汽車輪胎性能調(diào)校與主觀評(píng)價(jià)

張端軍，馬 超，鹿鵬程，趙曰賀

（江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 智能制造學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

輪胎是汽車直接與地面接觸的部件，汽車的驅(qū)動(dòng)力、制動(dòng)力和轉(zhuǎn)向均要經(jīng)過輪胎進(jìn)行傳遞，同時(shí)路面對(duì)汽車的沖擊也經(jīng)由輪胎傳遞到車身。因此，輪胎性能的好壞會(huì)直接影響汽車的各項(xiàng)性能表現(xiàn)，如汽車的操控性、舒適性、轉(zhuǎn)向特性及NVH（噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度）特性等。汽車輪胎性能主要是通過輪胎調(diào)校來確定的，輪胎調(diào)校工作屬于底盤性能調(diào)校的一部分，一般由主機(jī)廠負(fù)責(zé)輪胎調(diào)校的工程師與輪胎供應(yīng)商主觀評(píng)價(jià)工程師共同確定。如果主機(jī)廠沒有專門進(jìn)行輪胎調(diào)校的工程師，那么輪胎調(diào)校工作也可以交由輪胎供應(yīng)商完成，主機(jī)廠負(fù)責(zé)輪胎性能的最后驗(yàn)收工作。

汽車輪胎調(diào)校過程穿插于整個(gè)汽車開發(fā)周期，汽車開發(fā)初期要進(jìn)行配套輪胎的選型、包絡(luò)驗(yàn)證、性能參數(shù)的設(shè)定等工作，需要考慮的因素較多，比如車輛的美觀性、車輪與輪罩是否干涉、整車的性能指標(biāo)等。試制車生產(chǎn)出來以后，一般選擇2—3款市面上已有的對(duì)標(biāo)輪胎進(jìn)行評(píng)估，將對(duì)標(biāo)輪胎裝在試制車上進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，確定一款對(duì)標(biāo)輪胎并確定輪胎性能的主觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，也可以在相近車型上進(jìn)行對(duì)標(biāo)輪胎的主觀評(píng)價(jià)。

對(duì)標(biāo)輪胎選好后，輪胎供應(yīng)商會(huì)對(duì)對(duì)標(biāo)輪胎進(jìn)行各種性能測試，根據(jù)測試結(jié)果制造調(diào)校樣胎進(jìn)行性能測試，并裝到試制車上進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，將樣胎的性能表現(xiàn)與對(duì)標(biāo)輪胎進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)樣胎的短板并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；根據(jù)優(yōu)化后的設(shè)計(jì)參數(shù)制造新一輪樣胎再次進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，直到輪胎的性能達(dá)到主機(jī)廠的要求，調(diào)校過程結(jié)束。輪胎的調(diào)校一般會(huì)經(jīng)過3—5輪，最后一輪的輪胎評(píng)估一般要在最終版的試制車上完成。

1 主觀評(píng)價(jià)方法及標(biāo)準(zhǔn)

1.1 主觀評(píng)價(jià)方法的選擇

主觀評(píng)價(jià)是底盤性能調(diào)校最常用的一種快速評(píng)估車輛底盤性能的方法，主觀評(píng)價(jià)由受過專業(yè)訓(xùn)練的評(píng)估人員進(jìn)行，評(píng)估人員駕駛汽車進(jìn)行固定操作，通過自身的主觀感受來評(píng)估車輛性能并給出評(píng)估意見。除主觀評(píng)價(jià)外，客觀測試也是底盤調(diào)校過程中必不可少的一種獲取車輛性能的方法，客觀測試是通過測試設(shè)備來獲得車輛在各種工況下的性能指標(biāo)并判斷車輛性能的一種方法，該方法測試周期較長，且測試參數(shù)與主觀感受的契合度也不夠準(zhǔn)確。相較于客觀測試，主觀評(píng)價(jià)方法效率高、速度快且更加接近消費(fèi)者的駕乘感受，故底盤調(diào)校目前以主觀評(píng)價(jià)方法為主。輪胎調(diào)校屬于底盤調(diào)校的一部分，故輪胎性能的評(píng)估也采用主觀評(píng)價(jià)的方法。

1.2 主觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

主觀評(píng)價(jià)并不是隨性而為，需要遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)。首先，評(píng)價(jià)者必須具備足夠優(yōu)秀的駕駛能力，輪胎性能中的操縱穩(wěn)定性評(píng)估必須能夠?qū)④囕v開到極限狀態(tài)，此時(shí)必須要保證試驗(yàn)?zāi)馨踩M(jìn)行，故要求評(píng)價(jià)者具備把握車輛極限操控的駕駛能力；其次，評(píng)價(jià)者的操作盡可能地保持一致，在評(píng)價(jià)車速、對(duì)車輛的輸入操作、行駛的路面狀況等方面要做到盡可能相同；再次，評(píng)估者應(yīng)能夠根據(jù)自己的主觀感受給出評(píng)估意見并將車輛性能表現(xiàn)進(jìn)行量化打分，必要時(shí)還應(yīng)給出車輛零部件的優(yōu)化方向；最后，評(píng)價(jià)車輛的狀況及載荷狀態(tài)也要保證一致性。對(duì)不同樣胎和對(duì)標(biāo)輪胎的評(píng)估要在同一輛汽車上進(jìn)行，且要保證該車的零部件狀態(tài)完好，評(píng)估時(shí)車輛上的載荷狀態(tài)必須一致，不可隨意增大或者減小車輛載荷。如果高配車輛與低配車輛載荷狀態(tài)差異較大，則需要兩個(gè)車輛同時(shí)進(jìn)行評(píng)估。

為了能夠?qū)喬バ阅鼙憩F(xiàn)進(jìn)行準(zhǔn)確描述，同時(shí)也能夠合理地對(duì)不同輪胎之間的差異進(jìn)行比較，一般需要將主觀感受進(jìn)行量化，即以分?jǐn)?shù)的形式來界定輪胎性能的好壞。國內(nèi)外主流車企評(píng)價(jià)打分標(biāo)準(zhǔn)一般均為10分制，故本次輪胎性能評(píng)價(jià)也采用10分制打分標(biāo)準(zhǔn)，分?jǐn)?shù)越高表示輪胎性能表現(xiàn)越好，即1—10分對(duì)應(yīng)的主觀評(píng)價(jià)分別為不能接受、極差、差、不及格、及格、基本滿意、好、很好、極好、當(dāng)前最佳。

輪胎性能評(píng)估涉及車輛的舒適性、操控性與轉(zhuǎn)向特性，駕駛比較激烈，且一部分評(píng)估需要在低附路面進(jìn)行，故輪胎性能評(píng)估必須在封閉試驗(yàn)場進(jìn)行。舒適性評(píng)估一般在不同特征結(jié)構(gòu)路面進(jìn)行，操控性評(píng)估一般在動(dòng)態(tài)廣場進(jìn)行，轉(zhuǎn)向特性評(píng)估一般在直線性能路、高速環(huán)道進(jìn)行，低附路面特性評(píng)估一般在濕地性能道路和環(huán)道進(jìn)行。

2 存在的問題與優(yōu)化方案制定

2.1 存在的問題

本文所涉及的輪胎調(diào)校階段是某廠家第3輪的輪胎調(diào)校，是基于第2輪輪胎調(diào)校選出的性能表現(xiàn)最佳的輪胎基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化不是很多，但也具有輪胎調(diào)校方向的代表性。第2輪輪胎調(diào)校的性能表現(xiàn)最佳的輪胎稱為基礎(chǔ)輪胎，基礎(chǔ)輪胎存在如下問題。

（1）小沖擊不夠柔和，連續(xù)顛簸路面上輪胎對(duì)沖擊的過濾不夠好。

（2）輪胎極限抓著性能有待提高。

（3）濕地制動(dòng)距離過長。

（4）輪胎噪聲水平有待進(jìn)一步降低。

為了制定優(yōu)化方案，需要先了解輪胎的參數(shù)對(duì)其性能的影響。

2.2 輪胎參數(shù)對(duì)其性能的影響

影響輪胎性能的參數(shù)主要有3部分：膠料配方、花紋設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)參數(shù)[1]。膠料配方對(duì)車輛的滾動(dòng)阻力、制動(dòng)性能、操控性能、舒適性能和耐久性能等影響都較大[2-3]?；y設(shè)計(jì)對(duì)車輛的操控性能、濕地性能和噪聲等特性影響較大[4-5]。膠料配方主要包括胎面膠、胎側(cè)膠和三角膠配方等，花紋主要指胎面花紋。輪胎主要由胎面、冠帶層、帶束層、胎體簾布層、胎肩墊膠、胎側(cè)、三角膠和胎圈鋼絲等組成。輪胎結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括胎面尺寸，帶束層材料、層數(shù)、寬度和角度，胎體簾布材料和反包高度以及三角膠高度等。帶束層寬度和角度對(duì)輪胎接地面積和沖擊強(qiáng)度等有較大影響，三角膠對(duì)胎側(cè)剛度和接地面積等有影響，胎體簾布反包高度對(duì)胎側(cè)張力有較大影響。輪胎結(jié)構(gòu)參數(shù)較多，相互之間的配合比較重要，對(duì)輪胎的剛度、側(cè)偏特性及收斂特性影響較大[6-9]。

2.3 優(yōu)化方案制定

根據(jù)基礎(chǔ)輪胎存在的問題以及輪胎參數(shù)對(duì)輪胎性能的影響原理，制定了提升輪胎性能的優(yōu)化方向。小沖擊感覺優(yōu)化主要通過降低胎側(cè)剛度實(shí)現(xiàn)，為了不損失太多操控性能，可以增加胎側(cè)張力來保證操控性；輪胎極限抓著性能的提高與濕地制動(dòng)距離的縮短主要靠調(diào)整胎面膠配方并增大接地面積來實(shí)現(xiàn)；輪胎噪聲的降低主要靠花紋的微調(diào)及胎面硬度的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)。

膠料配方的調(diào)整通過優(yōu)化配方組分和配比來實(shí)現(xiàn)，接地印痕形狀的改變可以通過調(diào)整帶束層的結(jié)構(gòu)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)，胎側(cè)剛度和張力的調(diào)整可以通過改變?nèi)悄z高度及胎體簾布反包高度來實(shí)現(xiàn)。以上是優(yōu)化方向，由于改變輪胎某項(xiàng)參數(shù)對(duì)輪胎各方面性能均有影響，故不能在一款輪胎上進(jìn)行多項(xiàng)更改，為此供應(yīng)商制造了3款樣胎進(jìn)行性能評(píng)估，3款樣胎參數(shù)調(diào)整如表1所示。由于輪胎廠家對(duì)輪胎結(jié)構(gòu)和配方保密，此處基礎(chǔ)輪胎的各項(xiàng)參數(shù)采用基礎(chǔ)值表示。

表1 3款樣胎參數(shù)調(diào)整

由表1可知：樣胎1在基礎(chǔ)輪胎的基礎(chǔ)上調(diào)整了胎面膠配方，目的是提升輪胎的濕地制動(dòng)性能及極限抓著性能，優(yōu)化了胎面花紋設(shè)計(jì)，縮小了節(jié)距，以降低輪胎的噪聲，減小了三角膠高度，從而降低胎側(cè)剛度，提高沖擊柔和度，改善舒適性；樣胎2胎面膠配方、胎面花紋和三角膠高度的調(diào)整與樣胎1相同，除此之外還增大了帶束層寬度，從而增大輪胎接地面積，進(jìn)一步提高輪胎的抓著性能；樣胎3調(diào)整較多，胎面膠配方與胎面花紋調(diào)整與樣胎1和2相同，但三角膠高度減小了10 mm，胎側(cè)剛度降低較多，胎體簾布反包高度減小了5 mm，以提高輪胎張力，加強(qiáng)操控性，帶束層角度增大2°、帶束層寬度減小了5 mm，以改善輪胎接地印痕和沖擊強(qiáng)度等。

3 評(píng)價(jià)方法與結(jié)果

3.1 評(píng)價(jià)方法的確定

輪胎對(duì)汽車的性能影響是全方面的，包括汽車的操控性、舒適性、轉(zhuǎn)向感覺和噪聲等。

輪胎的性能評(píng)價(jià)主要包括操控性、舒適性、轉(zhuǎn)向性能三大項(xiàng)，噪聲可以歸入舒適性來進(jìn)行評(píng)價(jià)。操控性、舒適性和轉(zhuǎn)向性能評(píng)價(jià)項(xiàng)目和意義分別如表2—4所示。

表2 操控性評(píng)價(jià)項(xiàng)目和意義

表3 舒適性評(píng)價(jià)項(xiàng)目和意義

表4 轉(zhuǎn)向特性評(píng)價(jià)項(xiàng)目和意義

舒適性評(píng)價(jià)在不同特征結(jié)構(gòu)路面進(jìn)行，包括連續(xù)顛簸路、減速帶、起伏路、噪聲路面等。操控性評(píng)價(jià)在動(dòng)態(tài)廣場及高速環(huán)道進(jìn)行，轉(zhuǎn)向特性評(píng)價(jià)在直線性能路、動(dòng)態(tài)廣場、高速環(huán)道進(jìn)行，低附路面特性評(píng)價(jià)在濕地性能道路和環(huán)道進(jìn)行，并對(duì)輪胎進(jìn)行了干濕地路面制動(dòng)距離的測試。測試時(shí)保證測試人員和車輛一致，中途不變動(dòng)。

3.2 評(píng)價(jià)結(jié)果

經(jīng)過評(píng)價(jià)，相比基礎(chǔ)輪胎，樣胎1在極限抓著性能、小沖擊感覺、大沖擊感覺、噪聲水平方面有提升，但在側(cè)傾支撐、不足過度轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)向線性度方面有所下降；樣胎2整體比基礎(chǔ)輪胎表現(xiàn)好，但在側(cè)傾支撐及不足過度轉(zhuǎn)向方面有所下降；樣胎3改動(dòng)較大，在小沖擊與噪聲方面提升比較明顯，但在側(cè)傾支撐和轉(zhuǎn)向線性度方面損失較大。整體來說，樣胎2表現(xiàn)最好，性能最協(xié)調(diào)，可以作為下一輪輪胎調(diào)校的基礎(chǔ)輪胎使用。圖1所示為基礎(chǔ)輪胎和樣胎的性能主觀評(píng)價(jià)結(jié)果。

圖1 輪胎性能主觀評(píng)價(jià)結(jié)果

干濕地制動(dòng)距離測試在制動(dòng)性能道上進(jìn)行，采用100～0 km·h-1的制動(dòng)距離進(jìn)行衡量對(duì)比，每個(gè)輪胎干濕地制動(dòng)距離均測試5次，取平均值，結(jié)果如表5所示。

表5 基礎(chǔ)輪胎與樣胎制動(dòng)距離 m

從表5可以看出，胎面膠配方調(diào)整后，輪胎的濕地制動(dòng)距離明顯縮短，干地制動(dòng)距離也有所縮短，樣胎2的干濕地制動(dòng)表現(xiàn)優(yōu)于樣胎1，與樣胎3相當(dāng)，均優(yōu)于基礎(chǔ)輪胎。

4 結(jié)論

某汽車輪胎在調(diào)校過程中存在沖擊大、濕地制動(dòng)距離長、極限抓著性能不佳、噪聲大等問題，通過對(duì)汽車輪胎性能的影響因素進(jìn)行分析，并制定了輪胎調(diào)校的優(yōu)化方向，通過主觀評(píng)價(jià)的方法對(duì)新一輪的樣胎進(jìn)行性能評(píng)估，表明在上述問題的解決上效果明顯，但同時(shí)也在其他性能上有一些損失，整體效果比上一輪基礎(chǔ)輪胎好，達(dá)到了輪胎調(diào)校預(yù)期的結(jié)果。同時(shí)得出以下結(jié)論供輪胎調(diào)校人員參考。

（1）調(diào)整胎面膠配方對(duì)輪胎濕地制動(dòng)性能提升效果比較明顯，縮小花紋節(jié)距可在一定程度上降低輪胎噪聲。

（2）減小三角膠高度可以使胎側(cè)剛度降低，小沖擊、大沖擊感覺均有所提升，但是轉(zhuǎn)向線性度等操控性能會(huì)有一定程度下降，可以通過提高輪胎張力來進(jìn)行平穩(wěn)。

（3）一定范圍內(nèi)增大帶束層角度和寬度，可以增大輪胎接觸面積，提高抓著性能。

（4）本次研究存在一定局限性，以上輪胎方案的調(diào)整都是幾項(xiàng)同時(shí)進(jìn)行，沒有針對(duì)單項(xiàng)調(diào)整進(jìn)行評(píng)估。