輪胎均勻性檢測(cè)機(jī)理及設(shè)備研發(fā)探討

黃磊 董覺

（中策橡膠集團(tuán)有限公司 浙江杭州 310018）

輪胎均勻性檢測(cè)機(jī)理及設(shè)備研發(fā)探討

黃磊 董覺

（中策橡膠集團(tuán)有限公司 浙江杭州 310018）

隨著我國公路的快速發(fā)展，路面變得更加光滑，相應(yīng)的路面所產(chǎn)生的振動(dòng)便會(huì)降低，因此人們的注意力逐漸轉(zhuǎn)向因輪胎的不均勻性而引起的汽車振動(dòng)。雖然輪胎的制作過程復(fù)雜多變，想要做到完全均勻一致的輪胎是不太可能的，但是輪胎的均勻性直接影響到了車輛的操縱穩(wěn)定性與行駛安全性，如果汽車輪胎的均勻性太差，就會(huì)影響汽車的質(zhì)量性能。本文簡(jiǎn)要探討了汽車輪胎均勻性的檢測(cè)機(jī)理以及設(shè)備的研發(fā)發(fā)展，以做參考。

輪胎均勻性；檢測(cè)機(jī)理；設(shè)備研發(fā)

引言

輪胎的均勻性即是指輪胎的不圓度，通常含有幾何尺寸的不均勻、質(zhì)量分布不均勻以及剛性分布不均勻。現(xiàn)代的道路交通以及汽車工業(yè)對(duì)輪胎的均勻性要求愈來愈高，均勻性不好的輪胎，其在汽車行駛過程中，很容易產(chǎn)生橫向擺動(dòng)，不利于駕駛。但是我國的輪胎企業(yè)在對(duì)輪胎均勻性的研發(fā)方面上起步較晚，裝備上投入得也不多，管理上又有一定的欠缺，所以在對(duì)輪胎的均勻性控制上與國際巨頭企業(yè)尚還存在較大差異。

1 輪胎均勻性的概念

在《輪胎術(shù)語及其定義》一書中，曾明確指出，輪胎均勻性是指在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的條件下，輪胎的圓周特性恒定不變的性能，包括有輪胎的不平衡、尺寸偏差以及力的波動(dòng)。輪胎性是輪胎在其生產(chǎn)過程中形成的個(gè)體特性，從輪胎術(shù)語看，輪胎均勻性的概念在廣義上包含有輪胎的平衡性能，若是從輪胎檢驗(yàn)的過程來看，均勻性與平衡性卻是通過兩種不一樣的設(shè)備來檢驗(yàn)的，也就是均勻性試驗(yàn)機(jī)以及動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)：

其中，均勻性試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)的主要是輪胎的力學(xué)性能，動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)的則主要是輪胎的質(zhì)量不均勻性以及由質(zhì)量不均勻性引發(fā)的力矩變化。目前也有將輪胎的均勻性與平衡性合并進(jìn)行測(cè)試的試驗(yàn)機(jī)，被稱為均勻性動(dòng)平衡復(fù)合試驗(yàn)機(jī)，不過其作用原理、數(shù)據(jù)輸出及檢驗(yàn)標(biāo)識(shí)依然是分為均勻性和平衡性兩種指標(biāo)，且復(fù)合測(cè)驗(yàn)機(jī)的測(cè)量精度通常是比單獨(dú)的均勻性試驗(yàn)機(jī)以及動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)要低。

2 輪胎低速均勻性檢測(cè)機(jī)理的研究

2.1 低速均勻性檢測(cè)機(jī)理

目前國內(nèi)輪胎生產(chǎn)企業(yè)和相關(guān)輪胎質(zhì)量檢測(cè)單位采用的都是輪胎低速均勻性檢測(cè)設(shè)備，在輪胎均勻性的測(cè)量過程中，低速均勻性檢測(cè)設(shè)備的主軸與負(fù)荷輪是通過機(jī)械的支撐保持不動(dòng)，位置上也處于相互平行的狀態(tài)，負(fù)荷輪模擬地面，給主軸增加一定的負(fù)載，相當(dāng)于輪胎行駛過程中的車體對(duì)輪胎的壓力[2]。輪胎在每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期內(nèi)，旋轉(zhuǎn)編碼器會(huì)均勻的發(fā)出n點(diǎn)脈沖，每當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出一個(gè)脈沖時(shí)，計(jì)算機(jī)就會(huì)記錄一次傳感器測(cè)量，并且輸出輪胎徑向方向中的徑向力以及輪胎側(cè)向上的側(cè)向力，一直到采集到n個(gè)數(shù)據(jù)為止。最后依據(jù)測(cè)得的徑向力與側(cè)向力，推算出錐度以及角度效應(yīng)等相應(yīng)參數(shù)。

2.2 低速均勻性表征參數(shù)

測(cè)量并評(píng)判出輪胎設(shè)計(jì)與生產(chǎn)質(zhì)量不均勻性的直接因素，主要包含以下幾個(gè)方面：

RFV（radial force variation）簡(jiǎn)稱徑向力波動(dòng)，是指受負(fù)荷輪胎在固定負(fù)荷半徑以及恒定的速度下，每次自傳一周后自身反復(fù)會(huì)出現(xiàn)的徑向力的最大波動(dòng)值，其徑向力的方向垂直與行駛面。

LFV（lateral force variation）簡(jiǎn)稱側(cè)向力波動(dòng)，是指受負(fù)荷輪胎在固定負(fù)荷半徑以及恒定速度下，每次自傳一周后自身反復(fù)會(huì)出現(xiàn)的側(cè)向力最大波動(dòng)值，其側(cè)向力的方向平行與旋轉(zhuǎn)軸的方向。

CON（conicity）簡(jiǎn)稱錐度效應(yīng)，是指受到負(fù)荷輪胎在旋轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)因?yàn)檩喬バD(zhuǎn)方向的改變而改變方向的側(cè)向力偏移值，單位是N。錐度效應(yīng)力的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)側(cè)向力的積分平均值是大小，其方向和側(cè)向力方向是一致的。

PLY（ply steer）簡(jiǎn)稱角度效應(yīng)，是通過輪胎的最外層帶束層角度的不同，而引起的隨輪胎旋轉(zhuǎn)方向的改變而改變方向的側(cè)向力偏移值，單位是N。

RRO（radial run-out）是指輪胎的徑向尺寸偏差，主要是以輪胎的固定軸線做基準(zhǔn)，最大半徑和最小半徑的差值，單位是mm。

LRO（lateral run-out）指的輪胎側(cè)向尺寸的偏差，是輪胎胎側(cè)和垂直在固定軸線的中心平面間，最大和最小尺寸間的差值，單位是mm。

BPS（bumpy side）是指輪胎胎側(cè)10°范圍內(nèi)側(cè)向尺寸的偏差。

2.3 低速均勻性檢測(cè)機(jī)理的研究現(xiàn)狀

不同于國內(nèi)對(duì)輪胎均勻性相關(guān)方面的研究起步較晚，國外在輪胎均勻性的檢測(cè)設(shè)備中的檢測(cè)機(jī)理、數(shù)字化方法以及相應(yīng)檢測(cè)產(chǎn)品方面展開的研發(fā)較多[4]。國內(nèi)的市場(chǎng)已經(jīng)基本被國外所壟斷。因?yàn)閲饩鶆蛐栽囼?yàn)設(shè)備生產(chǎn)產(chǎn)家已經(jīng)形成了一個(gè)系統(tǒng)的體系，具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)以及硬件上的保障，設(shè)備運(yùn)行也比較穩(wěn)定、成熟。對(duì)于輪胎均勻性測(cè)試的核心技術(shù)和測(cè)控系統(tǒng)的核心元件，還有軟件技術(shù)等方面，國外都是采取嚴(yán)格保密的態(tài)度。所以就眼下來說，很少能夠看到輪胎均勻性相關(guān)的測(cè)試機(jī)理以及多變量測(cè)量解耦算法等基礎(chǔ)研究的資料，而能查到的有關(guān)輪胎均勻性測(cè)試設(shè)備的報(bào)道多半是和工程產(chǎn)品密切相關(guān)的專利技術(shù)或者相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)等文獻(xiàn)。

3 高速均勻性研究現(xiàn)狀

目前，關(guān)于輪胎均勻性質(zhì)量好壞的判定依然是以低速均勻性的測(cè)試數(shù)據(jù)為參考，早期的時(shí)候，人們?cè)?jīng)試圖在低速測(cè)試數(shù)據(jù)中預(yù)測(cè)到輪胎的高速均勻性參數(shù)，就比如Fukasawa曾提出用低速均勻性的測(cè)量從而預(yù)測(cè)出高速均勻性的高次諧波成分，但是人們卻經(jīng)常忽視了因速度的大幅變化而給輪胎力學(xué)性能所帶來的其他影響。通過輪胎均勻性測(cè)試設(shè)備所測(cè)量到的某個(gè)方向上的力，在其旋轉(zhuǎn)一周后的波動(dòng)呈現(xiàn)出的是一個(gè)復(fù)雜的波形，人們通常會(huì)運(yùn)用傅里葉變換的方式把它分解成多個(gè)諧波的疊加，且不同的諧波會(huì)不同程度的影響到車輛的行駛，同時(shí)不同速度下，同一條輪胎的力學(xué)特性也不盡相同。John K就給出了速度對(duì)于同一條輪胎徑向力特征的影響圖例，詳細(xì)請(qǐng)分別參考圖1～2。

圖1 行駛速度對(duì)輪胎波動(dòng)力的影響

圖2 在不同速度下輪胎徑向力波動(dòng)的測(cè)量數(shù)據(jù)

根據(jù)圖1不難看出，對(duì)于不同速度下的徑向力波動(dòng)的程度也是明顯不同。而從圖2中可以看出，根據(jù)總體的徑向力波動(dòng)而分解出不同諧波的峰值是密切關(guān)系到行駛速度的，不同諧波出現(xiàn)的峰值會(huì)造成行駛速度的不同。就比如當(dāng)行駛速度在100km/h的時(shí)候，第5次諧波就會(huì)達(dá)到一個(gè)最大值；而當(dāng)行駛速度高達(dá)160km/h以后才會(huì)出現(xiàn)第3次諧波的最大值，不同諧波反映了不同因素對(duì)車輛行駛速度造成的不同程度的影響[1]。且在不同的行駛速度下，輪胎的力學(xué)性能變化也是不一樣的，所以想用低速條件下所測(cè)得的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出速度對(duì)輪胎力學(xué)性能的影響不太容易，只能研發(fā)測(cè)量輪胎在實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)下，性能參數(shù)的高速均勻性檢測(cè)設(shè)備。

全國各地都還一直在進(jìn)行著研究輪胎高速均勻性設(shè)備的工作，且在1988年，日本神戶制鋼集團(tuán)研發(fā)出了第一臺(tái)測(cè)試高速均勻性的樣機(jī)，到2000年生產(chǎn)出了第一臺(tái)輪胎高速均勻性的檢測(cè)設(shè)備，在2003年3月份，日本的某一知名品牌汽車制造商在購買了第一臺(tái)高速均勻性試驗(yàn)機(jī)后，并在同年10月份就進(jìn)行投入使用，隨后，高速均勻性試驗(yàn)機(jī)便正式打響名聲，開始得到各輪胎生產(chǎn)商的關(guān)注，并逐漸在生產(chǎn)中得到廣泛投入和使用。但是一直到目前為止，我國運(yùn)用高速均勻性檢測(cè)設(shè)備的輪胎生產(chǎn)企業(yè)依然很少，然而隨著時(shí)代的發(fā)展，輪胎性能的指標(biāo)一直在不斷提高，輪胎生產(chǎn)企業(yè)對(duì)高速均勻性檢測(cè)設(shè)備必然會(huì)增多，輪胎高速均勻性的檢測(cè)也必然會(huì)成為輪胎生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，所以輪胎生產(chǎn)企業(yè)必須重視高速均勻性檢測(cè)設(shè)備的研發(fā)和進(jìn)步。

4 結(jié)束語

綜上所述，輪胎均勻性對(duì)整個(gè)車輛行駛過程中的安全性與舒適性都起著極大的作用，因?yàn)檩喬プ陨淼闹谱鞴に嚭苁菑?fù)雜講究，且輪胎工藝的每一道工序都有著其自身的尺寸公差，所以只有對(duì)輪胎部件的精度以及制造的全過程工藝做到嚴(yán)格控制，才可能讓影響均勻性的誤差降低到最小。

[1]杭柏林，盧忠宇，段振亞，王福鵬.輪胎均勻性檢測(cè)機(jī)理及設(shè)備研發(fā)進(jìn)展[J].石油化工設(shè)備，2012，02：49～53.

[2]盧忠宇.輪胎均勻性測(cè)試設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].青島科技大學(xué)，2013.

[3]呂浦偉.不同輪胎均勻性試驗(yàn)機(jī)測(cè)量參數(shù)一致性的研究[D].青島科技大學(xué)，2010.

[4]趙明達(dá).輪胎均勻性參數(shù)測(cè)量方法的研究[D].青島科技大學(xué)，2009.

TQ336.11

A

1004-7344（2016）11-0328-02

2016-3-25

黃 磊（1987-），男，助理工程師，本科，主要從事設(shè)備管理（輪胎均勻性動(dòng)平衡檢測(cè)設(shè)備）工作。

董覺（1988-），男，助理工程師，本科，主要從事設(shè)備管理（輪胎均勻性動(dòng)平衡檢測(cè)設(shè)備）工作。