第１Ｏ期 陈荣超．轮胎接地状态分析在轮胎性能改善中的应用 轮胎接地状态分析在轮胎性能改善中的应用 陈荣超 （１．青岛科技大学高分子科学与工程学院，山东青岛２６６０６１；２．杭州中策橡胶有限公司，浙江杭州３１Ｏ００８） 摘要：从轮胎接地状态分析出发，通过调整接地参数，改善轮胎使用性能。以摩托车轮胎２．７５—１８和３．００—１８ 为例，通过结构调整，使轮胎下沉量和周向接地长度减小，径向接地宽度增大，使产品的乘坐舒适性和操纵安全性 提高。 关键词：轮胎；接地状态；结构调整 中图分类号：ＴＱ３３６．１ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００６—８１７１（２０１３）１０～０５９５—０３ 轮胎是车辆实现行驶功能的重要载体，轮胎 接地状态影响轮胎的使用性能。目前研究轮胎接 地状态的方法有印痕试验、静负荷性能测试、轮胎 表１ 轮胎静态接地状态基础参数变化 轮胎规格 负荷率”／ 充气压力／ｋＰａ 测试温度／＇Ｃ 接地３Ｄ扫描和有限元模拟计算。轮胎接地状态 参数主要包括充气压力、温度、负荷、外缘尺寸、下 沉量、接地面积、最大接地长度和最大接地宽度 等。本工作通过分析轮胎接地状态，调整接地参 。的ｍ ｍ ０∞ ｍ 数，从而改善轮胎使用性能。 注：１）试验负荷与额定负荷的百分比。 １轮胎接地状态分析 充气压力、温度和负荷是轮胎接地状态的３ 个基础参数。车辆在日常使用时载荷不同，相应 的轮胎负荷也不同，本工作轮胎负荷按照国家标 准规定进行分析。轮胎静态和动态接地时，充气 表２轮胎耐久性试验温度和充气压力变化 压力和温度都是一对相关参数，为了验证其相互 的变化规律进行了试验测试，结果见表１和２。 由表１和２可以看出，在温度一定的条件下，轮胎 充气压力不随轮胎静态接地负荷的变化而变化； 轮胎动态接地时，充气压力和温度都动态变化。 试验表明，当速度一定时，随着时间的延长，温度 最大接地长度之间的规律；轮胎径向变化由行驶 面半径和胎侧半径变化组成，其随下沉量和周向 和充气压力都会趋于一个定值。 轮胎自身的性能决定了轮胎各个参数的大小 变化而变化，可通过接地宽度表征径向变化规律。 静态接地参数的相互关系如图１所示。由图１可 和变化，这些参数也是轮胎使用性能的特征值。 充气轮胎是具有两向曲率半径的弹性体，轮胎周 向变化可通过周向半径表征外缘尺寸、下沉量和 作者简介：陈荣超（１９８４一），男，安徽马鞍山人，杭州中策橡 胶有限公司工程师，硕士，主要从事轮胎研发、设计和工艺管理 工作。 以看出，轮胎静态接地周向半径和径向接地宽度 都随周向角度变化，下沉量决定变化幅度，二者都 服从周期性的对称图形。轮胎动态接地时将角速 度和时间参数输入静态变化过程。 根据轮胎特性，轮胎周向和径向变化越小即 ５９６ 轮胎 工业 ２０１３年第３３卷 Ｉ ） ６ ＜３ ６ 、 Ｒ 半径轴，ｂ 一接地宽度轴，Ｒ２一周向曲率半径， 一最大 接地长端点半径，＾１ 静负荷半径，ｍ接地中心角度 （静态为１８０。）， 一最大接地长离地端点角度， 一离 地端角度，６一最大接地宽度，ｎ最大接地长度。 图１轮胎静态接地周向半径和接地宽度 随角度变化示意 周向半径和接地宽度变化越小，高速性能越好，当 接地周向半径变化随充气压力升高而减小，且径 向接地宽度变化不大时，可有效提高轮胎的高速 性能。增大轮胎接地周向半径或径向半径变化量 可使轮胎的舒适性提高。轮胎的操纵安全性是接 地状态各个参数变化的综合体现，参数应对变化 的能力越强，轮胎操纵安全性越好。 ２轮胎性能的改善 从轮胎接地状态分析人手，轮胎性能改善的 基本步骤如下：（１）确定轮胎模具参数、施工参数、 性能参数和希望改善的性能指标；（２）测量标准条 件下轮胎的静态接地参数；（３）分析接地状态，制 定状态参数调整方案；（４）测试改善后轮胎的性 能，分析对比总结。 某配套客户提出需提高摩托车轮胎２．７５— １８花纹Ａ和３．００—１８花纹Ｂ产品的乘坐舒适性 和操纵安全性。根据轮胎接地参数分析，减小周 向半径变化，增大径向半径变化量、行驶面宽度和 弧度，轮胎模具径向断面轮廓改善如图２所示。 轮胎结构改善前后的接地状态参数见表３。 由表３可以看出，轮胎结构改善后，轮胎静态接地 下沉量和周向接地长度减小，径向接地宽度和胎 体刚度增大，接地形状更趋近圆形，达到了改善方 ２．７５一ｌ８ ３．００—１８ 改善后；一一一一改善前。 图２轮胎径向断面轮廓改善示意 表３轮胎结构改善前后的静态接地参数 注：测试轮辋均为ＷＭ１．８５。 案对接地状态变化的要求。 将轮胎编组送专业试车场进行实车性能评 估，评价结果见表４。由表４可以看出，通过改善 轮胎接地状态参数，有效提升了轮胎的乘坐舒适 性和操纵安全性。 ３结语 通过轮胎接地状态分析，调整接地参数，改善 了摩托车轮胎２．７５—１８和３．００—１８的乘坐舒适 第１Ｏ期 陈荣超．轮胎接地状态分析在轮胎性能改善中的应用 表４轮胎结构改善前后实车性能测试结果 改善后 原方案 改善后 原方案 Ａ１１Ｆ Ａ１１Ｒ Ｃ０１Ｆ Ｃ０１Ｒ Ａ１１Ｆ Ａ１１Ｒ Ｃ０１Ｆ Ｃ０１Ｒ 不平衡量／ｇ ２０ ５ ２０ １０ 偏向性评分 ４ ４ 充气压力／ｋＰａ １７５ ２００ １７５ ２００ 乘坐舒适性平均分数 ３．５０ ３．０６ 时间／ｍｉｎ ９０ ９０ ７０ ７０ 不平衡量／ｇ ２０ ５ ２０ １０ 地点 ＳＹ／Ｐｔ．Ａ ＳＹ／Ｐｔ．Ａ ＳＹ／Ｐｔ．Ａ ＳＹ／Ｐｔ．Ａ 充气压力／ｋＰａ １７５ ２００ １７５ ２００ 里程／ｋｍ ５６ ５６ ５７ ５７ 地点 Ｋ１ Ｋｌ Ｋ１ Ｋ１ 地面温度／℃ ３７ ３６ ４１ ４８ 里程／ｋｍ ２０ ２０ ２０ ２０ 轮胎温度／℃４２．０ ４７．０ ４８．５ ５０．５ 地面温度／℃ ３７．０ ３６．０ ５４．５ ５４．５ 轮胎温度变化／℃ ６．０ １１．０ ０．５ ２．５ 轮胎温度／℃ ４２ ４７ ４８ ５５ 冲击吸震性评分 ３ ３ ３ ２ 轮胎温度变化／＇ｃ ～１０．５ ０．５ —６．５ ０．５ 小碎吸震性评分 ４ ４ ４ ４ 评分 ４ ４ ４ ３．５ 路感评分 ３．５ ３．５ ３．０ ３．０ 操纵安全性平均分数 ４．００ ３．７５ 山路操纵安全性评分 ３．５ ３．５ ３．０ ２．５ 性和操纵安全性，说明可利用轮胎接地状态分析 角度为轮胎开发和性能改善提供了依据。 改善其性能，丰富和发展了轮胎设计思路，从不同 收稿日期：２０１３—０３—２５ 大陆ＰｒｏＣｏｎｔａｃｔ ＴＸ成为吉普的原配胎 的条形花纹块延伸到胎面区域可降低行驶噪声。 中图分类号：Ｕ４６３．３４１ 文献标志码：Ｄ （肖大玲摘译吴淑华校） 美国《现代轮胎经销商》（ｗｗｗ．ｍｏｄｅｒｎｔｉｒｅ— ｄｅａｌｅｒ．ｃｏｒｎ）２０１３年８月１５日报道： 全钢载重子午线冬季专用轮胎 大陆轮胎美洲公司宣布大陆ＰｒｏＣｏｎｔａｃｔ ＴＸ 及其制备方法 轮胎（见图１）成为２０１４吉普切诺基限量版的标 中图分类号：ＴＱ３３６．１ 文献标志码：Ｄ 准原配胎。 由风神轮胎股份有限公司申请的专利（公开 号 ＣＮ １０２８５０６０３Ａ，公开日期 ２０１３—０１—０２） “全钢载重子午线冬季专用轮胎及其制备方法”， 涉及的全钢载重子午线冬季专用轮胎配方为：天 然橡胶（ＮＲ） ６５￣７５，顺丁橡胶（ＢＲ） ２５～３５， 炭黑 ５０￣６０，低多环芳烃化合物（ＰＣＡ）油 ５～ ８，氧化锌 ３～４，硬脂酸 ２～３，增塑剂Ａ １．５～２．５，防老剂ＲＤ １～１＿５，防老剂４０２０ １．５～２，Ｂ型微晶蜡 １．５～２，硫黄 １．２～１．５， 图１大陆ＰｒｏＣｏｎｔａｃｔ ＴＸ轮胎 促进剂ＣＺ １．５～０．８。本配方采用低玻璃化温 规格为２２５／５５Ｒ１８和２２５／６０Ｒ１８的轮胎分 度的ＢＲ与ＮＲ并用，并加入炭黑和低ＰＣＡ油， 别适用于吉普切诺基４Ｘ２和４Ｘ４，这些将在２０１３ 提高了胎面的抗湿滑性能，经检测，胎面胶的湿摩 年３季度的展览上呈现。大陆公司称，ＰｒｏＣｏｎ— 擦因数（采用摆式摩擦测试仪测试）大于２７；冬季 ｔａｃｔ ＴＸ系列轮胎具有高性能、舒适性和可信 轮胎胎面胶硬度在一１８℃时为７０度，较正常胎 任性。 面胶下降６度，较常温下升高７度，低温硬度变化 ＰｒｏＣｏｎｔａｃｔ ＴＸ系列轮胎具有全天候设计， 较正常胎面胶小。本发明改善了轮胎在冰雪路面 可提高舒适性和操纵性。低密度胎面基部胶将冲 的粘附性能，提供了很好的操控性能和稳定性能， 击和道路振动吸收转化为平滑行驶。 提高了制动性能和牵引性能，实现了防滑链轮胎 平衡的轮胎刀槽花纹与花纹块比使其具有优 在冬季冰雪路面无法实现的性能。 异的全天候抓着性能和操纵性能，同时胎肩部位 （本刊编辑部 马 晓）