[发明专利]一种面向轮胎花纹结构设计参数的逆向建模方法

说明书

技术领域

本发明属于轮胎工业的技术领域，具体涉及一种面向轮胎花纹结构设计参数的逆向建模方法。

背景技术

欧盟标签法对出口至欧洲市场的轮胎所具有的滚动阻力、噪声和湿地抓着力三大性能进行了限值和分级。相关调查显示，我国大部分轮胎产品的湿地抓着力性能优异，能够达到欧盟标签法A或B级水平，但滚动阻力和噪声受花纹构型设计的限制却尚未达到该标签法的第二阶段。为适应国内外汽车市场的需要及消费者选购的需求推动我国轮胎企业向绿色化、国际化方向转型，2016年6月橡胶工业协会参照欧盟标签法，对轮胎滚动阻力、噪声和湿地抓着力三个性能进行测试方法及限值标准的设定，制定出我国轮胎标签制度。因此，如何在协同改善轮胎滚动阻力、噪声和湿地抓着力三个性能指标的同时，进一步提升轮胎产品的品质和附加值并将具有自主知识产权的轮胎产品快速推向市场，是我国众多轮胎企业进行轮胎产品设计的关键。

轮胎设计的一般过程为材料选取、结构设计、胎面花纹设计及轮廓设计作为轮胎设计的四要素，决定着轮胎的滚动阻力、噪声和湿地抓着力等性能，胎面花纹结构设计对轮胎的多项力学性能都具有重要的影响。Stalter等借助对花纹沟槽形状变形特性分析确定花纹结构参数对轮胎噪声有直接影响；江苏大学的王国林等基于子午线轮胎胎体结构设计理论借助数值模拟确定轮胎结构参数与轮胎滚动阻力存在一定的影响关系；Kim及Fwa等研究发现花纹沟槽尺寸及横向花纹沟槽数目的增加均能提升轮胎的滑水性能。因此，改进轮胎花纹结构设计形式是协同提升轮胎多维特性的主要途径之一。

传统的胎面花纹结构设计是建立在技术积累所构建的花纹规则库之上的参数变换及拆分组合，我国轮胎企业由于起步晚、底子薄，花纹规则库中缺乏高端轮胎所包含的花纹结构形式，难以建立满足轮胎多维特性协同提升的花纹结构设计优化模型。因此，寻找一套有效合理的轮胎花纹结构设计方式进行新型花纹结构的构建进而完善花纹规则库中花纹的结构形式，是我国轮胎企业花纹结构设计亟待解决的问题。而逆向工程作为形貌特征快速开发、产品结构创新设计的关键技术能够对已有的先进技术进行继承与创新，成为我国轮胎企业消化吸收先进轮胎花纹结构设计形式的一条必然选择，若将该设计过程直接用于轮胎花纹的逆向设计会存在以下问题：

(1)传统逆向建模所包含的算法需经历三角剖分、点云配准等大规模的数据运算且多数算法功能单一，需进行针对性调用，其数据输入、参数设定及结果验证均需大量的人机交互，缺乏程序的智能性及对象的专业性。

(2)轮胎胎面具有双曲率特性不隶属于平面、球面、柱面等二次曲面特征的任意一种类型，采用传统逆向建模过程仅能近似地表达加工特征的形状信息，难以构造符合轮胎性能需求的花纹结构模型。

(3)轮胎表面主要是由包含大量凹槽、缝隙等微细特征构成的带有深度值的花纹沟和钢片等特征信息组成，对重构特征的精度、准确性、光顺性均有较高的要求，传统逆向建模过程无法精确描述花纹特征的细节更难以还原花纹结构设计的原始几何约束关系。

(4)轮胎花纹3D结构设计一般从二维设计开始，主要通过二维曲线到三维轮胎表面的映射构造三维曲线，进而进行轮胎花纹结构的3D设计，该逆向建模过程不能表达轮胎花纹结构的原始设计意图，无法用于指导轮胎的模具开发。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向轮胎花纹结构设计参数的逆向建模方法，能够快速、高效的还原花纹构型设计信息，加强轮胎花纹结构设计的智能化程度，完善了花纹规则库中基础花纹的类型，也对通过改进花纹结构形式完成轮胎多维特性的协同提升具有很强的指导意义。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种面向轮胎花纹结构设计参数的逆向建模方法，包括以下顺序步骤：

(1)获取轮胎点云数据属性，并分析数据属性，建立理论模型重构和实际模型重构体系；

(2)以优化分割获取的胎面点云为对象，将栅格作为基本单元进行3D胎面点云到点云映射阵的转化；

(3)根据点云映射阵，对轮胎胎面的点云进行分割提取；

(4)提取花纹边界特征信息，构建花纹轮廓曲线，所述花纹轮廓曲线包括轮胎胎顶轮廓曲线、胎底轮廓曲线、花纹边界特征曲线及花纹勾沟壁曲线；

(5)将花纹轮廓曲线通过调整允许逼近误差以及加工特征的长短与段数，实现花纹重构优化。

上述方案中，步骤(1)中，所述所述理论模型重构，具体包括以下顺序步骤：

(11)对轮胎点云数据进行采集，扫描轮胎三维点云数据；

(12)将轮胎胎面点云映射为点云映射阵；