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輪胎胎壓對整車性能的影響

2020-04-17 21:16:55·  來源：智數(shù)汽車大數(shù)據(jù)  
　
摘 要：輪胎是車輛與地面接觸的唯一部件，汽車輪胎氣壓的高低，將直接影響到整車行駛的舒適性、安全性以及燃油經(jīng)濟(jì)性等整車綜合性能。在保證整車操縱穩(wěn)定性、舒
摘 要：輪胎是車輛與地面接觸的唯一部件，汽車輪胎氣壓的高低，將直接影響到整車行駛的舒適性、安全性以及燃油經(jīng)濟(jì)性等整車綜合性能。在保證整車操縱穩(wěn)定性、舒適性的同時，適當(dāng)?shù)奶岣咻喬ヌ海瑢⒂欣谡囎枇档?，進(jìn)而降低整車油耗、電耗，以應(yīng)對工信部越來越收緊的乘用車平均油耗目標(biāo)。文章通過不同輪胎氣壓的整車性能實車試驗，分析了輪胎氣壓變化對整車性能的影響。
關(guān)鍵詞：輪胎；氣壓；整車性能；實車試驗
 
01、序 言
輪胎是整車與地面直接接觸的部件，對整車的動力性和經(jīng)濟(jì)性、行駛平順性、操縱穩(wěn)定性、制動性能等有直接的聯(lián)系。在車型研發(fā)過程中，首先根據(jù)車型的定位、車重、輪胎尺寸等要求設(shè)定整車胎壓，在確定車型胎壓后，再進(jìn)行后續(xù)的輪胎選型以及與輪胎相關(guān)的各項驗證試驗，因此車型開發(fā)初期的胎壓設(shè)定顯得尤為重要。在整車開發(fā)過程中，如何設(shè)定輪胎胎壓，使其既能滿足整車性能的要求，又能和車型定位相匹配，需要進(jìn)行大量的研究。本文結(jié)合整車各性能對輪胎氣壓的要求，通過試驗驗證了輪胎氣壓對整車性能的影響。
 
02、對標(biāo)車分析
車型開發(fā)過程中，對標(biāo)車分析是及其重要的環(huán)節(jié)，因此本文對市場上的主流車型的輪胎胎壓作了大量分析統(tǒng)計，如圖1所示，可以看出市場上主流車型的輪胎氣壓多在220kPa-250kPa之間，占到所有統(tǒng)計車型的79%以上。對于新能源車型因其車重較重，胎壓通常設(shè)置為250kPa以上。因此本文對裝備兩種不同型號的輪胎選擇220、230、240、250kPa的胎壓進(jìn)行整車性能的試驗驗證。
圖1 不同車型輪胎胎壓統(tǒng)計
 
03、輪胎胎壓對整車性能的影響
胎壓變化，對整車性能的影響評價，主要有主觀評價和客觀評價兩種方法。因主觀評價易受評價人員主觀因素的影響，不同評價人員可能給出差別較大的評價結(jié)果，且無法量化胎壓變化對整車性能的影響，而客觀評價法可以利用試驗設(shè)備測試出表征性能的物理量。因此本文利用客觀試驗的方法去驗證胎壓變化對整車性能的影響。
 
3.1 燃油經(jīng)濟(jì)性
輪胎的滾動阻力是影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的重要因素之一。數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，我國目前汽車的燃料消耗量已經(jīng)占總的燃料消耗量的25%，而克服輪胎滾動阻力的燃油消耗量約占車輛燃油消耗的20%以上，故克服輪胎滾動阻力的燃料消耗量是我國燃料消耗的重要組成部分。
輪胎氣壓升高，滾動的輪胎變形減小，遲滯損失減小，導(dǎo)致輪胎的滾阻系數(shù)降低，進(jìn)而有利于整車道路行駛阻力的降低，降低油耗。為驗證胎壓升高后輪胎滾動阻力系數(shù)的影響，選取三種不同尺寸的輪胎分別在220kPa、240kPa、260kPa下進(jìn)行輪胎滾阻臺架測試，試驗結(jié)果如下表1所示。胎壓220→240kPa，滾動阻力系數(shù)降低2.6%-3.6%左右；胎壓240→260kPa，滾動阻力系數(shù)降低4.4%-7.7%；且同一尺寸輪胎，輪胎扁平率越大，胎壓升高后，滾動阻力系數(shù)降低越多，即胎壓升高對高扁平率的輪胎影響更大。
表1 不同胎壓下滾阻系數(shù)
 
胎壓升高對燃油經(jīng)濟(jì)性的影響，不僅取決于輪胎本身的滾動阻力系數(shù)，更取決于整車的道路行駛阻力，因此測試了兩種輪胎在不同胎壓下的道路行駛阻力，試驗結(jié)果如表2所示?？芍荷?0kPa后，120-10km/h的道路行駛阻力平均降低22N。
 
3.2 制動性能
良好的制動性能是汽車安全行駛的保障，為研究輪胎胎壓升高對制動性能的影響，針對同一輛車、相同的試驗場地、相同的試驗人員，采取不同的輪胎壓力進(jìn)行國標(biāo)100-0 km/h與50-0 km/h的制動距離試驗，可見胎壓升高，接觸面積減小，輪胎的抓地力降低，制動距離稍有變大，但不明顯。
表2 不同胎壓下道路行駛阻力
 
表3 不同胎壓下的制動距離
 
3.3 操縱穩(wěn)定性
本文通過穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗，驗證胎壓變化對操穩(wěn)特性的影響。試驗過程中調(diào)整方向盤，使試驗車輛以最低穩(wěn)定車速沿著半徑為40m的軌跡圓行駛，記錄此時方向盤轉(zhuǎn)角。保持此方向盤轉(zhuǎn)角，然后均勻地加速，調(diào)整方向盤確保汽車能繞固定的圓行駛，直至汽車不能保持在圓周上行駛為止。利用測力方向盤、陀螺儀、高度計等測量相關(guān)參數(shù)，計算不同輪胎及胎壓下車輛的不足轉(zhuǎn)向度、側(cè)傾梯度、最大側(cè)向加速度。試驗結(jié)果如表4所示。（各項結(jié)果均取左、右轉(zhuǎn)的平均值）
表4 不同胎壓下的操縱穩(wěn)定性
 
輪胎的充氣壓力對側(cè)偏剛度有明顯的影響，在一定范圍內(nèi)，隨著胎壓的升高，輪胎的側(cè)偏剛度增加，輪胎的最大側(cè)偏力增加，汽車的極限性能增強(qiáng)，穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)的極限側(cè)向加速度變大。
輪胎充氣壓力增加，車輪的垂向支撐變大，車身側(cè)傾量變小，整車的側(cè)傾梯度會變小。
 
輪胎充氣壓力增加，轉(zhuǎn)向時車身側(cè)傾減小，左、右輪垂直載荷差別變小，平均側(cè)偏剛度變大。汽車前后軸的左右輪載荷變動取決于：懸掛質(zhì)量、質(zhì)心高度、側(cè)傾中心位置、胎壓等一系列參數(shù)，且考慮試驗誤差，胎壓變化20kPa對不足轉(zhuǎn)向特性的影響較難通過試驗去驗證。
 
3.4 轉(zhuǎn)向輕便性
車輛的轉(zhuǎn)向輕便性是評價轉(zhuǎn)動方向盤輕便程度的特性，又分為原地轉(zhuǎn)向輕便性、低速轉(zhuǎn)向輕便性、高速轉(zhuǎn)向輕便性，主要評價轉(zhuǎn)向時的平均力矩水平、鎖止前最大力矩水平兩個參數(shù)。根據(jù)輪胎的回正特性，可知輪胎氣壓越高，輪胎的接地印跡越短，輪胎的拖距也就越小，回正力矩也就越小，駕駛員所施加的方向盤力矩會越小。本次只進(jìn)行原地轉(zhuǎn)向與低速雙紐線試驗驗證胎壓變化對轉(zhuǎn)向性能的影響，試驗結(jié)果如表5所示，可見胎壓升高20kPa后轉(zhuǎn)向力矩稍有減小，但不明顯。
表5 不同胎壓下的轉(zhuǎn)向輕便性
 
3.5 行駛平順性
輪胎及懸架系統(tǒng)的剛度、柔性是影響整車平順性的主要因素。輪胎胎壓升高，會導(dǎo)致輪胎剛度增加，最終會導(dǎo)致汽車行駛，尤其是在不平路面、沖擊路面、減速帶等路面上的乘坐舒適性變差。
表6 不同胎壓下的平順性
 
所以在提高胎壓時必須注重整車的平順性。因主觀評價存在主觀性強(qiáng)、難以量化等缺點，測量車輛與乘員直接接觸的方向盤、駕駛員座椅導(dǎo)軌、駕駛員腳底板、后排乘員坐墊地板四個測點的平順性客觀數(shù)據(jù)，量化胎壓升高對平順性的影響。測試路面選取粗糙路、光滑路、脈沖路三種典型的路面，通過加權(quán)加速度均方根值來評價振動對人體舒適和健康的影響。分別測量在兩種胎壓、三種典型路面下的平順性數(shù)據(jù)，如表6所示?？梢娞荷吆?，各測點的振動均變差，各測點振動平均增大7%。
 
3.6 輪胎壽命
輪胎的氣壓是決定輪胎壽命與整車性能的重要因素，因此胎壓設(shè)定必須符合要求。試驗表明，輪胎氣壓過高或過低，其使用壽命均會縮短，如圖2所示。輪胎氣壓過低，易導(dǎo)致胎肩磨損；輪胎氣壓過高時，輪胎接地面積小，易造成胎冠磨損，且胎壓過高，輪胎的剛度增加，在大沖擊工況下，極易產(chǎn)生爆胎等事故。
圖2 胎壓對輪胎壽命的影響
 
04、結(jié)論
本文通過實車試驗分析了胎壓升高后整車性能的變化，胎壓升高20kPa后：輪胎滾阻及整車道路行駛阻力均有一定程度的減小，有利于燃油經(jīng)濟(jì)性。但制動距離稍有增加，整車平順性變差較明顯。在整車胎壓設(shè)定過程中需綜合考慮，在滿載各項性能開發(fā)目標(biāo)的前提下，適當(dāng)提高胎壓，降低油耗。
來源：期刊--《汽車實用技術(shù)》 
作者：辛運，謝偉忠，羅澤敏
 
 
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