轎車輪胎實車性能的研究

劉俊杰，陳亞婷，王 君，徐 偉，蘇國慶

（青島雙星輪胎工業有限公司，山東 青島 266400）

隨著生活水平的提升，轎車已成為日常出行的必需品，人們對其安全性和舒適性的要求也在提高，對輪胎的性能要求更高[1-5]。同時，全球對節能減排和環保的關注也在增加，各國對輪胎滾動阻力的要求已經上升到法規層面。在油價上漲的背景下，消費者對燃油經濟性的重視也在提高[6-8]。

本工作以205/55R16 91V轎車輪胎為研究對象，探討輪胎結構對實車性能的影響，并選出最佳生產方案。

1 實驗

1.1 試驗設備

EPLEXOR 500N型動態熱機械分析（DMA）儀，德國GABO公司產品；T-34369.02型滾動阻力試驗機，德國采埃孚股份公司產品；SCM205型多通道振動噪聲分析系統，德國西門子公司產品。

1.2 試驗車型及輪胎

車型 奇瑞艾瑞澤GX，輪輞規格6.5J×16，輪胎規格 205/55R16 91V。

1.3 試制方案

為了研究胎面膠配方、胎圈結構、帶束層寬度和角度對輪胎實車性能的影響，設計4種輪胎試制方案，如表1所示。

表1 4種輪胎試制方案

2 結果與討論

2.1 DMA分析

胎面膠的損耗因子（tanδ）-溫度曲線見圖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 ℃時的tanδ較大，70 ℃時的tanδ較小，表明α配方胎面膠的抗濕滑性能較好，滾動阻力較低。

2.2 滾動阻力

4種方案輪胎的滾動阻力按照ISO 28580—2018進行測試，結果如下：A—D方案輪胎的滾動阻力系數分別為7.29，8.01，7.47，7.42 N·kN-1。由此可見：胎面膠配方對輪胎滾動阻力的影響較大，采用α配方胎面膠的A方案輪胎的滾動阻力系數較采用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阻力；C方案輪胎的滾動阻力系數較A方案輪胎略有增大，這主要是因為帶束層寬度減小后輪胎肩部剛性變小，導致輪胎在行駛過程中胎面變形增大，生熱提高；D方案輪胎的滾動阻力系數與C方案輪胎相差不大，這是因為C方案和D方案均為低三角膠（三角膠高度小于30 mm）設計，輪胎滾動阻力變形區主要集中于上胎側區域，三角膠高度的降低對胎圈區域的變形影響不大。

2.3 干濕地制動性能

4種方案輪胎的接地印痕如圖2所示，接地印痕參數和干濕地制動性能如表2所示，干地制動距離為車速由100 km·h-1降至零時的距離，濕地制動距離為車速由80 km·h-1降至20 km·h-1時的距離。

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和干濕地制動性能

從表2可以看出：胎面膠配方對輪胎的干濕地制動性能有較大影響，A方案輪胎的干地制動距離比B方案輪胎增大1.06 m，而濕地制動距離減小1.47 m，說明當胎面膠配方采用純SSBR體系時，輪胎的干地制動性能較差，但濕地制動性能提高；C方案輪胎的干濕地制動性能較A方案輪胎均有所降低，這主要是因為C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不利于將行駛方向前方積水排向兩側，因此C方案輪胎的濕地制動距離更大；C方案輪胎的干濕地制動性能與D方案輪胎相差不大，說明低三角膠高度設計時，三角膠高度變化對輪胎干濕地制動性能影響不大。

2.4 實車操控性能、舒適性和噪聲、振動與聲振粗糙度（NVH）

4種方案輪胎的實車操控性能、舒適性和NVH性能測試結果如表3所示。NVH測試分別在粗糙瀝青路以60 km·h-1速度測試結構噪聲，在光滑瀝青路以80 km·h-1速度測試花紋噪聲。

表3 4種方案輪胎的實車操控性能、舒適性和NVH性能測試結果

從表3可以看出：胎面膠的硬度和三角膠高度對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，但舒適性較差，尤其對小振動的過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，在行駛過程中對振動的吸收更多，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，在操控時易產生較大程度的不足轉向，導致輪胎的操控性能有所下降；4種方案輪胎的結構噪聲和花紋噪聲差異不大，說明胎面膠硬度、帶束層寬度和角度、三角膠高度對整車的NVH性能影響不大。

3 結論

通過調整胎面膠配方、帶束層寬度和角度、三角膠高度設計4種輪胎試制方案，研究4種方案輪胎的滾動阻力、干濕地制動性能、實車操控性、舒適性和NVH性能，確定方案C輪胎的綜合性能較優，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，輪胎具有良好的干濕地制動性能以及整車操控性能、舒適性和NVH性能。