輪胎均勻性檢測機(jī)理及設(shè)備研發(fā)探討

黃磊 董覺

（中策橡膠集團(tuán)有限公司 浙江杭州 310018）

輪胎均勻性檢測機(jī)理及設(shè)備研發(fā)探討

黃磊 董覺

（中策橡膠集團(tuán)有限公司 浙江杭州 310018）

隨著我國公路的快速發(fā)展，路面變得更加光滑，相應(yīng)的路面所產(chǎn)生的振動便會降低，因此人們的注意力逐漸轉(zhuǎn)向因輪胎的不均勻性而引起的汽車振動。雖然輪胎的制作過程復(fù)雜多變，想要做到完全均勻一致的輪胎是不太可能的，但是輪胎的均勻性直接影響到了車輛的操縱穩(wěn)定性與行駛安全性，如果汽車輪胎的均勻性太差，就會影響汽車的質(zhì)量性能。本文簡要探討了汽車輪胎均勻性的檢測機(jī)理以及設(shè)備的研發(fā)發(fā)展，以做參考。

輪胎均勻性；檢測機(jī)理；設(shè)備研發(fā)

引言

輪胎的均勻性即是指輪胎的不圓度，通常含有幾何尺寸的不均勻、質(zhì)量分布不均勻以及剛性分布不均勻?，F(xiàn)代的道路交通以及汽車工業(yè)對輪胎的均勻性要求愈來愈高，均勻性不好的輪胎，其在汽車行駛過程中，很容易產(chǎn)生橫向擺動，不利于駕駛。但是我國的輪胎企業(yè)在對輪胎均勻性的研發(fā)方面上起步較晚，裝備上投入得也不多，管理上又有一定的欠缺，所以在對輪胎的均勻性控制上與國際巨頭企業(yè)尚還存在較大差異。

1 輪胎均勻性的概念

在《輪胎術(shù)語及其定義》一書中，曾明確指出，輪胎均勻性是指在靜態(tài)和動態(tài)的條件下，輪胎的圓周特性恒定不變的性能，包括有輪胎的不平衡、尺寸偏差以及力的波動。輪胎性是輪胎在其生產(chǎn)過程中形成的個體特性，從輪胎術(shù)語看，輪胎均勻性的概念在廣義上包含有輪胎的平衡性能，若是從輪胎檢驗的過程來看，均勻性與平衡性卻是通過兩種不一樣的設(shè)備來檢驗的，也就是均勻性試驗機(jī)以及動平衡試驗機(jī)：

其中，均勻性試驗機(jī)檢測的主要是輪胎的力學(xué)性能，動平衡試驗機(jī)檢測的則主要是輪胎的質(zhì)量不均勻性以及由質(zhì)量不均勻性引發(fā)的力矩變化。目前也有將輪胎的均勻性與平衡性合并進(jìn)行測試的試驗機(jī)，被稱為均勻性動平衡復(fù)合試驗機(jī)，不過其作用原理、數(shù)據(jù)輸出及檢驗標(biāo)識依然是分為均勻性和平衡性兩種指標(biāo)，且復(fù)合測驗機(jī)的測量精度通常是比單獨的均勻性試驗機(jī)以及動平衡試驗機(jī)要低。

2 輪胎低速均勻性檢測機(jī)理的研究

2.1 低速均勻性檢測機(jī)理

目前國內(nèi)輪胎生產(chǎn)企業(yè)和相關(guān)輪胎質(zhì)量檢測單位采用的都是輪胎低速均勻性檢測設(shè)備，在輪胎均勻性的測量過程中，低速均勻性檢測設(shè)備的主軸與負(fù)荷輪是通過機(jī)械的支撐保持不動，位置上也處于相互平行的狀態(tài)，負(fù)荷輪模擬地面，給主軸增加一定的負(fù)載，相當(dāng)于輪胎行駛過程中的車體對輪胎的壓力[2]。輪胎在每個轉(zhuǎn)動周期內(nèi)，旋轉(zhuǎn)編碼器會均勻的發(fā)出n點脈沖，每當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出一個脈沖時，計算機(jī)就會記錄一次傳感器測量，并且輸出輪胎徑向方向中的徑向力以及輪胎側(cè)向上的側(cè)向力，一直到采集到n個數(shù)據(jù)為止。最后依據(jù)測得的徑向力與側(cè)向力，推算出錐度以及角度效應(yīng)等相應(yīng)參數(shù)。

2.2 低速均勻性表征參數(shù)

測量并評判出輪胎設(shè)計與生產(chǎn)質(zhì)量不均勻性的直接因素，主要包含以下幾個方面：

RFV（radial force variation）簡稱徑向力波動，是指受負(fù)荷輪胎在固定負(fù)荷半徑以及恒定的速度下，每次自傳一周后自身反復(fù)會出現(xiàn)的徑向力的最大波動值，其徑向力的方向垂直與行駛面。

LFV（lateral force variation）簡稱側(cè)向力波動，是指受負(fù)荷輪胎在固定負(fù)荷半徑以及恒定速度下，每次自傳一周后自身反復(fù)會出現(xiàn)的側(cè)向力最大波動值，其側(cè)向力的方向平行與旋轉(zhuǎn)軸的方向。

CON（conicity）簡稱錐度效應(yīng)，是指受到負(fù)荷輪胎在旋轉(zhuǎn)時不會因為輪胎旋轉(zhuǎn)方向的改變而改變方向的側(cè)向力偏移值，單位是N。錐度效應(yīng)力的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)側(cè)向力的積分平均值是大小，其方向和側(cè)向力方向是一致的。

PLY（ply steer）簡稱角度效應(yīng)，是通過輪胎的最外層帶束層角度的不同，而引起的隨輪胎旋轉(zhuǎn)方向的改變而改變方向的側(cè)向力偏移值，單位是N。

RRO（radial run-out）是指輪胎的徑向尺寸偏差，主要是以輪胎的固定軸線做基準(zhǔn)，最大半徑和最小半徑的差值，單位是mm。

LRO（lateral run-out）指的輪胎側(cè)向尺寸的偏差，是輪胎胎側(cè)和垂直在固定軸線的中心平面間，最大和最小尺寸間的差值，單位是mm。

BPS（bumpy side）是指輪胎胎側(cè)10°范圍內(nèi)側(cè)向尺寸的偏差。

2.3 低速均勻性檢測機(jī)理的研究現(xiàn)狀

不同于國內(nèi)對輪胎均勻性相關(guān)方面的研究起步較晚，國外在輪胎均勻性的檢測設(shè)備中的檢測機(jī)理、數(shù)字化方法以及相應(yīng)檢測產(chǎn)品方面展開的研發(fā)較多[4]。國內(nèi)的市場已經(jīng)基本被國外所壟斷。因為國外均勻性試驗設(shè)備生產(chǎn)產(chǎn)家已經(jīng)形成了一個系統(tǒng)的體系，具有扎實的理論基礎(chǔ)以及硬件上的保障，設(shè)備運(yùn)行也比較穩(wěn)定、成熟。對于輪胎均勻性測試的核心技術(shù)和測控系統(tǒng)的核心元件，還有軟件技術(shù)等方面，國外都是采取嚴(yán)格保密的態(tài)度。所以就眼下來說，很少能夠看到輪胎均勻性相關(guān)的測試機(jī)理以及多變量測量解耦算法等基礎(chǔ)研究的資料，而能查到的有關(guān)輪胎均勻性測試設(shè)備的報道多半是和工程產(chǎn)品密切相關(guān)的專利技術(shù)或者相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)等文獻(xiàn)。

3 高速均勻性研究現(xiàn)狀

目前，關(guān)于輪胎均勻性質(zhì)量好壞的判定依然是以低速均勻性的測試數(shù)據(jù)為參考，早期的時候，人們曾經(jīng)試圖在低速測試數(shù)據(jù)中預(yù)測到輪胎的高速均勻性參數(shù)，就比如Fukasawa曾提出用低速均勻性的測量從而預(yù)測出高速均勻性的高次諧波成分，但是人們卻經(jīng)常忽視了因速度的大幅變化而給輪胎力學(xué)性能所帶來的其他影響。通過輪胎均勻性測試設(shè)備所測量到的某個方向上的力，在其旋轉(zhuǎn)一周后的波動呈現(xiàn)出的是一個復(fù)雜的波形，人們通常會運(yùn)用傅里葉變換的方式把它分解成多個諧波的疊加，且不同的諧波會不同程度的影響到車輛的行駛，同時不同速度下，同一條輪胎的力學(xué)特性也不盡相同。John K就給出了速度對于同一條輪胎徑向力特征的影響圖例，詳細(xì)請分別參考圖1～2。

圖1 行駛速度對輪胎波動力的影響

圖2 在不同速度下輪胎徑向力波動的測量數(shù)據(jù)

根據(jù)圖1不難看出，對于不同速度下的徑向力波動的程度也是明顯不同。而從圖2中可以看出，根據(jù)總體的徑向力波動而分解出不同諧波的峰值是密切關(guān)系到行駛速度的，不同諧波出現(xiàn)的峰值會造成行駛速度的不同。就比如當(dāng)行駛速度在100km/h的時候，第5次諧波就會達(dá)到一個最大值；而當(dāng)行駛速度高達(dá)160km/h以后才會出現(xiàn)第3次諧波的最大值，不同諧波反映了不同因素對車輛行駛速度造成的不同程度的影響[1]。且在不同的行駛速度下，輪胎的力學(xué)性能變化也是不一樣的，所以想用低速條件下所測得的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確預(yù)測出速度對輪胎力學(xué)性能的影響不太容易，只能研發(fā)測量輪胎在實際的運(yùn)行狀態(tài)下，性能參數(shù)的高速均勻性檢測設(shè)備。

全國各地都還一直在進(jìn)行著研究輪胎高速均勻性設(shè)備的工作，且在1988年，日本神戶制鋼集團(tuán)研發(fā)出了第一臺測試高速均勻性的樣機(jī)，到2000年生產(chǎn)出了第一臺輪胎高速均勻性的檢測設(shè)備，在2003年3月份，日本的某一知名品牌汽車制造商在購買了第一臺高速均勻性試驗機(jī)后，并在同年10月份就進(jìn)行投入使用，隨后，高速均勻性試驗機(jī)便正式打響名聲，開始得到各輪胎生產(chǎn)商的關(guān)注，并逐漸在生產(chǎn)中得到廣泛投入和使用。但是一直到目前為止，我國運(yùn)用高速均勻性檢測設(shè)備的輪胎生產(chǎn)企業(yè)依然很少，然而隨著時代的發(fā)展，輪胎性能的指標(biāo)一直在不斷提高，輪胎生產(chǎn)企業(yè)對高速均勻性檢測設(shè)備必然會增多，輪胎高速均勻性的檢測也必然會成為輪胎生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，所以輪胎生產(chǎn)企業(yè)必須重視高速均勻性檢測設(shè)備的研發(fā)和進(jìn)步。

4 結(jié)束語

綜上所述，輪胎均勻性對整個車輛行駛過程中的安全性與舒適性都起著極大的作用，因為輪胎自身的制作工藝很是復(fù)雜講究，且輪胎工藝的每一道工序都有著其自身的尺寸公差，所以只有對輪胎部件的精度以及制造的全過程工藝做到嚴(yán)格控制，才可能讓影響均勻性的誤差降低到最小。

[1]杭柏林，盧忠宇，段振亞，王福鵬.輪胎均勻性檢測機(jī)理及設(shè)備研發(fā)進(jìn)展[J].石油化工設(shè)備，2012，02：49～53.

[2]盧忠宇.輪胎均勻性測試設(shè)備優(yōu)化設(shè)計[D].青島科技大學(xué)，2013.

[3]呂浦偉.不同輪胎均勻性試驗機(jī)測量參數(shù)一致性的研究[D].青島科技大學(xué)，2010.

[4]趙明達(dá).輪胎均勻性參數(shù)測量方法的研究[D].青島科技大學(xué)，2009.

TQ336.11

A

1004-7344（2016）11-0328-02

2016-3-25

黃 磊（1987-），男，助理工程師，本科，主要從事設(shè)備管理（輪胎均勻性動平衡檢測設(shè)備）工作。

董覺（1988-），男，助理工程師，本科，主要從事設(shè)備管理（輪胎均勻性動平衡檢測設(shè)備）工作。