行駛面寬度對195/65R15轎車子午線輪胎性能的影響

任振興，馬麗華，徐 偉，劉 杰，王 君，張 琳，孫 超，劉繼發(fā)，王 偉，張晨曦，焦冬冬

（青島雙星輪胎工業(yè)有限公司，山東 青島 266400）

車輛行駛時駕駛?cè)藛T通過輪胎感受路面情況，車輛通過輪胎承載負(fù)荷[1]，傳遞牽引力和制動力，保證車輛在行駛過程中具有優(yōu)異的舒適性、操縱性能和安全性等，由此可見，輪胎對車輛的作用是巨大的。行駛面是輪胎與地面接觸、傳導(dǎo)地面摩擦的主要部位，行駛面寬度對輪胎的高速性能、滾動阻力和制動性能存在不同程度的影響[2]。本工作以195/65R15轎車子午線輪胎為對象探討行駛面寬度對輪胎性能的影響。

1 技術(shù)要求

參照GB/T 2978—2014確定195/65R15轎車子午線輪胎的設(shè)計技術(shù)參數(shù)如下：充氣外直徑627～643 mm，充氣斷面寬 193～209 mm，標(biāo)準(zhǔn)輪輞 6J，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 250 kPa，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷615 kg，負(fù)荷指數(shù) 91，速度級別 H。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 行駛面寬度

行駛面寬度影響輪胎的耐磨性能、轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性和牽引性能等[3]。一般來說，行駛面寬度增大、弧度高減小，輪胎接地印痕的長軸和短軸增大，接地印痕面積相應(yīng)增大，在相同負(fù)荷條件下，輪胎的平均接地壓力減小，從而對輪胎的各方面性能產(chǎn)生不同程度的影響[4-5]。本工作針對行駛面寬度設(shè)計A和B兩個方案，取值分別為154和162 mm，兩方案行駛面弧度高接近，A方案弧度高比B方案大0.03 mm。

2.2 其他輪廓參數(shù)

其他輪廓參數(shù)設(shè)計如下：外直徑 635 mm，斷面寬 201 mm，行駛面弧度高 7.3 mm，胎圈著合直徑 378.8 mm，胎圈著合寬度 166 mm，斷面水平軸位置（H1/H2） 1.014。

A和B兩方案除行駛面寬度外，其他輪廓參數(shù)均相同。輪胎斷面輪廓如圖1所示。

圖1 輪胎斷面輪廓示意

2.3 花紋設(shè)計

花紋采用4條縱溝對稱花紋設(shè)計，B與A兩方案相同位置花紋溝寬度和花紋塊寬度比值為1.05，花紋溝和鋼片的形狀和深度及花紋飽和度和周節(jié)數(shù)等參數(shù)相同，花紋深度 8.5 mm，花紋飽和度67%～70%，花紋周節(jié)數(shù) 70。

3 施工設(shè)計

3.1 配方和骨架材料設(shè)計唯一性原則

A和B兩方案輪胎所有半成品部件膠料配方和骨架材料均相同。

3.2 半成品部件尺寸設(shè)計

考慮到兩方案輪胎行駛面寬度不同，胎面口型尺寸、帶束層寬度、冠帶條寬度和胎側(cè)寬度采用不同設(shè)計（見表1）。兩方案胎面口型中部厚度、肩部厚度，內(nèi)襯層厚度和寬度，胎側(cè)各位置厚度，胎體簾布寬度及鋼絲圈排布和三角膠高度均相同。

表1 半成品尺寸設(shè)計 mm

4 工藝控制

兩方案所有半成品膠料混煉、壓延、擠出和裁斷均在同一機(jī)臺上進(jìn)行；胎坯采用同一臺一次法成型機(jī)成型；兩方案輪胎在同一臺硫化機(jī)左右模內(nèi)硫化，膠囊型號、定型高度和硫化時間均相同。

5 成品輪胎性能

采用兩種方案制備195/65R15 91H輪胎，并進(jìn)行成品輪胎性能測試。

5.1 外緣尺寸

輪胎外緣尺寸按照GB/T 521—2012進(jìn)行測量，充氣壓力為250 kPa，測量結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，A和B兩方案輪胎外緣尺寸均符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求，充氣外直徑、充氣斷面寬和花紋溝深度基本相同，說明行駛面寬度對輪胎的充氣外緣尺寸和花紋溝深度無影響。

表2 輪胎充氣外緣尺寸等測量結(jié)果 mm

5.2 強(qiáng)度性能和脫圈阻力

輪胎的強(qiáng)度性能和脫圈阻力根據(jù)GB/T 4502—2016進(jìn)行測試，充氣壓力為180 kPa，國家標(biāo)準(zhǔn)要求破壞能≥295 J，脫圈阻力≥8 890 N，測試結(jié)果如表3所示。

表3 輪胎強(qiáng)度性能和脫圈阻力測試結(jié)果

從表3可以看出，A和B兩方案輪胎的強(qiáng)度性能和脫圈阻力均符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求，B方案輪胎的破壞能是A方案輪胎的1.2倍，兩方案輪胎最大脫圈阻力基本相同，說明行駛面寬度對輪胎強(qiáng)度有一定影響，但對脫圈阻力影響不大。在同等條件下，行駛面寬度越大，輪胎強(qiáng)度性能越優(yōu)異。

5.3 高速性能

輪胎高速性能按照GB/T 4502—2016進(jìn)行測試，國家標(biāo)準(zhǔn)要求速度≥190 km·h-1，充氣壓力為280 kPa，負(fù)荷率為80%，測試前輪胎在（38±3） ℃溫度下停放3 h以上，試驗(yàn)步驟如表4所示。

表4 輪胎高速性能試驗(yàn)步驟

兩方案輪胎在同一試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測試，負(fù)荷和速度完全一致。結(jié)果顯示，A和B方案輪胎試驗(yàn)速度分別達(dá)到250和240 km·h-1時發(fā)生爆胎。兩方案輪胎高速性能均符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求，且試驗(yàn)結(jié)果相差不大，說明行駛面寬度對輪胎高速性能影響不大。

5.4 耐久性能

輪胎耐久性能按照GB/T 4502—2016進(jìn)行測試，低充氣壓力耐久性能按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。國家標(biāo)準(zhǔn)要求行駛時間≥34 h，充氣壓力為180 kPa，測試前輪胎在（38±3） ℃溫度下停放3 h以上，測試速度為120 km·h-1。企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求行駛時間≥1.5 h，低充氣壓力為140 kPa，測試前輪胎在（38±3） ℃溫度下停放3 h以上，測試速度與常規(guī)耐久性測試相同，試驗(yàn)步驟如表5所示。

表5 輪胎耐久性試驗(yàn)步驟

兩方案輪胎在同一試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測試，負(fù)荷和速度完全一致。結(jié)果顯示，A和B方案輪胎分別行駛98和96 h后失壓。兩方案輪胎耐久性能均大幅度超過國家標(biāo)準(zhǔn)要求，且結(jié)果相差不大，說明行駛面寬度對輪胎耐久性能影響不大。

5.5 靜負(fù)荷性能

輪胎靜負(fù)荷性能按照HG/T 2443—2012進(jìn)行測試，充氣壓力為180 kPa，負(fù)荷率為100%，環(huán)境溫度為18～36 ℃，停放時間＞24 h，測試結(jié)果如表6所示，接地印痕如圖2所示。

圖2 輪胎接地印痕

表6 輪胎靜負(fù)荷性能測試結(jié)果

從表6可以看出，兩方案輪胎靜負(fù)荷半徑無差異，A方案輪胎接地印痕面積小于B方案輪胎，但下沉率卻較大，說明行駛面寬度減小，接地印痕面積會相應(yīng)減小，在負(fù)荷相同的情況下，下沉率隨著單位面積平均接地壓力的增大而增大。

5.6 剛性

輪胎剛性按照GB/T 23663—2009進(jìn)行測試，充氣壓力為250 kPa，測試結(jié)果如表7所示。

表7 輪胎剛性測試結(jié)果 N·mm-1

從表7可以看出，A方案輪胎縱向剛性小于B方案輪胎，而橫向剛性較大，說明行駛面寬度越大，輪胎縱向剛性越大，橫向剛性越小。

5.7 耐磨性能

輪胎實(shí)車磨耗測試選取大眾朗逸車型，路況為城市鋪裝路面，主要行駛區(qū)域?yàn)榍鄭u市區(qū)，右前輪和左后輪安裝A方案輪胎，左前輪和右后輪安裝B方案輪胎，充氣壓力為250 kPa，2020年12月—2021年7月總行駛里程為6.3萬km。左前輪（B）、右前輪（A）、左后輪（A）和右后輪（B）輪胎各花紋溝平均磨損量分別為2.3，2.2，1.3和1.5 mm。

由此可見，B方案輪胎平均磨損量略高于A方案輪胎，但駕駛員主要在左前側(cè)，導(dǎo)致左前側(cè)輪胎負(fù)荷略大于右前側(cè)輪胎，說明行駛面寬度對輪胎的耐磨性能影響不大。

5.8 室內(nèi)滾動阻力和噪聲

輪胎室內(nèi)滾動阻力和噪聲按照ISO 2850：2018進(jìn)行測試，結(jié)果如表8所示。

表8 輪胎室內(nèi)滾動阻力和噪聲測試結(jié)果

從表8可以看出，A方案輪胎滾動阻力小于B方案輪胎，噪聲時間平均聲壓級也較小，表明行駛面寬度增大，輪胎滾動阻力和噪聲均會增大。

5.9 室外主觀和客觀評價

輪胎實(shí)車主觀和客觀評價測試選取大眾朗逸車型，測試場為山東伊狄達(dá)汽車及輪胎試驗(yàn)場，測試結(jié)果如表9所示。

表9 輪胎室外主觀和客觀評價測試結(jié)果

從表9可以看出，在舒適性方面，A方案輪胎略差于B方案輪胎，但干濕地操縱性能、干濕地制動性能和直線水漂性能略好，表明行駛面寬度增大，輪胎舒適性提高，但對操縱性能、制動性能和水漂性能均有不同程度的不利影響。

6 結(jié)語

本工作通過設(shè)計不同行駛面寬度的兩種輪胎進(jìn)行測試，對比研究行駛面寬度對輪胎性能的影響。

研究發(fā)現(xiàn)，對于195/65R15轎車子午線輪胎，行駛面寬度增大8 mm，對輪胎的充氣外緣尺寸、高速性能、耐久性能和耐磨性能影響不大，輪胎的強(qiáng)度性能提高，接地印痕面積、滾動阻力和噪聲增大，舒適性改善，制動性能和操縱性能下降，證明行駛面寬度是輪胎輪廓設(shè)計的重要參數(shù)，對輪胎的舒適性、安全性和節(jié)能具有重要影響。