汽車輪胎性能調(diào)校與主觀評價

張端軍，馬 超，鹿鵬程，趙曰賀

（江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學院 智能制造學院，江蘇 徐州 221116）

輪胎是汽車直接與地面接觸的部件，汽車的驅(qū)動力、制動力和轉(zhuǎn)向均要經(jīng)過輪胎進行傳遞，同時路面對汽車的沖擊也經(jīng)由輪胎傳遞到車身。因此，輪胎性能的好壞會直接影響汽車的各項性能表現(xiàn)，如汽車的操控性、舒適性、轉(zhuǎn)向特性及NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）特性等。汽車輪胎性能主要是通過輪胎調(diào)校來確定的，輪胎調(diào)校工作屬于底盤性能調(diào)校的一部分，一般由主機廠負責輪胎調(diào)校的工程師與輪胎供應商主觀評價工程師共同確定。如果主機廠沒有專門進行輪胎調(diào)校的工程師，那么輪胎調(diào)校工作也可以交由輪胎供應商完成，主機廠負責輪胎性能的最后驗收工作。

汽車輪胎調(diào)校過程穿插于整個汽車開發(fā)周期，汽車開發(fā)初期要進行配套輪胎的選型、包絡驗證、性能參數(shù)的設定等工作，需要考慮的因素較多，比如車輛的美觀性、車輪與輪罩是否干涉、整車的性能指標等。試制車生產(chǎn)出來以后，一般選擇2—3款市面上已有的對標輪胎進行評估，將對標輪胎裝在試制車上進行主觀評價，確定一款對標輪胎并確定輪胎性能的主觀評價標準，也可以在相近車型上進行對標輪胎的主觀評價。

對標輪胎選好后，輪胎供應商會對對標輪胎進行各種性能測試，根據(jù)測試結(jié)果制造調(diào)校樣胎進行性能測試，并裝到試制車上進行主觀評價，將樣胎的性能表現(xiàn)與對標輪胎進行對比，發(fā)現(xiàn)樣胎的短板并進行優(yōu)化設計；根據(jù)優(yōu)化后的設計參數(shù)制造新一輪樣胎再次進行主觀評價，直到輪胎的性能達到主機廠的要求，調(diào)校過程結(jié)束。輪胎的調(diào)校一般會經(jīng)過3—5輪，最后一輪的輪胎評估一般要在最終版的試制車上完成。

1 主觀評價方法及標準

1.1 主觀評價方法的選擇

主觀評價是底盤性能調(diào)校最常用的一種快速評估車輛底盤性能的方法，主觀評價由受過專業(yè)訓練的評估人員進行，評估人員駕駛汽車進行固定操作，通過自身的主觀感受來評估車輛性能并給出評估意見。除主觀評價外，客觀測試也是底盤調(diào)校過程中必不可少的一種獲取車輛性能的方法，客觀測試是通過測試設備來獲得車輛在各種工況下的性能指標并判斷車輛性能的一種方法，該方法測試周期較長，且測試參數(shù)與主觀感受的契合度也不夠準確。相較于客觀測試，主觀評價方法效率高、速度快且更加接近消費者的駕乘感受，故底盤調(diào)校目前以主觀評價方法為主。輪胎調(diào)校屬于底盤調(diào)校的一部分，故輪胎性能的評估也采用主觀評價的方法。

1.2 主觀評價標準

主觀評價并不是隨性而為，需要遵循一定的標準。首先，評價者必須具備足夠優(yōu)秀的駕駛能力，輪胎性能中的操縱穩(wěn)定性評估必須能夠?qū)④囕v開到極限狀態(tài)，此時必須要保證試驗能安全進行，故要求評價者具備把握車輛極限操控的駕駛能力；其次，評價者的操作盡可能地保持一致，在評價車速、對車輛的輸入操作、行駛的路面狀況等方面要做到盡可能相同；再次，評估者應能夠根據(jù)自己的主觀感受給出評估意見并將車輛性能表現(xiàn)進行量化打分，必要時還應給出車輛零部件的優(yōu)化方向；最后，評價車輛的狀況及載荷狀態(tài)也要保證一致性。對不同樣胎和對標輪胎的評估要在同一輛汽車上進行，且要保證該車的零部件狀態(tài)完好，評估時車輛上的載荷狀態(tài)必須一致，不可隨意增大或者減小車輛載荷。如果高配車輛與低配車輛載荷狀態(tài)差異較大，則需要兩個車輛同時進行評估。

為了能夠?qū)喬バ阅鼙憩F(xiàn)進行準確描述，同時也能夠合理地對不同輪胎之間的差異進行比較，一般需要將主觀感受進行量化，即以分數(shù)的形式來界定輪胎性能的好壞。國內(nèi)外主流車企評價打分標準一般均為10分制，故本次輪胎性能評價也采用10分制打分標準，分數(shù)越高表示輪胎性能表現(xiàn)越好，即1—10分對應的主觀評價分別為不能接受、極差、差、不及格、及格、基本滿意、好、很好、極好、當前最佳。

輪胎性能評估涉及車輛的舒適性、操控性與轉(zhuǎn)向特性，駕駛比較激烈，且一部分評估需要在低附路面進行，故輪胎性能評估必須在封閉試驗場進行。舒適性評估一般在不同特征結(jié)構(gòu)路面進行，操控性評估一般在動態(tài)廣場進行，轉(zhuǎn)向特性評估一般在直線性能路、高速環(huán)道進行，低附路面特性評估一般在濕地性能道路和環(huán)道進行。

2 存在的問題與優(yōu)化方案制定

2.1 存在的問題

本文所涉及的輪胎調(diào)校階段是某廠家第3輪的輪胎調(diào)校，是基于第2輪輪胎調(diào)校選出的性能表現(xiàn)最佳的輪胎基礎(chǔ)上進行優(yōu)化，優(yōu)化不是很多，但也具有輪胎調(diào)校方向的代表性。第2輪輪胎調(diào)校的性能表現(xiàn)最佳的輪胎稱為基礎(chǔ)輪胎，基礎(chǔ)輪胎存在如下問題。

（1）小沖擊不夠柔和，連續(xù)顛簸路面上輪胎對沖擊的過濾不夠好。

（2）輪胎極限抓著性能有待提高。

（3）濕地制動距離過長。

（4）輪胎噪聲水平有待進一步降低。

為了制定優(yōu)化方案，需要先了解輪胎的參數(shù)對其性能的影響。

2.2 輪胎參數(shù)對其性能的影響

影響輪胎性能的參數(shù)主要有3部分：膠料配方、花紋設計和結(jié)構(gòu)參數(shù)[1]。膠料配方對車輛的滾動阻力、制動性能、操控性能、舒適性能和耐久性能等影響都較大[2-3]。花紋設計對車輛的操控性能、濕地性能和噪聲等特性影響較大[4-5]。膠料配方主要包括胎面膠、胎側(cè)膠和三角膠配方等，花紋主要指胎面花紋。輪胎主要由胎面、冠帶層、帶束層、胎體簾布層、胎肩墊膠、胎側(cè)、三角膠和胎圈鋼絲等組成。輪胎結(jié)構(gòu)參數(shù)主要包括胎面尺寸，帶束層材料、層數(shù)、寬度和角度，胎體簾布材料和反包高度以及三角膠高度等。帶束層寬度和角度對輪胎接地面積和沖擊強度等有較大影響，三角膠對胎側(cè)剛度和接地面積等有影響，胎體簾布反包高度對胎側(cè)張力有較大影響。輪胎結(jié)構(gòu)參數(shù)較多，相互之間的配合比較重要，對輪胎的剛度、側(cè)偏特性及收斂特性影響較大[6-9]。

2.3 優(yōu)化方案制定

根據(jù)基礎(chǔ)輪胎存在的問題以及輪胎參數(shù)對輪胎性能的影響原理，制定了提升輪胎性能的優(yōu)化方向。小沖擊感覺優(yōu)化主要通過降低胎側(cè)剛度實現(xiàn)，為了不損失太多操控性能，可以增加胎側(cè)張力來保證操控性；輪胎極限抓著性能的提高與濕地制動距離的縮短主要靠調(diào)整胎面膠配方并增大接地面積來實現(xiàn)；輪胎噪聲的降低主要靠花紋的微調(diào)及胎面硬度的調(diào)整來實現(xiàn)。

膠料配方的調(diào)整通過優(yōu)化配方組分和配比來實現(xiàn)，接地印痕形狀的改變可以通過調(diào)整帶束層的結(jié)構(gòu)參數(shù)來實現(xiàn)，胎側(cè)剛度和張力的調(diào)整可以通過改變?nèi)悄z高度及胎體簾布反包高度來實現(xiàn)。以上是優(yōu)化方向，由于改變輪胎某項參數(shù)對輪胎各方面性能均有影響，故不能在一款輪胎上進行多項更改，為此供應商制造了3款樣胎進行性能評估，3款樣胎參數(shù)調(diào)整如表1所示。由于輪胎廠家對輪胎結(jié)構(gòu)和配方保密，此處基礎(chǔ)輪胎的各項參數(shù)采用基礎(chǔ)值表示。

表1 3款樣胎參數(shù)調(diào)整

由表1可知：樣胎1在基礎(chǔ)輪胎的基礎(chǔ)上調(diào)整了胎面膠配方，目的是提升輪胎的濕地制動性能及極限抓著性能，優(yōu)化了胎面花紋設計，縮小了節(jié)距，以降低輪胎的噪聲，減小了三角膠高度，從而降低胎側(cè)剛度，提高沖擊柔和度，改善舒適性；樣胎2胎面膠配方、胎面花紋和三角膠高度的調(diào)整與樣胎1相同，除此之外還增大了帶束層寬度，從而增大輪胎接地面積，進一步提高輪胎的抓著性能；樣胎3調(diào)整較多，胎面膠配方與胎面花紋調(diào)整與樣胎1和2相同，但三角膠高度減小了10 mm，胎側(cè)剛度降低較多，胎體簾布反包高度減小了5 mm，以提高輪胎張力，加強操控性，帶束層角度增大2°、帶束層寬度減小了5 mm，以改善輪胎接地印痕和沖擊強度等。

3 評價方法與結(jié)果

3.1 評價方法的確定

輪胎對汽車的性能影響是全方面的，包括汽車的操控性、舒適性、轉(zhuǎn)向感覺和噪聲等。

輪胎的性能評價主要包括操控性、舒適性、轉(zhuǎn)向性能三大項，噪聲可以歸入舒適性來進行評價。操控性、舒適性和轉(zhuǎn)向性能評價項目和意義分別如表2—4所示。

表2 操控性評價項目和意義

表3 舒適性評價項目和意義

表4 轉(zhuǎn)向特性評價項目和意義

舒適性評價在不同特征結(jié)構(gòu)路面進行，包括連續(xù)顛簸路、減速帶、起伏路、噪聲路面等。操控性評價在動態(tài)廣場及高速環(huán)道進行，轉(zhuǎn)向特性評價在直線性能路、動態(tài)廣場、高速環(huán)道進行，低附路面特性評價在濕地性能道路和環(huán)道進行，并對輪胎進行了干濕地路面制動距離的測試。測試時保證測試人員和車輛一致，中途不變動。

3.2 評價結(jié)果

經(jīng)過評價，相比基礎(chǔ)輪胎，樣胎1在極限抓著性能、小沖擊感覺、大沖擊感覺、噪聲水平方面有提升，但在側(cè)傾支撐、不足過度轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)向線性度方面有所下降；樣胎2整體比基礎(chǔ)輪胎表現(xiàn)好，但在側(cè)傾支撐及不足過度轉(zhuǎn)向方面有所下降；樣胎3改動較大，在小沖擊與噪聲方面提升比較明顯，但在側(cè)傾支撐和轉(zhuǎn)向線性度方面損失較大。整體來說，樣胎2表現(xiàn)最好，性能最協(xié)調(diào)，可以作為下一輪輪胎調(diào)校的基礎(chǔ)輪胎使用。圖1所示為基礎(chǔ)輪胎和樣胎的性能主觀評價結(jié)果。

圖1 輪胎性能主觀評價結(jié)果

干濕地制動距離測試在制動性能道上進行，采用100～0 km·h-1的制動距離進行衡量對比，每個輪胎干濕地制動距離均測試5次，取平均值，結(jié)果如表5所示。

表5 基礎(chǔ)輪胎與樣胎制動距離 m

從表5可以看出，胎面膠配方調(diào)整后，輪胎的濕地制動距離明顯縮短，干地制動距離也有所縮短，樣胎2的干濕地制動表現(xiàn)優(yōu)于樣胎1，與樣胎3相當，均優(yōu)于基礎(chǔ)輪胎。

4 結(jié)論

某汽車輪胎在調(diào)校過程中存在沖擊大、濕地制動距離長、極限抓著性能不佳、噪聲大等問題，通過對汽車輪胎性能的影響因素進行分析，并制定了輪胎調(diào)校的優(yōu)化方向，通過主觀評價的方法對新一輪的樣胎進行性能評估，表明在上述問題的解決上效果明顯，但同時也在其他性能上有一些損失，整體效果比上一輪基礎(chǔ)輪胎好，達到了輪胎調(diào)校預期的結(jié)果。同時得出以下結(jié)論供輪胎調(diào)校人員參考。

（1）調(diào)整胎面膠配方對輪胎濕地制動性能提升效果比較明顯，縮小花紋節(jié)距可在一定程度上降低輪胎噪聲。

（2）減小三角膠高度可以使胎側(cè)剛度降低，小沖擊、大沖擊感覺均有所提升，但是轉(zhuǎn)向線性度等操控性能會有一定程度下降，可以通過提高輪胎張力來進行平穩(wěn)。

（3）一定范圍內(nèi)增大帶束層角度和寬度，可以增大輪胎接觸面積，提高抓著性能。

（4）本次研究存在一定局限性，以上輪胎方案的調(diào)整都是幾項同時進行，沒有針對單項調(diào)整進行評估。