輪轂寬度對操縱穩(wěn)定性的影響研究

巫升斌 董幸之 謝偉忠 王中興 辛運

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣州 511434）

1 前言

近年來，汽車工業(yè)的發(fā)展帶動了國內輪轂產業(yè)的快速發(fā)展，轎車研發(fā)中采用的輪轂種類和規(guī)格、搭配的輪胎尺寸也越來越多。隨著汽車消費者的年輕化，汽車的操縱穩(wěn)定性日益受到重視。輪轂是車身重力傳遞到路面的重要部件，承受著轉彎時的橫向載荷、驅動力和制動力矩等，GB/T 2978—2014《轎車輪胎規(guī)格、尺寸、氣壓與負荷》[1]給出了輪胎可以適配的多種寬度的輪轂。不同寬度的輪轂裝配相同的輪胎時，輪胎的寬度、接地面積、側向剛度和縱向剛度將發(fā)生改變，這些改變將直接影響汽車的操縱穩(wěn)定性。

本文選取某車型搭載的215/55 R17規(guī)格輪胎，分別安裝在6.5J、7J、7.5J規(guī)格的輪轂上，基于輪胎單體臺架試驗、實車操縱穩(wěn)定性主觀評價試驗及客觀試驗分析不同寬度的輪轂對操縱操穩(wěn)性產生的影響。

2 試驗方法

2.1 單體臺架試驗

單體臺架試驗包括輪廓掃描試驗、靜態(tài)剛度試驗及六分力試驗[2]，使用的設備分別為輪胎掃描試驗機、靜態(tài)剛度測試機和六分力測試臺，乘用車輪胎掃描試驗機如圖1所示。

圖1 乘用車輪胎掃描試驗機

輪廓掃描試驗可以得到輪胎的接地面積，而輪胎接地面積直接影響輪胎的抓地性能，進而影響實車的操縱穩(wěn)定性。

靜態(tài)剛度試驗及六分力試驗可以輸出徑向剛度、橫向剛度、縱向剛度、側偏剛度、回正力矩等與實車操縱穩(wěn)定性相關聯的試驗結果。

具體試驗項目及條件如表1所示。

表1 單體臺架試驗項目

2.2 操縱穩(wěn)定性試驗

汽車操縱穩(wěn)定性是車輛系統(tǒng)動力學的一個重要分支。車輛動力學是研究所有與車輛系統(tǒng)運動有關的學科[3]。汽車操縱穩(wěn)定性的研究內容是汽車對駕駛員轉向輸入及外界干擾的響應[4]，還有駕駛員在控制汽車時操縱感覺的難易輕便程度[5]。實車操縱穩(wěn)定性客觀試驗項目選取GB/T 6323—2014《汽車操縱穩(wěn)定性試驗方法》[6]中的穩(wěn)態(tài)回轉試驗及ISO 7401《道路車輛橫向瞬時響應試驗方法開路試驗方法》中的頻率掃描試驗。實車操縱穩(wěn)定性主觀試驗項目參考某企業(yè)的操縱穩(wěn)定性主觀評價試驗標準。

穩(wěn)態(tài)回轉試驗用以測定汽車的轉向特性以及車身的側傾特性，從而確定汽車的穩(wěn)定性能。頻率掃描試驗用于評價實車的動態(tài)特性。主觀評價主要評價車輛中心區(qū)響應、穩(wěn)態(tài)性能、瞬態(tài)性能以及極限穩(wěn)定性能，試驗過程如圖2所示。

圖2 操縱穩(wěn)定性試驗

不足轉向度、側傾梯度、最大側向加速度、0.5 Hz時的橫擺角度增益、橫擺角速度對轉向盤轉角的滯后時間等試驗結果是衡量實車操縱穩(wěn)定性能的重要指標，具體試驗項目如表2所示。

表2 實車操縱穩(wěn)定性試驗項目

3 試驗結果

3.1 單體輪胎臺架試驗結果

3.1.1 輪廓掃描試驗

輪廓掃描試驗結果如表3示。

表3 輪胎寬度試驗結果

試驗結果表明，輪胎寬度與裝配輪轂寬度正相關且影響顯著，輪輞寬度增加1英寸（約合25.4 mm）時，輪胎寬度的變化差異超過5%。

3.1.2 單體臺架靜剛度試驗結果

臺架靜剛度試驗結果如表4、圖3~圖5所示。

表4 單體臺架靜剛度試驗結果

圖4 側向剛度曲線

圖5 縱向剛度曲線

試驗結果表明，輪胎裝配輪轂寬度與輪胎徑向剛度、側向剛度、縱向剛度整體呈正相關。其中輪轂寬度對側向剛度的影響最大，對操縱穩(wěn)定性影響較大。隨輪轂寬度增加，側向剛度增加，對側傾的抑制能力增強，側向運動的響應更快。

3.1.3 單體臺架六分力試驗結果

單體臺架六分力試驗結果如表5、圖6、圖7所示。

表5 單體臺架六分力試驗結果

圖6 側偏剛度曲線

圖7 回正剛度曲線

試驗結果表明：

a.輪轂寬度對載荷靈敏度-前軸（1°）影響最為顯著，兩者呈正相關，表明輪轂寬度增加，載荷轉移靈敏度也隨之提高；

b.輪轂寬度對側偏系數-前軸（1°）影響較大，呈正相關，表明在側向加速度線性區(qū)，隨輪轂寬度增加，輪胎側偏剛度增大，影響不足轉向度；

c.輪轂寬度對載荷轉移靈敏度-前軸（2°）影響較大，呈負相關，表明在非線性區(qū)，隨輪轂寬度增加，車輛操控線性度增強。

單體臺架試驗結果表明，相同輪胎裝配不同寬度輪輞的試驗結果差異明顯，隨輪輞寬度的增大，影響操縱穩(wěn)定性能的各參數均向操縱穩(wěn)定性提升的方向變化。

3.2 操縱穩(wěn)定性試驗結果

3.2.1 穩(wěn)態(tài)回轉試驗結果

穩(wěn)態(tài)回轉試驗結果如表6所示。

表6 穩(wěn)態(tài)回轉試驗結果

試驗結果表明，不同輪轂寬度對不足轉向梯度影響較大，呈負相關。

3.2.2 頻率掃描試驗結果

頻率掃描試驗結果如表7所示。

表7 頻率掃描試驗結果

3.2.3 實車主觀評價試驗結果

實車主觀評價試驗結果如表8所示。

表8 實車主觀評價試驗結果

試驗結果表明，不同輪轂寬度對橫擺角速度增益及時間滯后影響較大，寬度越大，橫擺角速度增益越大，時間滯后越短。

實車操縱穩(wěn)定性試驗結果表明，相同輪胎裝配不同輪輞寬度的試驗結果差異明顯，其中不足轉向梯度、側傾梯度、0.5 Hz的橫擺角速度增益、側向加速度對轉向盤轉角滯后時間變化明顯，且均趨向操縱穩(wěn)定性提升的方向。

4 結束語

本文結合單體輪胎臺架試驗、實車操縱穩(wěn)定性試驗及實車主觀評價，對輪胎裝配不同寬度的輪輞進行試驗，試驗結果表明，不同輪輞寬度的輪胎對操縱穩(wěn)定性能影響顯著，相同輪胎裝配的輪輞越寬，操縱穩(wěn)定性越好。