一种基于侧倾对载荷沿胎宽分布影响的计算不同侧倾角下侧偏刚度的方法

1.本发明属于轮胎力学特性预测领域，具体涉及基于侧倾对载荷沿胎宽分布影响的计算不同侧倾角下侧偏刚度的方法。通过不同载荷下的侧偏刚度数据得到轮胎侧偏刚度随载荷变化的模型，进而得到沿胎宽方向的多个轮胎“环”的侧偏刚度随载荷变化模型，将侧倾后沿胎宽分布“环”上的载荷带入相应的侧偏刚度随载荷变化模型，然后把所有“环”的结果相加，进而得到整条轮胎不同侧倾角下的侧偏刚度。


背景技术：

2.侧偏刚度是轮胎的关键属性，对整车的操纵稳定性有重要的影响。侧偏刚度在很多操稳轮胎模型中都有表达，如magic formula和unitire等。为了建立轮胎的侧偏刚度模型，需要得到不同载荷、不同侧倾角下的侧偏数据。
3.侧倾角会影响沿胎宽方向的载荷分布，如果能把这种影响以一种量化载荷的方式表达出来，那么只需不同载荷下的侧偏数据即可建立侧偏模型。以建模常用的三个载荷三个侧倾角下侧偏数据为例，如果可以将侧倾对沿胎宽方向的载荷分布影响量化，则可以节省66.67％的试验或仿真资源。


技术实现要素：

4.为实现上述试验和仿真资源的节省，本发明提供了一种基于侧倾对载荷沿胎宽分布影响的计算不同侧倾角下侧偏刚度的方法，使得在保证结果精度的前提下，节省大量资源。
5.一种基于侧倾对载荷沿胎宽分布影响的计算不同侧倾角下侧偏刚度的方法，该方法是：
6.已知不同载荷下轮胎的纯侧偏数据，得到轮胎侧偏刚度随载荷变化的公式；在轮胎沿胎宽方向结构均匀分布的假设条件下，可以将轮胎沿胎宽分成n个环，并得到每个环侧偏刚度随载荷变化的公式；考虑到轮胎实际结构关于胎宽中分面近似对称，则n取2最符合实际，即将轮胎分成左右两半，并得到每一半的侧偏刚度随载荷变化公式；假设轮胎胎面曲率与轮胎自由半径值相等，小侧倾角下轮胎垂向刚度不变。根据轮胎规格型号和已知的不同载荷下轮胎的纯侧偏数据，计算得到侧倾后作用在轮胎两半上的载荷；将作用在两半上的载荷分别代入相应的侧偏刚度公式并将结果相加，得到不同侧倾角下整条轮胎的侧偏刚度。具体包括以下步骤：
7.一、进行轮胎纯侧偏试验或仿真，得到侧偏刚度随载荷变化的模型ky＝f(fz,p1,p2···
pi)和轮胎的自由滚动半径，其中ky为侧偏刚度，fz作用在轮胎上的载荷，p1,p2···
pi为模型参数。
8.二、假设轮胎沿胎宽方向结构均匀分布，并将其沿胎宽方向分成n个环，则每个环
的属性相等，可得到每个环的侧偏刚度随载荷变化模型即每个环的载荷和侧偏刚度均为整条胎的为每个环的模型参数。
9.三、考虑到轮胎实际结构关于胎宽中分面近似对称，n＝2带入步骤二中的表达式，即将轮胎分成左右两半，得到每一半的侧偏刚度随载荷变化公式其中k
y1
和k
y2
分别为两半的侧偏刚度。
10.四、假设轮胎胎面曲率与轮胎自由半径值相等，小侧倾角下轮胎垂向刚度不变。根据轮胎规格型号和已知的不同载荷下轮胎的纯侧偏数据，计算得到侧倾后作用在轮胎两半上的载荷分别为和其中f
z1c
和f
z1c
分别为作用在两半轮胎上的载荷，v
z1c
和v
z1c
分别为侧倾后两半轮胎由载荷造成的等效变形体积。
11.五、步骤四中得到的载荷f
z1c
和f
z1c
分别带入步骤三中的公式k
y1
和k
y2
并相加，分别带入步骤三中的公式，得到不同侧倾角下整条轮胎的侧偏刚度。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
13.1.无需进行带侧倾角的侧偏测试或仿真，避免了传统不同侧倾角、不同载荷下侧偏刚度测试时载荷和侧倾角组合工况多，工作量大，测试或仿真周期长、成本高等问题。
14.2.减少了测试或仿真时的输入量，有效降低了测试及仿真难度，使得测试结果更加准确，仿真范围更广。
15.3.提出了将轮胎沿胎宽分为n个环，并由整条胎的侧偏随载荷变化模型得到每个环的模型的办法，想法新颖合理，并给n赋值为2实现合理应用。
16.4.提出了轮胎胎面曲率与轮胎自由半径值相等，小侧倾角下轮胎垂向刚度不变假设，并用载荷造成的轮胎变形体积分配表达载荷分配，实现了小侧倾角下两半轮胎上载荷的高精度计算。
附图说明
17.图1是整体思路示意图。
18.图2是n取2时侧倾后两半轮胎上载荷计算示意图。
具体实施方式
19.一种基于侧倾对载荷沿胎宽分布影响的计算不同侧倾角下侧偏刚度的方法，该方法是：
20.已知不同载荷下轮胎的纯侧偏数据，得到轮胎侧偏刚度随载荷变化的公式；在轮胎沿胎宽方向结构均匀分布的假设条件下，可以将轮胎沿胎宽分成n个环，并得到每个环侧偏刚度随载荷变化的公式；考虑到轮胎实际结构关于胎宽中分面近似对称，则n取2最符合实际，即将轮胎分成左右两半，并得到每一半的侧偏刚度随载荷变化公式；假设轮胎胎面曲率与轮胎自由半径值相等，小侧倾角下轮胎垂向刚度不变。根据轮胎规格型号和已知的不同载荷下轮胎的纯侧偏数据，计算得到侧倾后作用在轮胎两半上的载荷；将作用在两半上
的载荷分别代入相应的侧偏刚度公式并将结果相加，得到不同侧倾角下整条轮胎的侧偏刚度。具体包括以下步骤：
21.一、进行轮胎纯侧偏试验或仿真，得到侧偏刚度随载荷变化的模型ky＝f(fz,p1,p2···
pi)和轮胎的自由滚动半径，其中ky为侧偏刚度，fz作用在轮胎上的载荷，p1,p2···
pi为模型参数。
22.二、假设轮胎沿胎宽方向结构均匀分布，并将其沿胎宽方向分成n个环，则每个环的属性相等，可得到每个环的侧偏刚度随载荷变化模型即每个环的载荷和侧偏刚度均为整条胎的为每个环的模型参数。
23.三、考虑到轮胎实际结构关于胎宽中分面近似对称，n＝2带入步骤二中的表达式，即将轮胎分成左右两半，得到每一半的侧偏刚度随载荷变化公式其中k
y1
和k
y2
分别为两半的侧偏刚度。
24.四、假设轮胎胎面曲率与轮胎自由半径值相等，轮胎垂向分布刚度沿胎宽方向相等且小侧倾角下不改变。根据轮胎规格型号和已知的不同载荷下轮胎的纯侧偏数据，计算得到侧倾后作用在轮胎两半上的载荷分别为和其中f
z1c
和f
z1c
分别为作用在两半轮胎上的载荷，v
z1c
和v
z1c
分别为侧倾后两半轮胎由载荷造成的等效变形体积。
25.五、步骤四中得到的载荷f
z1c
和f
z1c
分别带入步骤三中的公式k
y1
和k
y2
并相加，分别带入步骤三中的公式，得到不同侧倾角下整条轮胎的侧偏刚度。
26.本发明的工作原理：
27.如图1(a)所示，假设轮胎沿胎宽方向结构均匀分布，将轮胎沿胎宽方向等分为n个“环”，则每个“环”有相同的属性。
28.如图1(b)所示，均分的每个“环”属性相同，则意味着每个“环”承担了。的载荷，同时贡献了的侧偏刚度，即如果整条轮胎的侧偏刚度随载荷变化模型为ky＝f(fz,p1,p2···
pi)，那么每个环的侧偏刚度随载荷变化模型为考虑到实际轮胎的结构，将n取值为2。以magic formula模型为例，具体计算过程如下：
[0029][0030]
[0031][0032][0033]
公式(1)为magic formula模型中侧偏刚度随载荷变化的表达，其中ky为侧偏刚度，fz作用在轮胎上的载荷，p1和p2是模型参数。k
y1
和k
y2
分别为两半轮胎的侧偏刚度，f
z1
和f
z2
分别为作用在这两半轮胎上的载荷。
[0034]
如图2(a)所示，假设轮胎垂向分布刚度沿胎宽方向相等，在垂直载荷fz的作用下，轮胎产生垂向变形，变形体积为y轴下方轮胎体积。假设轮胎胎面曲率与轮胎自由半径值相等，轮胎垂向分布刚度小侧倾角下不变，则可将侧倾的效果视为将载荷造成的轮胎体积绕轮心进行旋转，如图2(b)所示。此时载荷在两半轮胎上的分布可以由轮胎变形体积在z轴两侧的比例获得。事实上考虑到侧倾时轮胎垂向变形的方向，侧倾后两半轮胎所占的轮胎变形体积分界线为图2(b)中的e2右侧边界对应的虚线。具体计算过程如下：
[0035]
e＝r
l
·
tan(γ)
ꢀꢀꢀ
(5)
[0036][0037]
把图2(b)中y轴和r
l
的交点作为积分原点，则有
[0038][0039]ry
＝dy r
l
ꢀꢀꢀ
(8)
[0040][0041][0042][0043][0044][0045]
其中r
l
是负载半径，w是变形体积宽度的一半，
[0046][0047]
但w最大值只能取胎宽的一半，可由轮胎规格计算得到，dy是沿胎宽方向任意一点的垂向变形，ry是这一点对应圆环的半径，θy是这一点接地印迹长为弦长对应的圆心角的一半，v
z1
和v
z2
是分布在左侧和右侧两半轮胎上的变形体积，f
z1
和f
z2
是作用在左右两半轮胎上
的载荷。图中是以正侧倾角为例，当侧倾角为负时，上述公式依然成立。
[0048]
将公式(12)和(13)的结果带入公式(3)和(4)并相加，即得到整条轮胎在不同侧倾角下的侧偏刚度。