轮辋冲击分析方法、装置及可读存储介质与流程

本发明涉及车辆轮廓设计技术领域，尤其涉及一种轮辋冲击分析方法、装置及可读存储介质。

背景技术：

车轮作为汽车行驶系统中重要的组成部分，起到支撑整个汽车重量及获取地面附着力的作用。在行驶过程中车轮容易受到径向、弯曲和冲击载荷的作用，当车轮受到大的冲击作用下，若车轮的强度不足将会导致车轮的轮辋开裂，严重时甚至会使得车轮的轮辋和轮辐产生分离，引发交通安全事故。因此车轮的冲击性能尤为重要。

传统上，针对轮辋的冲击性能的试验方法均是在台架上完成的，主要有两种试验方法，第一种试验方法是将车轮固定在试验台上，通过改变冲击重锤的重量以及释放的高度来改变冲击的能量，从而对车轮进行冲击试验；第二种试验方法是车轮固定在试验台上，冲击重锤的重量不变，通过改变释放的高度来改变冲击的能量，完成对车轮的冲击试验。

但是，上述传统的方法中，由于车辆实际运行工况复杂，车轮面临的冲击情况多样，通过试验架和冲击重锤进行试验的方法需要搭建实际整车模型，且无法与实际运行工况很好的对应，也就是说无法与实际运行工况很好的关联上，导致冲击试验结果不准确，因此，亟待一种能关联了整车实际运行工况的轮辋冲击试验方法，以提高冲击试验精度。

技术实现要素：

本发明提供一种轮辋冲击分析方法、装置及计算机可读存储介质，以解决轮辋冲击试验精度不准确的问题。

本发明第一方面提供了一种轮辋冲击分析方法，所述方法包括：

通过目标车辆模型模拟冲击过坑的工况，以获取作用到轮辋上的载荷力，其中，所述目标车辆模型为轮胎模型与车辆多刚体动力学模型进行装配得到，所述轮胎模型为对被测试车轮的轮胎特性参数进行构建得到；

将所述作用到轮辋上的载荷力作为输入载荷施加至车轮有限元模型的轮辋上；

对所述车轮有限元模型进行轮辋应力求解，以得到所述被测试车轮的轮辋的应力和应变结果。

可选地，所述通过目标车辆模型模拟冲击过坑的工况，以获取作用到轮辋上的载荷力，包括：

通过目标车辆模型模拟以不同速度冲击过坑的工况，以获取不同速度下作用到轮辋上的载荷力。

可选地，将所述作用到轮辋上的载荷力作为输入载荷施加至车轮有限元模型的轮辋上，包括：

将不同速度下作用到轮辋上的载荷力中选取径向最大的载荷作为相应速度下对应的输入载荷，并将相应速度下对应的输入载荷施加至所述车轮有限元模型的轮辋上。

可选地，所述将相应速度下对应的输入载荷施加至车轮有限元模型的轮辋上，包括：

所述将相应速度下对应的输入载荷施加至所述车轮有限元模型的轮辋和轮胎的接触区域。

可选地，所述将相应速度下对应的输入载荷施加至所述车轮有限元模型的轮辋和轮胎的接触区域之前，所述方法还包括：

在所述车轮有限元模型的车轮中心建立所述车轮中心的预设约束边界条件，其中，所述预设约束边界条件为：约束所述车轮中心沿所述车轮有限元模型的坐标轴的平动自由度，并约束所述车轮中心绕所述坐标轴的转动自由度。

可选地，所述轮胎特性参数包括静态特性参数、稳态特性参数和动态特性参数。

可选地，所述对所述车轮有限元模型进行轮辋应力求解，以得到所述被测试车轮的轮辋的应力和应变结果之后，所述方法还包括：

根据所述应力和应变结果确定轮辋的应力是否小于预设安全值；

若确定轮辋的应力小于所述预设安全值，则重新构建所述车轮有限元模型并重新施加所述输入载荷力，直至所述轮辋的应力大于或等于所述预设安全值。

本发明第二方面提供了一种轮辋冲击分析装置，包括：

获取模块，通过目标车辆模型模拟冲击过坑的工况，以获取作用到轮辋上的载荷力，其中，所述目标车辆模型为轮胎模型与车辆多刚体动力学模型进行装配得到，所述轮胎模型为对被测试车轮的轮胎特性参数进行构建得到；

输出模块，用于将所述作用到轮辋上的载荷力作为输入载荷施加至车轮有限元模型的轮辋上；

求解模块，用于对所述车轮有限元模型进行轮辋应力求解，以得到所述被测试车轮的轮辋的应力结果。

可选地，所述获取模块，具体用于：

通过目标车辆模型模拟以不同速度冲击过坑的工况，以获取不同速度下作用到轮辋上的载荷力。

本发明第三方面提供了一种轮辋冲击分析装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现前述第一方面所述的轮辋冲击分析方法的步骤。

本发明第四方面提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述第一方面所述的轮辋冲击分析方法的步骤。

可见，上述轮辋冲击分析方法所实现的方案中，并不需要建立整车有限元模型，而是先是构建车辆多刚体动力学模型和轮胎模型，并根据车辆多刚体动力学模型和轮胎模型构建目标车辆模型，最后直接目标车辆模型模拟输出的轮辋的载荷力作为输入载荷施加到构建的车轮有限元模型的轮辋上面，从而得出轮辋的应力结果，也就是可以得到应力结果和对应的应变结果，而不用建立复杂的整车有限元模型，使仿真过程简单，而且利用整车动力学所构建的目标车辆模型模拟过坑工况，可以模拟实际车轮的冲击强度，可以有效地和实际的工况关联上，使得仿真结果的精度更高，使轮辋的冲击分析结果更为准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中轮辋冲击分析方法的一流程示意图；

图2是本发明实施例中轮辋冲击分析方法的另一流程示意图；

图3是本发明实施例中车轮轮辋上的一载荷分布示意图；

图4是本发明实施例中轮辋冲击分析装置的一结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在一实施例中，如图1所示，提供一种轮辋冲击分析方法，包括如下步骤：

s10：通过目标车辆模型模拟冲击过坑的工况，以获取作用到轮辋上的载荷力，其中，所述目标车辆模型为轮胎模型与车辆多刚体动力学模型进行装配得到，所述轮胎模型为对被测试车轮的轮胎特性参数进行构建得到。

在本发明实施例，会预先构建目标车辆模型，该目标车辆模型通过轮胎模型与车辆多刚体动力学模型装配得到。其中，车辆多刚体动力学模型可以通过动力学软件建立得到，例如，在一些实施方式中，可以通过机械系统动力学自动分析(automaticdynamicanalysisofmechanicalsystems)adams建立车辆多刚体动力学模型，在一些实施方式中，建立的车辆多刚体动力学模型包括悬架、转向、车身、制动和动力传动等系统模型，这里不一一阐述。轮胎模型为通过动力学软件对被测试车轮的轮胎特性参数进行构建得到。示例性的，可以通过动力学软件对被测试车轮的轮胎特性参数构建ftire轮胎模型。需要说明的是，在本发明实施例中，除了构建ftire轮胎模型外，还可以构建其他轮胎模型作为本发明实施例中所采用的轮胎模型，本发明实施例不做限定，例如还可以构建根据轮胎特性参数构建swift轮胎模型。

在一些实施方式中，轮胎特性参数包括静态特性参数、稳态特性参数和动态特性参数。示例性的，静态特性可以包括轮胎的垂直刚度、侧向刚度、纵向刚度、扭转刚度、面内弯曲刚度、面外弯曲刚度；稳态特性参数可以包括轮胎的侧偏特性、纵滑特性和复合滑移特性；动态特性参数可以包括过冲性能等，如垂向过冲和纵向过冲等。需要说明的是，上述关于轮胎模型的构建所涉及的内容在这里只是举例说明，并不对本发明实施例所使用的轮胎模型造成限定。

在构建好轮胎模型和车辆多刚体动力学模型后，通过动力学软件将轮胎模型和车辆多刚体动力学模型进行装配得到上述目标车辆模型，并通过目标车辆模型模拟冲击过坑的工况，以获取作用到目标车辆模型的轮辋上的载荷力。在实际应用中，可以在adams建立过坑模型，也就是可以建立类似坑洼路的3d路面，在adams中通过构建的目标车辆模型模拟行驶至坑洼路的3d路面，从而模拟出实际车辆冲击过坑的工况，以获得作用到轮辋上的载荷力。

s20：将所述作用到轮辋上的载荷力作为输入载荷施加至车轮有限元模型的轮辋上

可以理解，有限元模型是运用有限元分析方法建立的模型，是一组仅在节点处连接、仅靠节点传力、仅在节点处受约束的单元组合体。所述车轮有限元模型为通过有限元前处理软件对所述被测试车轮的轮辋数据进行构建得到。在本发明实施例，会预先根据实际被测试车轮构建车轮有限元模型。示例性的，可以通过有限元前处理软件hypermesh构建车轮有限元模型，具体地，这里采用hypermesh软件为例，简单描述创建车轮有限元模型的过程。在创建车轮有限元模型时，可对被测试车轮的对应的轮辋数据进行几何清理，具体地，可采用hypermesh软件中的(geom→quickedit)功能对一些车轮的自由边进行抑制处理，以使得模型网格的质量能够满足要求，有效地保证后续分析结果的准确性，并在车轮的几何特征的表面上进行网格的划分，如采用(2d→automesh)功能进行2d网格的划分，完成之后利用qualityindex功能对生成的2d网格的质量进行检查和优化调整，直至全部满足所需要求，利用(3d→tetramesh)功能生成3d网格，并赋予相应的材料属性(例如赋予车轮的轮辋为铝合金轮辋等)，以及建立车轮中心与螺栓孔之间建立rbe2单元模拟螺栓连接关系，最后得到本发明实施例中的车轮有限元模型，并设定该车轮有限元模型的边界条件。需要说明的是，本发明实施例可以根据实际要分析的被测试车轮的相关轮辋数据建立上述车轮有限元模型。

该步骤中，在通过目标车辆模型模拟冲击过坑的工况，以获取作用到轮辋上的载荷力之后，将所述作用到轮辋上的载荷力作为输入载荷施加至车轮有限元模型的轮辋上。

s30：对所述车轮有限元模型进行轮辋应力求解，以得到所述被测试车轮的轮辋的应力结果。

在将所述作用到轮辋上的载荷力作为输入载荷施加至车轮有限元模型的轮辋上之后，便可对所述车轮有限元模型进行轮辋应力求解，以得到所述被测试车轮的轮辋的应力结果。示例性的，可以通过有限元分析软件abaqus的通用求解器对车轮有限元模型进行轮辋应力求解，从而得到上述被测试车轮的轮辋的应力结果。可见，在本发明实施例，先是利用有限元前处理软件(如hypermesh)构建车轮有限元模型，并约束条件，再利用有限元分析软件(如abaqus)对构建的车轮有限元模型进行求解得到轮辋的应力结果。需要说明的是，本发明实施例只是以hypermesh和abaqus软件为例进行说明，在实际应用中，还可以采用其他的有限元前处理软件或其他构建车轮有限元模型的方式，这里不做限定，同理，也可以采用其他有限元分析软件或其他求解车轮有限元模型的方式，这里也不做限定。

可见，在本发明实施例所提供的轮辋冲击分析方法中，可见，上述轮辋冲击分析方法所实现的方案中，并不需要建立整车有限元模型，而是先是构建车辆多刚体动力学模型和轮胎模型，并根据车辆多刚体动力学模型和轮胎模型构建目标车辆模型，最后直接目标车辆模型模拟输出的轮辋的载荷力作为输入载荷施加到构建的车轮有限元模型的轮辋上面，从而得出轮辋的应力结果，也还可以得到求得对应的应变结果，而不用建立复杂的整车有限元模型，使仿真过程简单，而且利用整车动力学所构建的目标车辆模型模拟过坑工况，可以模拟实际车轮的冲击强度，可以有效地和实际的工况关联上，使得仿真结果的精度更高，使轮辋的冲击分析结果更为准确。最后可以根据得出轮辋应力结果对后续的车轮结构进行优化设计。

在一实施例中，所述方法还包括如下步骤：

s40：根据应力确定轮辋的应力是否小于预设安全值，若否，则执行步骤s50。

s50：重新构建车轮有限元模型并对重新执行步骤s20-s40。

可以理解，在得到轮辋应力结果，可以根据得出轮辋应力结果对后续的车轮结构进行优化设计。如根据轮辋应力结果确定轮辋应力大于某一值时，表明车轮有限元模型对应的轮辋及轮缘的结构需要相应地加强，使轮辋能够满足冲击强度的要求。也就是说，可以通过求解得出的轮辋应力和应变结果来评判被测试车轮的冲击性能，轮辋的应力变的大小应小于预设安全值，这样才能保证实际车轮在实际的冲击过程中不会对轮辋造成影响，而对于塑性应变大的区域，则需要进行局部的加强或增加轮辋的厚度来进行优化设计。因此，在该实施例中，若根据应力结果确定轮辋的应力小于预设安全值，则根据轮辋应力结果改变车轮有限元模型中的相关轮辋数据，重新构建车轮有限元模型，并重新执行步骤s20-s40进行分析使得直至分析出的轮辋的应力高于预设安全值，通过上述分析便可以使得被测试轮胎的轮辋的结构设计有参考依据，以设计出能够有效地指导设计车轮，能够有效地预防后续实际车轮在道路中出现质量问题。需要说明的是，在本发明的一些实施例中，不仅对所述车轮有限元模型进行轮辋应力求解，以得到所述被测试车轮的轮辋的应力结果，还可以对所述车轮有限元模型进行轮辋应变求解，以得到所述被测试车轮的轮辋的应变结果，并根据应变结果指导车轮设计。其中，轮辋的应变结果和应力结果相关。

在一实施例中，步骤s10中，所述通过目标车辆模型模拟冲击过坑的工况，以获取作用到轮辋上的载荷力，具体指的是通过目标车辆模型模拟以不同速度冲击过坑的工况，以获取不同速度下作用到轮辋上的载荷力。可以理解，为了模拟出实际车辆行驶中路过过坑时对车轮的冲击情况，本发明实施例除了建立不同的过坑路面外，还可以使得目标车辆模型模拟以不同速度冲击过坑的工况，以获取不同速度下作用到轮辋上的载荷力。其中，在一些实施方式中，可以按照某个速度递进规则改变速度，使得以不同速度冲击过坑。示例性的，可以通过目标车辆模型分别模拟以20km/h、30km/h、40km/h、50km/h、60km/h的速度冲击过坑的工况，从而得到不同速度下作用到轮辋上的载荷力，也就是可以分别得到20km/h、30km/h、40km/h、50km/h和60km/h下作用到轮辋的载荷力。这样，即可将不同速度下作用到轮辋上的载荷力作为输入载荷施加至车轮有限元模型的轮辋上，通过车轮有限元模型求出不同速度下的应力和应变结果。需要说明的是，上述关于模拟速度的选取在这里只是举例说明，在实际应用中，为了得到更多具有参考价值的应力和应变结果，可以对施加速度做不同的改变，例如按照其他递进规则或速率进行模拟，或改变过坑路面，本发明实施例不做限定，也不一一举例。

在一些实施例中，步骤s20中，将所述作用到轮辋上的载荷力作为输入载荷施加至车轮有限元模型的轮辋上，指的是将不同速度下作用到轮辋上的载荷力中选取径向最大的载荷力作为相应速度下对应的输入载荷，并将相应速度下对应的输入载荷施加至所述车轮有限元模型的轮辋上。如图3所示，图3为车轮轮辋上的一载荷分布示意图，以速度为20km/h为例，通过目标车辆模型分模拟以20km/h的速度冲击过坑的工况，可以得到20km/h下作用到轮辋上的载荷力，其中，在该20km/h下包括各个方向的作用到轮辋上的载荷力，其中选取径向作用至轮辋的最大载荷力作为后续输入至车轮有限元模型的输入载荷。可见，为了得到更为精确的应力和应变结果，以便于后续为设计车轮提供参考数据，本发明实施例将不同速度下作用到轮辋上的载荷力中选取径向最大的载荷力作为相应速度下对应的输入载荷，并将相应速度下对应的输入载荷施加至所述车轮有限元模型的轮辋上。以20km/h为例，若20km/h下径向作用最大的载荷力为a，则会选取载荷力a作为该20km/h下作为车轮有限元模型的输入载荷，并将载荷力a施加至所述车轮有限元模型的轮辋上。以30km/h为例，若30km/h下径向作用最大的载荷力为b，则会选取载荷力b作为该30km/h下作为车轮有限元模型的输入载荷，并将载荷力b施加至所述车轮有限元模型的轮辋上。同理，对于其他速度下的输入载荷处理方式类似，这里不一一举例说明。

在一实施例中，结合上述实施例，所述施加至车轮有限元模型的轮辋上，指的施加至所述车轮有限元模型的轮辋和轮胎的接触区域。可以理解，轮辋和轮胎的接触区域是实际工况下受力较为多的区域，因此，本发明实施例将输入载荷施加至所述车轮有限元模型的轮辋和轮胎的接触区域，使得后续分析得到的应力和应变结果更具参考意义。

在一实施方式中，所述将相应速度下对应的输入载荷施加至所述车轮有限元模型的轮辋和轮胎的接触区域之前，在所述车轮有限元模型的车轮中心建立所述车轮中心的预设约束边界条件，其中，所述预设约束边界条件为：约束所述车轮中心沿所述车轮有限元模型的坐标轴的平动自由度，并约束所述车轮中心绕所述坐标轴的转动自由度。需要说明的是，在车轮有限元模型中，施加至车轮有限元模型的载荷力和约束称为车轮有限元模型的边界条件，在本发明实施例中，还设置有车轮有限元模型的约束边界条件，使得轮辋的受力更加接近实际情况。在一实施例中，通过准静态分析上述实施例所设置的边界条件模拟以不同速度冲击过坑的工况，并作用预设时长，例如作用时长0.1s，最后对车轮有限元模型进行求解得到轮辋的应力和应变结果。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

在一实施例中，提供一种轮辋冲击分析装置，该轮辋冲击分析装置与上述实施例中轮辋冲击分析方法一一对应。如图4所示，该轮辋冲击分析装置包括获取模块101、输出模块102和求解模块103。各功能模块详细说明如下：

获取模块101，通过目标车辆模型模拟冲击过坑的工况，以获取作用到轮辋上的载荷力，其中，所述目标车辆模型为轮胎模型与车辆多刚体动力学模型进行装配得到，所述轮胎模型为通过被测试车轮的轮胎特性参数进行构建得到；

输出模块102，用于将所述作用到轮辋上的载荷力作为输入载荷施加至车轮有限元模型的轮辋上，其中，所述车轮有限元模型为通过有限元前处理软件对所述被测试车轮的轮辋数据进行构建得到；

求解模块103，用于对所述车轮有限元模型进行轮辋应力求解，以得到所述被测试车轮的轮辋的应力和应变结果。

在一实施例中，所述获取模块，具体用于：通过目标车辆模型模拟以不同速度冲击过坑的工况，以获取不同速度下作用到轮辋上的载荷力。

关于轮辋冲击分析装置的具体限定可以参见上文中对于轮辋冲击分析方法的限定，在此不再赘述。上述轮辋冲击分析装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

可见，上述轮辋冲击分析装置所实现的方案中，并不需要建立整车有限元模型，而是先是构建车辆多刚体动力学模型和轮胎模型，并根据车辆多刚体动力学模型和轮胎模型构建目标车辆模型，最后直接目标车辆模型模拟输出的轮辋的载荷力作为输入载荷施加到构建的车轮有限元模型的轮辋上面，从而得出轮辋的应力和应变结果，而不用建立复杂的整车有限元模型，使仿真过程简单，而且利用整车动力学所构建的目标车辆模型模拟过坑工况，可以模拟实际车轮的冲击强度，可以有效地和实际的工况关联上，使得仿真结果的精度更高，使轮辋的冲击分析结果更为准确。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序时实现如下步骤：

通过目标车辆模型模拟冲击过坑的工况，以获取作用到轮辋上的载荷力，其中，所述目标车辆模型为轮胎模型与车辆多刚体动力学模型进行装配得到，所述轮胎模型为通过被测试车轮的轮胎特性参数进行构建得到；

将所述作用到轮辋上的载荷力作为输入载荷施加至车轮有限元模型的轮辋上；

对所述车轮有限元模型进行轮辋应力求解，以得到所述被测试车轮的轮辋的应力结果。

需要说明的是，处理器执行计算机程序时实现上述轮辋冲击分析方法，具体这里不一一重复赘述。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如下步骤：

通过目标车辆模型模拟冲击过坑的工况，以获取作用到轮辋上的载荷力，其中，所述目标车辆模型为轮胎模型与车辆多刚体动力学模型进行装配得到，所述轮胎模型为通过被测试车轮的轮胎特性参数进行构建得到；

将所述作用到轮辋上的载荷力作为输入载荷施加至车轮有限元模型的轮辋上；

对所述车轮有限元模型进行轮辋应力求解，以得到所述被测试车轮的轮辋的应力和应变结果。

需要说明的是，计算机程序被处理器执行时实现上述轮辋冲击分析方法，具体这里不一一重复赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。