[发明专利]一种面内轮胎柔性环模型实时仿真的实现方法

说明书

一种面内轮胎柔性环模型实时仿真的实现方法，该方法是建立轮胎柔性环模型，将轮胎带束部分简化成用一系列弹簧单元连接的质量点，胎侧部分和轮胎内的压缩空气简化成弹簧阻尼单元；在带束部分弯曲特性建模时采用一种线性化的表达方式，降低模型的非线性程度，提高模型的计算效率；模型求解过程中结合使用具有二阶收敛速度的牛顿迭代法和具有无条件收敛特性的Newmark方法，使模型解算速度能够满足实时仿真的要求。

技术领域

本发明涉及一种面内轮胎柔性环模型实时仿真的实现方法，属于轮胎柔性环模型建模技术领域。

背景技术

轮胎是车辆与路面接触的唯一部件，传递路面对车辆的作用力，整车的性能指标与轮胎的力学特性息息相关，因此车辆动力学仿真分析需要准确高效的轮胎模型。

目前轮胎模型按照适用频率范围的不同，分为以下几类：适用于轮胎运动输入频率低于8Hz的轮胎稳态模型；适用于轮胎运动输入频率低于80Hz的轮胎刚性环模型；适用于轮胎运动输入频率高于80Hz的轮胎柔性环模型；理论上适用于轮胎运动输入频率为任意值的轮胎有限元模型。轮胎稳态模型以及刚性环模型适用轮胎运动输入频率范围有限，轮胎有限元模型计算量巨大，不能用于整车动力学仿真中，因此建立一种计算效率高，计算精度高的轮胎柔性环模型一直是轮胎模型的研究热点

关于轮胎柔性环模型的建模方法主要有以下几种：第一种是将轮胎带束部分离散成用弹簧阻尼单元连接的一系列质量点或集中质量块，胎侧部分和压缩空气用弹簧阻尼单元表示；第二种是把轮胎带束部分用梁单元表示，胎侧和压缩空气用弹簧阻尼系统表示；第三种是将轮胎有限元模型简化成一层复合的壳单元。模型中加入梁单元和壳单元会增大计算消耗，很难进行实时仿真，因此，第一种轮胎柔性环模型建模方法较为常用。为了使轮胎模型具有实时仿真能力，合理的模型结构和快速的求解算法至关重要。

关于轮胎柔性环模型的众多文献中，关于带束拉伸力学特性的建模以及胎侧和轮胎内压缩空气的建模基本上都是线性的，但是在带束弯曲特性建模方面以及模型解算算法方面还有较大的提升空间。目前带束弯曲特性建模都是引入了反三角函数，这增大了模型的非线性程度，降低了模型计算效率；有的学者为了避免带束弯曲特性建模带来的计算消耗，甚至不对带束弯曲特性进行建模，这一建模方法没法准确表达轮胎的接地特性，这显然是不准确的。求解算法方面，有些文献采用商业软件MATLAB自带的ODE求解器，有些文献则不提及模型具体的求解算法。

综上所述，为了得到一个计算效率高，计算精度高，能够进行实时仿真的轮胎柔性环模型，需要线性化程度高的带束弯曲特性建模方法以及计算效率高的求解算法。

发明内容

本发明提供了一种面内轮胎柔性环模型实时仿真的实现方法，详细介绍了模型中线性化程度高的带束弯曲特性建模方法以及计算效率高的求解算法。建立的轮胎柔性环模型不仅拥有较高的精度还具有实时仿真能力，能够用于整车动力学仿真中。

一种面内轮胎柔性环模型实时仿真的实现方法，该方法是：

建立轮胎柔性环模型，将轮胎带束部分简化成用一系列弹簧单元连接的质量点，胎侧部分和轮胎内的压缩空气简化成弹簧阻尼单元。在带束部分弯曲特性建模时采用一种线性化的表达方式，降低模型的非线性程度，提高模型的计算效率。模型求解过程中结合使用具有二阶收敛速度的牛顿迭代法和具有无条件收敛特性的Newmark方法，使模型解算速度能够满足实时仿真的要求。具体包括以下步骤：

一、将带束部分离散成若干的均匀分布的质量点，带束质量点之间通过拉伸弹簧和弯曲弹簧进行连接；质量点和轮辋之间通过一系列的弹簧阻尼单元进行连接，来模拟胎侧部分和轮胎内的压缩空气；将胎面离散成一系列的弹性元件，用于计算轮胎与路面的接触力。

二、对质量点之间由于弯曲弹簧变形受到的作用力进行线性化处理，使质量点受到的弯曲弹簧作用力仅与质量点的位移线性相关，不再引入非线性程度很高的反三角函数，降低带束弯曲特性建模的非线性程度。