對于某一類客戶，輪胎制造商不再僅僅是每年銷售一套新輪胎。許多大型車隊(duì)提供商開始接受輪胎即服務(wù)。這是一個(gè)非常古老的行業(yè)中的一個(gè)重大轉(zhuǎn)變，這個(gè)行業(yè)在歷史上只與客戶進(jìn)行單點(diǎn)聯(lián)系。

輪胎原始設(shè)備制造商現(xiàn)在不僅銷售硬件，還銷售移動正常運(yùn)行時(shí)間。為了做到這一點(diǎn)，輪胎不僅要定期更換，例如每12個(gè)月更換一次，還要在磨損需要時(shí)更換。

這種新的商業(yè)模式需要持續(xù)監(jiān)控每一個(gè)輪胎的健康狀況。收集所有這些信息構(gòu)成了決策的基礎(chǔ)。各種傳感器可以放置在輪胎內(nèi)和輪胎周圍，以測量運(yùn)行時(shí)間、壓力和瞬時(shí)負(fù)載等。為了讀取這些數(shù)據(jù)，無線通信是必須的，因?yàn)樵谳喬ド蟻砘夭季€是不實(shí)際或不可行的。戰(zhàn)略性地放置在輪胎內(nèi)部的天線可以允許快速和非侵入性地收集數(shù)據(jù)。每當(dāng)車輛經(jīng)過手持讀取設(shè)備的人或放置在頻繁使用的加油站的固定讀取站時(shí)，數(shù)據(jù)就會從輪胎傳輸?shù)皆贫诉M(jìn)行持續(xù)分析。

問題是

輪胎在恒定負(fù)載和顯著應(yīng)力下運(yùn)行；他們需要在各種天氣條件下，在不同質(zhì)量的道路上行駛數(shù)萬英里。通過物理測試來準(zhǔn)確預(yù)測輪胎的壽命，在我們的情況下，預(yù)測安裝在輪胎中的天線的壽命幾乎是不可能的。這就是高保真和緊耦合多物理模擬發(fā)揮作用的地方。

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輪胎并不像人們最初認(rèn)為的那樣，只是一個(gè)每行駛幾千英里就要充氣的橡膠甜甜圈。該結(jié)構(gòu)是高度復(fù)雜的多層組件。所有這些夾層由不同的材料制成，如尼龍、鋼帶和不同類型的橡膠。需要反映這種復(fù)雜性的精確虛擬表示來執(zhí)行詳細(xì)的多物理模擬。除此之外，還有我們想要評估其工作和性能的天線。天線通常會貼在輪胎側(cè)壁的內(nèi)側(cè)；然而，對于卡車輪胎，其中側(cè)壁通常用鋼側(cè)壁進(jìn)一步加強(qiáng)，天線需要在制造過程中嵌入輪胎中，以免卡在法拉第籠內(nèi)。

輪胎在其整個(gè)壽命期間都承受著巨大的壓力。如果不定期檢查輪胎壓力，輪胎壓力很可能會降低，并在與地面接觸的區(qū)域變形。如果是這樣的話，安裝的天線也會變形。這種變形會對天線的直接性能和功能以及所述天線的預(yù)期壽命產(chǎn)生顯著影響。

由于我們有一個(gè)完整的虛擬雙輪胎組件以及安裝的天線，我們將在最差的負(fù)載情況下進(jìn)行分析，即輪胎旋轉(zhuǎn)時(shí)將天線放置在輪胎底部，具有最大的預(yù)期變形，使用3DEXPERIENCE平臺上的輪胎分析工程師角色。

被設(shè)計(jì)和優(yōu)化為扁平結(jié)構(gòu)的天線最初被粘附到輪胎的未變形內(nèi)襯上。然后，我們可以將變形向量應(yīng)用于整個(gè)輪胎組件以及天線，以生成測試中的完全變形的設(shè)備。

電磁分析

變形的組件可以直接進(jìn)入電磁仿真環(huán)境，在那里進(jìn)行常規(guī)的電磁仿真設(shè)置。主要步驟包括為復(fù)雜的輪胎組件和天線分配合適的材料屬性；定義激勵和邊界條件；設(shè)置求解器；和局部網(wǎng)格細(xì)化。

由于在相對較大的結(jié)構(gòu)上有一個(gè)變形的薄板天線，我們選擇使用市場領(lǐng)先的傳輸線矩陣(TLM)求解器。由于使用了八叉樹網(wǎng)格，我們可以很容易地在天線附近應(yīng)用非常精細(xì)的網(wǎng)格，這種分辨率是精確網(wǎng)格化幾何圖形所必需的，同時(shí)隨著離天線越遠(yuǎn)，網(wǎng)格保真度會自動降低。生成的網(wǎng)格有2500萬個(gè)單元，為了有效地運(yùn)行模擬，我們充分利用了云計(jì)算和GPU加速，我們的時(shí)域解算器可以利用它們來顯著減少模擬時(shí)間。

CST電磁仿真軟件強(qiáng)大的后處理引擎允許我們生成各種可能相關(guān)的輸出。在這種情況下，除了正常的天線相關(guān)KPI(如散射參數(shù)和遠(yuǎn)場方向性)之外，我們可能對輪胎仍能與手持讀取設(shè)備或上述讀取站成功通信的讀取距離感興趣。這可以很容易地設(shè)置和可視化。

工序自動化現(xiàn)在，結(jié)構(gòu)和電磁模擬都已完全建立和測試，我們有興趣進(jìn)行緊密耦合的多物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。我們可以使用Process Composer耦合兩種物理特性，然后在每個(gè)可能的旋轉(zhuǎn)角度執(zhí)行參數(shù)掃描，以確保天線在任何情況下都能正常工作，而不是針對一個(gè)輪胎旋轉(zhuǎn)角度來分析組件。

預(yù)期壽命

最后說一下疲勞。如前所述，輪胎組件將在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)承受載荷。曲折天線的細(xì)絲結(jié)構(gòu)特別容易出現(xiàn)疲勞問題。每個(gè)被擊中的坑洞都有可能導(dǎo)致金屬結(jié)構(gòu)斷裂，隨著時(shí)間的推移，這種斷裂只會越來越嚴(yán)重，直到天線最終斷裂，不再發(fā)揮作用。疲勞分析有助于預(yù)測一個(gè)給定的結(jié)構(gòu)在失效前可以承受多少次循環(huán)和多長時(shí)間。這將是一個(gè)重要的度量，通過它需要安排輪胎更換。詳細(xì)的遙測信息將幫助原始設(shè)備制造商根據(jù)每個(gè)輪胎的具體情況做出明智的決定。