一种侧偏侧倾纵滑复合工况总切力方向角的预测方法、应用和计算机程序产品与流程

本发明涉及轮胎动力学参数预测方法，尤其涉及一种侧偏侧倾纵滑复合工况总切力方向角的预测方法、应用和计算机程序产品。

背景技术：

1、轮胎接地印迹内总切力方向的准确表达，对于复合工况轮胎力学特性研究非常重要，对复合工况轮胎力的预测也具有显著的工程应用价值。在侧倾侧偏纵滑复合工况下，由于轮胎刚度及摩擦具有各向异性，接地印迹内的总切力方向较为复杂，整个印迹内总切力方向随着滑移率的增加逐渐从附着区方向过渡到滑移区方向。当处于附着状态时，总切力方向角为θad，其中tanθad＝ky0sy/kxsx，ky0为侧偏刚度，kx为纵滑刚度，sy为侧向滑移率，sx为纵向滑移率；当处于全滑状态时，总切力方向角为θs，其中tanθs＝sy/sx；当轮胎印迹内既有附着区又有滑移区时，总切力方向则介于θad和θs之间。

2、以往的研究中，关于总切力方向角一般有两种假设：第一种假设是基于简化理论模型，认为总切力的方向与附着区的剪应力方向一致；第二种假设是认为总切力的方向与滑移速度的方向一致，而根据上述分析可知，这两种假设都有相应的局限性和不足。

3、发明专利cn113553656b公布了一种轮胎复合滑移特性测量及数据处理方法、设备和计算机可读载体介质，发明专利cn113761471b公布了一种复合工况轮胎侧向力分区拟合方法、设备和可读载体介质，发明专利cn113742838b公布了一种复合工况轮胎纵向力分区拟合方法、设备和可读载体介质，发明专利cn116484601a公布了一种侧偏纵滑复合工况轮胎力学特性预测方法、应用和计算机程序产品，专利中的总切力方向角是基于参考胎总切力方向角数据计算获得，故只能预测对应条件下的轮胎纵向力与侧向力。

技术实现思路

1、以往研究中对于总切力方向角的定义，便于理解总切力方向角的机理，但是总切力方向角处在四个象限不便于进行数学建模。为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种侧偏侧倾纵滑复合工况总切力方向角的预测方法，该方法以复合工况轮胎力或部分轮胎力的试验或仿真结果为输入，有效辨识得到总切力方向角关于侧倾角、侧偏角与滑移率的经验模型参数。

2、为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

3、一种侧偏侧倾纵滑复合工况总切力方向角预测方法，该方法包括以下几个步骤：

4、一、设定复合工况下的轮胎输入，包括胎压、速度、侧倾角、侧偏角、载荷及滑移率，进行侧偏侧倾纵滑复合工况下的轮胎力试验或者通过有限元仿真；

5、二、提取侧偏侧倾纵滑复合工况条件下轮胎力输出，包括侧向力、纵向力，以及对应的侧偏角、滑移率、载荷的数据；

6、三、根据第二步提取的侧向力和纵向力，采用反余弦函数计算得到总切力方向角；其中，总切力方向角的范围在0～2π之间；

7、四、根据所建立的总切力方向角模型，利用第三步的总切力方向角和第二步提取的侧偏角、滑移率、载荷，进行模型参数辨识；

8、五、将辨识得到的总切力方向角模型参数带入建立的总切力方向角模型，即可预测出其它条件下的轮胎总切力方向角。

9、作为优选，所述步骤一轮胎力试验或者通过有限元仿真包括以下的步骤：

10、1)设定试验气压为250kpa；

11、2)设定路面速度为60kph；

12、3)设定侧倾角为0°、5°、-5°；

13、4)设定侧偏角为2°、-2°、-5°、-8°；

14、5)垂向载荷依次为：2410n、4820n、7230n；

15、6)滑移率采用sweep扫掠方式执行，以10％/s的速率从起始点-2％扫掠至max(30％)，然后扫掠至min(-30％)，最后回到2％。

16、作为优选，所述步骤三总切力方向角的计算如下：

17、

18、其中，其中fx为复合工况纵向力，fy为复合工况侧向力。

19、作为优选，所述步骤四中轮胎总切力方向角经验模型表达式如下：

20、将载荷进行归一化：

21、

22、其中，fz为垂向载荷，fz0为基准载荷；

23、考虑到总切力方向角的侧向偏移，则令：

24、κx＝κ+sh (3)

25、其中，κ为滑移率，sh为侧向偏移量；

26、建立曲率因子e与侧偏角的关系：

27、e＝(pe1+pe2·α+pe3·α2+pe4·α3) (4)

28、式中，α为侧偏角，pe1、pe2、pe3和pe4为与e相关的模型参数；

29、建立峰值因子d与侧偏角、侧倾角及载荷的关系：

30、d＝(pd1+pd2·α+pd3·α2+pd4·α3)·(1-pr1·γ2)·(pdz1+pdz2·fzn+pdz3·fzn2) (5)

31、式中，γ为侧倾角，pd1、pd2、pd3、pd4、pdz1、pdz2、pdz3和pr1为与d相关的模型参数；

32、建立形状因子c与侧偏角和载荷的关系：

33、c＝(pc1+pc2·α+pc3·α2+pc4·α3)·(pcz1+pcz2·fzn+pcz3·fzn2) (6)

34、式中，pc1、pc2、pc3、pc4和pcz1、pcz2、pcz3为与c相关的模型参数；

35、建立刚度因子b与侧偏角和载荷的关系：

36、b＝(pb1+pb2·α+pb3·α2+pb4·α3)·(pbz1+pbz2·fzn+pbz3·fzn2) (7)

37、式中，pb1、pb2、pb3、pb4和pbz1、pbz2、pbz3为与b相关的模型参数；

38、最终，总切力方向角的表达式如下：

39、

40、式中，sv为垂直偏移量。

41、进一步，本发明还公开了所述的方法获得轮胎总切力方向角用于复合工况理论研究或轮胎力预测。

42、进一步，本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现所述方法。

43、进一步，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序或指令，该计算机程序或指令被处理器执行时实现所述方法。

44、进一步，本发明还公开了一种计算机程序产品，包括计算机程序或指令，该计算机程序或指令被处理器执行时实现所述方法。

45、本发明的有益效果：

46、1.本发明的复合工况轮胎总切力方向角模型表达准确，辨识误差≤3％。

47、2.基于本发明，可进行少量的试验或者采用参考胎的数据进行模型辨识，或者基于参考胎数据进行建模，用于复合工况轮胎纵向力及侧向力预测。

技术特征：

1.一种侧偏侧倾纵滑复合工况总切力方向角预测方法，该方法包括以下几个步骤：

2.根据权利要求1所述的一种侧偏侧倾纵滑复合工况总切力方向角预测方法，其特征在于，步骤一轮胎力试验或者通过有限元仿真包括以下的步骤：

3.根据权利要求1或2所述的一种侧偏侧倾纵滑复合工况总切力方向角预测方法，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的一种侧偏侧倾纵滑复合工况总切力方向角预测方法，其特征在于，步骤四中轮胎总切力方向角经验模型表达式如下：

5.权利要求1-4任意一项权利要求所述的方法获得轮胎总切力方向角用于复合工况理论研究或轮胎力预测。

6.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1-4任意一项权利要求所述方法。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序或指令，其特征在于，该计算机程序或指令被处理器执行时实现权利要求1-4任意一项权利要求所述方法。

8.一种计算机程序产品，包括计算机程序或指令，其特征在于，该计算机程序或指令被处理器执行时实现权利要求1-4任意一项权利要求所述方法。

技术总结本发明涉及轮胎动力学参数预测方法，尤其涉及一种侧偏侧倾纵滑复合工况总切力方向角的预测方法、应用和计算机程序产品。该方法包括以下的步骤：首先，根据实际需求给定复合工况下的轮胎输入，包括胎压、速度、侧倾角、侧偏角、载荷及滑移率，采用台架试验或有限元仿真方法获得轮胎侧向力、纵向力。然后，根据轮胎侧向力和纵向力，提出反余弦函数计算得到总切力方向角。其次，对总切力方向角模型参数进行辨识。最后，运用总切力方向角模型，进行总切力方向角的预测与应用。该方法以复合工况轮胎力或部分轮胎力的试验或仿真结果为输入，有效辨识得到总切力方向角关于侧倾角、侧偏角与滑移率的经验模型参数。技术研发人员：夏丹华,蒋志强,金兴,杨通,刘超,任福君受保护的技术使用者：中策橡胶集团股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29