汽车轮胎侧偏特性影响因素的试验研究概要.docx

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汽车轮胎侧偏特性影响因素的试验研究概要

2004166

汽车轮胎侧偏特性影响因素的试验研究3

彭旭东1　郭孔辉2　单国玲3

（1石油大学机电学院,东营　257061;　2

吉林大学,实验室,长春　130025;　3

　　　[摘要]　应用轮胎静力学特性试验机,3,主要分析了胎面花纹、。

结果表明:

轮胎的Fy-α关系曲线形状与胎面花纹形式、,-,却与轮胎负荷和气压有关;。

叙词:

AnExperimentalStudyontheFactorsAffectingTireCorneringCharacteristics

PengXudong1,GuoKonghui2&ShanGuoling3

　1

SchoolofMechatronicEngineering,UniversityofPetroleum,Dongying257061;

　2JilinUniversity,StateKeyLaboratoryofAutomobileDynamicsSimulation,Changchun130025;　3

TriangleTyreCo1,Ltd1,Weihai264200

　　[Abstract]　Theinfluenceoftiretreadpatterns,tireloadandtireinflationpressureonthecorneringchar2acteristicsofapneumatictireisinvestigatedonatirestaticmechanicstester1Threepiecesofradialtireswiththesamesizeandthesametreadcompoundsbutdifferenttreadpatternsareusedinthetest1Theresultsshowthattherelationbetweencorneringforceandslipangleisnotaffectedbytiretreadpattern,tireloadandtireinflationpressure,buttherelationbetweenaligningtorqueandslipangleisaffectedbyabove2mentionedfactorsexcepttiretreadpatterns1Underthesametestcondition,thetirewithsinglewaychutetreadpatternsperformsbestamongthethree1

Keywords:

Automotivepneumatictires,Corneringcharacteristics,Tiretreadpatterns

3国家自然科学基金（50275099、山东省自然科学基金（Y2002F01和中国博士后研究基金（2003034349资助项目。

原稿收到日期为2003年10月17日,修改稿收到日期为2003年12月29日。

1　前言

对汽车的操纵稳定性起最大作用的是轮胎的侧偏特性,即轮胎在侧偏条件下的侧向力与回正力矩特性[1],同时轮胎的侧偏特性也影响着轮胎的使用寿命或耐磨损性能,因此,研究轮胎摩擦和力学特性对改进轮胎结构

、优化胎面胶配方、改善轮胎的湿牵引性能以及建立和完善轮胎力学模型等具有重要意义。

通过对3条规格相同、胶料相同但胎面花纹不同的轿车轮胎进行低速静力学特性试验研究,研究了胎面花纹、轮胎负荷、气压等因素对轮胎的摩擦特性和侧偏力学特性的影响,提出了有益于轮胎设计

和加工的建议。

2　试验方案

试验所使用轮胎型号均为175/65R14TR268,且轮胎制作材料和工艺相同,试验轮胎共3条,但具有不同的胎面花纹,即顺向花纹、逆向花纹和纵沟光面花纹（如图1。

试验速度:

低速。

试验平台:

平板采用厚钢板,工作面加工成等间距排列的7mm×7mm小方块（侧向和纵向间距均为215mm;为使轮胎在试验过程中的摩擦系数保持稳定,在平板上均匀涂撒滑石粉。

2004年（第26卷第6期　　　　　　　　　汽　车　工　程

AutomotiveEngineering　　　　　　　　　　　　

2004（Vol.26No.6

试验气压:

200、250和300kPa。

试验载荷:

3040、3970、4855、5815和6750N。

当气压为200kPa时,为避免试验过程中负荷过高导致轮胎意外损坏,没有进行6750N的试验。

试验轮胎侧偏角:

0°、1°、2°、3°、6°、9°、12°和15°

。

图1　试验用胎的胎面花纹形式

3　试验结果及分析

311　轮胎侧偏特性影响因素31111　侧偏特性

图2所示为3条试验轮胎在法向载荷Fz=593kg,胎压p

i=250kPa条件下的侧偏特性。

结果

表明:

对相同规格轮胎来讲,轮胎的侧向力Fy均随

侧偏角α的增大而增大,当侧偏角约大于9°时,侧向力增大趋缓（图2（a。

在其它试验条件下,3条轮胎的Fy-α关系曲线呈现相似变化趋势,并且无论胎面花纹如何变化,随着侧偏角的增大,侧向力均接近其极限值即轮胎与路面之间的最大摩擦力,该极限值的大小是随着轮胎胎面胶料性能和路面条件的变化而不同的[1~3]。

所以,轮胎的这种力学特性

要求汽车在行驶过程中,为保证行车安全,应尽量避

免大角度侧偏或大而急的转弯,以避免轮胎无法提供足够大的汽车转弯力而造成事故。

轮胎的回正力矩Mz对汽车运动产生不可忽视的影响。

图2（b:

对相同规格轮胎来讲,Mz均随侧偏角α化,α1°~时,α从3°增至9°时,Mz;Mz下降速度减,,Mz随侧偏角的变化趋势,但光面轮胎在大侧偏角下Mz出现了负值,这是轮胎印迹上的垂直反力的合力向前偏移的结果[1]。

31112　轮胎负荷的影响

图3所示为在气压pi=250kPa时,法向载荷Fz对顺向花纹胎面轮胎侧偏特性的影响,这种影响在其它气压条件下以及对另2条轮胎是类似的。

由图3（a可以看出:

轮胎侧向力接近极限值的快慢不仅与路面条件和胎面胶性能有关,还与作用在轮胎上的法向载荷有关,即轮胎负荷越小则侧向力接近于极限值越快。

这意味着轮胎负荷越大,越不易获得对应负荷下路面所能提供给轮胎的最大摩擦力,所以汽车超载不利于车辆的操纵稳定性和安全性;另外,由于超载引起轮胎切向力（包括侧向力和纵向力过大也会导致轮胎磨损加剧,缩短轮胎使用寿命,因此应尽量避免车辆超载

。

与图2（b相比较,从图3（b可以看出:

无论轮胎负荷Fz如何变化,对应不同Fz下的回正力矩最大值也出现在侧偏角α为1°~3°范围内。

当侧偏角α>3°时,轮胎负荷越小,则回正力矩随侧偏角的增大变化越平缓;反之,轮胎负荷越大,则回正力矩随侧偏角的增大下降越快。

所以,汽车超载不仅会使轮胎切向力增大,而且会使轮胎在大侧偏角下的回正力矩急剧减小,这对汽车的操纵稳定性和安全性

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期

以及提高轮胎的耐磨损性都很不利。

31113　轮胎胎压的影响

在有限的气压调节范围内,轮胎的Fy2

α关系曲线随胎压的变化并无明显变化（图4（a

。

表明在干燥路面上,若轮胎气压变化不大则气压对侧向力特性的影响有限,这与冰面上的试验结果是有区别的。

当轮胎在-3℃的冰面上低速运动,且气压由pi=250kPa下降至140kPa时,对应侧偏角α=10°时的轮胎侧偏力就增大了115倍[2,4]。

图4（b所示为不同胎压下顺向花纹轮胎的Mz~α,

结果表明:

<6°下,,

;而在大

侧偏角（α>,,气压越。

综上所述,为保证轮胎具

有合适的侧偏力学特性,应使轮胎保持合适的充气压力值。

312　不同胎面花纹轮胎的侧偏特性分析比较

通过分析图2和图3以及表1所示的典型试验

结果,表明在相同气压和侧偏角条件下,当轮胎负荷

较低时,较大侧偏角下的侧向力以及Fy2

α关系曲线在一定程度上受胎面花纹的影响,顺向花纹轮胎和逆向花纹轮胎的Fy

值较光面轮胎大,而花纹轮胎之间的Fy值差别很小;但是,当轮胎承受中、高负荷时,顺向花纹轮胎的侧向力相对较大,特别是当胎压较高或侧偏角较大的情况下,这种规律更明显,同时顺向花纹轮胎还具有较好的回正性能,如图2（b所示。

上述结果表明,粗细花纹轮胎在干燥路面上的附着性能和侧偏力学特性较光面轮胎好,而顺向

花纹轮胎更好。

表1　不同胎面花纹轮胎在不同负荷条件下

的侧偏特性（pi=300kPa,α=15°

轮胎负荷

光面胎面轮胎F/NM/N・mF/NM/NmF/NM/N・m

304015484851631171052839705144212530612824594117026355164419371383060514044183

3737

6199

　结论

（1轮胎的侧向力Fz随侧偏角α的增大而增

大,并趋向于轮胎最大摩擦力,轮胎负荷越高则侧向

力越不易接近最大摩擦力;轮胎的Fy2

α关系曲线形状与胎面花纹形式、轮胎负荷和胎压等均无关。

（2轮胎的回正力矩Mz随侧偏角α的增大先增大后减小,且在α为1°~3°范围内Mz可能出现最大值;当α在3°~9°时,Mz急剧下降,之后下降

幅度变缓。

试验轮胎的Mz2

α关系曲线均表现出类似的变化趋势,这种规律与轮胎的胎面花纹无关,但

与轮胎负荷和气压有关。

（3在文中所述试验条件下,当试验条件完全相同时,与另外2种胎面结构的轮胎相比,顺向花纹轮胎具有更优异的附着性能和侧偏力学特性。

（4为保证轮胎具有满足汽车正常行驶所必需的侧偏特性和较长的使用寿命,轮胎应保持合适气压,且应尽量避免汽车超载行驶。

参考文献

1　郭孔辉1汽车操纵动力学1长春:

吉林科学技术出版社,19912　PengXD,XieYB,GuoKH1ANewMethodforDeterminingTire

TractiononIce1SAE001640,2000

3　彭旭东,谢友柏,郭孔辉1汽车轮胎摩擦特性与胎面胶性能间关

系的研究1润滑与密封,1998,（4

4　彭旭东,宗长富,谢友柏,郭孔辉1冰面上轮胎摩擦牵引力的试验

研究1摩擦学学报,2000,20（1

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