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中心，安徽 合肥 230601)

在我國整個汽車行業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，國內已經總結、積累了一定的解決輪胎磨損的經驗。但造成輪胎磨損問題的因素錯綜復雜，實際問題往往是多種因素共同作用的結果，采用以往的經驗并不能完全解決問題，當前國內各汽車生產廠家仍在探索行之有效的解決措施。本文結合市場問題信息收集及服務實踐，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

當前國內市場上中重型載重汽車輪胎尤其是轉向輪輪胎異常磨損現象時有發生。通過對市場上的輪胎異常磨損問題進行現場調查和確認，并采取服務措施，收集整理相關信息，包括整車轉向輪定位參數的變化、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：設計、生產制造、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、設計因素

1.1 車輪轉角關系匹配

圖1所示為汽車轉向時轉向輪轉角的關系。汽車在轉向過程中，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動，各轉向車輪的轉角應保持一定的對應關系，這就需要各轉向橋的轉向梯形機構來保證同一橋上兩個車輪的轉角關系，前、后可調連桿和前、后懸臂機構來保證不同轉向橋上同一側的兩個車輪的轉角關系。同一轉向橋的內外輪轉角關系應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，實際

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

1.2 直線行駛狀態下轉向輪參數協調性

1.2.1 轉向輪定位參數的匹配

前輪定位參數在討論輪胎異常磨損中致關重要。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的車輪內傾，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生異常磨損。

外傾角過大時，輪胎外側胎肩磨損較嚴重（圖2 a）；外傾角過小時，輪胎內側胎肩磨損較嚴重（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，造成胎面產生從外側到內側的橫向磨損，外側磨損嚴重（圖2 a）；車輪前束過小時，車輪偏離行駛中心線，邊滾動邊向內滑動，造成胎面產生從內側到外側的橫向磨損，內側磨損嚴重（圖2 b）。

以上幾種狀態雖然能保持車輛直線行駛狀態，但輪胎在運動過程中有相對地面的橫向移動，即所謂輪間側滑，將加劇輪胎磨損。這種側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拖曳，并產生車輪搖擺，加劇輪胎磨損，這種情況下一般會伴隨有跑偏情況發生。

1.2.2 兩轉向軸平行度對輪胎磨損的影響

當兩轉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，產生相反的相對地面的橫向移動，即所謂軸間側滑（圖3）。

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

1.3 前懸架與轉向系的協調性

1.3.1 前軸與前板簧定位

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

1.3.2 轉向系與前懸架的運動匹配

在輪胎跳動和車輛側傾時，若轉向系與懸架的運動關系不協調，將引起轉向車輪側傾而干涉轉向。在汽車行駛時，這種干涉會引起前輪轉動，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。轉向系統在設計時就要進行轉向運動校核，運動干涉量要符合設計要求，并盡量小。

上述的參數對輪胎的磨損影響很大，因此在設計時要進行運動學分析，和相關的理論分析，在設計上保證前輪不會產生異常磨損的缺陷。

1.4 輪胎結構和花紋匹配

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越性就越是明顯。圖5是在側向力相等條件下用實驗方法測得的輪胎磨損率與側偏角之間的關系曲線。

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，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對輪胎磨損也有較大的影響。胎面花紋的密度系數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，應盡量提高胎面花紋的密度系數。

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致磨耗不均勻。

2、生產制造因素

2.1 轉向連接桿件

雙前橋轉向雖然在結構設計上十分合理，但零部件在生產制造過程中不能保證產品質量或者產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向參數，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，造成轉向中心位置改變和前輪前束偏小或負值；

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

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

2.2 輪胎質量和動不平衡

輪胎的質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系

車輪在高速旋轉時，其不平衡質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，使輪胎出現斑禿形磨損。

2.3 制動系統工作不良

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

2.4 車架精度

車架彎曲、變形有可能導致輪胎有規律的偏磨。目前產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，使胎冠磨損加劇（圖6a）。而且輪胎氣壓過高使輪胎變硬、剛度增大，起不到應有的緩沖作用，導致輪胎受到的動載荷增加，易產生胎體爆裂、脫層和外傷等。

各種車型對輪胎氣壓有明確要求,應確保輪胎在規定的標準充氣壓力內。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超過0.02MPa。

3.2 超載影響

當其它參數不變時，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動、制動及轉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。當承載負荷超過額定值的10%、20%、50%、100%時,則輪胎行駛里程數將相應地減少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，由于層數較斜交胎少，氣壓過大胎肩鼓出，

易磨損胎肩。

另外，當嚴重超載時前軸相對剛度偏低，容易產生彎曲現象，當前軸上下方向彎曲時，會使車輪產生外傾效應；前軸前后方向彎曲時，會使車輪產生前束效應。

3.3 駕駛員操作習慣影響

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；陷車時輪胎空轉均可能加劇磨損；緊急制動和急速轉彎也會加速輪胎的磨損。

3.4 維修保養

轉向傳動機構磨損部件而使得前輪定位參數發生難以預料的變化，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生斑禿狀磨損。定期檢查、維修保養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）故障模式調查。查看故障車輛輪胎磨損部位，磨損狀態，忽略次要因素，采用統計方法確認主要故障模式；

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

（3）分析可能的原因。根據故障模式、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）檢測調整、驗證。根據推斷出的可能原因，進行檢測及調整，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積累一定的解決輪胎磨損的經驗，但造成輪胎磨損問題的因素錯綜復雜，實際問題往往是多種因素共同作用的結果，通常采用以往的經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。

（1）4×2單前橋車型前橋左右車輪外側胎肩磨損

生產多年的成熟車型少量出現該故障。分析檢測轉向梯形、前輪定位參數、輪胎氣壓、載荷、前橋的裝配間隙，均符合設計要求；行駛路面、使用保養均與以往車輛沒有區別。

解決措施：將主銷后傾角增大1°，將前束調整為零。

（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胎肩磨損快，輪胎磨損呈錐狀，如圖8。

檢查前輪定位參數、前橋總成間隙、懸架裝配間隙、輪胎動平衡等均未發現明顯異常，更換前橋、調整前束均沒有改善。超載嚴重地區車輛未出現該故障，載重較小的地區出現上述故障。

解決措施：將7.5t前橋更換為5.5t前橋，問題解決。

6、結束語

本文結合市場問題信息收集及服務實踐，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] 康展權等.《汽車工程手冊.設計篇》.北京.人民交通出版社.2001.6.

[2] 劉惟信.《汽車設計》.清華大學出版社.2001.

[3] 陳家瑞.《汽車構造》.下冊.人民交通出版社.1998.8.

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

[6] 李子峰，《前輪側滑與汽車行駛跑偏的關系與區別》.《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.

mid and heavy truck；tyre；abrasion；analyse

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。