花紋溝槽對子午線輪胎濕地性能影響的研究

高楠

摘 要：研究縱向及橫向花紋溝槽對子午線輪胎濕地性能的影響。結果表明，對于轎車子午線輪胎，分布于胎面中間部位的縱向花紋溝的寬度對輪胎濕地制動和縱向水滑的影響較為明顯，分布于花紋塊上橫向花紋溝對縱向水滑和橫向水滑均有不同程度的影響，其中對橫向水滑的影響程度高。此外，濕地制動還與胎面花紋剛性有關。

關鍵詞：轎車子午線輪胎；濕地制動；縱向水滑；橫向水滑

隨著轎車市場的蓬勃發展，汽車越來越多的成為人們日常生活中重要的交通工具，行車安全關乎生命，無疑成為了人們關注的焦點。車輛的安全行駛與輪胎密切相關，當汽車在雨天行駛時，由于路面存在積水，輪胎與路面之間的積水若不能被及時有效的排出，便會對車輛的制動產生影響，從而使得剎車距離變長；如果水壓過高，還會使輪胎上浮，輪胎與路面間的摩擦降低，而造成汽車在積水路面上的滑行現象（簡稱為水滑），這些安全隱患極易引發車輛交通事故。近年來，無論是歐盟的輪胎標簽法還是即將在國內實施的輪胎標簽法，都明確包含有輪胎的濕地抓地力等級信息，不僅為消費者選購輪胎提供參考依據，也凸顯了輪胎濕地性能的重要性。影響輪胎濕地性能的因素有很多，這些影響因素往往又與輪胎其他的性能相互制約，因此輪胎研發工程師在設計輪胎時，應當充分綜合的考慮相互間的制約因素，使得設計的輪胎產品能夠滿足預期的目標。本文是以轎車子午線輪胎為載體，僅通過對花紋溝槽的研究，找出其對輪胎濕地制動及水滑的影響，以便對開發輪胎花紋提供理論依據。

方案設計概述：

輪胎花紋溝槽均完全采用手工雕刻；輪胎規格選取主流UHP型號225/45R17；縱向花紋溝數量設計為4個，溝深雕刻均為全溝深即 A、B、C、D（參見圖1）；

花紋溝方案胎僅將花紋溝作為唯一變量，其他完全相同；縱向花紋溝是指沿Y方向，橫向花紋溝是沿X方向。

1 縱向花紋溝對輪胎濕地性能的影響研究

此章節為第一階段，僅研究縱向花紋溝對濕地性能的影響，共設計出5種不同的方案，縱向花紋溝的寬度及定位尺寸參見表1及圖1。

方案說明

1.結合圖1，A、B、C、D為花紋縱溝，E、F、G1、G2、H、I為花紋塊；2.P1為基準方案，內外兩側對稱設計，A、B、C、D溝寬相等；3.P2與P1對比，兩者的總溝寬相同，其中B、C的溝寬為A、D的兩倍，內外兩側為對稱樣式；4.P3與P1對比，總的溝寬增加了約18%；B、C溝寬于A、D溝約36%，內外兩側為對稱樣式；5.P4與P3對比，位于外側的D溝的寬度減窄了25%， 其他相同。

測試結果

數據分析

①P1、P2總溝寬相同，其中P2的B、C兩溝的總寬比P1寬約4%，水滑提升了2%；②P3的4條總溝寬比P2溝寬增加了約18%，其中B、C溝寬相同，A、D溝寬均窄于B、C溝約5%，P3的縱向水滑提升了3%，濕地制動提升了1%，P3的濕地綜合性能最優；③中間位置的B、C溝加寬，對輪胎濕地制動有提升作用；④中間位置的B、C溝寬對縱向水滑的影響程度明顯高于位于兩側的A、D溝。

2 橫向花紋溝對輪胎濕地性能的影響研究

由第一階段的研究結論可知，中間的B、C縱溝對濕地性能的影響明顯，基于第一階段所得結論，選取P3、P4的花紋樣式為基準，第二階段增加雕刻橫向花紋溝。

方案說明：

數據分析

①縱向水滑：P3-2、P3-3比P3-1的結果平均好約3.5%，P4-2、P4-3結果比P4-1平均好約1%，表明分布在肩部塊（E、I）和中間塊（F、H）上的橫向溝槽對縱向水滑均有提升效果。②橫向水滑：P3-2比P3-3高約10%，P4-2比P4-3高約8%，表明位于胎肩部（E、I）的橫溝對橫向水滑的影響程度相比位于中間部位的橫溝（F、H）更高，并且呈現下降趨勢；P3-1、P3-2、P3-3分別都好于P4-1、P4-2、P4-3，表明橫向水滑也受到位于OUT側的縱向D溝寬度的影響，性能隨寬度減小而降低。③縱向和橫向水滑：P3-2 、P3-3分別都好于P4-2、P4-3，表明位于中間部位（F、H）上的橫向溝對縱向和橫向水滑均有不利的影響。④濕地制動：P3-1和P4-1均比其他雕刻了橫溝的方案胎的測試結果好，表明輪胎肩部剛性對濕地制動有明顯的影響。

結論

1.對于設計四溝的輪胎花紋，可以通過增加中間兩條縱向花紋溝的寬度提升濕地制動和縱向水滑性能；2.輪胎肩部的橫向花紋溝數量和寬度對輪胎的肩部剛性有影響，花紋溝過多地分割花紋塊會削弱花紋的剛性，從而會降低濕地抓地力，影響濕地制動性能，設計花紋時可考慮通過改變橫溝的數量、寬度及溝塊的配比調整花紋剛性以滿足性能目標；3.橫向花紋溝對水滑的影響程度比制動更明顯。