王定華，李國振

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601)

中重型汽車輪胎異常磨損淺析

王定華，李國振

（安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601)

在我國整個汽車行業(yè)普遍存在一個問題困擾著我們，即輪胎磨損問題，尤其是中重型汽車輪胎異常磨損問題。通過多年來的實踐和不懈努力，國內(nèi)已經(jīng)總結(jié)、積累了一定的解決輪胎磨損的經(jīng)驗。但造成輪胎磨損問題的因素錯綜復(fù)雜，實際問題往往是多種因素共同作用的結(jié)果，采用以往的經(jīng)驗并不能完全解決問題，當(dāng)前國內(nèi)各汽車生產(chǎn)廠家仍在探索行之有效的解決措施。本文結(jié)合市場問題信息收集及服務(wù)實踐，對中重型汽車輪胎異常磨損影響因素進行簡單的分析。

中重型汽車；輪胎；異常磨損；淺析

CLC NO.:U463.3Document Code:BArticle ID:1671-7988(2014)08-82-04

前言

當(dāng)前國內(nèi)市場上中重型載重汽車輪胎尤其是轉(zhuǎn)向輪輪胎異常磨損現(xiàn)象時有發(fā)生。通過對市場上的輪胎異常磨損問題進行現(xiàn)場調(diào)查和確認，并采取服務(wù)措施，收集整理相關(guān)信息，包括整車轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)的變化、車輛用途、行駛里程、行駛路段等，并對上述信息進行綜合分析后，認為輪胎的異常磨損，與以下幾個方面因素有關(guān)：設(shè)計、生產(chǎn)制造、用戶使用、路況等。本文著重從以上幾個角度進行分析、探討輪胎異常磨損的原因及異常磨損問題分析處理步驟。

1、設(shè)計因素

1.1 車輪轉(zhuǎn)角關(guān)系匹配

圖1所示為汽車轉(zhuǎn)向時轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角的關(guān)系。汽車在轉(zhuǎn)向過程中，要避免車輪滑移，車輪保持純滾動，所有車輪都必須繞同一瞬時中心轉(zhuǎn)動，各轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)角應(yīng)保持一定的對應(yīng)關(guān)系，這就需要各轉(zhuǎn)向橋的轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)來保證同一橋上兩個車輪的轉(zhuǎn)角關(guān)系，前、后可調(diào)連桿和前、后懸臂機構(gòu)來保證不同轉(zhuǎn)向橋上同一側(cè)的兩個車輪的轉(zhuǎn)角關(guān)系。同一轉(zhuǎn)向橋的內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系應(yīng)符合所謂的阿克曼條件，阿克曼條件是一種理想狀況。

車輛在實際運行過程中不可能處于這種理想狀態(tài)，實際

狀態(tài)下的車輛在轉(zhuǎn)向過程中的轉(zhuǎn)動中心比理論狀態(tài)下要靠前，這是因為在車輛轉(zhuǎn)彎行駛時，受側(cè)向慣性力作用，輪胎要產(chǎn)生側(cè)偏，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向中心前移。同時設(shè)計上也存在一定的誤差。隨著車輛向高速發(fā)展，轉(zhuǎn)向梯形設(shè)計時采用平行轉(zhuǎn)向設(shè)計，內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角差介于阿克曼值與0之間。通過試驗發(fā)現(xiàn)，該種設(shè)計比較適用于高速、采用低壓輪胎的乘用車，中重型車轉(zhuǎn)彎車速低、輪胎氣壓高側(cè)偏剛度大，內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角差應(yīng)盡量符合阿克曼條件，尤其是雙前橋轉(zhuǎn)向中的第二橋。單前橋（轉(zhuǎn)向橋）載重汽車，其對左右輪的轉(zhuǎn)角關(guān)系敏感度較多前橋轉(zhuǎn)向低。

1.2 直線行駛狀態(tài)下轉(zhuǎn)向輪參數(shù)協(xié)調(diào)性

1.2.1 轉(zhuǎn)向輪定位參數(shù)的匹配

前輪定位參數(shù)在討論輪胎異常磨損中致關(guān)重要。特別是前輪外傾角與前輪前束的匹配，首先要理解它們的作用，前輪外傾角：避免車橋因承載變形而可能出現(xiàn)的車輪內(nèi)傾，從而避免汽車輪胎的偏磨損。同時，一定的外傾角可減輕輪轂外軸承的負荷；前輪前束：在車輛前行時，減少因輪胎外傾造成的兩輪分別向外滾開的趨勢，使輪胎不致在地面上橫向拖磨而產(chǎn)生異常磨損。

外傾角過大時，輪胎外側(cè)胎肩磨損較嚴重（圖2 a）；外傾角過小時，輪胎內(nèi)側(cè)胎肩磨損較嚴重（圖2 b）；車輪前束過大時，車輪偏向行駛中心線，邊滾動邊向外滑動，造成胎面產(chǎn)生從外側(cè)到內(nèi)側(cè)的橫向磨損，外側(cè)磨損嚴重（圖2 a）；車輪前束過小時，車輪偏離行駛中心線，邊滾動邊向內(nèi)滑動，造成胎面產(chǎn)生從內(nèi)側(cè)到外側(cè)的橫向磨損，內(nèi)側(cè)磨損嚴重（圖2 b）。

以上幾種狀態(tài)雖然能保持車輛直線行駛狀態(tài)，但輪胎在運動過程中有相對地面的橫向移動，即所謂輪間側(cè)滑，將加劇輪胎磨損。這種側(cè)滑量一般不允許超過5m/Km。

同一軸車輪外傾角不相等(相差大于0.5°)時，會引起車輪向外傾角大的一側(cè)拖曳，并產(chǎn)生車輪搖擺，加劇輪胎磨損，這種情況下一般會伴隨有跑偏情況發(fā)生。

1.2.2 兩轉(zhuǎn)向軸平行度對輪胎磨損的影響

當(dāng)兩轉(zhuǎn)向軸不平行度較大時，也能保持車輛直線行駛，但兩軸有相反的運動趨勢，產(chǎn)生相反的相對地面的橫向移動，即所謂軸間側(cè)滑（圖3）。

以上兩種行駛狀態(tài)，不但對輪胎的使用造成重大破壞，而且對整車的經(jīng)濟性也有很大影響。這樣會使同一軸輪胎的磨損部位都在同一側(cè)（圖4），即如果第一轉(zhuǎn)向軸兩輪胎都是右側(cè)磨損（圖4 a），那么第二轉(zhuǎn)向軸肯定是兩輪胎左側(cè)磨損（圖4 b）。

1.3 前懸架與轉(zhuǎn)向系的協(xié)調(diào)性

1.3.1 前軸與前板簧定位

前轉(zhuǎn)向軸是靠前鋼板彈簧中心螺栓定位，如果前轉(zhuǎn)向軸定位孔與前板簧定位螺栓匹配不合理（配合間隙偏大），就有可能造成前轉(zhuǎn)向軸與車輛直行方向不垂直、第一、二轉(zhuǎn)向軸不平行，導(dǎo)致前輪異常磨損。

1.3.2 轉(zhuǎn)向系與前懸架的運動匹配

在輪胎跳動和車輛側(cè)傾時，若轉(zhuǎn)向系與懸架的運動關(guān)系不協(xié)調(diào)，將引起轉(zhuǎn)向車輪側(cè)傾而干涉轉(zhuǎn)向。在汽車行駛時，這種干涉會引起前輪轉(zhuǎn)動，從而一方面損害汽車的操縱性，另一方面引起輪胎的擺振，加劇輪胎的磨損。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在設(shè)計時就要進行轉(zhuǎn)向運動校核，運動干涉量要符合設(shè)計要求，并盡量小。

上述的參數(shù)對輪胎的磨損影響很大，因此在設(shè)計時要進行運動學(xué)分析，和相關(guān)的理論分析，在設(shè)計上保證前輪不會產(chǎn)生異常磨損的缺陷。

1.4 輪胎結(jié)構(gòu)和花紋匹配

實驗表明，子午線輪胎的耐磨性要比斜交線輪胎高出30%～50%，輪胎的運行條件越是惡劣，子午線輪胎在磨損方面的優(yōu)越性就越是明顯。圖5是在側(cè)向力相等條件下用實驗方法測得的輪胎磨損率與側(cè)偏角之間的關(guān)系曲線。

胎面花紋也是決定輪胎特性的重要因素。胎面花紋對輪胎的滾動損失和胎面磨耗具有重要影響。

胎面花紋基本上可分為縱向花紋、橫向花紋和塊狀花紋三類。其中塊狀花紋由于花紋在縱向和橫向都不連續(xù)，胎面在切向力作用下的滑移較大，再加上它在路面接觸過程中的

不連貫，存在沖擊，因此其耐磨性最差。

胎面花紋的密度系數(shù)對輪胎磨損也有較大的影響。胎面花紋的密度系數(shù)提高后不但可以增加輪胎與路面間的直接接觸面積，降低接觸壓力，而且可增加胎面的切向剛度，減少輪胎與路面間的滑移量，從而減少輪胎的磨損。所以，在保證胎面花紋排水和貯水能力的前提下，應(yīng)盡量提高胎面花紋的密度系數(shù)。

此外，胎面花紋的深度增加，會因花紋塊的滑移大，而使胎面磨耗增大同時還將導(dǎo)致磨耗不均勻。

2、生產(chǎn)制造因素

2.1 轉(zhuǎn)向連接桿件

雙前橋轉(zhuǎn)向雖然在結(jié)構(gòu)設(shè)計上十分合理，但零部件在生產(chǎn)制造過程中不能保證產(chǎn)品質(zhì)量或者產(chǎn)品本身不能滿足使用要求，在使用過程中就可能會改變前輪轉(zhuǎn)向參數(shù)，造成前輪輪胎異常磨損。主要有以下幾個方面：

（1）前橋橫拉桿剛度偏低或強度不夠易折彎，造成轉(zhuǎn)向中心位置改變和前輪前束偏小或負值；

（2）兩轉(zhuǎn)向軸直拉桿剛度偏低或強度不夠易折彎，造成轉(zhuǎn)向中心位置改變和兩轉(zhuǎn)向軸不平行度增大；

（3）可調(diào)連桿（連接兩轉(zhuǎn)向軸，控制兩轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)角關(guān)系）長度難控制，裝配調(diào)整沒有到位，兩轉(zhuǎn)向軸平行度太差也將會影響輪胎的磨損。

2.2 輪胎質(zhì)量和動不平衡

輪胎的質(zhì)量尤其是胎面膠的耐磨性直接影響著輪胎的使用壽命，所以輪胎質(zhì)量也是異常磨損的一個主要影響因素。

表1 輪胎不平衡量與擺振角關(guān)系

車輪在高速旋轉(zhuǎn)時，其不平衡質(zhì)量將引起車輪的上下振動和橫向擺動，影響了汽車的操縱性、平順性；同時又加速了輪胎的異常磨損。車輪的擺振角隨不平衡量的增加而增大（如表1所示），這樣車輪的動不平衡性的大小將直接影響到輪胎的磨損量，使輪胎出現(xiàn)斑禿形磨損。

2.3 制動系統(tǒng)工作不良

同軸左右制動嚴重不平衡、制動拖滯和制動鼓失圓等導(dǎo)致輪胎拖磨,使輪胎產(chǎn)生局部磨損。

2.4 車架精度

車架彎曲、變形有可能導(dǎo)致輪胎有規(guī)律的偏磨。目前產(chǎn)生偏磨的機理還未找到。

3、用戶使用因素

3.1 輪胎氣壓異常的影響

車輛使用過程中，如果輪胎的氣壓過低，由于胎側(cè)剛度的影響，胎肩部的壓強將增大，而胎冠部的壓強將減小，從而使胎肩部的磨損加劇，而胎冠部的磨損減輕（圖6b）。另外由于輪胎的氣壓越低，其側(cè)偏剛度越小，在一定橫向力作用下其滑移角越大，也會增大磨損。同樣如果輪胎氣壓過高，則輪胎的胎冠部將明顯突出，使胎冠磨損加?。▓D6a）。而且輪胎氣壓過高使輪胎變硬、剛度增大，起不到應(yīng)有的緩沖作用，導(dǎo)致輪胎受到的動載荷增加，易產(chǎn)生胎體爆裂、脫層和外傷等。

各種車型對輪胎氣壓有明確要求,應(yīng)確保輪胎在規(guī)定的標準充氣壓力內(nèi)。重型卡車允許氣壓誤差值不超過±0.2MPa,同一輛車上各輪胎的氣壓差不應(yīng)超過0.02MPa。

3.2 超載影響

當(dāng)其它參數(shù)不變時，磨損量與載荷成正比，載荷越大，輪胎與路面間的接觸壓力就越大，輪胎的磨損就越嚴重。但載荷對輪胎磨損的影響主要還不在于它使輪胎與路面間的接觸壓力增大，而在于它使輪胎在驅(qū)動、制動及轉(zhuǎn)向時的切向力顯著增加。因而，超載或載荷分布不均都會影響到輪胎的磨損。具體地講，輪胎在正常氣壓下，超載對輪胎的影響與胎壓不足的效果幾乎相同；若輪胎本身氣壓較高，從某種角度上講，超載與胎壓過高相互補充，這樣只會加劇胎冠的均勻磨損。當(dāng)承載負荷超過額定值的10%、20%、50%、100%時,則輪胎行駛里程數(shù)將相應(yīng)地減少8%、35%、50%、80%,輪胎的壽命隨超載的遞增而縮短；偏載使部分輪胎磨損加劇。如果是子午胎，由于層數(shù)較斜交胎少，氣壓過大胎肩鼓出，

易磨損胎肩。

另外，當(dāng)嚴重超載時前軸相對剛度偏低，容易產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象，當(dāng)前軸上下方向彎曲時，會使車輪產(chǎn)生外傾效應(yīng)；前軸前后方向彎曲時，會使車輪產(chǎn)生前束效應(yīng)。

3.3 駕駛員操作習(xí)慣影響

輪胎沖擊、震抖，使其滑動摩擦而加劇磨耗；凹凸不平的路段和尖銳的障礙物，輪胎與溝、坑邊緣發(fā)生猛烈撞擊會加速損壞，道路上的污物和不明液體；陷車時輪胎空轉(zhuǎn)均可能加劇磨損；緊急制動和急速轉(zhuǎn)彎也會加速輪胎的磨損。

3.4 維修保養(yǎng)

轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)磨損部件而使得前輪定位參數(shù)發(fā)生難以預(yù)料的變化，這樣會最終影響到輪胎胎面的偏磨損。板簧與板簧支架的連接松曠、前橋安裝U型螺栓松曠、前橋輪轂軸承松動均會產(chǎn)生斑禿狀磨損。定期檢查、維修保養(yǎng)是防止輪胎磨損的必要措施。

4、輪胎異常磨損問題的一般分析處理步驟

輪胎異常磨損問題分析處理，一般可采用下述步驟：

（1）故障模式調(diào)查。查看故障車輛輪胎磨損部位，磨損狀態(tài)，忽略次要因素，采用統(tǒng)計方法確認主要故障模式；

（2）車輛信息調(diào)查。車輛使用工況、行駛里程、出現(xiàn)故障的里程、輪胎使用時間等；

（3）分析可能的原因。根據(jù)故障模式、車輛信息、輪胎磨損影響因素，進行FTA分析，推斷可能的原因；

（4）檢測調(diào)整、驗證。根據(jù)推斷出的可能原因，進行檢測及調(diào)整，采用排除法逐一驗證；

（5）完善FMEA文件。解決問題后完善FMEA文件，為后續(xù)的問題分析提供幫助。

5、幾種疑難故障實例的解決措施

故障分析處理實踐會總結(jié)積累一定的解決輪胎磨損的經(jīng)驗，但造成輪胎磨損問題的因素錯綜復(fù)雜，實際問題往往是多種因素共同作用的結(jié)果，通常采用以往的經(jīng)驗并不能直接解決問題。下面列舉幾種市場疑難故障實例的解決措施，以期帶來啟發(fā)。

（1）4×2單前橋車型前橋左右車輪外側(cè)胎肩磨損

生產(chǎn)多年的成熟車型少量出現(xiàn)該故障。分析檢測轉(zhuǎn)向梯形、前輪定位參數(shù)、輪胎氣壓、載荷、前橋的裝配間隙，均符合設(shè)計要求；行駛路面、使用保養(yǎng)均與以往車輛沒有區(qū)別。

解決措施：將主銷后傾角增大1°，將前束調(diào)整為零。

（2）8×4載貨車所有的輪胎均是胎肩均勻磨損，后橋輪胎磨損更為嚴重，胎肩與胎冠產(chǎn)生較大落差。如圖7。

該車為并裝雙后橋。更換后橋、板簧等部件，檢測、調(diào)整后橋推進線、輪胎氣壓等均沒有效果。

解決措施：更換車架總成，問題得以解決。

（3）6×4自卸車前橋左右車輪外側(cè)胎肩磨損快，輪胎磨損呈錐狀，如圖8。

檢查前輪定位參數(shù)、前橋總成間隙、懸架裝配間隙、輪胎動平衡等均未發(fā)現(xiàn)明顯異常，更換前橋、調(diào)整前束均沒有改善。超載嚴重地區(qū)車輛未出現(xiàn)該故障，載重較小的地區(qū)出現(xiàn)上述故障。

解決措施：將7.5t前橋更換為5.5t前橋，問題解決。

6、結(jié)束語

本文結(jié)合市場問題信息收集及服務(wù)實踐，對中重型汽車輪胎異常磨損影響因素進行簡單的分析，提出了解決輪胎異常磨損問題的一般步驟，并列出了三種疑難故障實例的解決措施，對于分析、解決輪胎異常磨損問題具有一定的參考意義。

[1] 康展權(quán)等.《汽車工程手冊.設(shè)計篇》.北京.人民交通出版社.2001.6.

[2] 劉惟信.《汽車設(shè)計》.清華大學(xué)出版社.2001.

[3] 陳家瑞.《汽車構(gòu)造》.下冊.人民交通出版社.1998.8.

[4] 李兵源，劉志華.《輪胎異常磨損的原因及診斷方法》.《公路與汽運.》2003.第1期.

[5] 安相璧等，《車輪定位與輪胎磨損關(guān)系分析》.《汽車研究與開發(fā)》2001第2期.

[6] 李子峰，《前輪側(cè)滑與汽車行駛跑偏的關(guān)系與區(qū)別》.《北京汽車》2000第4期.

Tyre’s Unwonted Abrasion Analyse For Mid And Heavy Truck

Wang Dinghua, Ling Guozhen
(AnHui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601)

With the development of the heavy truck in china, the tyre’s unwonted abrasion was hackneyed. The heavy truck manufacturers have a series of measures of defend and service for the heavy truck. Analyse the tyre’s unwonted abrasion from design, manufacture and use, and give the step of check-up and redressal for the heavy truck in this article.

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U463.3

B

1671-7988(2014)08-82-04

王定華，工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。