轎車(chē)輪胎實(shí)車(chē)性能的研究

劉俊杰，陳亞婷，王 君，徐 偉，蘇國(guó)慶

（青島雙星輪胎工業(yè)有限公司，山東 青島 266400）

隨著生活水平的提升，轎車(chē)已成為日常出行的必需品，人們對(duì)其安全性和舒適性的要求也在提高，對(duì)輪胎的性能要求更高[1-5]。同時(shí)，全球?qū)?jié)能減排和環(huán)保的關(guān)注也在增加，各國(guó)對(duì)輪胎滾動(dòng)阻力的要求已經(jīng)上升到法規(guī)層面。在油價(jià)上漲的背景下，消費(fèi)者對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的重視也在提高[6-8]。

本工作以205/55R16 91V轎車(chē)輪胎為研究對(duì)象，探討輪胎結(jié)構(gòu)對(duì)實(shí)車(chē)性能的影響，并選出最佳生產(chǎn)方案。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

EPLEXOR 500N型動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析（DMA）儀，德國(guó)GABO公司產(chǎn)品；T-34369.02型滾動(dòng)阻力試驗(yàn)機(jī)，德國(guó)采埃孚股份公司產(chǎn)品；SCM205型多通道振動(dòng)噪聲分析系統(tǒng)，德國(guó)西門(mén)子公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)車(chē)型及輪胎

車(chē)型 奇瑞艾瑞澤GX，輪輞規(guī)格6.5J×16，輪胎規(guī)格 205/55R16 91V。

1.3 試制方案

為了研究胎面膠配方、胎圈結(jié)構(gòu)、帶束層寬度和角度對(duì)輪胎實(shí)車(chē)性能的影響，設(shè)計(jì)4種輪胎試制方案，如表1所示。

表1 4種輪胎試制方案

2 結(jié)果與討論

2.1 DMA分析

胎面膠的損耗因子（tanδ）-溫度曲線見(jiàn)圖1。

圖1 胎面膠的tan δ-溫度曲線

從圖1可以看出，與β配方胎面膠相比，α配方胎面膠0 ℃時(shí)的tanδ較大，70 ℃時(shí)的tanδ較小，表明α配方胎面膠的抗?jié)窕阅茌^好，滾動(dòng)阻力較低。

2.2 滾動(dòng)阻力

4種方案輪胎的滾動(dòng)阻力按照ISO 28580—2018進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如下：A—D方案輪胎的滾動(dòng)阻力系數(shù)分別為7.29，8.01，7.47，7.42 N·kN-1。由此可見(jiàn)：胎面膠配方對(duì)輪胎滾動(dòng)阻力的影響較大，采用α配方胎面膠的A方案輪胎的滾動(dòng)阻力系數(shù)較采用β配方胎面膠的B方案輪胎減小0.72 N·kN-1，這與DMA儀分析結(jié)果一致，表明純SSBR體系胎面膠配方更有利于降低輪胎的滾動(dòng)阻力；C方案輪胎的滾動(dòng)阻力系數(shù)較A方案輪胎略有增大，這主要是因?yàn)閹鴮訉挾葴p小后輪胎肩部剛性變小，導(dǎo)致輪胎在行駛過(guò)程中胎面變形增大，生熱提高；D方案輪胎的滾動(dòng)阻力系數(shù)與C方案輪胎相差不大，這是因?yàn)镃方案和D方案均為低三角膠（三角膠高度小于30 mm）設(shè)計(jì)，輪胎滾動(dòng)阻力變形區(qū)主要集中于上胎側(cè)區(qū)域，三角膠高度的降低對(duì)胎圈區(qū)域的變形影響不大。

2.3 干濕地制動(dòng)性能

4種方案輪胎的接地印痕如圖2所示，接地印痕參數(shù)和干濕地制動(dòng)性能如表2所示，干地制動(dòng)距離為車(chē)速由100 km·h-1降至零時(shí)的距離，濕地制動(dòng)距離為車(chē)速由80 km·h-1降至20 km·h-1時(shí)的距離。

圖2 4種方案輪胎的接地印痕

表2 4種方案輪胎的接地印痕參數(shù)和干濕地制動(dòng)性能

從表2可以看出：胎面膠配方對(duì)輪胎的干濕地制動(dòng)性能有較大影響，A方案輪胎的干地制動(dòng)距離比B方案輪胎增大1.06 m，而濕地制動(dòng)距離減小1.47 m，說(shuō)明當(dāng)胎面膠配方采用純SSBR體系時(shí)，輪胎的干地制動(dòng)性能較差，但濕地制動(dòng)性能提高；C方案輪胎的干濕地制動(dòng)性能較A方案輪胎均有所降低，這主要是因?yàn)镃方案輪胎帶束層的寬度減小，減小了輪胎的接地面積，且C方案輪胎帶束層角度相比A方案輪胎減小，接地印痕形狀更接近矩形，在濕滑路面上行駛時(shí)不利于將行駛方向前方積水排向兩側(cè)，因此C方案輪胎的濕地制動(dòng)距離更大；C方案輪胎的干濕地制動(dòng)性能與D方案輪胎相差不大，說(shuō)明低三角膠高度設(shè)計(jì)時(shí)，三角膠高度變化對(duì)輪胎干濕地制動(dòng)性能影響不大。

2.4 實(shí)車(chē)操控性能、舒適性和噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度（NVH）

4種方案輪胎的實(shí)車(chē)操控性能、舒適性和NVH性能測(cè)試結(jié)果如表3所示。NVH測(cè)試分別在粗糙瀝青路以60 km·h-1速度測(cè)試結(jié)構(gòu)噪聲，在光滑瀝青路以80 km·h-1速度測(cè)試花紋噪聲。

表3 4種方案輪胎的實(shí)車(chē)操控性能、舒適性和NVH性能測(cè)試結(jié)果

從表3可以看出：胎面膠的硬度和三角膠高度對(duì)輪胎操控性能和舒適性影響較大；A方案輪胎的胎面膠硬度比B方案輪胎大4度，其操控性能較優(yōu)，但舒適性較差，尤其對(duì)小振動(dòng)的過(guò)濾和沖擊的柔和感較差；C方案輪胎帶束層寬度較A方案輪胎減小，其操控性能略有下降，但由于輪胎的剛性也減小，在行駛過(guò)程中對(duì)振動(dòng)的吸收更多，舒適性提升；D方案輪胎由于三角膠高度減小，舒適性有較大提升，但因三角膠高度不足，在操控時(shí)易產(chǎn)生較大程度的不足轉(zhuǎn)向，導(dǎo)致輪胎的操控性能有所下降；4種方案輪胎的結(jié)構(gòu)噪聲和花紋噪聲差異不大，說(shuō)明胎面膠硬度、帶束層寬度和角度、三角膠高度對(duì)整車(chē)的NVH性能影響不大。

3 結(jié)論

通過(guò)調(diào)整胎面膠配方、帶束層寬度和角度、三角膠高度設(shè)計(jì)4種輪胎試制方案，研究4種方案輪胎的滾動(dòng)阻力、干濕地制動(dòng)性能、實(shí)車(chē)操控性、舒適性和NVH性能，確定方案C輪胎的綜合性能較優(yōu)，即胎面膠配方采用純SSBR體系、帶束層寬度為170/160 mm、帶束層角度為27°、三角膠高度為25 mm時(shí)，輪胎具有良好的干濕地制動(dòng)性能以及整車(chē)操控性能、舒適性和NVH性能。