基于梯度Kriging方法的轮胎花纹形状优化

花纹形状与轮胎磨耗、抓着、滚动阻力都相关，花纹形状优化是当前轮胎设计理论的未解难题。引入地质统计学的Kriging方法,提出花纹形状优化设计的代理模型新方法，含三项关键技术：1)目标函数确定技术，基于胎面均匀磨耗准则，根据经典花纹受力和生热统计分析规律，建立接地压力和温度目标函数；2)代理模型建立技术，基于梯度Kriging方法，视目标函数为设计变量的随机函数，并引入半变异函数描述其相关性，采用整体-局部分析法，建立花纹形状优化的梯度Kriging代理模型；3)胎面橡胶变温磨耗演化技术，改造阿克隆磨耗试验机，包括密闭加热装置、可变直径橡胶轮和撒粉防滑装置，建立温度、应力、氧化相关的橡胶磨耗模型，为胎面磨耗机理和目标函数确定提供更加真实的材料参数。课题成果将突破确定性花纹设计模型的瓶颈，建立花纹定量分析与优化的新方法，推动轮胎设计理论从经验走向科学化。

项目的背景.轮胎是汽车的位移接地部件，花纹是轮胎和地面直接接触的部位，研究轮胎花纹的接触力学、滚动机理、振动噪声、摩擦磨耗对于理解轮胎动力学和运动学规律，优化轮胎的性能有着重要的意义。同时花纹力学的研究也是理解汽车动力学的重要基础性研究内容。本项目在课题组关于轮胎力学长期研究的基础上，从花纹力学的角度，提出优化花纹设计的新方法和新理论，试图从底层突破轮胎力学的基础性科学难题。..主要研究内容..1).轮胎形状优化设计方法.2).Kriging优化设计方法的应用.3).轮胎花纹噪声机理与仿真技术.4).轮胎花纹的六分力分析技术.5).轮胎通过噪声的测试与优化..重要结果..1).完成了轮胎形状优化设计速度的计算方法.2).提出并实现了轮胎形状优化敏感性分析的DDM方法和AVM方法.3).实现了GBK算法，即基于梯度的Kriging形状优化设计方法.4).实现了轮胎复杂花纹的模糊识别和花纹噪声识别技术。.5).实现了轮胎复杂花纹噪声预报与优化技术。.6).实现了轮胎形状优化集成算法，即敏感性分析，速度场分析，和基于梯度的Kriging形状优化设计方法的集成，应用于实际的轮胎优化设计。.7).开展了不同花纹和轮胎结构的油耗测试，得出了轮胎花纹对车辆油耗的影响规律。.8).基于MLE方法，分析了花纹对轮胎滚动振动噪声的影响，得到了商用车载重子午线轮胎的花纹对噪声的影响模型。.9).基于大量的通过噪声实验，得到了不同花纹结构轮胎通过噪声的温度相关性。..总共发表和接受发表论文57篇，申请发明专利9项，出版英文著作1本，中文译著1本。其中英文论文6篇, SCI源刊论文4篇，EI源刊论文9篇，国际会议论文13篇，国内会议8篇，中文期刊论文30篇。..关键数据及其科学意义等。.当轮胎常用工况速度V>72.45km/h时， -1.86>0，花纹设计时减小B值对降低轮胎噪声有利，即倾向于块状花纹设计比较好。当轮胎常用工况速度V<72.45km/h时， -1.86<0，花纹设计时增大B值对降低轮胎噪声有利，倾向于条状花纹设计比较好。背后的科学意义是块状花纹和条状花纹的噪声机理不一样，块状花纹以振动为主，条状花纹以摩擦和泵气噪声为主。