輪輞寬度對(duì)輪胎室內(nèi)性能的影響研究

吳祥鑫，張永峰，車明明，王慎平，李崇兵，姜錫洲，王 帥，王海艷，周獻(xiàn)偉，侯莉莉

[浦林成山（山東）輪胎有限公司，山東 榮成 264300]

國(guó)內(nèi)輪胎和輪輞的設(shè)計(jì)及使用主要參考的法規(guī)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、歐盟標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。不同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用的輪輞存在一定差異。以205/55R16規(guī)格輪胎為例，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)允許使用輪輞為6J，6 1/2J，7J；歐盟標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)允許使用輪輞為5 1/2J，6J，6 1/2J，7J，7 1/2J[1-3]。

汽車制造商在車輛實(shí)際制造過(guò)程中會(huì)根據(jù)車輛的不同性能、成本需求選擇不同寬度的輪輞。研究表明[4-5]，輪輞寬度對(duì)實(shí)車耐磨性能、抗撞擊性能、操控性能、舒適性等以及輪胎靜態(tài)剛度有一定影響，而有關(guān)輪輞寬度對(duì)輪胎各項(xiàng)性能的影響研究較少。

本工作著重研究輪輞寬度對(duì)輪胎外緣尺寸、接地印痕、剛度和滾動(dòng)阻力的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 輪胎

205/55R16和215/60R16轎車子午線輪胎。

1.2 主要設(shè)備和儀器

TMT-2B型輪胎綜合試驗(yàn)機(jī)，汕頭浩大輪胎測(cè)試裝備有限公司產(chǎn)品；TVR8408型輪胎壓力分布分析設(shè)備，美國(guó)Tekscan公司產(chǎn)品；TJR-RR-PC/TB（J）型輪胎滾動(dòng)阻力試驗(yàn)機(jī)，天津久榮車輪技術(shù)有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

輪胎外緣尺寸測(cè)量按照GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測(cè)量方法》，剛性測(cè)試按照GB/T 23663—2020《汽車輪胎縱向和橫向剛性試驗(yàn)方法》，滾動(dòng)阻力測(cè)試按照ISO 28580—2018。

2 結(jié)果與討論

2.1 外緣尺寸

根據(jù)205/55R16輪胎允許使用輪輞要求，采用不同寬度的測(cè)試輪輞，輪胎外緣尺寸的仿真結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 不同寬度輪輞輪胎的外緣尺寸仿真結(jié)果

由圖1可見(jiàn)：隨著輪輞寬度的增大，輪胎外直徑逐漸減小，測(cè)試最大差值為1.4 mm；斷面寬逐漸增大，測(cè)試最大差值為17.5 mm。這說(shuō)明輪輞寬度對(duì)輪胎外直徑和斷面寬有影響，且對(duì)斷面寬的影響較大。

2.2 靜態(tài)接地印痕

不同寬度輪輞輪胎（205/55R16規(guī)格）的靜態(tài)接地印痕仿真結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可見(jiàn)，隨著輪輞寬度的增大，輪胎接地印痕長(zhǎng)軸長(zhǎng)度減小、短軸長(zhǎng)度增大，面積趨于減小，最大壓力趨于增大。

圖2 不同寬度輪輞輪胎的靜態(tài)接地印痕仿真結(jié)果

輪胎（215/60R16規(guī)格）的接地印痕實(shí)測(cè)結(jié)果如圖3和4所示。

圖3 不同寬度輪輞的輪胎靜態(tài)接地印痕實(shí)測(cè)結(jié)果

圖4 不同寬度輪輞輪胎實(shí)測(cè)接地印痕

接地印痕形狀因數(shù)（A）計(jì)算公式為：A＝2XCL/（ISL＋OSL），XCL，ISL和OSL的含義和測(cè)量位置如圖5所示。

圖5 接地印痕形狀測(cè)量位置和含義示意

從接地印痕實(shí)測(cè)結(jié)果看：隨著輪輞寬度的增大，接地印痕長(zhǎng)軸長(zhǎng)度減小、短軸長(zhǎng)度和面積基本無(wú)變化；不同負(fù)荷下的變化規(guī)律基本一致；接地印痕形狀因數(shù)趨于減小，形狀無(wú)明顯區(qū)別且無(wú)異常。

由以上分析結(jié)果可知，仿真結(jié)果與測(cè)試結(jié)果在接地印痕長(zhǎng)軸長(zhǎng)度變化上保持一致，在短軸長(zhǎng)度和面積變化上存在差異。

2.3 靜態(tài)剛度

不同寬度輪輞對(duì)輪胎（205/55R16規(guī)格）各向剛度影響的仿真分析結(jié)果見(jiàn)圖6。由圖6可見(jiàn)，隨著輪輞寬度的增大，輪胎的徑向剛度、橫向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度明顯增大，其中橫向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度近似呈直線增大，而縱向剛度的變化不明顯。

圖6 不同寬度輪輞的輪胎剛度仿真結(jié)果

不同寬度輪輞輪胎（215/60R16規(guī)格）剛度實(shí)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖7。由圖7可見(jiàn)：隨著輪輞寬度的增大，輪胎的徑向剛度和橫向剛度基本呈上升趨勢(shì)，與仿真結(jié)果一致；縱向剛度變化無(wú)規(guī)律性，與仿真結(jié)果存在一定差異；扭轉(zhuǎn)剛度基本無(wú)變化，與仿真結(jié)果差異較大。

圖7 不同寬度輪輞的輪胎剛度實(shí)測(cè)結(jié)果

2.4 滾動(dòng)阻力

5 1/2J，6J，6 1/2J，7J，7 1/2J輪輞輪胎（205/55R16規(guī)格）滾動(dòng)阻力系數(shù)仿真結(jié)果分別為10.0，9.5，9.3，9.3和9.0 N·kN-1。

不同輪輞寬度輪胎各部位能量消耗仿真結(jié)果見(jiàn)圖8。由仿真分析結(jié)果可知，隨著輪輞寬度的增大，輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)趨于減小，主要原因?yàn)樘?cè)和胎圈部位的能量消耗明顯降低。

圖8 不同輪輞寬度輪胎各部位能量消耗仿真結(jié)果

不同輪輞寬度輪胎（215/60R16規(guī)格）滾動(dòng)阻力系數(shù)實(shí)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖9。由圖9可見(jiàn)，隨著輪輞寬度的增大，輪胎的滾動(dòng)阻力系數(shù)基本無(wú)變化，仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果存在一定差異。

圖9 不同寬度輪輞輪胎滾動(dòng)阻力測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)論

（1）輪輞寬度增大，輪胎仿真分析外直徑減小、斷面寬增大，接地印痕長(zhǎng)軸長(zhǎng)度和面積減小、短軸長(zhǎng)度增大；各向剛度增大；滾動(dòng)阻力系數(shù)減小。

（2）輪輞寬度增大，輪胎實(shí)測(cè)接地印痕長(zhǎng)軸長(zhǎng)度減小、短軸長(zhǎng)度和面積基本不變；徑向和橫向剛度增大、縱向剛度變化無(wú)規(guī)律、扭轉(zhuǎn)剛度基本不變；滾動(dòng)阻力系數(shù)基本不變。

（3）在接地印痕長(zhǎng)軸長(zhǎng)度、徑向剛度和橫向剛度方面仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合度較高，在接地印痕短軸長(zhǎng)度和面積、縱向剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、滾動(dòng)阻力方面有一定差異，后續(xù)需更多驗(yàn)證。