[發(fā)明專利]一種降低輪胎風(fēng)阻的輪胎外輪廓結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201911356014.6
• 申請日: 2019-12-25
• 公開（公告）號: CN111159874A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周海超;姜震;夏琦;翟輝輝;陳青云;王國林
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/15;G06T17/00;G06F119/14
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本發(fā)明公開了一種降低輪胎風(fēng)阻的輪胎外輪廓結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，包括以下步驟：步驟一、建立初始輪胎模型，步驟二、構(gòu)建初始輪胎風(fēng)阻計算模型，步驟三、設(shè)計試驗方案，步驟四、根據(jù)步驟三中的試驗數(shù)據(jù)構(gòu)建輪胎外輪廓參數(shù)與其氣動阻力系數(shù)值間的函數(shù)關(guān)系，并對其精度進行驗證；步驟五、采用優(yōu)化算法獲得氣動阻力系數(shù)值最小時的輪胎外輪廓參數(shù)。有益效果：本發(fā)明能有效避免在輪胎外輪廓結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的盲目性問題，進而縮短設(shè)計周期，提升效率，與此同時對于輪胎風(fēng)阻性能的改進也起到了一定的指導(dǎo)作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種輪胎外輪廓結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，特別涉及一種可以降低輪胎風(fēng)阻的輪胎外輪廓結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，屬于輪胎技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著全球氣候變暖、能源短缺等問題日益加重，世界對環(huán)保的重視度不斷提高，汽車作為出行工具必將成為節(jié)能減排的重要一環(huán)，各大車企急需努力提高車輛的能源效率以解決汽車環(huán)保問題。汽車在高速行駛過程中，氣動阻力引起的燃油消耗率最高可占50％以上，而車輪引起的氣動阻力占整車的25％左右。因此，如何形成高效的低風(fēng)阻輪胎設(shè)計方法，實現(xiàn)輪胎風(fēng)阻的減小，是擺在輪胎研究工作者和汽車開發(fā)者面前的一個重要問題。

運動汽車周圍氣流流過輪胎時，會產(chǎn)生氣流分離，形成渦流，從而增加了輪胎的氣動阻力。輪胎外輪廓設(shè)計直接影響著周圍氣流的運動，從而對輪胎氣動阻力具有決定性的影響。相同型號的輪胎，由于其外輪廓設(shè)計的不同會導(dǎo)致汽車空氣阻力系數(shù)超過0.009的變化，因此，輪胎外輪廓的設(shè)計也是低風(fēng)阻汽車設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。因此，深入研究輪胎外輪廓的布置形式進而指導(dǎo)輪胎外輪廓的結(jié)構(gòu)設(shè)計則顯得尤為必要。

而目前，國內(nèi)外學(xué)者對于輪胎外輪廓結(jié)構(gòu)的改進多集中于從眾多試驗方案中尋找性能最優(yōu)的方案作為改進方案，或者僅僅是對輪胎外輪廓參數(shù)的單一設(shè)計參數(shù)影響進行分析，這就導(dǎo)致在改進過程中輪胎外輪廓結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取受限于所設(shè)計的試驗方案，并存在很大的不確定性和盲目性，也會造成改進效率低等問題，因此當(dāng)下亟需一種能夠有效降低輪胎氣動阻力的輪胎外輪廓設(shè)計方法。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種降低輪胎風(fēng)阻的輪胎外輪廓結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，所述方法能夠有效避免在輪胎外輪廓結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中存在的盲目性問題，可有效降低輪胎外輪廓結(jié)構(gòu)的設(shè)計周期，進而提升改進效率，與此同時也能夠改善輪胎的風(fēng)阻性能，提升駕駛?cè)藛T的乘車安全。

技術(shù)方案：一種降低輪胎風(fēng)阻的輪胎外輪廓結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，包括以下步驟：

步驟一、建立初始輪胎模型，根據(jù)所選輪胎型號的外輪廓參數(shù)的初始值繪制輪胎的三維模型；

步驟二、構(gòu)建初始輪胎風(fēng)阻計算模型，根據(jù)上述輪胎的三維模型構(gòu)建輪胎的風(fēng)阻計算模型，并進行仿真分析，獲得初始輪胎的氣動阻力系數(shù)值；

步驟三、設(shè)計試驗方案，以輪胎外輪廓參數(shù)為變量，設(shè)定變量的取值范圍，以胎面處輪胎整體所受的氣動阻力系數(shù)作為目標(biāo)響應(yīng)值；通過統(tǒng)計學(xué)抽樣試驗設(shè)計方法對輪胎外輪廓參數(shù)進行方案設(shè)計，對不同外輪廓參數(shù)下的模型進行輪胎風(fēng)阻仿真分析，獲取各外輪廓參數(shù)下的氣動阻力系數(shù)值；

步驟四、根據(jù)步驟三中的試驗數(shù)據(jù)構(gòu)建輪胎外輪廓參數(shù)與其氣動阻力系數(shù)值間的函數(shù)關(guān)系，并對其精度進行驗證；

步驟五、采用優(yōu)化算法獲得氣動阻力系數(shù)值最小時的輪胎外輪廓參數(shù)。

進一步，所述步驟一中輪胎外輪廓參數(shù)包括上胎側(cè)高、行駛面寬、胎肩過渡半徑和胎面弧半徑。

進一步，所述步驟二中輪胎風(fēng)阻計算模型構(gòu)建方法為流體動力學(xué)的計算方法，構(gòu)建輪胎與路面虛擬風(fēng)洞三維模型，將三維模型導(dǎo)入網(wǎng)格劃分軟件，生成輪胎周圍的流體域網(wǎng)格和邊界層網(wǎng)格，利用計算流體動力學(xué)分析軟件設(shè)置速度入口、壓力出口和輪胎壁面運動方式，實現(xiàn)輪胎氣動風(fēng)阻的仿真分析。