汽車輪胎側(cè)偏特性影響因素的試驗(yàn)研究

1、2004166汽車輪胎側(cè)偏特性影響因素的試驗(yàn)研究 3彭旭東 1 郭孔輝 2 單國(guó)玲 3(1石油大學(xué)機(jī)電學(xué)院 , 東營(yíng) 257061; 2吉林大學(xué) , 實(shí)驗(yàn)室 , 長(zhǎng)春 130025; 3, 摘要 應(yīng)用輪胎靜力學(xué)特性試驗(yàn)機(jī) , 3, 主要分析了胎面花紋 、 。 結(jié)果表明 :輪胎的 Fy -關(guān)系曲線形 狀與胎面花紋形式 、 , -, 卻與輪胎負(fù)荷和氣 壓有關(guān) ; 。敘詞 :, An Experimental Study on the Factors Affecting Tire Cornering CharacteristicsPeng Xudong 1, G uo K onghui 2&Shan

2、 G uoling 3 1School of Mechat ronic Engi neeri ng , U niversity of Pet roleum , Dongyi ng 257061; 2Jili n U niversity , S tate Key L aboratory of A utomobile Dynamics Si m ulation , Changchun 130025; 3T riangle Tyre Co 1, L t d 1, Weihai 264200 Abstract The influence of tire tread patterns ,tire loa

3、d and tire inflation pressure on the cornering char 2acteristics of a pneumatic tire is investigated on a tire static mechanics tester 1Three pieces of radial tires with the same size and the same tread compounds but different tread patterns are used in the test 1The results show that the relation b

4、etween cornering force and slip angle is not affected by tire tread pattern ,tire load and tire inflation pressure ,but the relation between aligning torque and slip angle is affected by above 2mentioned factors except tire tread patterns 1Under the same test condition ,the tire with single way chut

5、e tread patterns performs best among the three 1K eyw ords :Automotivepneumatic tires ,Cornering characteristics , Tire tread patterns3國(guó)家自然科學(xué)基金 (50275099 、 山東省自然科學(xué)基金 (Y 2002F01 和中國(guó)博士后研究基金 (2003034349 資助項(xiàng)目 。 原稿收到日期為 2003年 10月 17日 , 修改稿收到日期為 2003年 12月 29日 。1 前言對(duì)汽車的操縱穩(wěn)定性起最大作用的是輪胎的側(cè) 偏特性 , 即輪胎在側(cè)偏條件下的側(cè)向力與

6、回正力矩 特性 1, 同時(shí)輪胎的側(cè)偏特性也影響著輪胎的使用 壽命或耐磨損性能 , 因此 , 研究輪胎摩擦和力學(xué)特性 對(duì)改進(jìn)輪胎結(jié)構(gòu) 、 優(yōu)化胎面膠配方 、 改善輪胎的濕牽 引性能以及建立和完善輪胎力學(xué)模型等具有重要意 義 。 通過(guò)對(duì) 3條規(guī)格相同 、 膠料相同但胎面花紋不 同的轎車輪胎進(jìn)行低速靜力學(xué)特性試驗(yàn)研究 , 研究 了胎面花紋 、 輪胎負(fù)荷 、 氣壓等因素對(duì)輪胎的摩擦特 性和側(cè)偏力學(xué)特性的影響 , 提出了有益于輪胎設(shè)計(jì)和加工的建議 。2 試驗(yàn)方案試驗(yàn)所使用輪胎型號(hào)均為 175/65R14TR268, 且輪胎制作材料和工藝相同 , 試驗(yàn)輪胎共 3條 , 但具 有不同的胎面花紋 , 即順向花

7、紋 、 逆向花紋和縱溝光 面花紋 (如圖 1 。試驗(yàn)速度 :低速 。試驗(yàn)平臺(tái) :平板采用厚鋼板 , 工作面加工成等間 距排列的 7mm 7mm 小方塊 (側(cè)向和縱向間距均 為 215mm ; 為使輪胎在試驗(yàn)過(guò)程中的摩擦系數(shù)保 持穩(wěn)定 , 在平板上均勻涂撒滑石粉 。2004年 (第 26卷 第 6期 汽 車 工 程Automotive Engineering 2004(Vol. 26 No. 6試驗(yàn)氣壓 :200、 250和 300kPa 。試驗(yàn)載荷 :3040、 3970、 4855、 5815和 6750N 。 當(dāng)氣壓為 200kPa 時(shí) , 為避免試驗(yàn)過(guò)程中負(fù)荷過(guò)高導(dǎo) 致輪胎意外損壞 ,

8、沒(méi)有進(jìn)行 6750N 的試驗(yàn) 。試驗(yàn)輪胎側(cè)偏角 :0、 1、 2、 3、 6、 9、 12和 15 。圖 1 試驗(yàn)用胎的胎面花紋形式3 試驗(yàn)結(jié)果及分析311 輪胎側(cè)偏特性影響因素 31111 側(cè)偏特性圖 2所示為 3條試驗(yàn)輪胎在法向載荷 F z =593kg , 胎壓 p i =250kPa 條件下的側(cè)偏特性 。結(jié)果表明 :對(duì)相同規(guī)格輪胎來(lái)講 , 輪胎的側(cè)向力 F y 均隨側(cè)偏角 的增大而增大 , 當(dāng)側(cè)偏角約大于 9時(shí) , 側(cè)向 力增大趨緩 (圖 2(a 。在其它試驗(yàn)條件下 , 3條輪 胎的 F y -關(guān)系曲線呈現(xiàn)相似變化趨勢(shì) , 并且無(wú)論 胎面花紋如何變化 , 隨著側(cè)偏角的增大 , 側(cè)向力均

9、 接近其極限值即輪胎與路面之間的最大摩擦力 , 該 極限值的大小是隨著輪胎胎面膠料性能和路面條件 的變化而不同的 13。 所以 , 輪胎的這種力學(xué)特性要求汽車在行駛過(guò)程中 , 為保證行車安全 , 應(yīng)盡量避免大角度側(cè)偏或大而急的轉(zhuǎn)彎 , 以避免輪胎無(wú)法提 供足夠大的汽車轉(zhuǎn)彎力而造成事故 。輪胎的回正力矩 M z 對(duì)汽車運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生不可忽視 的影響 。 圖 2(b :對(duì)相同規(guī)格輪 胎來(lái)講 , M z 均隨側(cè)偏角 化 , 1時(shí) , 從 3增至 9時(shí) , M z ; M z 下降速度減 , , M z 隨側(cè)偏角的變化趨勢(shì) , 但光面輪胎在大側(cè)偏角下 M z 出現(xiàn)了 負(fù)值 , 這是輪胎印跡上的垂直反力的合力

10、向前偏移 的結(jié)果 1。 31112 輪胎負(fù)荷的影響圖 3所示為在氣壓 p i =250kPa 時(shí) , 法向載荷 F z 對(duì)順向花紋胎面輪胎側(cè)偏特性的影響 , 這種影響 在其它氣壓條件下以及對(duì)另 2條輪胎是類似的。 由 圖 3(a 可以看出 :輪胎側(cè)向力接近極限值的快慢不 僅與路面條件和胎面膠性能有關(guān) , 還與作用在輪胎 上的法向載荷有關(guān) , 即輪胎負(fù)荷越小則側(cè)向力接近 于極限值越快 。這意味著輪胎負(fù)荷越大 , 越不易獲 得對(duì)應(yīng)負(fù)荷下路面所能提供給輪胎的最大摩擦力 , 所以汽車超載不利于車輛的操縱穩(wěn)定性和安全性 ; 另外 , 由于超載引起輪胎切向力 (包括側(cè)向力和縱向 力 過(guò)大也會(huì)導(dǎo)致輪胎磨損加

11、劇 , 縮短輪胎使用壽 命 , 因此應(yīng)盡量避免車輛超載 。與圖 2(b 相比較 , 從圖 3(b 可以看出 :無(wú)論輪 胎負(fù)荷 F z 如何變化 , 對(duì)應(yīng)不同 F z 下的回正力矩最 大值也出現(xiàn)在側(cè)偏角 為 13范圍內(nèi) 。當(dāng)側(cè)偏角 3時(shí) , 輪胎負(fù)荷越小 , 則回正力矩隨側(cè)偏角的增 大變化越平緩 ; 反之 , 輪胎負(fù)荷越大 , 則回正力矩隨 側(cè)偏角的增大下降越快 。所以 , 汽車超載不僅會(huì)使 輪胎切向力增大 , 而且會(huì)使輪胎在大側(cè)偏角下的回 正力矩急劇減小 , 這對(duì)汽車的操縱穩(wěn)定性和安全性 676 汽 車 工 程 2004年 (第 26卷 第 6 期以及提高輪胎的耐磨損性都很不利 。 31113

12、 輪胎胎壓的影響在有限的氣壓調(diào)節(jié)范圍內(nèi) , 輪胎的 F y 2關(guān)系曲 線隨胎壓的變化并無(wú)明顯變化 (圖 4(a 。表明在 干燥路面上 , 若輪胎氣壓變化不大則氣壓對(duì)側(cè)向力 特性的影響有限 , 這與冰面上的試驗(yàn)結(jié)果是有區(qū)別 的 。 當(dāng)輪胎在 -3 的冰面上低速運(yùn)動(dòng) , 且氣壓由 p i =250kPa 下降至 140kPa 時(shí) , 對(duì)應(yīng)側(cè)偏角 =10時(shí)的輪胎側(cè)偏力就增大了 115倍 2, 4。圖 4(b 所 示為不同胎壓下順向花紋輪胎的 M z ,結(jié)果表明 :, , 氣壓越 。綜上所述 , 為保證輪胎具有合適的側(cè)偏力學(xué)特性 , 應(yīng)使輪胎保持合適的充氣 壓力值 。312 不同胎面花紋輪胎的側(cè)偏特性

13、分析比較通過(guò)分析圖 2和圖 3以及表 1所示的典型試驗(yàn)結(jié)果 , 表明在相同氣壓和側(cè)偏角條件下 , 當(dāng)輪胎負(fù)荷較低時(shí) , 較大側(cè)偏角下的側(cè)向力以及 F y 2關(guān)系曲線 在一定程度上受胎面花紋的影響 , 順向花紋輪胎和 逆向花紋輪胎的 F y 值較光面輪胎大 , 而花紋輪胎 之間的 F y 值差別很小 ; 但是 , 當(dāng)輪胎承受中 、 高負(fù) 荷時(shí) , 順向花紋輪胎的側(cè)向力相對(duì)較大 , 特別是當(dāng)胎 壓較高或側(cè)偏角較大的情況下 , 這種規(guī)律更明顯 , 同 時(shí)順向花紋輪胎還具有較好的回正性能 , 如圖 2(b 所示 。 上述結(jié)果表明 , 粗細(xì)花紋輪胎在干燥路面上 的附著性能和側(cè)偏力學(xué)特性較光面輪胎好 ,

14、而順向花紋輪胎更好 。表 1 不同胎面花紋輪胎在不同負(fù)荷條件下的側(cè)偏特性 (p i =300kP a , =15輪胎負(fù)荷光面胎面輪胎 F /N M /N m F /N M /N m F /N M /N m30401548485163117105283970514421253061282459411702635516441937138306051404418337376199 結(jié)論(1 輪胎的側(cè)向力 F z 隨側(cè)偏角 的增大而增大 , 并趨向于輪胎最大摩擦力 , 輪胎負(fù)荷越高則側(cè)向力越不易接近最大摩擦力 ; 輪胎的 F y 2關(guān)系曲線形 狀與胎面花紋形式 、 輪胎負(fù)荷和胎壓等均無(wú)關(guān) 。(2 輪胎

15、的回正力矩 M z 隨側(cè)偏角 的增大先 增大后減小 , 且在 為 13范圍內(nèi) M z 可能出現(xiàn) 最大值 ; 當(dāng) 在 39時(shí) , M z 急劇下降 , 之后下降幅度變緩 。 試驗(yàn)輪胎的 M z 2關(guān)系曲線均表現(xiàn)出類 似的變化趨勢(shì) , 這種規(guī)律與輪胎的胎面花紋無(wú)關(guān) , 但與輪胎負(fù)荷和氣壓有關(guān) 。(3 在文中所述試驗(yàn)條件下 , 當(dāng)試驗(yàn)條件完全相 同時(shí) , 與另外 2種胎面結(jié)構(gòu)的輪胎相比 , 順向花紋輪 胎具有更優(yōu)異的附著性能和側(cè)偏力學(xué)特性 。(4 為保證輪胎具有滿足汽車正常行駛所必需 的側(cè)偏特性和較長(zhǎng)的使用壽命 , 輪胎應(yīng)保持合適氣 壓 , 且應(yīng)盡量避免汽車超載行駛 。參考文獻(xiàn)1 郭孔輝 1汽車操縱動(dòng)力學(xué) 1長(zhǎng)春 :吉林科學(xué)技術(shù)出版社 ,1991