張紅斌，劉學(xué)智，鐘振威

摘? 要：輪胎允許匹配安裝多種型號(hào)車輪，裝不同車輪所表現(xiàn)出來(lái)的性能會(huì)有所差異，本文對(duì)同一個(gè)輪胎裝配不同寬度車輪方案進(jìn)行參數(shù)測(cè)試，主要包含輪胎輪廓、輪胎接地印痕、車輪靜態(tài)剛度、車輪力學(xué)性能;將測(cè)試結(jié)果用于整車動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行操控穩(wěn)定性分析，同時(shí)將各方案裝于整車上進(jìn)行客觀和主觀測(cè)試。分析車輪參數(shù)、仿真分析結(jié)果、整車測(cè)試結(jié)果之間的關(guān)聯(lián)?？偨Y(jié)出輪胎裝不同寬度車輪其在整車上的操縱性能變化規(guī)律，用于指導(dǎo)汽車設(shè)計(jì)過(guò)程中車輪型號(hào)的選擇。

關(guān)鍵詞：輪胎;車輪;車輪匹配;操縱穩(wěn)定性

中圖分類號(hào)：U463.34? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：1005-2550（2021）05-0037-05

Research on Performance Variation of Tire Matching with Wheels of Different Width

ZHANG Hong-bin1，LIU Xue-zhi2， ZHONG Zhen-wei3

（ 1.Guangzhou Automobile Group CO.，LTD Automotive Engineering Institute， Guangzhou? 511434， China;2. Guangzhou Automobile Group CO.，LTD Automotive Engineering Institute， Guangzhou? 511434， China;3. Guangzhou Automobile Group CO.，LTD Automotive Engineering Institute， Guangzhou? 511434， China）

Abstract： The tires are allowed to be matched with multiple types of wheels， and the performance of different wheels will be different. This article including the test of parameters when the same tire is assembled with wheels of different width， parameters mainly including tire contour， tire grounding mark， and wheel static stiffness， wheel mechanical properties; the test results are used in the vehicle dynamics model for handling analysis， and at the same time， each assembly is installed on the vehicle for objective and subjective testing. Analyze the correlation between wheel parameters， simulation analysis results， and vehicle test results. Summarizes the law of how the vehicle handling performance changes when the tire matching with wheels of different width， which can be used to guide the selection of wheel models in the car design process.

Key Words： Tire; Wheel; Match Tire And Wheel; Handling Performance

引? ? 言

輪胎與車輪安裝匹配有規(guī)格型號(hào)的要求，首先要求兩者的名義直徑相同;對(duì)于車輪寬度的匹配，按國(guó)標(biāo)GB/T2978規(guī)定，每個(gè)型號(hào)輪胎可以匹配三種寬度車輪，其中一個(gè)是測(cè)量推薦型號(hào)。

裝配不同寬度車輪對(duì)輪胎的輪廓形狀、接地印痕會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響？是否會(huì)影響輪胎的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)剛度？對(duì)輪胎力學(xué)性能是否有影響？對(duì)輪胎的性能表現(xiàn)是怎樣的影響等等？是否可以通過(guò)調(diào)整車輪的寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的性能訴求，目前行業(yè)內(nèi)暫無(wú)相應(yīng)的研究結(jié)論。

本文針對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行相關(guān)的研究，為后續(xù)輪胎與車輪型號(hào)的匹配提供設(shè)計(jì)指導(dǎo)。

1? ? 研究思路

本研究主要以試驗(yàn)和分析為主。課題思路見(jiàn)圖1，試驗(yàn)標(biāo)的選取常用輪胎型號(hào)，搭配國(guó)標(biāo)GB/T 2978規(guī)定的相對(duì)應(yīng)的車輪，將這些搭配方案按同樣條件進(jìn)行臺(tái)架和實(shí)車試驗(yàn)，對(duì)比分析試驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)規(guī)律。

試驗(yàn)分為臺(tái)架試驗(yàn)和整車試驗(yàn)，試驗(yàn)內(nèi)容主要以體現(xiàn)車輪總成性能相關(guān)參數(shù)及車輪總成在整車上的性能表現(xiàn)為主。

2? ? 研究?jī)?nèi)容

2.1? ?試驗(yàn)標(biāo)的

試驗(yàn)標(biāo)的選用常用型號(hào)輪胎，匹配三種國(guó)標(biāo)GB/T 2978規(guī)定型號(hào)車輪，選用轎車作為試驗(yàn)車輛，詳見(jiàn)表1：

2.2 臺(tái)架試驗(yàn)

臺(tái)架試驗(yàn)項(xiàng)目主要含車輪外形、接地印痕、靜態(tài)剛度、力學(xué)性能，詳見(jiàn)表2。

2.3 整車試驗(yàn)

整車試驗(yàn)含主觀和客觀試驗(yàn)，詳見(jiàn)表3。

2.4? ?數(shù)據(jù)分析

仿真分析：使用CAE技術(shù)進(jìn)行車輛動(dòng)力學(xué)性能仿真。對(duì)安裝不同車輪寬度的輪胎進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試建立PAC2002動(dòng)力學(xué)仿真模型。使用ADAMS模擬分析各方案的操控性能，結(jié)果與整車測(cè)試結(jié)果作對(duì)比分析。

對(duì)比分析整車主觀操穩(wěn)評(píng)價(jià)結(jié)果與整車客觀操穩(wěn)測(cè)試結(jié)果的一致性，以驗(yàn)證主觀評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性;

分析不同方案車輪單體試驗(yàn)結(jié)果與整車測(cè)試結(jié)果的關(guān)聯(lián)性，找出與車輪寬度變化有關(guān)的性能，總結(jié)規(guī)律，形成結(jié)論。

3? ? 測(cè)試結(jié)果分析

3.1? ?輪胎寬度測(cè)試結(jié)果

輪胎裝不同寬度車輪時(shí)其寬度尺寸測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2所示：

從測(cè)試結(jié)果可以看出：相同輪胎裝不同寬度車輪，輪胎的寬度尺寸不一樣，隨著車輪寬度的增加，輪胎的寬度尺寸也相應(yīng)增加;

輪胎寬度的增加會(huì)改變輪胎接地印痕，使接地印痕橫軸長(zhǎng)度增加，有利于轉(zhuǎn)向性能的提升。

3.2? ?輪胎接地印痕測(cè)試結(jié)果

輪胎裝不同寬度車輪接地印痕測(cè)試重復(fù)建設(shè)見(jiàn)表4所示。

隨著車輪寬度增加，花紋橫軸增長(zhǎng)，縱軸減短，花紋壓力向輪胎兩側(cè)轉(zhuǎn)移，兩側(cè)花紋塊壓力增大，中間花紋塊壓力減小，對(duì)轉(zhuǎn)向時(shí)的支撐性能更好，有利于提高轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。

3.3? ?輪胎靜態(tài)剛度測(cè)試結(jié)果

輪胎裝不同寬度車輪時(shí)靜態(tài)剛度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖3所示：

隨著車輪寬度的增加，靜態(tài)剛度值均增大，其中側(cè)向剛度增加最明顯;

根據(jù)此結(jié)果可以預(yù)判：車輪寬度增加可以提升車輪總成的操縱穩(wěn)定性能，對(duì)于側(cè)向剛度影響較大的過(guò)彎性能影響尤其大，可以增加過(guò)彎的穩(wěn)定性，同時(shí)能提升制動(dòng)性能，而對(duì)振動(dòng)二階過(guò)濾性能會(huì)減弱。

3.4? ?力學(xué)特性

輪胎裝不同寬度車輪其側(cè)偏剛度測(cè)試結(jié)果如圖4所示：

測(cè)試結(jié)果表明：三種寬度車輪裝配的輪胎側(cè)偏剛度和峰值均隨車輪寬度增加而加大，同時(shí)車輪越寬，側(cè)偏力到達(dá)極限后峰值的保持能力也更強(qiáng)，這有利于轉(zhuǎn)向響應(yīng)以及極限穩(wěn)定性。

4? ? CAE分析

運(yùn)用ADAMS軟件進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真。分析工況：定半徑轉(zhuǎn)向工況仿真，計(jì)算整車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向性能;方向盤正弦掃頻工況仿真，研究整車轉(zhuǎn)向響應(yīng)特性，具體仿真結(jié)果見(jiàn)表5所示。

5? ? 整車主客觀測(cè)試

5.1? ?整車制動(dòng)距離測(cè)試

不同寬度車輪裝同一車輛制動(dòng)距對(duì)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖5所示：

隨著車輪寬度增加，輪胎制動(dòng)性能得到提升，制動(dòng)距離更短。

5.2? ?操縱穩(wěn)定性客觀測(cè)試

穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)時(shí)線性區(qū)不足轉(zhuǎn)向度測(cè)試結(jié)果如圖6所示：

不足轉(zhuǎn)向度隨著車輪寬度增加而減小，與輪胎印痕和側(cè)偏剛度變化相吻合。

頻率掃描測(cè)試的橫擺角速度增益結(jié)果見(jiàn)圖7所示，側(cè)向加速度相對(duì)橫擺角速度滯后時(shí)間見(jiàn)圖8所示。

隨車車輪寬度增加，橫擺角速度增益也相應(yīng)增加。

側(cè)向加速度相對(duì)橫擺角速度的滯后時(shí)間隨著車輪寬度增加而減小，說(shuō)明車輪寬度與轉(zhuǎn)向響應(yīng)呈正相關(guān)性。

以上測(cè)試結(jié)果與CAE仿真分析結(jié)果趨勢(shì)一致，測(cè)試和分析結(jié)果有效。

5.3? ? 整車主觀評(píng)價(jià)結(jié)果

整車主觀評(píng)價(jià)采用十分評(píng)分制評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)項(xiàng)目含舒適性、操縱穩(wěn)定性。舒適性評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖9所示，操縱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖10所示。

舒適性未找到與車輪寬度明顯相關(guān)的趨勢(shì)，可以判斷車輪寬度影響舒適性較小。

操縱穩(wěn)定性各項(xiàng)分性能均與車輪寬度呈正相關(guān)關(guān)系，車輪寬度越寬操縱穩(wěn)定性會(huì)越好，這與前面客觀測(cè)試結(jié)果能相對(duì)應(yīng)。

6? ? 總結(jié)

相同規(guī)格輪胎安裝不同寬度車輪無(wú)論從單體參數(shù)還是整車性能表現(xiàn)均會(huì)產(chǎn)生變化：隨著車輪寬度增加輪胎接地印痕變寬、靜態(tài)剛度增大、側(cè)偏剛度增大;性能表現(xiàn)為制動(dòng)性能更好、轉(zhuǎn)向性能、瞬態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)性能和極限穩(wěn)定性均有提升，對(duì)整體操縱性能有提升。

對(duì)于定位為突出操控性能的運(yùn)動(dòng)車型，建議采用更寬的車輪，以提升其操縱穩(wěn)定性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭寬友. 汽車操縱穩(wěn)定性的影響因素及評(píng)價(jià)方法研究[J]. 重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，21（7）.

[2]楊飛，蔣傳宇，付興超，楊鈞浩. Giti輪胎力學(xué)特性試驗(yàn)[J]. 汽車實(shí)用技術(shù). 2020（22）.

[3]張子鵬. 汽車輪胎性能室內(nèi)試驗(yàn)簡(jiǎn)述[J]. 汽車工程師. 2017（3）.

[4]張勇，劉坤，喬元梅，蘇國(guó)慶，黃娜，田苗. 輪胎性能實(shí)車評(píng)價(jià)與室內(nèi)評(píng)價(jià)的關(guān)聯(lián)性研究[J]. 橡膠科技. 2020（10）.

[5]陳煥明，郭孔輝.輪胎性能對(duì)車輛操縱穩(wěn)定性影響的仿真研究[J].汽車工程.2015，37（5）.