輪胎配套的注意要點及關(guān)鍵技術(shù)探討

張勇，王君，郝鵬程，孫曉明，王明杰，馬永祿

（1.雙星集團(tuán)有限責(zé)任公司，山東 青島 266400；2.黃島區(qū)檢驗檢測中心，山東 青島 266400）

隨著我國汽車行業(yè)的發(fā)展，輪胎企業(yè)越來越重視汽車的配套業(yè)務(wù)。不同車廠配套都有相應(yīng)的開發(fā)流程，隨著市場競爭的不斷深化，輪胎配套周期不斷縮短，投資費用不斷壓縮，車廠對輪胎的配套要求越來越高，但都基本遵循IATF 16949汽車質(zhì)量管理體系，包括產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃、失效模式與影響分析、生產(chǎn)件批準(zhǔn)程序、測量系統(tǒng)分析、統(tǒng)計過程控制及供應(yīng)商體系審核等。

車廠對輪胎企業(yè)的基本要求是：產(chǎn)品要滿足技術(shù)要求；項目節(jié)點要準(zhǔn)時；要具備優(yōu)異的產(chǎn)品開發(fā)能力、持續(xù)改進(jìn)能力、快速反應(yīng)能力和成本控制能力；輪胎供應(yīng)商的真誠度要高。車廠也都有各自的特殊要求，如通用的全球產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃、福特的產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃現(xiàn)狀報告、克萊斯勒的供應(yīng)商質(zhì)量保證程序、現(xiàn)代和起亞的新車零部件質(zhì)量保證手冊、雷諾的聯(lián)合新產(chǎn)品質(zhì)量程序以及大眾的質(zhì)量管理協(xié)議等。

本文主要介紹輪胎配套的注意要點（包括前端分析、車輛信息和產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃）以及關(guān)鍵技術(shù)，如接地印痕對輪胎性能的影響、低滾動阻力輪胎設(shè)計以及實車評價等。

1 輪胎配套的注意要點

1.1 前端分析

剛接觸車廠新項目時，應(yīng)首先進(jìn)行充分的技術(shù)交流，然后才能確定報價和立項等。如果是新車廠，還要考慮車廠審核，畢竟獲得車廠的準(zhǔn)入供應(yīng)商資格是做項目的前提條件。前端分析對于輪胎配套能否成功非常重要，分析領(lǐng)域涵蓋市場、技術(shù)、質(zhì)量、成本、生產(chǎn)、設(shè)備等，建議注意要點如下。

（1）首先確認(rèn)車廠的持續(xù)成長能力以及是否符合輪胎企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略；項目開發(fā)是輪胎供應(yīng)商與車廠同步開發(fā)新車型項目還是后期再參與車型配套的項目；對替換市場是否有貢獻(xiàn)；如果是新車廠，需要確認(rèn)審廠時間和審廠應(yīng)對是否有問題；了解車型、銷量、利潤、競品以及產(chǎn)品和質(zhì)量等是否滿足車廠的需求。

（2）對車廠要求規(guī)范進(jìn)行分析，如輪胎的滾動阻力，制動性能，噪聲、振動和聲振粗糙度（NVH），舒適性，操控穩(wěn)定性，電阻，氣密性等是否滿足車廠的需求；是否需要動力學(xué)和有限元分析模型；需要何種認(rèn)證；考慮產(chǎn)品在市場的互換性，吸取成熟經(jīng)驗作為設(shè)計參考。

（3）根據(jù)項目有無經(jīng)驗、開發(fā)難度、車廠對輪胎企業(yè)的信賴度、項目成功能否提升品牌形象等進(jìn)行評分，以最終分值作為項目開發(fā)的依據(jù)，分值越低代表項目越難推進(jìn)，并制定一個限值，分值在限值以下的項目應(yīng)舍棄。

1.2 車輛信息

輪胎要與車輛相匹配，滿足車輛的各項技術(shù)指標(biāo)，在項目考察階段，對車輛信息的分析也至關(guān)重要，車輛信息應(yīng)包括：①車輛類型、用途和尺寸；②車輛自身質(zhì)量、承載質(zhì)量和滿載質(zhì)量；③驅(qū)動方式、軸距、懸架類型；④空載和滿載時的前軸和后軸負(fù)荷；⑤車速；⑥最小離地間隙、最小轉(zhuǎn)彎半徑；⑦輪胎和輪輞規(guī)格；⑧路況和行駛條件；⑨動力系統(tǒng)參數(shù)等。

1.3 產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃

國內(nèi)車廠在項目管理中一般采用產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃。輪胎企業(yè)作為零部件公司在向車廠提供輪胎時，產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃是必須要做的一項工作，用于確保所有的步驟按時完成，在輪胎生產(chǎn)前解決所有的問題，它是個復(fù)雜的過程，需要幾個來回才能確定最后的策劃結(jié)果。

產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃既是質(zhì)量計劃，也是持續(xù)項目開發(fā)計劃，它從項目正式啟動一直到生產(chǎn)件批準(zhǔn)程序結(jié)束，執(zhí)行人是整個產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃小組，正常量產(chǎn)后需要進(jìn)行總結(jié)，如果沒有問題，該項目才可以關(guān)閉[1]。產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃是為了滿足客戶需求，建立具體的管理方法并保障產(chǎn)品的階段，保證所有要求在計劃的時間點完成，用于保證產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品交付和成本管理等。

1.3.1 產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃的產(chǎn)生

由于克萊斯勒、福特和通用公司各自使用不同的產(chǎn)品質(zhì)量計劃指導(dǎo)書，導(dǎo)致供應(yīng)商產(chǎn)生了不必要的損失，因此這3家車企共同開發(fā)了產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃，用來管理全球的供應(yīng)商及其二級供應(yīng)商，使產(chǎn)品質(zhì)量計劃的復(fù)雜性降低，形成了統(tǒng)一。產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃成為供應(yīng)商與二級供應(yīng)商之間針對產(chǎn)品質(zhì)量計劃的信息互換手段。產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃是為了滿足客戶需求而提供的資源，保障供應(yīng)商實際執(zhí)行產(chǎn)品質(zhì)量計劃，針對變更及時采取措施，防止設(shè)計變更延遲，用最少的費用生產(chǎn)最好的產(chǎn)品。

1.3.2 產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃的必要性

產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃可以優(yōu)化開發(fā)周期和設(shè)計變更次數(shù)。設(shè)計變更所造成的浪費由小到大依次為產(chǎn)品設(shè)計階段、過程設(shè)計階段、量產(chǎn)階段，因此有必要在開發(fā)早期解決質(zhì)量問題，減少量產(chǎn)后的變更。變更的原因可能有對技術(shù)要求的理解和分析不足、對客戶的特殊要求理解不到位、產(chǎn)品量產(chǎn)的能力欠缺等。

1.3.3 產(chǎn)品質(zhì)量計劃

產(chǎn)品質(zhì)量計劃包括5個階段，分別為項目計劃及定義階段、產(chǎn)品設(shè)計及開發(fā)驗證階段、過程設(shè)計及開發(fā)階段、產(chǎn)品及過程有效性確認(rèn)階段、量產(chǎn)階段。應(yīng)注意的是需要將車廠的要求轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品設(shè)計要求，再將設(shè)計要求轉(zhuǎn)化為合適的部件、過程和生產(chǎn)要求。

第1階段，輸入車廠要求規(guī)范、項目計劃、車輛信息、可行性分析、產(chǎn)品/過程能力研究及競品分析等。輸出設(shè)計目標(biāo)、質(zhì)量目標(biāo)、物料清單預(yù)測、初步過程流程圖、產(chǎn)品及過程的特殊性、產(chǎn)品保障計劃等。需要注意的是，應(yīng)從車廠需求和提供更好產(chǎn)品的角度來制定設(shè)計目標(biāo)。

第2階段，輸出設(shè)計失效模式與影響分析、設(shè)計驗證、設(shè)計總結(jié)、試制總結(jié)、圖紙、施工、變更、工裝、模具、設(shè)備、產(chǎn)品及過程的特殊性、試制管理計劃、檢測設(shè)備、小組可行性分析及經(jīng)營層支持等。該階段是產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)完成的階段，需要注意的是，應(yīng)采取客戶驅(qū)動的設(shè)計方法，包括產(chǎn)品試制和驗證，以滿足客戶要求，并導(dǎo)出產(chǎn)品的特殊性以及過程管理所需要的特殊因子。

第3階段，輸出質(zhì)量體系總結(jié)、過程流程圖、過程分布計劃圖、特性矩陣圖、過程失效模式與影響分析、小批量管理計劃、測量系統(tǒng)分析計劃、過程指導(dǎo)書、初期過程能力調(diào)查計劃等。該階段主要討論制造系統(tǒng)的主要特征和產(chǎn)品的生產(chǎn)管理計劃，目的就是保證有效的制造系統(tǒng)。

第4階段，輸出量產(chǎn)啟動、測量系統(tǒng)評價、初期過程能力調(diào)查、量產(chǎn)認(rèn)可、量產(chǎn)有效性確認(rèn)、產(chǎn)品檢驗、量產(chǎn)管理計劃、質(zhì)量計劃確認(rèn)等。需要注意的是，該階段用于檢驗是否滿足客戶的需求，通過小批量試制來評價制造過程的有效性，在小批量試制期間，質(zhì)量部門應(yīng)嚴(yán)格遵守管理計劃和過程流程圖要求。

第5階段，輸出減少過程能力分散分析、客戶滿足與否檢驗、效果及服務(wù)評價等。需要注意的是，量產(chǎn)階段過程能力較為分散，需要針對異常情況和偶發(fā)情況進(jìn)行分析，并進(jìn)行系統(tǒng)的過程管理，采取相應(yīng)的措施，并對產(chǎn)品質(zhì)量計劃的效果和服務(wù)進(jìn)行評價。

1.3.4 特殊性分析工具的關(guān)聯(lián)性

（1）質(zhì)量功能展開。質(zhì)量功能展開在產(chǎn)品設(shè)計階段是一種非常有效的手段，可以有效地將車廠的需求分解到各階段和部門，通過協(xié)調(diào)各部門的工作以保障產(chǎn)品質(zhì)量，滿足車廠的需求。

（2）失效模式與影響分析。失效模式與影響分析分為輸出設(shè)計失效模式與影響分析和過程失效模式與影響分析，通過分析找出潛在的失效模式及可能的后果，提前采取必要的預(yù)防措施，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量及可靠性，有效的失效模式與影響分析可以縮短開發(fā)時間及減少開發(fā)費用。

（3）控制計劃。控制計劃可以實現(xiàn)最優(yōu)化的管理，由技術(shù)部門牽頭制定文件，涉及研發(fā)、技術(shù)、質(zhì)量、生產(chǎn)、銷售、采購及工廠等各部門。當(dāng)發(fā)生產(chǎn)品變更、工藝變更、過程能力不足及檢驗方法變更時，需要及時對控制計劃做出修改。

（4）統(tǒng)計過程控制。統(tǒng)計過程控制通過抽樣發(fā)現(xiàn)異常，并采取措施消除異常，以達(dá)到控制質(zhì)量的目的。需要注意的是，對發(fā)生多頻次和涉及特殊性的問題都要做控制圖，用于監(jiān)控和保證過程的穩(wěn)定，并現(xiàn)場解決問題。

需要注意的是，客戶的需求、輸出設(shè)計失效模式與影響分析、設(shè)計驗證計劃和報告活動的關(guān)聯(lián)性、過程失效模式與影響分析、控制計劃、過程指導(dǎo)書的關(guān)聯(lián)性、設(shè)計部門與制造部門之間的溝通、過程設(shè)計部門與制造部門之間的溝通都是產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃的核心。

2 輪胎配套的關(guān)鍵技術(shù)

隨著我國汽車工業(yè)的飛速發(fā)展以及市場對汽車性能的要求逐步提高，對于配套輪胎的性能要求越來越高，在早期的載荷能力和耐磨性能等基礎(chǔ)上，增加了低滾動阻力、高舒適性和操控性能等的匹配要求。對輪胎性能匹配的研究已成為汽車和輪胎企業(yè)的新課題[2]。

2.1 接地印痕對輪胎性能的影響

輪胎有3個邊界區(qū)域，一個是輪胎與路面的接觸區(qū)域，另外兩個是胎圈與輪輞的接觸區(qū)域。輪胎與路面的接觸區(qū)域就是接地印痕。接地印痕的形狀與輪胎性能密切相關(guān)，如橢圓形接地印痕有利于舒適性、抗?jié)窕阅?、水漂性能等；矩形接地印痕有利于轉(zhuǎn)向、操控穩(wěn)定性、干地抓著力、耐磨性能等。需要注意的是，蝴蝶形接地印痕雖然有利于制動性能，但對生產(chǎn)工藝的要求偏高，容易出現(xiàn)均勻性合格率低和耐磨性能差等問題，因此，出現(xiàn)蝴蝶形接地印痕是需要改善的，帶束層寬度過小時容易出現(xiàn)這種印痕。

接地印痕參數(shù)主要包括長軸、短軸、接地系數(shù)、有效面積和總面積等，同時需要根據(jù)印痕形狀和接地壓力分布進(jìn)行分析。影響接地印痕的因素有輪廓設(shè)計、胎面厚度、冠帶條、帶束層等，這些因素會導(dǎo)致接地印痕形狀有很大差異。例如，在相同條件（充氣壓力、負(fù)荷和速度）下，接地印痕面積會隨著帶束層寬度和角度的增大而增大。

（1）轉(zhuǎn)向性能。車輛轉(zhuǎn)向時，輪胎會產(chǎn)生側(cè)向力和回正力矩。帶束層的角度越大，接地印痕的形狀越傾向于橢圓形，側(cè)向力和回正力矩越大。一般來說，橢圓形接地印痕輪胎的回正力矩比矩形接地印痕輪胎大，在車輛轉(zhuǎn)向時輪胎的剛度小，轉(zhuǎn)彎輕松。

（2）操控穩(wěn)定性。帶束層的角度越小，胎冠的剛度越大，車輛進(jìn)行變道測試時操控穩(wěn)定性越好。另外，有輪輞保護(hù)設(shè)計或增加胎圈區(qū)域的膠料厚度都有利于提高操控穩(wěn)定性。一般情況下，矩形接地印痕輪胎的操控穩(wěn)定性優(yōu)于橢圓形接地印痕輪胎。

（3）舒適性。帶束層的角度越大，輪胎的剛性越小，車輛進(jìn)行沖擊測試時舒適性越好。一般情況下，橢圓形接地印痕輪胎的舒適性優(yōu)于矩形接地印痕輪胎。

（4）噪聲。輪胎因為帶束層和胎體在徑向產(chǎn)生振動，胎側(cè)在橫向也產(chǎn)生振動，在500 Hz以下時會產(chǎn)生噪聲，帶束層的角度越小，噪聲越低，采用高硬度的三角膠有利于降低噪聲。一般情況下，矩形接地印痕輪胎的噪聲低于橢圓形接地印痕輪胎。

（5）水漂性能。帶束層的角度越大，輪胎的接地印痕形狀由矩形趨向于橢圓形，受到水的沖擊力越小，水漂現(xiàn)象越不容易發(fā)生。不同接地印痕輪胎的水漂受力情況如圖1所示，其中F為沖擊力，α為受力角度。

沖擊力計算公式如下：

式中，r為接地長度，V為行駛速度，α為受力角度（行駛方向為0°）。

受力角度越大，沖擊力越小，因此橢圓形接地印痕輪胎比矩形接地印痕輪胎更不容易發(fā)生水漂。

2.2 低滾動阻力輪胎技術(shù)

車廠不僅對電動汽車輪胎的滾動阻力要求很高，對燃油汽車的輪胎也有同樣要求，輪胎的滾動阻力直接影響汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性，約20%的汽車燃油被輪胎滾動阻力所消耗[3]，因此車廠對輪胎的滾動阻力要求越來越高。

2.2.1 滾動阻力的產(chǎn)生機(jī)理

通常來講，構(gòu)成輪胎的橡膠呈粘彈性，由于橡膠具有粘性，變形時的能量無法完全恢復(fù)，一部分能量會以熱能損耗，這部分熱能就是滯后損失。輪胎在行駛過程中，由于自身變形、道路變形引起沖擊，產(chǎn)生滾動能量、變形能量、反彈能量、熱能量和運動能量等能量損失，機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，輪胎消耗了傳遞給車輪的部分能量，只剩下較少的能量來驅(qū)動車輛。

輪胎的滾動阻力主要與3個因素有關(guān)，即各部件膠料的單位體積應(yīng)變能、能量損耗因子和體積，對各部件膠料的3個參數(shù)乘積求和，即得到整體輪胎的滾動阻力[4]。因此輪胎滾動阻力與變形、滯后生熱和體積相關(guān)，要降低滾動阻力，應(yīng)減小輪胎的變形，降低膠料的滯后生熱以及減輕輪胎的質(zhì)量。

無論是利用有限元分析，還是從實際使用中的損壞結(jié)果都可以看出，輪胎滾動阻力的分布主要集中在橡膠變形較多的區(qū)域，即胎肩和胎圈部位。輪胎橫截面如圖2所示，A與A′為胎肩部位，B′為輪胎前部，B為輪胎后部。輪胎截面A-O-A′和B′-O-B的接地壓力、充氣壓力及滾動阻力分布如圖3和4所示。

圖2 輪胎橫截面示意

圖4 輪胎截面B′-O-B的接地壓力、充氣壓力和滾動阻力分布示意

從圖3和4可以看出：輪胎肩部區(qū)域的剛度比中心位置大，接地壓力大，能量損耗多，產(chǎn)生的滾動阻力大；按照輪胎行駛方向，接地前部的滾動阻力比接地后部大；充氣壓力分布基本一致。

降低滾動阻力就是減小阻礙輪胎前進(jìn)方向上的力和力矩。輪胎接地區(qū)域壓力分布如圖5所示，Z向合力在輪胎中心線靠前部分，行駛的輪胎前后區(qū)域所受到的接地壓力會有差異；X向合力向后，阻止輪胎向前運動，從而產(chǎn)生阻礙輪胎前進(jìn)的滾動阻力。

圖5 輪胎接地區(qū)域壓力分布示意

滾動阻力計算公式：

式中，F(xiàn)R為滾動阻力，z為垂直方向合力，ε為垂直方向合力與中心間的偏差距離，R為地面與輪胎滾動中心之間的距離。

因此降低滾動阻力，應(yīng)減小垂直方向合力或偏差距離，或使用直徑大的輪胎。

2.2.2 低滾動阻力輪胎的設(shè)計

2.2.2.1 減小胎面變形

輪胎滾動阻力耗油量約占燃油的20%，通常輪胎的滾動阻力每降低10%，燃油消耗量可減小1%～2%。輪胎各部位對滾動阻力貢獻(xiàn)最大的是胎面，約占65%，胎側(cè)和胎圈約占25%。輪胎部件膠料的滯后損失占90%～95%，輪胎移動時空氣阻力及輪胎與路面的摩擦力占5%～10%。不同結(jié)構(gòu)、材料和花紋的輪胎的滾動阻力是不同的，因此，同樣車輛配備不同的輪胎，其滾動阻力的差別可達(dá)到50%[5]。

為減小胎面變形，應(yīng)采用低滾動阻力的胎面膠和基部膠配方，如確實因為舒適性等的需要，可以改善影響較小的胎側(cè)輪廓設(shè)計。

（1）胎面膠。胎面膠采用丁苯橡膠，可以改善抗?jié)窕阅芎筒倏匦阅?，但會增大滾動阻力，采用天然橡膠（NR）和順丁橡膠（BR）有利于降低滾動阻力，但抗?jié)窕阅芎筒倏匦阅茌^差。可以考慮采用化學(xué)改性的溶聚丁苯橡膠與NR或BR并用的體系；補(bǔ)強(qiáng)體系采用白炭黑/炭黑并用體系，并對白炭黑進(jìn)行化學(xué)改性，粒徑大的炭黑有利于降低滾動阻力；硫化體系可以適當(dāng)增大促進(jìn)劑的用量。應(yīng)該注意的是，隨著芳烴油用量的增大，膠料的抗?jié)窕阅芴岣撸珴L動阻力也隨之增大。

（2）基部膠?；磕z具有滯后損失小、生熱低的特點，通過改變基部膠厚度，可以降低滾動阻力，也可以對平順性、噪聲和操控性能稍作調(diào)整。

（3）肩部變形。在輪胎肩部區(qū)域滾動阻力較大，彎曲、壓縮、剪切等同時產(chǎn)生，因此肩部的設(shè)計尤其重要。輪廓設(shè)計時應(yīng)盡量將接地印痕前端的直線距離最小化，肩部下沉量應(yīng)減小，胎面弧度應(yīng)增大。

（4）結(jié)構(gòu)設(shè)計。應(yīng)提高胎面的剛性，如使用較強(qiáng)的冠帶條，提高花紋塊剛性，必要時減小花紋溝深度和鋼片厚度等。減小胎冠簾線角度可以增大輪胎的徑向剛度，減小滯后損失，從而降低滾動阻力。

胎側(cè)的結(jié)構(gòu)剛性增大時，胎肩部位的屈撓加重會增大變形。因此，胎側(cè)輪廓設(shè)計時，斷面寬應(yīng)增大，結(jié)構(gòu)設(shè)計時胎側(cè)剛性要小，包括使用小三角膠，減小上斷面高和胎側(cè)厚度等。

2.2.2.2 輪胎輕量化

輪胎總質(zhì)量每減小10%，滾動阻力降低約12%。質(zhì)量最小化是為了降低輪胎的運動能量，可以通過輪廓設(shè)計如減小行駛面寬度、胎面厚度、帶束層寬度和胎側(cè)厚度等來實現(xiàn)。

另外，為降低輪胎滾動阻力，可對模具內(nèi)輪廓的肩部進(jìn)行局部優(yōu)化設(shè)計，最終目的就是減小肩部體積，減輕質(zhì)量，這不僅有利于降低輪胎的滾動阻力和噪聲，而且提高了車輛轉(zhuǎn)彎時輪胎的外側(cè)支撐。

2.2.2.3 增大輪胎外直徑

要增大輪胎的外直徑，可以增大地面與輪胎滾動中心之間的距離，輪胎斷面高越大，滾動阻力越低。研究表明，輪胎外直徑每增大10 mm，滾動阻力降低1%左右。結(jié)構(gòu)設(shè)計時可考慮增大輪胎的膨脹率，如增大帶束層角度等。選擇輪胎時可考慮使用行駛面寬度小、外直徑大的輪胎，這是因為輪胎的接地面積小，滾動阻力會降低。

2.2.2.4 提高充氣壓力

車輛在高速公路上行駛時，輪胎的滾動阻力所消耗的能量占所有能量的25%左右。隨著充氣壓力的增大，輪胎的滾動阻力下降。因此，可選擇充氣壓力大的增強(qiáng)級輪胎。

2.2.2.5 行駛時間和環(huán)境溫度

輪胎以一定的速度行駛時，隨著行駛時間的延長，輪胎的滾動阻力降低；當(dāng)行駛達(dá)到一定時間后，輪胎的滾動阻力將相對保持恒定。如輪胎行駛約2 h后，滾動阻力將趨于恒定，因此將行駛2 h左右稱為“適應(yīng)”。

環(huán)境溫度低，輪胎滾動阻力將增大，因此對于同一輪胎，冬季的滾動阻力比夏季高。有研究表明，環(huán)境溫度每升高1 ℃，輪胎的滾動阻力降低0.5%～1%。

2.2.2.6 行駛速度

當(dāng)行駛速度為100～120 km·h-1時，轎車輪胎的滾動阻力變化很??；隨著行駛速度的增大，輪胎的滾動阻力顯著增大，這是由于輪胎高速旋轉(zhuǎn)時的強(qiáng)烈振動以及空氣阻力增大所致，大部分是由滯后損失引起的。

另外，也可以通過減小負(fù)荷、選擇好的路面來降低滾動阻力。三線花紋溝比四線花紋溝的滾動阻力低，這可能是因為花紋條移動小。同時，花紋飽和度增大、胎肩厚度減小、帶束層角度增大、接地印痕形狀偏橢圓形，接地壓力分布均勻以及低溫硫化都有利于降低滾動阻力。

2.3 實車評價

輪胎作為汽車底盤部件，具有牽引制動、承載、緩沖及轉(zhuǎn)向的功能。只有車輛遇到極限情況時才能明確知道輪胎的重要性，所以實車性能的測試在輪胎配套中至關(guān)重要。

2.3.1 實車評價現(xiàn)狀

2.3.1.1 主觀評價

主觀評價主要包括干地、濕地、雪地、冰面的舒適性和操控性能等。輪胎舒適性和操控性能評價依靠車手在各種道路上的主觀感受，其與接地印痕、剛性、力和力矩、障礙物測試、物理性能等數(shù)據(jù)密切相關(guān)，也與環(huán)境、路面、車輛等條件息息相關(guān)。

主觀評價時應(yīng)優(yōu)先考慮輪胎與車輛的剛性匹配，帶束層加寬可提高車輛的操控性能，但會導(dǎo)致行駛時的沖擊顛簸加大，從而影響轉(zhuǎn)彎能力和駕乘舒適性。前后軸輪胎是否達(dá)到好的均衡非常關(guān)鍵，因此單個輪胎的測試數(shù)據(jù)只能作為參考，還是需要通過主觀評價來進(jìn)行最終的判斷。

2.3.1.2 客觀評價

室外實車客觀評價包括汽車滑行試驗以及歐盟輪胎標(biāo)簽法要求的通過噪聲、濕滑路面附著性能、操控性能、舒適性、干地制動性能等客觀評價試驗，主要通過測試儀器在試驗場地內(nèi)進(jìn)行測量并分析數(shù)據(jù)。測試時使用非接觸汽車測試儀、高度計、陀螺儀、方向盤測力傳感器、數(shù)據(jù)采集傳輸儀和油耗儀等[6]，必要時可以使用機(jī)器人。

汽車滑行試驗主要包括車輛行駛?cè)加突蚝哪苄实臏y試及SAE J 1236滑行測試；水漂測試主要研究縱向和橫向的水漂性能，測試方法分為滑行法和加速法，可采用整車涉水或一側(cè)涉水的方式，在歐洲水漂測試是輪胎測試中的重點項目之一；動態(tài)印痕測試研究動態(tài)的接地印痕、花紋動態(tài)模擬、磨耗和駕駛預(yù)測等；另外還包括NVH、搖擺和抖動、舒適性和操控穩(wěn)定性測試等。

法規(guī)測試包括通過噪聲、抗?jié)窕阅?、翻滾測試、正弦停滯測試及快速失壓等試驗。通過噪聲試驗適用于歐盟標(biāo)簽法、ECE R117，ISO 362，ECE R52等法規(guī)測試；牽引拖車法適用于歐盟標(biāo)簽法的抗?jié)窕阅軠y試、轎車輪胎制動牽引性能測試及輕型載重輪胎動態(tài)力和力矩測試等；快速失壓測試裝置用于模擬輪胎突然爆裂的測試。

2.3.1.3 試驗場

國內(nèi)試驗場目前已具有一定的規(guī)模，主要有中汽試驗場、交通部公路交通試驗場、山東中亞輪胎試驗場、海南熱帶汽車試驗場、湖北襄陽達(dá)安汽車試驗場、安徽定遠(yuǎn)汽車試驗場、重慶墊江試驗場、廣德試驗場等；冬季試驗場有紅河谷試驗場、牙克石試驗場。國內(nèi)試驗場主要面向國內(nèi)車廠開發(fā)、產(chǎn)品認(rèn)證和開發(fā)流程的支持。國外試驗場主要有德國的法蘭克福試驗場、芬蘭的冬季試驗場、韓國的大邱試驗場以及美國俄亥俄州的亞克朗試驗場。這些試驗場各有特點，可以結(jié)合地域、設(shè)備能力、試驗?zāi)芰腿藛T能力等方面進(jìn)行選擇。

2.3.2 操控穩(wěn)定性

操控穩(wěn)定性主要研究在干路面、濕路面、雪地和冰面的轉(zhuǎn)向、穩(wěn)定性和極限抓地力，包含直線性能和轉(zhuǎn)向性能評價。直線性能評價分穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)，大多考慮對胎側(cè)的尺寸和結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善。轉(zhuǎn)向性能來自于輪胎運動方向與車輛行駛方向的差別而形成的側(cè)偏角，評價包括偏中心測試、轉(zhuǎn)向過度/轉(zhuǎn)向不足測試和延遲性能測試等，大多考慮對胎面的尺寸和結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善。

需要注意的是濕地操控穩(wěn)定性是歐洲要求必須測試的項目，一般水膜厚度標(biāo)準(zhǔn)為1～3 mm，測試前應(yīng)確認(rèn)輪胎的磨損程度、水膜厚度和風(fēng)速等。

接地印痕形狀越接近矩形，接地面積越大，輪胎的操控穩(wěn)定性越好。另外，還應(yīng)注意擠出時的穩(wěn)定性、接頭的質(zhì)量、成型設(shè)備參數(shù)、胎坯不圓度、模具安裝、后充氣及動平衡均勻性檢測等。

在開發(fā)設(shè)計階段可以通過以下措施增大輪胎的側(cè)偏剛度：①低高寬比；②增大帶束層寬度；③加強(qiáng)胎圈反包區(qū)域；④減小花紋溝深度。在使用階段可以通過以下措施增大輪胎的側(cè)偏剛度：①增大充氣壓力；②增大輪胎負(fù)荷；③增大輪輞寬度；④增大外傾角[7]。

2.3.3 舒適性

實車舒適性測試是在不同路面、不同行駛速度下感受花紋噪聲、路面噪聲及振動緩沖吸收情況，包括方向盤的振動及收斂安定性[8-9]。舒適性主要研究沖擊力、搖擺、振動、彈性記憶和噪聲等。

車輛結(jié)構(gòu)分為彈簧上端質(zhì)量和彈簧下端質(zhì)量。彈簧上端質(zhì)量包括懸架、底盤、車身、發(fā)動機(jī)等，彈簧下端質(zhì)量包括輪胎及輪輞等。一階舒適性涉及到輪胎、軸和懸架等，對應(yīng)較大的變形，如通過減速帶；二階舒適性主要研究振幅和阻尼的影響，對應(yīng)小的變形和響應(yīng)，主要涉及輪胎。另外還有動平衡均勻性引起的舒適性問題。

車輛的舒適性很大程度上取決于輪胎的緩沖性能。緩沖性能就是輪胎在負(fù)荷下的徑向變形，這個變形可以吸收車輛在不平道路上所受到的沖擊，但過大的徑向變形會導(dǎo)致骨架材料受應(yīng)力過大而疲勞，使胎體被破壞，因此輪胎的緩沖性能應(yīng)控制在一定的范圍之內(nèi)。

（1）舒適性頻率。舒適性頻率范圍主要是指100 Hz以下的振動，其中外部因素有輪胎、懸架、道路條件、風(fēng)和動態(tài)行為等。在100～300 Hz范圍內(nèi)輪胎振動因固有模態(tài)進(jìn)行傳遞；在300～800 Hz范圍內(nèi)因輪胎反復(fù)振動而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)傳遞和空氣傳播。

輪胎由于帶束層、胎體結(jié)構(gòu)等會引起多種頻率下的固有振動，即模態(tài)。輪胎模態(tài)應(yīng)取決于車輛的特性。

應(yīng)該注意的是，輪胎振動方向不同，固有振動頻率也不同，如扭轉(zhuǎn)運動的頻率為40～60 Hz；垂直運動的頻率為70～120 Hz；前后運動的頻率為80～130 Hz；輪胎空腔內(nèi)的振動頻率為210～250 Hz。

可以通過競品分析進(jìn)行模仿設(shè)計，以便得到與車輛性能相匹配的輪胎性能方向。內(nèi)容包括：競品輪胎的基本信息，如尺寸、質(zhì)量、輪廓和剛度等；振動特性，如固有頻率、頻響函數(shù)等，動態(tài)特性，如輪胎的包絡(luò)性、振動衰減均勻性和高速均勻性等。

（2）輪胎舒適性的主要設(shè)計因素應(yīng)包括：①輪胎剛性，主要考慮胎面的硬度、模量、彈性等；②阻尼，主要考慮冠帶條、帶束層和胎體等簾線的剛度；③質(zhì)量，主要考慮胎面的體積和厚度；④變位量（指與標(biāo)準(zhǔn)的差異大?。?，主要考慮三角膠高度、模具輪廓（斷面寬、水平軸以下的高度占總高度的比值），如增大三角膠高度可以提高輪胎的舒適性，減小三角膠高度可以提高輪胎的振動衰減能力[10]。

另外，不同的懸架質(zhì)量對舒適性頻率變化和剛性均有影響。車輛質(zhì)量較大時，振動較少，晃動較小，反之質(zhì)量較小時，振動較多，晃動較大。因此，當(dāng)乘車人數(shù)較多時感受到的舒適性就相對較好；因電池質(zhì)量導(dǎo)致新能源汽車質(zhì)量增大，舒適性也相對較好。

（3）輪胎沖擊力。以過10 mm的坎為例，假設(shè)車輛質(zhì)量為1 t，對應(yīng)輪胎可以假想為垂直彈簧，過坎的沖擊力與彈力一致，彈力小時過坎的舒適性較好，因此變位量大的輪胎舒適性較好。

（4）平點現(xiàn)象。平點現(xiàn)象會導(dǎo)致接地面的簾線變形，進(jìn)而影響輪胎的舒適性。平點檢測是基于輪胎的均勻性指標(biāo)來考察輪胎在生成平點后的恢復(fù)能力。對輪胎進(jìn)行加熱或高速運轉(zhuǎn)并測量其均勻性后，在一個平面上承受規(guī)定時間的靜態(tài)載荷；然后測試其均勻性，運轉(zhuǎn)并觀察平點消失的恢復(fù)時間。

需要注意的是，平點生成前需進(jìn)行暖胎，可消除加工過程中的各種殘余影響，使輪胎性能更穩(wěn)定，而且測試負(fù)荷保持穩(wěn)定的狀態(tài)，平點對徑向力及牽引力的影響較大，對側(cè)向力基本無影響。

影響輪胎舒適性的因素還有其他原因，如輪胎不圓度、載荷的反彈變化等，這些都會造成車輛與輪胎發(fā)生共振、振動和噪聲等。

2.3.4 實車評價結(jié)果分析

實車評價性能對輪胎設(shè)計項目變更的影響程度如表1所示，A表示影響大，B表示影響中等，C表示影響小。

表1 實車評價性能對輪胎設(shè)計項目變更的影響程度

3 結(jié)論

（1）前端分析和車輛分析是對輪胎配套項目的前期考察，其重要性往往會被忽視。只有通過認(rèn)真的前期考察工作，才能確定開展項目的必要性，否則很容易造成各方的損失。

（2）項目初期階段應(yīng)集中資源進(jìn)行可行性分析，根據(jù)法規(guī)和車廠的期望確定產(chǎn)品設(shè)計和質(zhì)量目標(biāo)，開發(fā)初期就要完成90%以上的設(shè)計變更，以避免量產(chǎn)階段的變更，這樣才能夠大幅降低費用。

（3）產(chǎn)品質(zhì)量先期策劃是用來確保輪胎質(zhì)量、產(chǎn)品交付和成本管理，滿足車廠要求的一種方法，也是跨功能小組積極配合的結(jié)果。在產(chǎn)品開發(fā)過程中，為實現(xiàn)以多樣的視角和在職能范圍內(nèi)積極有效地溝通和成果，應(yīng)建立完善的信息管理體系。

（4）輪胎接地印痕形狀的變化會對轉(zhuǎn)向、操控、舒適、噪聲、水漂等性能產(chǎn)生影響，因此輪胎開發(fā)離不開接地印痕的研究。

（5）輪胎行業(yè)每年在新材料和設(shè)計研發(fā)上投入大量的精力和資源，就是為了降低滾動阻力，以滿足不斷提高的法規(guī)和性能要求。在實際使用中應(yīng)注意，只有當(dāng)輪胎保持合適的充氣壓力時，所有降低滾動阻力的措施才有意義。

（6）車廠對輪胎的舒適性要求越來越高。無論是運動型還是豪華型車輛，駕乘舒適性都會受到輪胎的影響，因此，需要輪胎與車輛相匹配才能達(dá)到最佳的舒適性。通過輪胎主觀主價與客觀評價相結(jié)合的方法可以提高評價結(jié)果的準(zhǔn)確性。