柔性化建模方法，提出了从一维到三维的柔性胎体模型，包括基于弹性基础的弦模型、梁模型、平板模型、环模型、壳模型和分布质量模型等；

胎侧作为胎体和轮辋的连接和传力部件，其力学特征和振动特性影响胎体与轮辋间的传递特性。国内外学者也提出了一维到三维胎侧刚度模型。ZhouF.[建立了胎侧一维径向刚度的力学特性模型；LiuZ.H.结合一维径向胎侧刚度模型，考虑胎侧惯性质量和分段刚度，建立了基于离散弹性基础的大扁平比重载轮胎柔性梁模型，此外，在此模型基础上，考虑胎侧单元间的弯曲刚度，建立了基于弹性连续基础的轮胎模型，用以研究柔性胎体与连续基础的轮胎模型，用以研究柔性胎体与连续胎侧曲梁的耦合振动问题。Pacejia首次引入具有径向和切向刚度的弹簧来表征胎侧二维刚度特性，建立了二维弹性基础的柔性环轮胎模型，探究了轮胎的振动特性；Gong基于径向和切向弹簧建立了基于弹性基础的环模型，研究了不同胎侧刚度和充气压力对轮胎振动特性的影响规律；LiuZ.H.建立了考虑胎侧弯曲刚度的基于弹性连续基础的二维胎侧刚度模型，研究了胎体环与连续胎侧环的耦合振动特性。NogaS.将胎侧刚度由二维拓展至三维，在径向和切向弹簧的基础上，考虑了轮胎面外横向刚度，建立了考虑三维胎侧刚度特性的圆环振动模型。

现有技术以基于弹性基础的欧拉梁模型为基础，分别从大扁平比胎侧曲梁的径向刚度建模、基于解析弹性基础的轮胎动力学建模两方面开展研究。但重载轮胎胎体作为典型的圆环结构，胎体点的径向变形和切向变形间存在耦合关系。因此，需考虑胎体圆环的径向变形与切向变形之间的耦合关系，建立基于解析弹性基础的柔性环二维轮胎低频动力学模型，建立径向和切向二维胎侧刚度的解析式。将轮胎-轮辋系统等效为由二维弹簧、柔性圆环和圆盘组成的系统，径向和切向弹簧将柔性圆环和圆盘相连，如附图1所示。其中圆盘模拟轮辋质量，柔性环表征带束及与胎冠相连的胎体，二维线性弹簧表征胎侧及充气效应。

传统的采用线性定刚度的胎侧模型，无法解决轮胎在接地过程中变形所导致的刚度变化。因此，本发明考虑了胎体圆环的径向变形与切向变形之间的耦合关系，提出并建立了胎侧径向和切向解析刚度模型，结合胎体柔性圆环模型，在解决轮胎接地特性求解过程中，实时迭代计算胎侧由于变形导致的刚度变化，实现轮胎接地高精度求解。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提出了一种大扁平比胎侧二维刚度建模及轮胎变形特性分析方法，建立了轮胎低频动力学模型以及径向和切向二维胎侧刚度的解析式，利用接地弹簧进行接地求解，在接地迭代求解过程中利用胎侧解析模型，实时更新胎侧刚度值。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种大扁平比胎侧二维刚度建模及轮胎变形特性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：