汽车轮胎花纹建模技术

第14卷第1期

2011年

上海电机学院学报

JO U RN AL O F SH A NG HA I DI AN JI U N IV ER SI T Y

Vol.14No.1

2011

文章编号 2095-0020(2011)01-0035-04

收稿日期:2010-11-02

基金项目:国家自然科学基金项目资助(50775162)

作者简介:仝 光(1978-),男,讲师,博士生,专业方向为车辆虚拟样机技术,E -mail:tong g@

基于Pro /Engineer 的汽车轮胎花纹建模技术

仝 光1,2

, 靳晓雄1

, 侯臣元

1

(1.同济大学汽车学院,上海201804;

2.上海电机学院汽车学院,上海200245)

摘 要:以205/55R16子午线轮胎为例,运用Pro/Eng ineer 软件,在分析轮胎结构和轮胎花纹参数的基础上,建立了轮胎胎面花纹3D 模型,所建模型为轮胎有限元和轮胎特性分析提供参考。

关键词:汽车轮胎;胎面花纹;建模技术

中图分类号:T P 391.9;U 463.341 文献标志码:A

Modeling C ar Tread Patterns Using Pro/Engineer

TON G Guang 1,2, J I N X iaox iong 1, H OU Cheny uan 1

(1.Auto motive Institute,T ongji U niversity,Shang hai 201804,China;2.Schoo l of Automo tive,Shanghai Dianji University,Shanghai 200245,China)Abstract:Based on analy sis o f tire structure and thread patterns param eters,this article takes a tire 205/55R16as an ex ample and establishes a 3D m odel for tir e tread patterns using the so ft -w are Pro /Eng ineer.The results pr ovide r efer ence for further research on tires based on the finite element m ethod,and fo r analy sis of tire characteristics.

Key words:car tire tread patterns;modeling;Pr o/Engineer

随着汽车工业、高速公路和城市高架道路的飞速发展,机动车辆产生的噪声已经成为环境噪声的主要来源,并且越来越多地影响到城市居民的日常工作和生活。汽车的最大噪声来自发动机系统、传动系统和轮胎。传统上,汽车工程师一直把注意力集中在降低前2项机械噪声上,且通过采取隔声、吸声、消声等降噪措施,已使其降低到了相当的程度,故轮胎所发出的噪声已成为现代

汽车非常重要的噪声源。研究表明:当汽车行驶速度大于50km/h 时,轮胎噪声逐渐显现;当车速

超过80km /h 时,轮胎噪声会超过其他噪声源,成为汽车行驶噪声的主要成分;且车速越快,负荷越大,轮胎噪声的能量级也越高,在汽车噪声中所占的比重也就越大[1-3]。

随着现代计算机辅助工程(Computer Aided Engineering,CAE)技术的飞速发展,利用该技术结

合试验分析的手段,研究轮胎振动和噪声成为可

能[4-5]。20世纪80年代以来,有限元技术开始应用

于轮胎振动和噪声的研究中。在前期,轮胎结构有限元分析的求解精度和计算效率较低,引入了过多假设的简化分析,与实际不太相符,甚至忽略轮胎花纹的影响。在最近十多年里,随着非线性有限元理论和计算机软硬件的快速发展,轮胎有限元分析的求解精度和计算效率大幅提高,研究人员可对轮胎结构进行更加精细的分析[6-8]。另外,轮胎胎面花纹对车辆性能有着重要影响,决定着车辆操纵性、制动/驱动性、滚动阻力、磨耗和噪声等特性,直接关系到车辆的舒适性、行驶里程和安全性[9]。车辆在高速行驶时若要具有良好的操纵稳定性,轮胎就要有必要的附着力,即轮胎必须有结构合理的花纹。为了模拟轮胎花纹振动和辐射噪声,设计出结构合理的轮胎花纹,本文以205/55R16子午线轮胎为模型,借助美国PT C(Parametric Technology Cor -poration)公司的Pro/Engineer 软件,探讨轮胎胎面花纹实体建模技术,为轮胎的有限元分析提供胎面花纹实体模型。

1 轮胎结构

轮胎是汽车的重要组成部分,其性能直接影响汽车的动力性、制动性、行驶稳定性、平顺性、越野性和燃料经济性[10]

。轮胎具有承担车重和变形,缓和汽车振动和冲击的作用,一般要求其具有较高的强度,并富有一定的弹性。轮胎的构造一般包括胎面(胎冠和胎肩)、胎侧、胎体(包括帘布层和缓冲层)和胎圈等部分,轮胎结构如图1所示。其中胎冠为轮胎滚动时与地面的接触部分,布有各种沟纹和窄槽,称为胎面花纹。胎冠作为轮胎的主要工作部分,直接承受汽车行驶时产生的冲击和磨损,并保证轮胎与路面间能产生充足的附着力,故对胎冠的要求是应具有一定的厚度、较高的弹性和强力的耐磨性等。

205/55R16子午线轮胎的轮胎截面宽205mm ,扁平率55%,配用轮辋直径406.4m m 。子午线轮胎带束层有多层,相邻层帘线呈交叉排列,与胎面中心线夹角一般为10b ~20b ,使得帘布

层帘线和带束层帘线交叉于3个方向,形成许多

图1 轮胎结构图Fig.1 Tire struc t ure

密实的三角形网状结构。这有效阻止了胎面向周向和横向伸张与压缩,大大提高了胎面的刚度,减少了胎面与路面的滑移,提高了胎面的耐磨性[11]。

2 轮胎花纹结构参数

轮胎花纹由花纹块和花纹沟组成,不同的花纹块与花纹沟组成不同样式的花纹。轮胎花纹的作用是增加摩擦,保证轮胎与路面具有良好的附着力,发挥轮胎制动、驱动和侧偏等力学特性。轮胎花纹的结构参数主要包括花纹条数、花纹节距和节距比例、花纹条错位、花纹周期等。2.1 花纹条数

一般情况下,轮胎花纹都不是由一条花纹组成的,205/55R16子午线轮胎的花纹条数为5条。花纹条数影响轮胎花纹噪声,轮胎花纹条数越多,噪声越小,但是轮胎附着力、排水性、耐磨性将要变差,故优化轮胎花纹条数时要综合考虑这些因素。2.2 花纹节距和节距比例

轮胎花纹是由按照一定规律排列的节距组成,节距又由各花纹块和花纹沟组成。轮胎花纹有等节距和不等节距2种花纹,在不等节距花纹中,各个节距的长度之比称为节距比。205/55R16子午线轮胎为等节距花纹。2.3 花纹条错位

轮胎花纹一般有2种错位形式,一种为各花纹条之间的错位,另一种为左半节距花纹与右半节距花纹之间的错位。205/55R16子午线轮胎为各花纹条之间的错位。轮胎花纹的合理错位会使时域声中心能量分布趋于均衡,从而降低轮胎花纹的噪声峰值,合适的错位可降噪5~7dB

[12]

。

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