輪胎橫向花紋溝槽角度與殘余回正力矩的相關性分析

王劍波，胡德斌，張 寧

（中策橡膠集團有限公司，浙江 杭州 310018）

輪胎簾布層轉向殘余回正力矩是車輛直線跑偏的重要影響因素之一[1-5]。國家在機動車運行安全技術條例中規定：機動車在平坦、硬實、干燥和清潔的道路上行駛，其方向盤不得有擺振、路感不靈、跑偏或其他異常現象。主機廠為保證能夠通過調節汽車底盤和懸架抵消輪胎殘余回正力矩的影響，進而獲得最佳的車輛性能，對其取值范圍提出了明確的要求。

輪胎的殘余回正力矩（TPRA）計算如下：

式中，PA為輪胎左向和右向自由滾動時所產生回正力矩的平均值；FP為輪胎左向和右向自由滾動時所產生側向力的平均值；PA和FP的正負不隨輪胎滾動方向的變化而改變；SA為輪胎左向和右向自由滾動時所產生回正力矩剛度的平均值；SC為輪胎左向和右向自由滾動時所產生側向力剛度的平均值。

本工作通過雕刻光面輪胎研究輪胎橫向花紋溝角度對輪胎殘余回正力矩的影響，得到兩者之間的關系方程，并驗證其可靠性。

1 實驗

1.1 試驗樣品

采用205/55R16 91V規格光面輪胎，雕刻不同角度橫向花紋溝。

1.2 測試設備

F&M Flat-TracⅢ CT Machine六分力測試系統，美特斯工業系統（中國）有限公司產品。

1.3 試驗條件

輪胎殘余回正力矩按SAE J 1988《殘余回正力矩試驗》進行測試。測試條件為：充氣壓力200 kPa，速度 60 km·h-1，側偏角 －1.5°～1.5°，負荷 4 822 N，輪輞 6.5J×16標準輪輞。

1.4 試驗設計

將每條光面輪胎上雕刻橫向花紋，每條輪胎沿周向分為5條花紋塊，分別為左胎肩（左肩）花紋塊、左胎肩與中間花紋塊之間的（左中）花紋塊、中間花紋塊、右胎肩與中間花紋塊之間（右中）的花紋塊和右胎肩（右肩）花紋塊（見圖1）。輪胎橫向花紋溝槽角度（θ）定義如圖2所示。為確保試驗精度，輪胎每個制備工序均由同一操作人員在同一設備上完成。

圖1 輪胎雕刻花紋示意

圖2 橫向花紋溝槽角度示意

2 結果與討論

由于輪胎的殘余回正力矩受θ和帶束層2個因素影響，因此需將未雕刻花紋的光面輪胎進行殘余回正力矩測試，其TPRA為－0.21 N·m。

2.1 橫向花紋溝槽角度對輪胎殘余回正力矩的影響

分別只改變左肩、左中、中間、右中和右肩花紋塊的橫向花紋溝槽角度而固定其余花紋塊橫向花紋溝槽角度，其對輪胎殘余回正力矩的影響如圖3所示。

圖3 不同位置花紋塊橫向花紋溝槽角度對輪胎殘余回正力矩的影響

從圖3可以看出，TPRA隨著左肩和右肩花紋塊橫向花紋溝槽角度的增大而增大，隨著左中、中間和右中花紋塊橫向花紋溝槽角度的增大而減小。

從圖3還可以看出，橫向花紋溝槽角度與輪胎殘余回正力矩近似呈線性關系。通過對輪胎殘余回正力矩測試數據擬合得到了兩者之間的近似關系式如下：

式中，θ1—θ5分別為左肩、左中、中間、右中和右肩花紋塊橫向花紋溝槽角度。

2.2 相關性的可靠性驗證

為驗證TPRA與花紋塊橫向花紋溝槽角度相關性的可靠性，雕刻10條光面輪胎進行輪胎TPRA測試。10條雕刻后輪胎如圖4所示，雕刻方案如表1所示。

圖4 各方案輪胎雕刻花紋

表1 光面輪胎雕刻方案 （°）

將雕刻好的輪胎進行輪胎TPRA測試，TPRA的實測值與計算值對比見表2。

表2 TPRA的實測值與計算值對比

從表2可以看出，TPRA的實測值與計算值相對誤差在10%以內，進一步證明了TPRA與花紋塊橫向花紋溝槽角度相關性的可靠性。

3 結論

（1）通過雕刻光面輪胎研究了不同橫向花紋溝槽角度對TPRA的影響。試驗結果表明：當其他花紋塊橫向花紋溝槽角度固定時，TPRA隨左肩和右肩花紋塊橫向花紋溝槽角度的增大而增大；隨左中、中間和右中花紋塊橫向花紋溝槽角度的增大而減小。

（2）通過擬合得到了輪胎TPRA與橫向花紋溝槽角度的關系式，光面雕刻輪胎各方案TPRA實測值與計算值吻合較好，進一步證明了TPRA與橫向花紋溝槽角度關系式的可靠性。