張子鵬 魏曉辰 張新峰

（中國汽車技術(shù)研究中心）

在汽車的所有部件中，唯一與路面發(fā)生直接接觸的就是輪胎，輪胎性能直接影響了汽車的操控性、舒適性和安全性。從安全性角度來講，國家出臺(tái)了涉及輪胎安全的國家強(qiáng)制性檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，所有市場(chǎng)銷售的輪胎必須通過3C認(rèn)證，國家認(rèn)證認(rèn)可監(jiān)督管理委員會(huì)按照輪胎的特點(diǎn)，制定并發(fā)布《強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證實(shí)施規(guī)則——機(jī)動(dòng)車輛輪胎》（簡(jiǎn)稱《實(shí)施規(guī)則》），所有的汽車輪胎3C認(rèn)證活動(dòng)都在《實(shí)施規(guī)則》規(guī)定下進(jìn)行[1]；從操控性和舒適性等方面來說，整車廠針對(duì)自身開發(fā)的新車型又對(duì)輪胎性能提出了更高的要求。文章結(jié)合現(xiàn)有的輪胎試驗(yàn)?zāi)芰?，概括性介紹了汽車輪胎成品室內(nèi)性能試驗(yàn)及未來輪胎室內(nèi)試驗(yàn)的方向。

1 汽車輪胎強(qiáng)制性檢驗(yàn)試驗(yàn)

輪胎3C認(rèn)證一直是要求在GB/T2977《載重汽車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負(fù)荷》或GB/T 2978《轎車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負(fù)荷》范圍之內(nèi)，對(duì)2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)范圍外的輪胎型號(hào)不受理3C強(qiáng)制性認(rèn)證。然而由于2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)更新速度較慢，加之中國許多車型都是從國外引進(jìn)，相應(yīng)的國外許多輪胎型號(hào)都隨著整車引入中國市場(chǎng)，這2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的輪胎型號(hào)較少，往往不能覆蓋市場(chǎng)上的大部分輪胎，造成了監(jiān)管與市場(chǎng)脫節(jié)的現(xiàn)象。針對(duì)這一問題，文獻(xiàn)[2]將認(rèn)證范圍擴(kuò)大到《中國輪胎輪輞氣門嘴年鑒》，對(duì)于未在這3份文件中的輪胎型號(hào)，由認(rèn)證機(jī)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)識(shí)別后，對(duì)符合要求的頒發(fā)短期認(rèn)證。

新版《實(shí)施規(guī)則》附件4中對(duì)涉及到的汽車輪胎強(qiáng)制性檢驗(yàn)項(xiàng)目及檢測(cè)方法做了明確規(guī)定，其中載重輪胎試驗(yàn)項(xiàng)目包括：新胎外緣尺寸、輪胎強(qiáng)度性能、耐久性能、磨耗標(biāo)志及標(biāo)志等；微型/輕型載重汽車輪胎在此基礎(chǔ)上增加高速性能試驗(yàn)；轎車輪胎在微型/輕型載重汽車輪胎項(xiàng)目基礎(chǔ)上再增加無內(nèi)胎輪胎脫圈阻力和低氣壓性能試驗(yàn)。

1.1 新胎外緣尺寸胎面磨耗標(biāo)志標(biāo)志

輪胎的規(guī)格、商標(biāo)及速度符號(hào)等信息需要在輪胎側(cè)面進(jìn)行磨刻，測(cè)試方法采用目測(cè)形式。輪胎的外緣尺寸和胎面磨耗標(biāo)志高度需要根據(jù)GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測(cè)量方法》使用鋼卷尺、游標(biāo)卡尺和深度尺分別進(jìn)行測(cè)量。

1.2 無內(nèi)胎輪胎脫圈阻力試驗(yàn)

無內(nèi)胎輪胎脫圈阻力試驗(yàn)是為了考核無內(nèi)胎轎車輪胎在胎側(cè)受到側(cè)向力的作用下，保持不從輪輞上脫落下來的能力。圖1示出輪胎脫圈阻力試驗(yàn)圖。它通過一個(gè)鉸接臂帶動(dòng)不同規(guī)格的壓塊，以（50±2.5）mm/min的速度擠壓輪胎胎側(cè)等距離的4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)測(cè)試，達(dá)到規(guī)定最小力值，輪胎不脫落即判合格[3]4。根據(jù)不同的輪輞直徑，需要選擇A，B，C 3種不同規(guī)格的脫圈壓塊，根據(jù)輪輞直徑和高寬比的不同，確定脫圈壓塊與胎側(cè)接觸點(diǎn)到輪胎中心的水平距離。

圖1 輪胎脫圈阻力試驗(yàn)圖

1.3 強(qiáng)度性能試驗(yàn)

輪胎強(qiáng)度性能試驗(yàn)是模仿輪胎行駛過程中，胎面遇到突出尖銳物（如石子）等，保持一定強(qiáng)度不被扎破的能力。轎車輪胎[3]5、微型/輕型載重汽車輪胎和載重輪胎[4]4都需進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)。圖2示出輪胎強(qiáng)度性能試驗(yàn)圖。它是通過壓頭以（50±2.5）mm/min的速度向輪胎胎冠逐漸遞加作用力，達(dá)到指定能量值時(shí)，輪胎未刺穿或壓頭觸及輪輞則視為合格。壓頭的直徑分為19，32，38 mm，根據(jù)不同的輪胎類型、負(fù)荷指數(shù)、氣壓、直徑及層級(jí)等確定不同壓頭規(guī)格及能量值。

圖2 輪胎強(qiáng)度性能試驗(yàn)圖

1.4 輪胎高速性能試驗(yàn)

輪胎高速性能試驗(yàn)主要是檢測(cè)輪胎是否能夠達(dá)到標(biāo)稱的最高速。轎車輪胎、微型/輕型載重汽車輪胎需要進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)，載重汽車輪胎不需進(jìn)行。圖3示出輪胎高速性能試驗(yàn)圖。試驗(yàn)是在（38±3）℃的環(huán)境，在高速耐久試驗(yàn)機(jī)上完成。試驗(yàn)機(jī)中間是直徑為（1 700±17）mm的轉(zhuǎn)鼓，轉(zhuǎn)鼓通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，將輪胎通過作動(dòng)缸，按照設(shè)定的載荷垂直按壓到轉(zhuǎn)鼓表面，隨同轉(zhuǎn)鼓一同旋轉(zhuǎn)，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)鼓的速度實(shí)現(xiàn)輪胎的試驗(yàn)速度階梯遞增，最終達(dá)到輪胎標(biāo)稱的最高速度。輪胎高速性能試驗(yàn)后，轎車輪胎氣壓不低于初始?xì)鈮旱?5%[3]6，載重輪胎不低于規(guī)定的初始?xì)鈮篬4]4，且最終輪胎外觀檢查合格，即通過試驗(yàn)。

圖3 輪胎高速性能試驗(yàn)圖

1.5 輪胎耐久性能試驗(yàn)

輪胎耐久性能試驗(yàn)主要是考核輪胎的壽命，所有輪胎都需要進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)。該項(xiàng)試驗(yàn)的設(shè)備和環(huán)境同高速性能試驗(yàn)相同，根據(jù)輪胎的類型不同，試驗(yàn)所需要的時(shí)間分別為34 h[3]7和47 h[4]3。與高速試驗(yàn)不同的是，耐久試驗(yàn)過程中速度是恒定不變的，載荷隨著試驗(yàn)的變化進(jìn)行接替遞增，直至達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)載荷。輪胎是否合格的判定原則與高速試驗(yàn)相同。

1.6 輪胎低氣壓性能試驗(yàn)

輪胎低氣壓性能試驗(yàn)主要是考核輪胎在氣壓不足的情況下繼續(xù)行駛的能力。該試驗(yàn)僅適用于轎車輪胎（不包括T型臨時(shí)使用的備用輪胎），在耐久性能試驗(yàn)結(jié)束后連續(xù)進(jìn)行，使用與耐久性能試驗(yàn)同一套輪胎輪輞組合體，并調(diào)整至規(guī)定的試驗(yàn)氣壓，在（38±3）℃的環(huán)境下以規(guī)定的恒定速度運(yùn)行90 min，試驗(yàn)結(jié)束后按照與高速耐久試驗(yàn)相同的判定條件進(jìn)行判定[3]8。

2 輪胎研發(fā)性測(cè)試試驗(yàn)

2.1 輪胎準(zhǔn)靜態(tài)剛度測(cè)試

輪胎剛度性能直接關(guān)系到整車的操控和舒適等性能。輪胎準(zhǔn)靜態(tài)剛度測(cè)試項(xiàng)目包括縱橫剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、徑向剛度、斜角剛度和包覆剛度等，可以按照GB和SAE等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)，也可由廠家提供相應(yīng)的試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)情況如圖4所示。

圖4 輪胎準(zhǔn)靜態(tài)剛度測(cè)試圖

2.2 輪胎滾動(dòng)阻力試驗(yàn)

輪胎滾動(dòng)阻力是表征輪胎油耗性能的最直接指標(biāo)。該項(xiàng)指標(biāo)已經(jīng)被列入輪胎標(biāo)簽法中，在歐洲等地強(qiáng)制實(shí)施。目前世界上通用的滾動(dòng)阻力測(cè)試方法有2種，一種是單點(diǎn)測(cè)試法，即輪胎在載荷與速度恒定的情況下進(jìn)行測(cè)試，標(biāo)準(zhǔn)以ISO 28580為代表，包括測(cè)力法、扭矩法、功率法和減速度法；另一種是滑降法，從115 km/h的速度開始，以20 km/h的量遞減至15 km/h，測(cè)試其中6個(gè)速度點(diǎn)的輪胎滾動(dòng)阻力值，這種方法以SAE J2452為代表。在按照標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)試之外，亦可根據(jù)不同的行駛環(huán)境，設(shè)置輪胎側(cè)偏角和滑移角，進(jìn)行不同條件的滾動(dòng)阻力的編程測(cè)試。輪胎滾動(dòng)阻力試驗(yàn)設(shè)備，如圖5所示。

圖5 輪胎滾動(dòng)阻力試驗(yàn)機(jī)

2.3 輪胎六分力測(cè)試

汽車行駛方向的改變是外力作用的結(jié)果。外力一是來源于空氣作用力，二是來源于地面給輪胎的作用力，而地面作用力比空氣作用力更為重要。所有地面作用力都是通過輪胎作用到汽車上。因此，輪胎的力學(xué)特性對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性有著非常重要的意義[5]。輪胎六分力測(cè)試主要是為了研究輪胎的力學(xué)特性，為構(gòu)建輪胎的力學(xué)模型提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)。目前世界上比較多的試驗(yàn)設(shè)備主要有轉(zhuǎn)鼓式和履帶式2種，如圖6所示?，F(xiàn)在，歐洲的整車廠及第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)都是采用直徑為2 m的轉(zhuǎn)鼓進(jìn)行試驗(yàn)，如圖6a所示；在美國及一些大的輪胎廠采用履帶式的試驗(yàn)設(shè)備較多，如圖6b所示。

圖6 輪胎六分力測(cè)試設(shè)備

2.4 輪胎高速均勻性測(cè)試及其他測(cè)試

輪胎的均勻性是指在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)條件下，輪胎圓周特性恒定不變的性能，包括輪胎的質(zhì)量不平衡、尺寸偏差和力的波動(dòng)。輪胎的均勻性尤其是在高速情況下的均勻性直接反映輪胎的振動(dòng)情況，反映到整車上就是影響整車噪聲及舒適性方面的問題，它的參數(shù)十分重要，近幾年來越來越多的整車廠在采購輪胎時(shí)會(huì)要求輪胎廠提供高速均勻性的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。輪胎的高速均勻性也是在轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行的，需要在輪胎高速運(yùn)動(dòng)的情況下測(cè)量輪胎徑向力、側(cè)向力、切向力、回正力矩和側(cè)傾力矩的波動(dòng)等，因?yàn)闇y(cè)量的力的波動(dòng)很小，所以要求設(shè)備的測(cè)量精度很高，同時(shí)要求所用的測(cè)量輪輞為高精密輪輞，輪輞外緣跳動(dòng)量值需要小于0.01 mm。目前，國際主流設(shè)備最高速度可以達(dá)到350 km/h，在試驗(yàn)速度為120 km/h的情況下，可以測(cè)量輪胎跳動(dòng)量諧波到13階，試驗(yàn)設(shè)備，如圖7所示。

圖7 輪胎高速均勻性試驗(yàn)設(shè)備

該設(shè)備除了用來做高速均勻性試驗(yàn)之外，還可以進(jìn)行輪胎平點(diǎn)測(cè)試、沖擊測(cè)試和拓?fù)鋻呙琛Ｆ囋陂L時(shí)間停車的情況下，輪胎與地面接觸部位會(huì)形成短期的擠壓變形，造成輪胎不圓，從而對(duì)輪胎的均勻性造成影響，直接影響車輛的振動(dòng)情況。輪胎平點(diǎn)測(cè)試是通過一個(gè)平點(diǎn)生成裝置按照一定載荷生成平點(diǎn)，然后用高速均勻性設(shè)備測(cè)量輪胎力的衰減情況。沖擊測(cè)試是模擬輪胎通過障礙物，在有沖擊的情況下，力的波動(dòng)和衰減情況，它通過在轉(zhuǎn)鼓表面安裝不同斷面形狀的沖擊條來模擬實(shí)現(xiàn)。拓?fù)鋻呙枋侵冈谳喬ミ\(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，采用線極光掃描輪胎表面，生成圖像（如圖8所示），并可以測(cè)量輪胎面鼓包部位的尺寸。

圖8 輪胎斷面掃描圖

3 結(jié)論

輪胎強(qiáng)制性檢驗(yàn)新標(biāo)準(zhǔn)增加了低氣壓等檢測(cè)試驗(yàn)；強(qiáng)制性檢驗(yàn)試驗(yàn)使用范圍擴(kuò)大到年鑒后，廠家設(shè)計(jì)產(chǎn)品具有了更大的靈活性，該舉措也更適用于市場(chǎng)的發(fā)展。強(qiáng)制性檢驗(yàn)試驗(yàn)只能滿足輪胎進(jìn)入市場(chǎng)的最低要求，國內(nèi)汽車整車和輪胎廠要設(shè)計(jì)更好的產(chǎn)品就需要在研發(fā)測(cè)試方面加大投入，提高產(chǎn)品性能。