輪胎匹配不同寬度車輪性能變化研究

張紅斌，劉學(xué)智，鐘振威

摘? 要：輪胎允許匹配安裝多種型號車輪，裝不同車輪所表現(xiàn)出來的性能會有所差異，本文對同一個輪胎裝配不同寬度車輪方案進(jìn)行參數(shù)測試，主要包含輪胎輪廓、輪胎接地印痕、車輪靜態(tài)剛度、車輪力學(xué)性能;將測試結(jié)果用于整車動力學(xué)模型進(jìn)行操控穩(wěn)定性分析，同時將各方案裝于整車上進(jìn)行客觀和主觀測試。分析車輪參數(shù)、仿真分析結(jié)果、整車測試結(jié)果之間的關(guān)聯(lián)。總結(jié)出輪胎裝不同寬度車輪其在整車上的操縱性能變化規(guī)律，用于指導(dǎo)汽車設(shè)計過程中車輪型號的選擇。

關(guān)鍵詞：輪胎;車輪;車輪匹配;操縱穩(wěn)定性

中圖分類號：U463.34? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ?文章編號：1005-2550（2021）05-0037-05

Research on Performance Variation of Tire Matching with Wheels of Different Width

ZHANG Hong-bin1，LIU Xue-zhi2， ZHONG Zhen-wei3

（ 1.Guangzhou Automobile Group CO.，LTD Automotive Engineering Institute， Guangzhou? 511434， China;2. Guangzhou Automobile Group CO.，LTD Automotive Engineering Institute， Guangzhou? 511434， China;3. Guangzhou Automobile Group CO.，LTD Automotive Engineering Institute， Guangzhou? 511434， China）

Abstract： The tires are allowed to be matched with multiple types of wheels， and the performance of different wheels will be different. This article including the test of parameters when the same tire is assembled with wheels of different width， parameters mainly including tire contour， tire grounding mark， and wheel static stiffness， wheel mechanical properties; the test results are used in the vehicle dynamics model for handling analysis， and at the same time， each assembly is installed on the vehicle for objective and subjective testing. Analyze the correlation between wheel parameters， simulation analysis results， and vehicle test results. Summarizes the law of how the vehicle handling performance changes when the tire matching with wheels of different width， which can be used to guide the selection of wheel models in the car design process.

Key Words： Tire; Wheel; Match Tire And Wheel; Handling Performance

引? ? 言

輪胎與車輪安裝匹配有規(guī)格型號的要求，首先要求兩者的名義直徑相同;對于車輪寬度的匹配，按國標(biāo)GB/T2978規(guī)定，每個型號輪胎可以匹配三種寬度車輪，其中一個是測量推薦型號。

裝配不同寬度車輪對輪胎的輪廓形狀、接地印痕會產(chǎn)生怎樣的影響？是否會影響輪胎的靜態(tài)和動態(tài)剛度？對輪胎力學(xué)性能是否有影響？對輪胎的性能表現(xiàn)是怎樣的影響等等？是否可以通過調(diào)整車輪的寬度來實現(xiàn)不同的性能訴求，目前行業(yè)內(nèi)暫無相應(yīng)的研究結(jié)論。

本文針對以上問題進(jìn)行相關(guān)的研究，為后續(xù)輪胎與車輪型號的匹配提供設(shè)計指導(dǎo)。

1? ? 研究思路

本研究主要以試驗和分析為主。課題思路見圖1，試驗標(biāo)的選取常用輪胎型號，搭配國標(biāo)GB/T 2978規(guī)定的相對應(yīng)的車輪，將這些搭配方案按同樣條件進(jìn)行臺架和實車試驗，對比分析試驗結(jié)果，總結(jié)規(guī)律。

試驗分為臺架試驗和整車試驗，試驗內(nèi)容主要以體現(xiàn)車輪總成性能相關(guān)參數(shù)及車輪總成在整車上的性能表現(xiàn)為主。

2? ? 研究內(nèi)容

2.1? ?試驗標(biāo)的

試驗標(biāo)的選用常用型號輪胎，匹配三種國標(biāo)GB/T 2978規(guī)定型號車輪，選用轎車作為試驗車輛，詳見表1：

2.2 臺架試驗

臺架試驗項目主要含車輪外形、接地印痕、靜態(tài)剛度、力學(xué)性能，詳見表2。

2.3 整車試驗

整車試驗含主觀和客觀試驗，詳見表3。

2.4? ?數(shù)據(jù)分析

仿真分析：使用CAE技術(shù)進(jìn)行車輛動力學(xué)性能仿真。對安裝不同車輪寬度的輪胎進(jìn)行力學(xué)性能測試建立PAC2002動力學(xué)仿真模型。使用ADAMS模擬分析各方案的操控性能，結(jié)果與整車測試結(jié)果作對比分析。

對比分析整車主觀操穩(wěn)評價結(jié)果與整車客觀操穩(wěn)測試結(jié)果的一致性，以驗證主觀評價的準(zhǔn)確性;

分析不同方案車輪單體試驗結(jié)果與整車測試結(jié)果的關(guān)聯(lián)性，找出與車輪寬度變化有關(guān)的性能，總結(jié)規(guī)律，形成結(jié)論。

3? ? 測試結(jié)果分析

3.1? ?輪胎寬度測試結(jié)果

輪胎裝不同寬度車輪時其寬度尺寸測試結(jié)果見圖2所示：

從測試結(jié)果可以看出：相同輪胎裝不同寬度車輪，輪胎的寬度尺寸不一樣，隨著車輪寬度的增加，輪胎的寬度尺寸也相應(yīng)增加;

輪胎寬度的增加會改變輪胎接地印痕，使接地印痕橫軸長度增加，有利于轉(zhuǎn)向性能的提升。

3.2? ?輪胎接地印痕測試結(jié)果

輪胎裝不同寬度車輪接地印痕測試重復(fù)建設(shè)見表4所示。

隨著車輪寬度增加，花紋橫軸增長，縱軸減短，花紋壓力向輪胎兩側(cè)轉(zhuǎn)移，兩側(cè)花紋塊壓力增大，中間花紋塊壓力減小，對轉(zhuǎn)向時的支撐性能更好，有利于提高轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。

3.3? ?輪胎靜態(tài)剛度測試結(jié)果

輪胎裝不同寬度車輪時靜態(tài)剛度測試結(jié)果見圖3所示：

隨著車輪寬度的增加，靜態(tài)剛度值均增大，其中側(cè)向剛度增加最明顯;

根據(jù)此結(jié)果可以預(yù)判：車輪寬度增加可以提升車輪總成的操縱穩(wěn)定性能，對于側(cè)向剛度影響較大的過彎性能影響尤其大，可以增加過彎的穩(wěn)定性，同時能提升制動性能，而對振動二階過濾性能會減弱。

3.4? ?力學(xué)特性

輪胎裝不同寬度車輪其側(cè)偏剛度測試結(jié)果如圖4所示：

測試結(jié)果表明：三種寬度車輪裝配的輪胎側(cè)偏剛度和峰值均隨車輪寬度增加而加大，同時車輪越寬，側(cè)偏力到達(dá)極限后峰值的保持能力也更強，這有利于轉(zhuǎn)向響應(yīng)以及極限穩(wěn)定性。

4? ? CAE分析

運用ADAMS軟件進(jìn)行動力學(xué)仿真。分析工況：定半徑轉(zhuǎn)向工況仿真，計算整車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向性能;方向盤正弦掃頻工況仿真，研究整車轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性，具體仿真結(jié)果見表5所示。

5? ? 整車主客觀測試

5.1? ?整車制動距離測試

不同寬度車輪裝同一車輛制動距對測試結(jié)果見圖5所示：

隨著車輪寬度增加，輪胎制動性能得到提升，制動距離更短。

5.2? ?操縱穩(wěn)定性客觀測試

穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)時線性區(qū)不足轉(zhuǎn)向度測試結(jié)果如圖6所示：

不足轉(zhuǎn)向度隨著車輪寬度增加而減小，與輪胎印痕和側(cè)偏剛度變化相吻合。

頻率掃描測試的橫擺角速度增益結(jié)果見圖7所示，側(cè)向加速度相對橫擺角速度滯后時間見圖8所示。

隨車車輪寬度增加，橫擺角速度增益也相應(yīng)增加。

側(cè)向加速度相對橫擺角速度的滯后時間隨著車輪寬度增加而減小，說明車輪寬度與轉(zhuǎn)向響應(yīng)呈正相關(guān)性。

以上測試結(jié)果與CAE仿真分析結(jié)果趨勢一致，測試和分析結(jié)果有效。

5.3? ? 整車主觀評價結(jié)果

整車主觀評價采用十分評分制評價，評價項目含舒適性、操縱穩(wěn)定性。舒適性評價結(jié)果見圖9所示，操縱穩(wěn)定性評價結(jié)果見圖10所示。

舒適性未找到與車輪寬度明顯相關(guān)的趨勢，可以判斷車輪寬度影響舒適性較小。

操縱穩(wěn)定性各項分性能均與車輪寬度呈正相關(guān)關(guān)系，車輪寬度越寬操縱穩(wěn)定性會越好，這與前面客觀測試結(jié)果能相對應(yīng)。

6? ? 總結(jié)

相同規(guī)格輪胎安裝不同寬度車輪無論從單體參數(shù)還是整車性能表現(xiàn)均會產(chǎn)生變化：隨著車輪寬度增加輪胎接地印痕變寬、靜態(tài)剛度增大、側(cè)偏剛度增大;性能表現(xiàn)為制動性能更好、轉(zhuǎn)向性能、瞬態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)性能和極限穩(wěn)定性均有提升，對整體操縱性能有提升。

對于定位為突出操控性能的運動車型，建議采用更寬的車輪，以提升其操縱穩(wěn)定性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭寬友. 汽車操縱穩(wěn)定性的影響因素及評價方法研究[J]. 重慶工學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2007，21（7）.

[2]楊飛，蔣傳宇，付興超，楊鈞浩. Giti輪胎力學(xué)特性試驗[J]. 汽車實用技術(shù). 2020（22）.

[3]張子鵬. 汽車輪胎性能室內(nèi)試驗簡述[J]. 汽車工程師. 2017（3）.

[4]張勇，劉坤，喬元梅，蘇國慶，黃娜，田苗. 輪胎性能實車評價與室內(nèi)評價的關(guān)聯(lián)性研究[J]. 橡膠科技. 2020（10）.

[5]陳煥明，郭孔輝.輪胎性能對車輛操縱穩(wěn)定性影響的仿真研究[J].汽車工程.2015，37（5）.