CN101909909B

CN101909909B - 轮胎噪音性能的模拟方法及生产轮胎的方法

Info

Publication number: CN101909909B
Application number: CN2008801245850A
Authority: CN
Inventors: 白石正贵
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 2008-01-09
Filing date: 2008-10-28
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2028-10-28
Also published as: EP2241456A4; WO2009087803A1; KR20100100877A; EP2241456A1; CN101909909A; US8452578B2; EP2241456B1; US20100305746A1; KR101513759B1; JP4792049B2; JP2009161115A

Abstract

用令人满意的精度评估轮胎的噪音性能。一种使用计算机模拟轮胎噪音性能的方法，其包括：使用有限数量的单元构建轮胎模型的步骤S1，所述轮胎模型具有设置了胎面花纹沟的胎面模型部分；使用有限数量的单元构建路面模型的步骤S2；进行滚动模拟的步骤S4，所述滚动模拟使轮胎模型在路面模型上至少行驶沟槽接地滚动距离(groove-groundedrolling distance)，其中所述沟槽接地滚动距离为胎面花纹沟与路面模型接触开始到其脱离路面模型为止的距离；按时间序列，获得胎面模型部分至少在沟槽接地滚动距离内的表面坐标值的步骤S5；以及使用胎面模型部分的表面坐标值设定胎面模型部分周围的声音空间区域并使用该声音空间区域进行空气动力模拟的步骤S7。

Description

轮胎噪音性能的模拟方法及生产轮胎的方法

技术领域

本发明涉及一种模拟方法，其可用于以令人满意的精度评估轮胎的噪音性能；以及一种生产轮胎的方法。

背景技术

传统上，轮胎的研发进行了经由制备模型、测试模型、和基于测试结果来制备所研发模型的重复工作。这一方法存在的问题是模型的制造及其测试需要大量时间和成本。近年来，为了克服这一问题，已经提出了这样的方法：使用计算机装置模拟应用数据分析技术例如有限元法以在无需制造模型轮胎的情况下在一定程度上预测并分析轮胎的性能(例如，参考下列参考文献1)。

然而，几乎所有通过上述计算机装置模拟的分析都仅仅涉及在运行时作用在轮胎上的力，例如来自前方、后方、上方、下方和侧面的力，以及涉及变形度例如应变。因此，还没有涉及噪音性能的具体文献。

[专利文献1]

日本专利申请公布：No.2002-7489.

发明内容

本发明要解决的技术问题

考虑到上述情况做出了本发明。本发明的主要目的是提供一种轮胎噪音性能的模拟方法，其能够以令人满意的精度评估轮胎在运行时产生的噪音；以及提供一种利用该模拟方法制造轮胎的方法，本发明基于如下步骤：使用轮胎模型进行滚动模拟，该轮胎模型具有设置了胎面花纹沟的胎面模型部分；获得包括胎面花纹沟的胎面模型部分的变形状态；使用胎面模型部分的表面坐标值确定胎面模型部分周围的声音空间区域；以及使用声音空间区域进行空气动力模拟。

解决问题的方法

根据本发明的第一部分，使用计算机装置模拟轮胎噪音性能的方法包括如下步骤：使用有限数量的单元(elements)构建轮胎模型，该轮胎模型具有设置了至少一个胎面花纹沟的胎面模型部分；使用有限数量的单元构建路面模型；进行滚动模拟，以使轮胎模型在路面模型上至少行驶沟槽接地滚动距离(groove-grounded rolling distance)，其中胎面花纹沟在路面模型上接地并滚动；按时间序列，获得胎面模型部分在沟槽接地滚动距离内的表面坐标值；设定胎面模型部分周围的声音空间区域，该声音空间区域具有基于获得的胎面模型部分的表面坐标值而变化的形状；以及使用声音空间区域进行空气动力模拟。

根据本发明的第二部分，用于生产充气轮胎的方法包括如下步骤：进行本发明的第一部分中所述的模拟方法；基于模拟方法中使用的轮胎模型的胎面模型部分，设计胎面花纹；以及通过硫化模制具有所述胎面花纹的轮胎。

本发明的效果

轮胎运行时的噪音较大地受如下因素的影响：例如胎面花纹沟开始接触路面或离开路面时产生的内沟槽气压变化，以及在胎面花纹沟与路面接触时胎面部分的表面振动。考虑到这些，在根据本发明的具体实施方式的轮胎噪音性能的模拟方法中，具有设置了胎面花纹沟的胎面模型部分的轮胎模型被使用以进行至少经过沟槽接地滚动距离的滚动模拟，其中胎面花纹沟在路面模型上接地并滚动。然后，按时间序列，由滚动模拟的结果获得胎面模型部分的表面坐标值；使用坐标值确定胎面模型部分周围的声音空间区域；以及使用声音空间区域进行空气动力模拟。这使得如下变形可被合并：比如空气动力模拟中声音空间区域的变形、胎面花纹沟接地及离地(opening)引起的变形、胎面花纹沟与路面接触时胎面部分表面的变形，以及类似的变形。因此，本发明的第一部分能够精确地计算或评估轮胎运行时产生的噪音。

根据本发明的第二部分，能够以令人满意的效率生产噪音性能出色的充气轮胎。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的模拟方法中用于计算的计算机装置的普通透视图。

图2所示为根据本发明具体实施方式的模拟方法中的典型处理步骤的流程图。

图3是可视化轮胎模型的普通透视图。

图4是可视化轮胎模型和可视化路面模型处于彼此接触状态的局部透视图。

图5是使轮胎模型和路面模型的接触可视化的侧视图。

图6(a)是一具体实施方式的声音空间区域的正视图，图6(b)是声音空间区域的侧视图。

图7显示另一具体实施方式的声音空间区域：图7(a)是侧视图并且图7(b)是透视图。

图8是另一个具体实施方式的声音空间区域的透视图。

图9(a)和9(b)是用于说明声音空间区域中的内沟槽区域和主要区域的互补计算(complementary calculation)的示意图。

图10是另一具体实施方式的轮胎模型的普通透视图。

图11是作为模拟结果的观测点处气压和时间之间关系的曲线图。

图12是作为模拟结果的侧沟处气压和时间之间关系的曲线图。

图13是作为模拟结果的用于各噪音分量的气压和时间之间关系的曲线图。

图14是共振噪音的模拟模型的全视图。

图15是作为模拟结果的轮胎模型周围的气压的等值图(contour diagram)。

图16是作为模拟结果的观测点处的压力频率分析结果的曲线图。

附图符号说明

1 计算机装置 4 路面模型

2 轮胎模型 5 声音空间区域

2A 胎面模型部分 10 5 内沟槽区域

2B 主体模型部分 5b 主要区域

2a、2b、2c 单元 8 纵沟

3 侧沟

具体实施方式

将参考附图描述本发明的具体实施方式。

根据本具体实施方式，使用例如如图1所示的计算机装置1进行模拟方法。计算机装置1由包括主机1a、作为输入方式的键盘1、鼠标1c和作为输出方式的显示器1d所构成。主机1a包含CPU、ROM、工作存储器、大容量存贮装置例如磁盘(所有上述构件均未被显示)，并且酌情包括驱动装置1a1和1a2例如CD-ROMs。存储装置存储实施下述方法的处理步骤(程序)。

图2显示包括本发明具体实施方式的模拟方法的处理步骤的流程图。在本发明具体实施方式的模拟方法中，首先设定如图3所示的轮胎模型2(步骤S1)。图3是显示三维可视化的轮胎模型2的例子。

本具体实施方式的轮胎模型2由待分析的轮胎(不管轮胎是否实际存在)来表示，该待分析的轮胎被分成(离散化)可数值分析的有限数量的小单元2a、2b、2c等。换言之，轮胎模型2是有限数量的小单元2a、2b、2c等的集合体。各单元2a、2b、2c等的例子包括二维平面例如三角形或者四边形薄膜单元、和三维单元例如四面体或六面固体单元。

“可数值分析”是指可通过数值分析法例如有限元法、有限容积法、差分法和边界元法进行模型的变形计算。因此，每一单元2a、2b、2c等在各节点处的坐标值、单元形状、和各单元所表现的物质的物理性能值(例如，密度、弹性模量、衰减系数)被恰当地定义。这种轮胎模型2的实体是能够在计算机装置1上进行处理的数值数据。

本具体实施方式的轮胎模型包括将胎面部划分为有限数量的单元获得的环状胎面模型部分2A、和相对于胎面模型部分2A径向向内的部分的环面(troidal)主体模型部分2B(右侧放大图中显示为灰色的部分)。本具体实施方式的主体模型部分2B包括一对胎侧壁部和一对胎圈部。轮胎模型2在其内部优选含有采用补强纤维材料的单元例如胎体和带束层。这使得胎面模型部分2A的变形状态接近于真实胎面部，由此提供具有良好精度的模拟。此外，为了获得更详细的变形状态，胎面模型部分2A优选被划分为比主体模型部分2B更加精细的单元。应当注意的是，虽然本具体实施方式的轮胎模型2以环形被连续模型化，但是，例如，在获得所需滚动量的情况下，在轮胎圆周方向的局部模型化也是可能的。

胎面模型部分2A拥有至少一个胎面花纹沟T。在本具体实施方式中，胎面花纹沟T包括一个沿平行于轮胎轴向的方向延伸的侧沟3。然而应当注意的是，胎面花纹沟T在此具体实施方式中没有限制，并且胎面花纹沟T的数目以及其相对于轮胎圆周方向的角度可酌情变化。

然后，如图4所示，使用有限数量的单元设定路面模型4(步骤S2)。本具体实施方式的路面模型4被设定为具有圆柱形光滑表面。在本具体实施方式中，为了检查模拟结果，估算转鼓测试中真实轮胎的噪音性能。为了保证真实轮胎估值和模拟结果之间一致，模拟路面被设定为具有曲率。例如，这种路面模型4易于通过连接一个或多个刚性表面单元被设定。在本具体实施方式的路面模型4具有平面时，可根据需要提供真实路面上可看到的凹凸，其例子包括在沥青路面上可看到的细小凹凸、不规则台阶(steps)、凹坑、弯曲、和/或凹槽。

然后，设定在路面模型4上滚动轮胎模型2的各种边界条件(步骤S3)，接着进行滚动模拟(步骤S4)。

边界条件的例子包括轮胎模型2的轮辋安装条件和内压条件、施加在轮胎模型2的滚动轴线上的垂直载荷、滑脱角、外倾角(camber angle)、转速、轮胎模型2和路面模型4之间的摩擦系数、和在轮胎模型2的变形计算中的初始时间增量(initial time increase)。

如图5所示，在滚动模拟中，轮胎模型2在路面模型4上至少滚动沟槽接地滚动距离，其中胎面模型部分2A的侧沟3在路面模型4上接地并滚动。在本具体实施方式中，滚动模拟进行a-d距离(如图5中所示)，其中从轮胎模型2的侧沟3在路面模型4上接地前的“a”，经由沟槽接地滚动距离“b-c”，直至侧沟3完全脱离与路面模型4的接触的“d”。在沟槽接地滚动距离被包括的情况下，可任意地设定该滚动距离。

例如，滚动模拟可以是这样的方法：轮胎模型2被定义为可围绕转动轴O(如图5所示)转动并通过移动与轮胎模型2接触的路面模型4来滚动；或者这样的方法：固定路面模型4并给予轮胎模型2转动速度和移动速度，使其在路面模型4上滚动。

在滚动模拟中，进行轮胎模型2的变形计算。在此变形计算中，基于各单元的形状、材料性能等创建各单元的质量矩阵、刚度矩阵和衰减矩阵。组合这些矩阵以创建整个***的矩阵。然后，应用上述各种条件以在计算机装置1上逐个创建并存储以微小的时间增量Δt为基础的运动方程。这使得能够对滚动轮胎模型2的变形状态进行祥细的时间序列计算，特别是胎面模型部分2A的侧沟3的变形状态和除了沟槽之外其他胎面表面部分的变形状态。

例如可使用运用有限元法的分析应用软件(例如，Livermore软件技术公司(US)开发并改进的LS-DYNA)进行上述滚动模拟。由该滚动模拟的结果可获得胎面模型部分2A按时间序列方式的三维表面坐标值(步骤S5)，所述胎面模型部分2A至少包括上述沟槽接地滚动距离b-c。应当注意，虽然表面坐标值在包括具有侧沟3的胎面模型部分2A的表面坐标值时是充分地，但易于理解轮胎模型2的整个表面数据可被结合。

然后，设定声音空间区域5(步骤S6)，并在声音空间区域5中进行空气动力模拟(步骤S7)。

空气动力模拟是一种流体模拟并可和作为结构分析的滚动模拟分开进行。在流体模拟中，首先确定被分析的流体流动的声音空间区域。通过将声音空间区域划分为各个单元来离散化声音空间区域，并且赋予各单元可影响噪音性能的物理量，这些物理量的例子包括流速和流体压力(空气)。然后。在考虑力平衡和质量守恒定律的同时，对各单元进行计算。流体的运动(本具体实施方式中的空气)用例如Navier-Stokes方程表达。通过将Navier-Stokes方程转变为可在计算机装置1上计算流体运动(亦即，在每一单元处的压力和速率)的近似方程来计算Navier-Stokes方程。离散化方法的例子包括差分法、有限体积法和有限元法。使用市场上买得到的流体分析应用软体例如CD-adapco公司制造的STAR-CD和ANSYS公司制造的FLUNET，可进行这种空气动力模拟。

在空气动力模拟中，声音空间区域5被确定为在流体模型2的周围产生空气流和声音的空间。基于在步骤S5中获得的胎面模型部分2A的表面坐标值和路面模型4的表面坐标值设定本具体实施方式的声音空间区域5。因此，声音空间区域5根据上述表面坐标值中时间序列变化而改变其形状。换言之，滚动模拟中的胎面模型部分2A的形状变化在声音空间区域5中被反映。

图6是声音空间区域5的一个实施例。图6(a)是声音空间区域5的正视图，并且图6(b)是声音空间区域5的侧视图。在本具体实施方式中，首先，基于路面模型4的表面坐标值设定路面形状4P，并获得由轮胎模型2的滚动模拟获得的轮胎表面形状2P。

然后，在路面形状4P上，立方体区域V被设定为与轮胎表面形状2P交叉，所述立方体区域V具有比轮胎表面形状2P的轴向宽度TW更宽的宽度W、轮胎表面形状2P的滚动模拟所需的前后长度L、和任意高度h。立方体区域V的边用作限定声音空间区域5的外周的边界。这限制了空气动力模拟的计算区域，由此促使减少计算时间。然而，应当注意，声音空间区域5的边界形状不限于上述立方体区域的实施方式。

立方体区域V被划分为有限数量的小单元(在本具体实施方式中是三维六面体固体单元)。因为在此实施例中轮胎表面形状2P存在转动，故不需要移动立方体区域V中的单元的节点。各单元的每一节点被给予流体物理量并被计算。

因为声音空间区域5是包含空气的流体流动的空间，故空气在轮胎内侧不超过轮胎表面形状2P并且在路面内侧不超过路面形状4P。因此，声音空间区域5确定为具有作为边界(墙壁)的轮胎表面形状2P和路面形状4P的区域。因此，在图6的具体实施方式中，通过从立方体区域V中扣除轮胎表面形状2P来确定声音空间区域5。因此，以常用方式计算立方体区域V中的轮胎表面形状2P的位置。可以认为，没有空气流经在轮胎表面形状2P和路面形状4P之间的接触部分，并且因此不会在除了对应于胎面花纹沟T的内沟槽空间的部分之外的接触部分处形成声音空间区域5。

图7(a)和图7(b)是声音空间区域5的另一个具体实施方式。此具体实施方式中的声音空间区域5被确定为在轮胎表面形状2P和路面形状4P之间形成的具有任意周向长度的空间。同样，声音空间区域5被划分为单元，所述单元包括对应于胎面模型部分2A中的侧沟3的内部空间的内沟槽区域5a和作为除内沟槽区域5a之外的区域的主区域5b。使用该声音空间区域5，当在空气动力模拟中固定主区域5b的位置时，如图7(a)中假想线所示，内沟槽区域5a可沿主区域5b在轮胎圆周方向移动，由此能够再现轮胎滚动状态。该声音空间区域5在上述实施方式中是优选的，这是因为实现了微型化并且缩短了计算时间。

另外，通过使内沟槽区域5a以上述方式在主区域5b上运动，区域5a和5b之间的边界上的各单元的节点互相相对移动。这引起了单元的体积变化和/或气压变化。因此，这种声音空间区域5能够完全再现真实轮胎中的如下现象：侧沟的运动引起空气振动，这反过来引起轮胎胎面表面周围的气压变化。应当注意到，虽然在图7所示具体实施方式中的声音空间区域5形成和轮胎表面形状2P的轴向宽度TW近似相等的宽度，但例如如图8所示，主区域5b可具有比轮胎表面形状2P的轴向宽度TW更宽的宽度并膨胀至轮胎表面形状2P的两侧。

在使用图7或图8中的声音空间区域5的空气动力模拟中，在内沟槽区域5a和主区域5b之间的边界处进行互补计算，从而与区域5a和5b的空气行为相匹配。图9是声音空间区域5的侧视示意图。如图9(a)和9(b)所示，当内沟槽区域5a中的单元A在主区域5b中的单元B和C上滑动时，单元A在图9(b)所示的位置处的压力可根据单元B和C的压力、单元A和单元B之间的接触面积、以及单元C和单元A之间的接触面积被计算。

对于各具体实施方式中的声音空间区域5的外周表面，例如，可任意设定与空气流进流出相关的边界条件。然而，应当注意，相当于轮胎表面形状2P和路面形状4P的表面被定义为空气不能通过的墙壁。

同样在空气动力模拟中，例如，通过计算一个或多个预定观测点处的空气压力变化来估算噪音性能。观测点可被设定在任何任意位置处例如靠近轮胎模型2的接地边缘和轮胎侧面。然而，应当注意，如果观测点的位置过于远离轮胎模型2，那么声音空间区域5需要扩展越过用于计算的距离，由此导致计算步数增大的可能性。相反，如果观测点的位置过于靠近轮胎模型2，那么仅可估算近距离处的压力的局部变化，由此导致如下可能：不能正确估计实际噪音性能。考虑到这些情形，观测点优选设定为接近接地边缘，接地边缘是导致图像噪音发生的因素。现存在两个接地边缘：轮胎踏入侧(step-in side)和抬起侧(step-up side)。观测点优选设置为：在水平方向上超出轮胎踏入侧处接地边缘的中心宽度100-500mm并且在10-50mm的高度处；并且在水平方向上位于轮胎抬起侧处的接地边缘的中心宽度的后方100-500mm并且在10-50mm的高度处。

根据轮胎噪音的产生机理，将轮胎噪音大致分为：抽吸噪音(pumping noise)、碰撞噪音、和共振噪音。抽吸噪音是如下所述的噪音：当侧沟和纵沟接触或离开路面时，由轮胎侧沟和纵沟中产生的压力变化和空气流导致的噪音。碰撞噪音是如下所述的噪音：当轮胎沟槽(主要是侧沟)与路面接触并且借此使轮胎振动从而反过来引起周围空气振动时产生的噪音。

用于本具体实施方式中的空气动力模拟的声音空间区域5结合了涉及侧沟3的接地和离地(off-grounding)的变形、包含胎面模型部分2A的轮胎模型2的表面形状的变化(振动)等。因此，在空气动力模拟中，能够评估包括上述抽吸噪音和碰撞噪音(这种模拟在下文中偶尔称为“第一次模拟”)的噪音性能。

如上所述，碰撞噪音是如下所述的噪音：当轮胎沟槽(主要是侧沟)与路面接触并且当轮胎表面由此振动从而反过来引起周围空气振动时产生的噪音。因此，在由滚动模拟获得的轮胎模型2的表面坐标值中，仅能评估抽吸噪音性能，所述抽吸噪音性能在通过声音空间区域5进行空气动力模拟的情况下由内沟槽空气的压力变化所产生，所述声音空间区域5由与胎面模型部分2A的胎面花纹沟的变形状态有关的坐标值确定。(这种模拟在下文中偶尔称为“第二次模拟”)。具体地说，在如图7或图8中所示的声音空间区域5中，上述模拟可通过如下步骤进行：将主区域5b的形状固定为不可变的，并且在使内沟槽区域5a发生基于坐标值的变形的同时，使内沟槽区域5a沿轮胎的圆周方向在主区域5b上滑动。

然后，通过用第一次模拟中计算获得的噪音性能减去第二次模拟中计算获得的同种噪音性能，能单独定量计算碰撞噪音性能的值，其中第一次模拟包括抽吸噪音部分和碰撞噪音部分，第二次模拟仅包括抽吸噪音部分。在使用真实轮胎的噪音测量试验中，极难将轮胎滚动中产生的噪音分成碰撞噪音部分和抽吸噪音部分。然而，通过采用本具体实施方式，能以经分离的各部分的形式获得噪音。这改进了噪音发生原因的调查并且非常有助于具有出色的噪音抑制性能的胎面花纹的开发和设计。

共振噪音是一种由和口哨相同的机理产生的噪音，以致于当胎面部分中沿圆周方向延伸的纵沟与路面接触时，在纵沟和路面之间形成空气柱，其中空气经过空气柱流动。考虑到真实轮胎的运行状态，轮胎接地部分可说是以相对于周围空气的运行速度移动，因此为了计算空气动力模拟中的共振噪音，有效的是定义风，亦即空气流，其具有与从轮胎模型2的前向开始的运行速度相等的速度。

因此，在考虑共振噪音的空气动力模拟中，可使用具有胎面模型部分2A的轮胎模型2进行滚动模拟，所述轮胎模型部分2A具有沿周向延伸的作为胎面花纹沟T的纵沟8(如图10所示)，并且在声音空间区域5中的对应于纵沟8的内沟槽区域中，可以在限定为与运行速度相当的风的条件下进行空气动力模拟。

关于声音空间区域5，需要设定大到足够表现压力变化的单元尺寸(element size)，该压力变化对应于待估算的噪音频率。例如，假定音速为约300m/s和用于待估算的频率的最大值为3000Hz，那么噪音的波长为大约100mm。因此，为了详细表现出此波长的压力变化，优选用至少10个单元组成波长的一半，例如，每边上优选5mm以下的单元尺寸。还优选内沟槽区域5a具有大约0.1mm至2mm的单元尺寸。此外，在如图7(a)所示的声音空间区域5的侧视图中，轮胎模型2的接地面的周向前后边缘附近的单元是厚度较小的楔形形式。为了以良好方式通过表现这种空间进行分析，高度方向的网格尺寸(mesh size)优选0.01mm至0.1mm。

从轮胎模型2的滚动模拟获得胎面模型部分2A的时间序列表面坐标值。在这方面，获得的时间间隔(例如，表面坐标值变形的最小时间间隔)优选与空气动力模拟的时间间隔匹配。例如，在空气动力模拟中，假定所评估(所表现)的噪音的最高频率为3000Hz，那么一次振动的周期为1/3000秒。为了在10的间隔(division)内抓住此振动，1/30000秒的时间间隔是需要的，并以此时间间隔获得胎面模型部分2A的表面坐标值。值得注意的是，为了噪音性能的评估，重要的是抓住至少1000HZ的空气振动，因此胎面模型部分2A表面形状的时间间隔优选设定为1/10000秒以下。在小于上述空气动力模拟时间间隔的时间增量下进行滚动模拟。

此外，利用轮胎表面形状进行空气动力模拟是指将轮胎模型2的表面定义为用于空气流分析的声音空间区域的边界。然而，在本具体实施方式中，不考虑由空气施加给轮胎模型2的力的影响。这是因为这种力极小并且该力引起的轮胎变形足够小。因此，在计算中忽视该力是安全的。然而，值得注意的是，例如，通过同时进行轮胎模型2的滚动模拟的结构分析和空气动力模拟的流体分析，当然可考虑空气施加给轮胎的外力，以便进行所谓的微小时刻(time basis)的耦合，例如，在将力从空气动力模拟(流体分析)给予到滚动模拟一侧的同时，将声音空间区域的边界从滚动模拟(结构分析)给予到空气动力模拟一侧。

然后，在完成空气动力模拟时，输出各种涉及噪音性能的物理量，其例子包括观测点处的气压变化、流速、以及声音空间区域5中的各部分在任意时刻处的气压分布(步骤S8)。

根据上述输出来评估噪音性能(步骤S9)。当噪音性能在容许范围内(步骤S9中的“是”)时，根据上述轮胎模型2设计胎面花纹，并对具有此胎面花纹的轮胎进行硫化成型(步骤S10)。这实现了在相对较短时间和较低成本下，噪音性能出色的轮胎的生产。当作为模拟结果的噪音性能在容许范围之外(步骤S9中的“否”)时，通过改变胎面花纹沟T等的规格来设定新的轮胎模型2(步骤S1)，并且重复相似的模拟直至噪音性能在容许范围内。

虽然已详细描述了本发明的具体实施方式，但应当知道本发明不限于上述具体实施方式并且各种改变都在本发明的范围内。

实施例

[抽吸噪音和碰撞噪音的实施例]

借助于如图3所示在胎面部分仅拥有一个侧沟的轮胎模型，根据如图2所示的处理步骤进行本具体实施方式的噪音性能的模拟。轮胎模型的规格如下所列。

轮胎尺寸：195/60R15。

侧沟的槽宽：5mm。

侧沟的深度：7mm。

为了更详细地掌握胎面部分的变形形状，轮胎模型具有如下胎面部分：所述胎面部分以如下方式被划分为比主体模型部分更细的单元。

轮胎模型中所有单元的数目：大约100000个单元。

胎面模型部分的周向划分数目：300个。

主体模型部分的周向划分数目：60个。

此外，用于滚动模拟的条件如下。

轮胎模型变形计算的时间间隔(初始值)：1×10^-6秒。

路面的规格：周向长度为10m的圆柱形鼓轮。

负载：4kN。

运行速度：40km/h。

此外，在空气动力模拟中，以1/100000秒的时间间隔由滚动模拟的结果获得胎面模型部分的表面坐标值，所述胎面模型部分的表面坐标值包括轮胎接地表面和侧沟在沟槽接地滚动距离内的变形。如图7所示，所用声音空间区域是固定主区域并使内沟槽区域沿圆周方向在主区域上滑动所形成的区域。此外，噪音性能评估值被设定为观测点处的空气压力。观测点被设定为沿水平方向在轮胎抬起侧处接地边缘的宽度中心后方的240mm以及25mm的高度处。

通过上述模拟，可评估轮胎模型的抽吸噪音性能和碰撞噪音性能(第一次模拟)。应当注意的是，由于上述轮胎模型未配有纵沟，实际上没有共振噪音发生。图11所示为作为包括上述沟槽接地滚动距离a-d的模拟的结果的图，在该图中，将观测点处的气压设定为纵轴，将时间(秒)设定为横轴。图11还呈现出一细线，所述细线是使用真实轮胎以与上述模拟相似的方法所进行的噪音评估的结果。时间轴上的0.000时间点是侧沟即将抬起之前的状态(例如，在侧沟经过路面后轮胎后侧的气压)。从图11所示的结果可知，模拟和实际测量彼此极高地相关。

图12呈现在沟槽接地滚动距离a-d上的侧沟中的压力。在侧沟着地经过的距离内，观察侧沟内的压力的周期性变化。此现象在例如，“轮胎/路面噪音产生的研究”(Hiroshi Koike和Tatsuo Fujikawa，Research Journal，Vol.21，No.7，JARI出版)中被涉及。由此数据知道，除非通过模拟空气行为或由沟槽横截面积变化的信息来简单计算，否则不能揭示出胎面花纹沟内部的压力变化。

同样，在上述模拟中，虽然所得噪音性能包括抽吸噪音和碰撞噪音，但在固定轮胎的接地表面以避免变形的条件下，可进行仅考虑侧沟变形而的第二次模拟，由此能够仅评估由侧沟内部压力变化引起的抽吸噪音。然后，用第一次模拟的结果减去第二次模拟的结果，从而分离并获得轮胎模型的碰撞噪音。

图13呈现包括抽吸噪音和碰撞噪音的噪音结果、单独的抽吸噪音的结果、和单独的碰撞噪音的结果。结果显示抽吸噪音是在经过侧沟的时刻产生的压力变化的刺激噪音。与之相反，可以知道，碰撞噪音是在经过侧沟之后产生的压力变化的波动噪音。

[共振噪音的实施例]

然后，进行共振噪音的模拟。在此模拟中，如图10所示的在胎面部分仅拥有一个侧沟的轮胎模型被用于根据如图2所示的处理步骤进行本具体实施方式的噪音性能的模拟。轮胎模型的规格如下所列。

轮胎尺寸：195/60R15。

纵沟的槽宽：5mm。

纵沟的深度：7mm。

轮胎模型的主体模型部分和胎面模型部分的划分数目与上述实施例相同。

此外，用于滚动模拟的条件如下。

轮胎模型变形计算的时间间隔(初始值)：1×10^-6秒。

路面规格：平坦道路。

负载：4kN。

运行速度：80km/h。

根据迄今为止进行的空气柱(air column)实验以及计算理论，已知具有上述纵沟的充气轮胎受到约800Hz的共振噪音。因此，在此实施例中，约800Hz的共振噪音在模拟中是否重现被检查。

此外，在空气动力模拟中，以时间间隔1/100000秒，由滚动模拟结果获得胎面模型部分的表面坐标值，所述胎面模型部分的表面坐标值包括轮胎接地表面和侧沟在沟槽接地滚动距离内的的变形。如图7所示，所用声音空间区域是固定主区域5b并使内沟槽区域沿圆周方向在主区域5b上滑动所形成的区域。此外，将噪音性能的评估值设定为在观测点处的空气压力。观测点被设定为沿水平方向在接地边缘的宽度中心后方的240mm以及25mm的高度处。

此外，与上述抽吸噪音和碰撞噪音的实施例相似，使用轮胎模型进行滚动模拟获取体现沟槽和胎面表面的变形形状的表面坐标值。根据表面坐标值，确定空气动力模拟的声音空间区域并将其划分为单元，由此进行空气动力模拟。同样在空气动力模拟中，相当于80km/h运行速度的风被定义为从轮胎模型的前方吹向轮胎模型。

作为参考，参见图14所呈现的共振噪音模拟模型的全视图。在该附图中，外框表示声音空间区域，并且左边显示的圆柱形表示用于风向的箭头。图15呈现了作为模拟结果的声音空间区域的等压线。在图15中，颜色越深，气压越高。在图15中，相当于运行速度的风从左侧吹过，并因此可知，在轮胎模型的(白色显示的部分)左侧分布了高压。在位于轮胎模型的较低部分(右侧)的观测点处，观察经过纵沟的空气的压力变化。

图16显示上束观测点处的气压变化的频率分析结果。由该附图可清楚知道，在800Hz附近观察到清晰的峰P。亦即，可以知道，本具体实施方式的模拟清楚地体现了共振噪音。

Claims

1.一种使用计算机模拟轮胎噪音性能的方法，所述方法包括如下步骤：

使用有限数量的单元构建轮胎模型，所述轮胎模型具有设置了至少一个胎面花纹沟的胎面模型部分；

使用有限数量的单元构建路面模型；

进行滚动模拟，使轮胎模型在路面模型上滚过至少一个沟槽接地滚动距离，其中所述胎面花纹沟触地于路面模型上并滚动；

按时间序列获得胎面模型部分在沟槽接地滚动距离内的表面坐标值；

在轮胎模型部分周围设定声音空间区域，所述声音空间区域具有基于获得的胎面模型部分的表面坐标值而变化的形状；以及

使用声音空间区域进行空气动力模拟，

所述声音空间区域包括对应于所述胎面花纹沟的内部空间的内沟槽区域和作为主区域的另一区域；以及

其中所述内沟槽区域用比所述主区域更小的单元来分割。

2.如权利要求1所述的模拟轮胎噪音性能的方法，其特征在于，

其中所述空气动力模拟包括如下步骤：固定所述主区域的位置，以及使所述内沟槽区域沿所述主区域周向移动从而改变所述声音空间区域的形状。

3.如权利要求1所述的模拟轮胎噪音性能的方法，其特征在于，

其中所述模拟方法还包含如下步骤：

同时在定义为可变位的所述内沟槽区域和所述主区域进行空气动力模拟的第一模拟步骤；

仅在定义为可变位的所述内沟槽区域进行空气动力模拟的第二模拟步骤；以及

用第一模拟中获得的噪音性能减去第二模拟中获得的噪音性能而获得碰撞噪音性能的计算步骤。

4.根据权利要求1所述的轮胎模拟方法，其特征在于，所述胎面花纹沟包括相对于轮胎圆周方向倾斜延伸的侧沟。

5.根据权利要求1所述的模拟轮胎噪音性能的方法，其特征在于，

所述胎面花纹沟包括沿轮胎圆周方向延伸的纵沟；其中

所述声音空间区域包括对应于所述纵沟的内部空间的内沟槽区域；以及

所述空气动力模拟包括限定如下条件：至少在所述内沟槽区域内吹入相当于运行速度的气流。

6.一种生产充气轮胎的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

进行如权利要求1所述的模拟方法；

基于用于所述模拟方法中的轮胎模型的胎面模型部分，设计胎面花纹；以及

通过硫化模制具有所述胎面花纹的轮胎。