賽車輪胎操控性能的改善

劉劍美，李紅衛，葛 超

[特拓（青島）輪胎技術有限公司，山東 青島 266000]

賽車運動是全球最受歡迎的體育運動之一，擁有眾多的賽車迷。改裝車市場在美國和日本尤其發達，賽車運動對賽車輪胎的需求旺盛，尤其是專業賽車輪胎的消耗量較大，市場需求大。根據美國市場調研結果，可合法上路的賽車輪胎具有較高的附加值，因此各大輪胎廠商紛紛推出相應產品爭奪賽車輪胎市場[1]。

265/35R18 97W輪胎是一款可以合法上路的賽車輪胎，已于2018年3月在日本日光賽車場進行測試。根據反饋，車手希望該輪胎有更好的縱向剛度和橫向剛度以及轉彎操控性。趙冬梅等[2-3]研究了輪胎縱向剛度和側向剛度對整車性能的影響。

本工作主要從輪胎結構方面對賽車輪胎的性能進行改善，利用有限元方法從輪胎五剛度特性對改善方案進行相關性能評價，并通過試驗驗證改善方案的可行性，從而選出最優方案。

1 改善方案制定及仿真分析

1.1 改善方案制定

為了研究賽車輪胎操控性能的影響因素，制定3種改善方案，如表1所示。

表1 輪胎改善方案

3種方案主要調整了帶束層角度和輪胎整體厚度，一是為了改善輪胎的接地印痕，增大接地面積，進而提高輪胎的抓著力；二是為了保證輪胎的整體剛性，使輪胎胎面至胎側的剛度分布均勻，保證賽車輪胎的導熱性能。

1.2 輪胎五剛度特性仿真分析

參考輪胎五剛度特性仿真方法[4-5]對3種方案輪胎進行縱向剛度、橫向剛度和扭轉剛度進行仿真計算，得到的剛度特性曲線如圖1—3所示，結果如表2所示。

圖1 縱向剛度特性曲線

圖2 橫向剛度特性曲線

圖3 扭轉剛度特性曲線

從表2可以看出，縱向剛度由大到小為方案1、方案2、方案3，橫向剛度由大到小為方案1、方案2、方案3，扭轉剛度由大到小為方案3、方案1、方案2。

表2 3種方案輪胎剛度特性仿真結果

1.3 靜負荷試驗仿真分析

輪胎成型采用一次法成型機，成型鼓直徑為442 mm，成型鼓寬度為408 mm，貼合鼓周長為1 884 mm。3種方案輪胎的接地印痕如圖4所示。

從圖4可以看出，3種方案輪胎的接地印痕面積由大到小為方案3、方案1、方案2。

圖4 3種方案輪胎的接地印痕

2 實車測試

本測試為主觀測試評價，以Bridgestone RE-71R輪胎為對比輪胎，3種方案輪胎裝車照片見圖5，各項性能與評分如表3所示。

圖5 3種方案輪胎裝車照片

從表3可以看出：縱向抓著性能由好到差為方案1和方案3、方案2；橫向抓著性能由好到差為方案1和方案3、方案2；轉向操控性能由好到差為方案3、方案1、方案2。

表3 輪胎性能評分

車手主觀評價如下：方案1輪胎的綜合性能表現很好，胎側剛性無問題，期待抓著力能夠有更好的縱向和橫向咬合性能；方案2輪胎的抓著力不如方案1輪胎，橫向剛性較弱；方案3輪胎的整體平衡性有所提升，胎側較硬，容易操控。

上述測試結果與仿真結果存在一定差異，而在轉向操控性能和扭轉剛度性能方面兩者是一致的。分析認為，仿真分析未考慮配方的影響，而輪胎的耐磨性能和抓著力因配方設計的不同而有所不同。本試驗以改善賽車輪胎的轉向操控性能為目的，因此扭轉剛度的仿真分析結果尤為重要。

3 結語

（1）不同的輪胎骨架材料結構對輪胎的接地印痕大小和形狀影響較大，從而影響輪胎的抓著性能。

（2）通過有限元仿真方法對輪胎五剛度特性進行仿真分析，可以預判輪胎改善方案的可行性。

（3）采用最優方案的輪胎轉向操控性能明顯提高。