(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210722114.1 (22)申请日 2022.06.24 (71)申请人 江苏大学 地址 212013 江苏省镇江市京口区学府路 301号 (72)发明人 周海超　焦东琦　王国林　张铃欣　 秦润芝　 (74)专利代理 机构 南京智造力知识产权代理有 限公司 32382 专利代理师 杜丹 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种降低车轮风阻的轮辐开口轮廓形状的 方法 (57)摘要 本发明公开了一种降低车轮风 阻的轮辐开 口轮廓形状的方法， 包括： 步骤一、 建立初始的车 轮轮辐模型； 步骤二、 构建初始的车轮计算模型； 步骤三、 设计实验方案； 步骤四、 根据步骤三中的 试验数据构建车轮轮辐开口轮廓形状与其气动 阻力系数间的函数关系， 并对其精度进行验证； 步骤五、 采用优化算法获得气动阻力系数值最小 时的车轮轮辐开口轮廓形状。 有益效果： 本发明 以轮辐开口轮廓形状为切入点提出了降低车轮 风阻的全新方法， 有效避免在车轮轮辐开口轮廓 形状设计中存在的盲目性问题， 进而缩短设计周 期， 提升效率， 同时提高了汽车燃油经济性， 改善 了车轮附近的压力脉动， 对指导车轮轮辐开口轮 廓形状设计进而降低汽车风阻提高燃油经济性 具有重要的意 义。 权利要求书2页 说明书7页 附图9页 CN 115062415 A 2022.09.16 CN 115062415 A 1.一种降低车轮风阻的轮辐开口轮廓形状的方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤一、 建立初始车轮模型， 根据所选车轮轮辐数量与车轮轮辐开口轮廓形状的初始 值绘制车轮的三维模型； 所述轮辐开口轮廓形状参数包括小圆弧半径R1、 大圆弧半径R2、 小 圆弧切线L1和L2以及大圆弧对应的圆周角 α； 步骤二、 构建初始车轮风阻计算模型， 根据上述车轮的三维模型构建车轮的风阻计算 模型， 并进行仿真 分析， 获得初始车轮的气动阻力系数值； 步骤三、 设计试验方案， 以车轮轮辐开口面积不变为前提， 选择车轮开口轮廓形状为变 量， 设定变量的取值范围， 以车轮所 受的气动阻力系数作为目标响应值； 通过 统计学抽样试 验设计方法对车轮轮辐开口轮廓形状进行方案 设计， 对不同轮辐开口轮廓形状下的模型进 行车轮风阻仿真 分析， 获取 各轮辐开口轮廓形状下的气动阻力系数值； 步骤四、 根据步骤三中的试验数据构建车轮轮辐开口轮廓形状与其气动阻力系数值间 的函数关系， 并对其精度进行验证； 步骤五、 采用优化 算法获得气动阻力系数值 最小时的车轮 轮辐开口轮廓形状。 2.根据权利要求1所述的降低车轮风阻的车轮轮辐开口轮廓形状的设计方法， 其特征 在于： 所述 步骤一中构建初始车轮的三维模型， 选取的初始车轮开 孔比在20％～80％之间。 3.根据权利要求1所述的降低车轮风阻的车轮轮辐开口轮廓形状的设计方法， 其特征 在于： 所述步骤二中车轮风阻计算模型构建方法为流体动力学的计算方法， 构建车轮与路 面虚拟风洞三维模型， 将三维模型导入网格划分软件， 生成车轮周围的流体域网格和边界 层网格， 利用计算流体动力学分析软件设置速度入口、 压力出口和车轮壁面运动方式， 实现 车轮气动风阻的仿真 分析。 4.根据权利要求1所述的降低车轮风阻的车轮轮辐开口轮廓形状的设计方法， 其特征 在于： 所述步骤三中车轮轮辐开口轮廓形状的取值范围是小圆弧半径R1为5.41mm～ 10.46mm， 大圆弧半径R2为41.58mm～58.68mm， 大圆弧对应的圆周角 α 为15 °～30°， 小圆弧切 线L1和L2长度相等， 均为27.12m m～46.83m m。 5.根据权利要求1所述的降低车轮风阻的车轮轮辐开口轮廓形状的设计方法， 其特征 在于： 所述统计学抽样试验设计方法为拉丁超立方试验设计方法； 通过统计学设计和数据 分析， 筛选出车轮轮辐开口轮廓形状对气动阻力系数值有显著影响的关键参数。 6.根据权利要求1所述的降低车轮风阻的车轮轮辐开口轮廓形状的设计方法， 其特征 在于： 所述步骤四中的函数关系为根据车轮轮辐开口轮廓形状和气动阻力系数值构建回归 函数， 所使用的回归函数为RBF(Radial  Basis Functions)的网络 近似模型。 7.根据权利要求6所述的降低车轮风阻的车轮轮辐开口轮廓形状的设计方法， 其特征 在于： 所述步骤四中的精度验证方法为对模 型线性回归后， 采用决定系数R2检验RBF近似模 型的精度， 决定系数越接 近1说明模型精度越高， 并将预测值与实际值对比， 验证其有效性。 8.根据权利要求7所述的降低车轮风阻的车轮轮辐开口轮廓形状的设计方法， 其特征 在于： 所述决定系数R  2的表达式为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115062415 A 2式中， n为检验模型精度的数据点数量； 为第i个响应的近似模型预测值； y  i为第i个响 应的仿真值； 为平均值。 9.根据权利要求1所述的降低车轮风阻的车轮轮辐开口轮廓形状的设计方法， 其特征 在于： 所述步骤五中的优化算法为自适应模拟退火优化方法， 通过对车轮轮辐 开口轮廓形 状进行非线性优化设计， 获得气动阻力系数值 最小时的车轮 轮辐开口轮廓形状。 10.根据权利要求9所述的降低车轮风阻的车轮轮辐开口轮廓形状的设计方法， 其特征 在于： 该算法原理在于将物理中固体物质的降温过程与一般组合优化问题之间的相似性作 为出发点， 用固体退火模拟解决组合优化问题： Step1： 初始化,任选初始解， 设定初始温度T0， 终止温度Tf， 令迭代指标k＝0， 计算能量 初值E0能量函数定义 为: 式中:xi是原始图像灰度值； x'i是预测输出 灰度值； N是输出图像成像点的数目； Step2： 随机产生 新解x'， 计算能量增量Δ E； ΔE＝E(x')－E(x) Step3： 按Met ropolis准则接受新 解: 式中:T为当前温度， 其 值与初始温度T0以及降温速率α 有关； Step4： :按温度衰减函数降低温度， 判断是否达到迭代终止条件， 若是， 停止迭代； 否 则， 转Step3温度衰减函数为: Tk+1＝α Tk 式中:Tk为降温前的温度； Tk+1为降温后的温度， α 为小于1的正数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115062415 A 3