輪胎力傳遞率試驗影響因素的研究

官聲欣，周 濤，丁俊杰

（萬力輪胎股份有限公司，廣東 廣州 510080）

車輛的噪聲、振動與聲振粗糙度（NVH）性能是衡量汽車質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，輪胎作為汽車與地面接觸的唯一部件，其NVH特性對汽車振動噪聲有著重要影響，例如在汽車行駛過程中，當(dāng)汽車內(nèi)部的某個振動頻率與輪胎的固有頻率十分接近時，很可能造成車輛出現(xiàn)明顯的共振和噪聲問題。而具有良好的力傳遞率的輪胎對來自路面的激勵相對不敏感，可減小路面對懸架的振動傳遞，有利于提高車輛的NVH性能[1]，同時輪胎力傳遞率也可以評價輪胎空腔的共振靈敏度。因此，準(zhǔn)確的輪胎力傳遞率測試結(jié)果對診斷和優(yōu)化車輛與輪胎的NVH性能意義重大。

本工作研究輪胎的充氣壓力、測試敲擊方式、輪輞種類、輪胎批次和加速度傳感器粘貼膠等因素對輪胎力傳遞率試驗的影響，以便后續(xù)測試盡可能地降低這些因素對于測試結(jié)果的干擾，從而提升輪胎力傳遞率測試的穩(wěn)定性與準(zhǔn)確性。

1 力傳遞率試驗方法

輪胎力傳遞率是指輪胎軸心輸出力與胎面激勵力的比值，表征了輪胎對路面激勵力的衰減能力。根據(jù)傳遞函數(shù)的互異性，輪胎軸心到胎面的傳遞函數(shù)等于胎面到輪胎軸心的傳遞函數(shù)[2]。將輪胎裝配到輪輞上，充氣后將輪胎用膠繩懸掛，令輪胎處于自由狀態(tài)，按實際需要調(diào)節(jié)輪胎充氣壓力等試驗條件。采用德國西門子公司設(shè)備，按順序要求依次將數(shù)據(jù)傳輸線逐一與三向傳感器連接，在輪胎軸心上下兩側(cè)分別粘貼1個傳感器（記為M1和M2），在胎面中心粘貼傳感器（記為M3），取x，y和z方向數(shù)據(jù)（x，y和z為輪胎坐標(biāo)系，非傳感器自身x，y和z方向，x為輪胎徑向，y為輪胎胎面切向，z為垂直輪轂朝外），傳感器粘貼位置見圖1。

圖1 傳感器粘貼位置

M1和M2的敲擊點方向相反，在計算分析中，若令M1的敲擊方向為正，則M2的敲擊方向為負(fù)，需要變更傳遞函數(shù)的正負(fù)號，假設(shè)某點傳遞函數(shù)為H03，前面的字母表示激勵點，0表示輪心，后面的數(shù)字為響應(yīng)點，那么采用空間平均的方式可以得到 式（1）：

通過式（1）計算得到輪胎的力傳遞率。圖2示出了測試某款輪胎得到的力傳遞率曲線（幅值比為驅(qū)動和傳遞的頻響函數(shù)的比值），第1個峰值頻率為87 Hz，為輪胎的一階頻率，第2個峰值頻率為215 Hz，為輪胎空腔頻率。

圖2 輪胎力傳遞率曲線

2 影響因素分析

2.1 充氣壓力

輪胎日常存放過程中，有時會使用堆疊存放方式，導(dǎo)致底部的輪胎承受更大的重力，從而造成輪胎漏氣，充氣壓力降低[3-9]。因此在本試驗中，通過控制變量的試驗方法，在只改變輪胎充氣壓力的情況下對3個不同編號的輪胎進行力傳遞率測試，結(jié)果如表1所示。

表1 充氣壓力對輪胎力傳遞率測試結(jié)果的影響

從表1可以看出，隨著充氣壓力的降低，同一條輪胎的一階頻率和一階幅值比下降，空腔頻率變化較小，可以忽略不計，而空腔幅值比下降。

2.2 測試敲擊方式

不同測試人員有不同的測試習(xí)慣，敲擊力度、敲擊位置、敲擊方法難以完全一致，測試敲擊方式的不一致性可能會對輪胎力傳遞率測試結(jié)果產(chǎn)生一定影響。表2示出了測試敲擊方式對輪胎力傳遞率測試結(jié)果的影響。

表2 測試敲擊方式對輪胎力傳遞率測試結(jié)果的影響

從表2可以看出，測試敲擊方式不同，部分輪胎的一階頻率有1 Hz的差異，一階幅值比變化不大，空腔頻率一致，空腔幅值比差異較小?？梢姕y試敲擊方式對輪胎力傳遞率測試結(jié)果的整體影響不大。

2.3 輪輞

輪輞種類也是輪胎力傳遞率試驗中變化的因素之一，不同公司在測試輪胎力傳遞率時會根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計需求安裝不同的輪輞，而不同的輪輞會對輪胎力傳遞率測試結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。表3示出了同一型號、不同結(jié)構(gòu)和材質(zhì)、不同質(zhì)量的3種輪輞對輪胎力傳遞率測試結(jié)果的影響。

從表3可以看出，在保證輪胎充氣壓力穩(wěn)定的情況下，使用同一型號、不同結(jié)構(gòu)和材質(zhì)、不同質(zhì)量的輪輞會對輪胎的一階頻率和一階幅值比產(chǎn)生非常明顯的影響，對空腔頻率影響不大，但對空腔幅值比有一定的影響。由此推斷，輪輞種類對輪胎力傳遞率測試結(jié)果有重要影響。

表3 輪輞對輪胎力傳遞率測試結(jié)果的影響

2.4 生產(chǎn)批次

跟蹤同一規(guī)格不同批次生產(chǎn)的輪胎力傳遞率，結(jié)果如表4所示。

表4 生產(chǎn)批次對輪胎力傳遞率測試結(jié)果的影響

從表4可以看出，不同生產(chǎn)批次輪胎的一階頻率有1～2 Hz的差異，但空腔頻率保持不變，這可能是由于輪胎結(jié)構(gòu)或配方的調(diào)整、或者輪胎均勻性等問題導(dǎo)致。因此，保持輪胎結(jié)構(gòu)和配方一致、均勻性良好，對輪胎一階頻率的穩(wěn)定性有重要 影響。

2.5 加速度傳感器粘貼膠

在進行輪胎力傳遞率試驗時，需要在輪軸中心和輪胎胎面粘貼加速度傳感器，用來讀取激勵和相應(yīng)信號，常用粘土膠和藍丁膠等粘貼膠進行粘貼，不同粘貼膠的厚度和粘度等參數(shù)不同，可能會對輪胎力傳遞率測試結(jié)果造成影響。表5示出了加速度傳感器粘貼膠對同一條輪胎力傳遞率測試結(jié)果的影響。

從表5可以看出：不同加速度傳感器粘貼膠對輪胎的一階頻率有1～3 Hz的影響，粘貼膠3對輪胎的一階幅值比影響尤其明顯；對空腔頻率有1～2 Hz的影響，對空腔幅值比的影響較對一階幅值比的影響小。

表5 加速度傳感器粘貼膠對同一條輪胎力傳遞率測試結(jié)果的影響

3 結(jié)論

輪胎充氣壓力、測試敲擊方式、輪輞、生產(chǎn)批次和加速度傳感器粘貼膠對輪胎力傳遞率測試結(jié)果的影響的研究結(jié)果表明：輪胎充氣壓力、測試敲擊方式、輪輞、生產(chǎn)批次和加速度傳感器粘貼膠對輪胎一階頻率均有一定的影響，波動范圍為1～4 Hz，其中輪輞的影響最大，測試敲擊方式的影響較小；對空腔頻率的影響相對小一些，甚至幾乎無影響；對一階幅值比和空腔幅值比均有影響。在輪胎力傳遞率測試過程中要盡量避免上述因素的影響，以便能更準(zhǔn)確地提供輪胎力傳遞率測試結(jié)果，用于車輛與輪胎相關(guān)性能的分析。