基于輪胎負荷和充氣壓力創(chuàng)建大數(shù)據(jù)系統(tǒng)

王志勇，車明明，夏天翔

[浦林成山（山東）輪胎有限公司，山東 榮成 264300]

隨著5G技術在汽車自動駕駛領域的應用，未來汽車控制中心需要對其各部件的信息不斷傳輸和下發(fā)指令，否則可能會發(fā)生事故。未來把輪胎大數(shù)據(jù)導入車輛智能控制系統(tǒng)，為輪胎匹配最佳的充氣壓力，對汽車自動駕駛對輪胎大數(shù)據(jù)的需求具有重要意義[1]。

在“互聯(lián)網(wǎng)+”的新時代，大數(shù)據(jù)支持已成為汽車行業(yè)的標配。沃爾沃卡車基于大數(shù)據(jù)采集，開發(fā)出適合中國車隊使用的車隊管理系統(tǒng)“唯沃行”。“唯沃行”具有全面的數(shù)據(jù)采集功能，包括輪胎充氣壓力、每個車軸的負荷、車輛行駛里程和車輛油耗等。中國重型汽車集團有限公司開發(fā)的“智能通”服務平臺是針對整車性能數(shù)據(jù)監(jiān)控研發(fā)的信息系統(tǒng)，可對車輛運行狀態(tài)、駕駛狀況、行駛里程和油耗等進行全方位數(shù)據(jù)回傳和監(jiān)控，以判定車輛性能狀況。

受輪胎滾動阻力的影響[2]，輪胎造成的燃油消耗量約占整車燃油消耗量的25%～35%[3]，輪胎成本約占整車運輸總成本的2%～3%。目前許多商用車輪胎因使用不規(guī)范，存在輪胎異常磨損、使用壽命短等問題。因此，在滿足輪胎所需承載的前提下，輪胎的滾動阻力和磨耗性能作為評價輪胎大數(shù)據(jù)系統(tǒng)應用的兩個重要指標，在實際使用中占有重要地位。

市場上輪胎大多在高充氣壓力或未滿載條件下使用，即使在車輛滿載狀態(tài)下輪胎也未滿載，例如“6×4+3”牽引車輛總載荷為49 t，而配用的22條12R22.5 18PR全鋼載重子午線輪胎總載荷為72.1 t。與在標準負荷與標準充氣壓力下使用相比，輪胎大部分都存在異常磨損、使用壽命短等問題。目前“唯沃行”“智能通”等服務平臺和國產(chǎn)輪胎芯片都僅是收集監(jiān)控輪胎的運行狀態(tài)，并未將收集的數(shù)據(jù)結合利用起來，未將現(xiàn)有資源發(fā)揮出最大價值。根據(jù)輪胎實際負荷，計算匹配相應的充氣壓力，創(chuàng)建輪胎大數(shù)據(jù)系統(tǒng)并應用到車輛智能控制系統(tǒng)中，可調整輪胎在最佳性能狀態(tài)下使用，對未來智能汽車的發(fā)展具有重要意義。

本工作以12R22.5 18PR全鋼載重子午線輪胎為例，介紹建立輪胎大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的方法。

1 根據(jù)輪胎負荷匹配相應的充氣壓力

輪胎負荷取決于輪胎充氣壓力與輪胎內腔體積。12R22.5 18PR全鋼載重子午線輪胎的標準充氣壓力為930 kPa、標準單胎負荷為3 550 kg。通過靜負荷試驗，得出輪胎在相同下沉量下的充氣斷面寬見表1。

表1 輪胎在相同下沉量下的充氣斷面寬

從表1可以看出，在相同下沉量下，輪胎的充氣斷面寬基本相同。

輪胎在固定下沉量與充氣斷面寬下，內腔體積相同，此時其負荷能力只取決于內腔充氣壓力。通過收集輪胎靜負荷試驗數(shù)據(jù)并通過軟件插值計算，得出在標準下沉量[4]下輪胎負荷與充氣壓力的關系，見圖1。

圖1 在標準下沉量下輪胎負荷與充氣壓力的關系

從圖1可以看出，輪胎負荷與充氣壓力呈線性關系。通過計算得出輪胎充氣壓力（x）與負荷（y）的關系，見式（1），擬合系數(shù)R2=0.999。

式中，p1=3.438 2，p2=412.29，200≤x≤950。

2 輪胎在不同充氣壓力與負荷下的滾動阻力和磨耗性能

輪胎磨耗性能用輪胎接地部位能量（使胎面橡膠分子鏈發(fā)生斷裂的能量）來表征。根據(jù)式（1）中輪胎的充氣壓力和負荷組合值，計算相應的滾動阻力與輪胎接地部位能量，見表2與圖2和3。

圖2 輪胎在不同充氣壓力和負荷下的滾動阻力

圖3 輪胎在不同充氣壓力和負荷下的磨耗性能

表2 輪胎在不同充氣壓力和負荷下的滾動阻力與磨耗性能

從表2與圖2和3可以看出：當輪胎負荷與其匹配的充氣壓力增大時，滾動阻力也隨之增大，反之則減小；當輪胎負荷與其匹配的充氣壓力增大時，接地部位能量也隨之增大，反之則減小。因此，當車輛未滿載時，輪胎負荷與其匹配的充氣壓力都相應減小，輪胎在此狀態(tài)下使用可以降低滾動阻力與磨耗。

目前市場上無論車輛滿載或未滿載，司機大都習慣對輪胎使用高充氣壓力或固定充氣壓力。當輪胎未滿載使用時，如果繼續(xù)使用高充氣壓力，通過有限元仿真分析得出，與在標準條件下使用相比，輪胎接地面積減小一半，接地各部位壓力分布差異很大，胎面中部接地壓力變大、肩部花紋塊外側已脫離地面，在此條件下行駛會導致輪胎出現(xiàn)異常磨損、使用壽命縮短，同時也會影響行車安全性[5-9]。輪胎在標準條件與未滿載條件下的接地形狀及參數(shù)見表3。

表3 輪胎在標準條件與未滿載條件下的接地形狀及參數(shù)

3 結論

根據(jù)輪胎承載的不同負荷，為輪胎計算匹配相應的充氣壓力，使輪胎保持在低滾動阻力、低磨耗等最佳性能下使用，從而建立輪胎大數(shù)據(jù)系統(tǒng)。未來將輪胎大數(shù)據(jù)導入車輛智能控制系統(tǒng)中，車輛可依據(jù)輪胎實際負荷，通過車輛自動充放氣系統(tǒng)，為輪胎匹配最佳的充氣壓力，使車輛和輪胎一直保持在最佳性能狀態(tài)下使用，可延長輪胎使用壽命、提高車輛節(jié)能性和行車安全性等，因此創(chuàng)建輪胎大數(shù)據(jù)系統(tǒng)對未來智能汽車的發(fā)展具有重要意義。