摘  要：輪胎作為車輛與道路接觸的唯一部件，具有支撐汽車質(zhì)量、提供足夠附著力、緩沖路面沖擊等作用，輪胎性能對(duì)車輛動(dòng)力學(xué)具有顯著影響。試驗(yàn)車先后搭載3款不同品牌但同價(jià)位的輪胎，分別進(jìn)行操縱性、轉(zhuǎn)向性及平順性主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)和客觀驗(yàn)證，從而提出一種封閉場(chǎng)地的車輛動(dòng)力學(xué)輪胎選型主客觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)方法，為車輛底盤調(diào)教提供方法支撐，也為整車廠輪胎選型提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

關(guān)鍵詞：輪胎；主觀評(píng)價(jià)；操縱穩(wěn)定性；平順性

汽車操縱穩(wěn)定性的優(yōu)劣直接影響汽車操縱方便性和高速行駛安全性[1-2]。汽車操縱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)是汽車動(dòng)力學(xué)研究中最重要的內(nèi)容之一[3]。輪胎的性能對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性及平順性有重要影響，不同品牌和型號(hào)的輪胎具有不同性能，考慮到成本尋求與車輛性能匹配的輪胎是車型開(kāi)發(fā)中必須進(jìn)行的試驗(yàn)。

1  輪胎性能的影響

輪胎與車輛的性能匹配從兩個(gè)方面考慮：汽車方面，包括傳動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和懸架系統(tǒng)；輪胎方面，包括輪胎本身固有的剛性系統(tǒng)和性能。二者匹配的關(guān)鍵在于合理匹配，不同汽車應(yīng)選用不同性能的輪胎[4-5]。同一條輪胎安裝在不同車輛上可能會(huì)表現(xiàn)出截然不同的動(dòng)力學(xué)性能，同一輛車裝配不同規(guī)格，甚至相同規(guī)格、不同品牌的輪胎，也會(huì)表現(xiàn)出不同的行駛性能，輪胎與汽車的性能匹配是一個(gè)綜合多方面因素的復(fù)雜系統(tǒng)工程?？傮w來(lái)說(shuō)，影響汽車行駛性能的輪胎動(dòng)力學(xué)性能主要包括與路面的附著性能、滾動(dòng)阻力、側(cè)偏特性、垂直特性、包封性和振動(dòng)性等；行駛過(guò)程中，汽車的操縱穩(wěn)定性與輪胎的側(cè)偏特性關(guān)系最大[6-7]，與輪胎和地面的壓力分布以及輪胎的垂直特性等也有很大關(guān)系；汽車的行駛平順性與輪胎的均勻性、振動(dòng)性、包封性和垂直特性關(guān)系較大[8-9]。

輪胎的某一特性可能影響汽車諸多行駛性能。從輪胎力學(xué)分析可知，汽車的各項(xiàng)行駛性能最終取決于路面的激勵(lì)，激勵(lì)通過(guò)輪胎與路面之間的相互作用表現(xiàn)出來(lái)，只有合適的輪胎匹配才能將汽車良好的性能發(fā)揮出來(lái)。輪胎的正確選型、合理裝配和使用，對(duì)延長(zhǎng)輪胎使用壽命、提高汽車使用性能、降低汽車故障率尤其對(duì)提高汽車安全性能具有十分重要意義。

2  輪胎評(píng)價(jià)條件

2.1  輪胎選取

結(jié)合目標(biāo)車市場(chǎng)定位，選取3種同價(jià)位、不同品牌的輪胎產(chǎn)品作為車型開(kāi)發(fā)的備選輪胎。輪胎花紋盡量不同，輪胎寬度、扁平比相同，輪胎裝車后氣壓相同，如圖1所示。

（a）品牌1

（b）品牌2

（c）品牌3

圖1  選取3種品牌輪胎

將目前市場(chǎng)上的一款成熟競(jìng)品車型作為對(duì)標(biāo)車，首先進(jìn)行對(duì)標(biāo)車輪胎的主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)，再分別將3種備選輪胎安裝在對(duì)標(biāo)車上進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)。

2.2  試驗(yàn)場(chǎng)地

輪胎評(píng)價(jià)試驗(yàn)需在專業(yè)試驗(yàn)場(chǎng)的長(zhǎng)直線、圓形動(dòng)態(tài)廣場(chǎng)、壞路路面上進(jìn)行。

2.3  試驗(yàn)人員

輪胎評(píng)價(jià)試驗(yàn)人員需熟悉車輛的性能及結(jié)構(gòu)，擁有豐富的實(shí)際駕駛經(jīng)驗(yàn)，接受過(guò)專業(yè)的操穩(wěn)性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)培訓(xùn)，評(píng)價(jià)過(guò)程中需多次反復(fù)操作認(rèn)真評(píng)價(jià)各個(gè)項(xiàng)目。

3  輪胎評(píng)價(jià)規(guī)則

輪胎評(píng)價(jià)試驗(yàn)的結(jié)果采用十分制進(jìn)行判定，具體見(jiàn)表1。

表1  十分制判定規(guī)則

表3  彎道行駛穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果

表4  瞬態(tài)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果

由表2～4可知，操穩(wěn)性評(píng)價(jià)中，品牌1與品牌3總得分相同均為19，品牌2總得分為18，對(duì)標(biāo)車總得分為17.25，目標(biāo)車總得分為14.50，目標(biāo)車總得分最低。從表4瞬態(tài)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)得分可以看出，對(duì)標(biāo)車的操縱性欠佳，極限能力偏低，易發(fā)生車輛失控，ESP（Electronic Stability Program，車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)）介入粗暴，線性反饋性能差；目標(biāo)車操穩(wěn)性能差，穩(wěn)定域度非常低，無(wú)法進(jìn)行高速操穩(wěn)操作。從表2直行所表現(xiàn)出的特性評(píng)價(jià)得分及表4穩(wěn)定性評(píng)價(jià)得分可以看出，品牌2駕駛感覺(jué)偏軟，駕駛感信心欠佳。

5.2  轉(zhuǎn)向性評(píng)價(jià)

車輛轉(zhuǎn)向性評(píng)價(jià)項(xiàng)目的各評(píng)價(jià)指標(biāo)及搭載不同品牌輪胎的車輛評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表5～8。

表5  轉(zhuǎn)向輕便性評(píng)價(jià)結(jié)果

表6  中心區(qū)范圍內(nèi)轉(zhuǎn)向特性評(píng)價(jià)結(jié)果

表7  轉(zhuǎn)彎控制能力評(píng)價(jià)結(jié)果

表8  轉(zhuǎn)向系統(tǒng)干擾評(píng)價(jià)結(jié)果

由表5～8可知，轉(zhuǎn)向性評(píng)價(jià)中，品牌2總得分為27.25，品牌3總得分為26.5，品牌1總得分為25.5，對(duì)標(biāo)車總得分為28，目標(biāo)車總得分為19.75，目標(biāo)車總得分最低。對(duì)標(biāo)車轉(zhuǎn)向性能較好，在所有評(píng)價(jià)項(xiàng)目中均得分最高。從表6中心區(qū)范圍內(nèi)轉(zhuǎn)向特性評(píng)價(jià)得分及表7轉(zhuǎn)彎控制能力評(píng)價(jià)得分可以看出，目標(biāo)車在中心區(qū)及轉(zhuǎn)彎控制過(guò)程中問(wèn)題嚴(yán)重，自動(dòng)回正能力差，轉(zhuǎn)向力矩反饋差，需重新進(jìn)行設(shè)計(jì)、優(yōu)化及調(diào)校。

5.3  平順性評(píng)價(jià)

車輛平順性評(píng)價(jià)項(xiàng)目的各評(píng)價(jià)指標(biāo)及搭載不同品牌輪胎的車輛評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表9～11。

表9  連續(xù)平滑路面平順性表現(xiàn)評(píng)價(jià)結(jié)果

表10  連續(xù)粗糙路面平順性表現(xiàn)評(píng)價(jià)結(jié)果

表11  大幅度激勵(lì)路面平順性表現(xiàn)評(píng)價(jià)結(jié)果

由表9～11可知，平順性評(píng)價(jià)中，品牌3總得分為19，品牌1總得分為18，品牌2總得分為15.5，對(duì)標(biāo)車總得分為16，目標(biāo)車總得分為19.5，目標(biāo)車總得分最高。從表10連續(xù)粗糙路面平順性表現(xiàn)評(píng)價(jià)得分及表11大幅度激勵(lì)路面平順性表現(xiàn)評(píng)價(jià)得分可以看出，對(duì)標(biāo)車平順性欠佳，對(duì)激勵(lì)的吸收較差，車身動(dòng)作較多，俯仰幅值較大。

5.4  評(píng)價(jià)結(jié)果匯總

綜上，搭載不同品牌輪胎的車輛的各評(píng)價(jià)項(xiàng)目的結(jié)果見(jiàn)表12。

表12  評(píng)價(jià)結(jié)果匯總

由表12可知，在輪胎操穩(wěn)性方面，品牌3與品牌1相當(dāng)，均優(yōu)于品牌2；在輪胎轉(zhuǎn)向性方面，品牌2優(yōu)于品牌3，品牌3優(yōu)于品牌1；在輪胎平順性方面，品牌3優(yōu)于品牌1，品牌1優(yōu)于品牌2。建議目標(biāo)車采用品牌3輪胎，其操穩(wěn)性和平順性與品牌1相差不大，可以作為調(diào)?；A(chǔ)，雖然品牌2的轉(zhuǎn)向性較好，但品牌3可以通過(guò)EPS進(jìn)行優(yōu)化，而品牌2的平順性缺陷很難通過(guò)調(diào)校彌補(bǔ)。

6  輪胎評(píng)價(jià)結(jié)果的試驗(yàn)驗(yàn)證

針對(duì)上述評(píng)價(jià)結(jié)果，將品牌3輪胎安裝到對(duì)標(biāo)車上進(jìn)行操穩(wěn)客觀驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)項(xiàng)目包括穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)性能試驗(yàn)、轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)、蛇形試驗(yàn)以及中心區(qū)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖2～5所示。

（a）轉(zhuǎn)向半徑與側(cè)向加速度的關(guān)系

（b）轉(zhuǎn)向半徑比與側(cè)向加速度的關(guān)系

（c）側(cè)偏角與側(cè)向加速度的關(guān)系

（d）側(cè)傾角與側(cè)向加速度的關(guān)系

圖2  穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)性能試驗(yàn)

由圖2可知，品牌3輪胎穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)中，中心點(diǎn)轉(zhuǎn)向的側(cè)向加速度過(guò)渡均勻，且中性轉(zhuǎn)向?yàn)樾》蛔戕D(zhuǎn)向，同時(shí)車身側(cè)傾穩(wěn)定性良好。

圖3  轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)

由圖3可知，品牌3輪胎轉(zhuǎn)向輕便性試驗(yàn)中，車輛低速轉(zhuǎn)向過(guò)程力矩反饋適中且均勻。

圖4  蛇形試驗(yàn)

由圖4可知，品牌3輪胎蛇形試驗(yàn)中，不同車速的平均橫擺角速度與車速成線性關(guān)系。

圖5  轉(zhuǎn)向盤力矩與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角關(guān)系（中心區(qū)操縱穩(wěn)定性）

由圖5可知，品牌3輪胎中心區(qū)試驗(yàn)中，遲滯區(qū)的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)向盤力矩平均增益過(guò)渡良好。

綜上，品牌3輪胎客觀驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果與主觀評(píng)價(jià)結(jié)果吻合，建議采用品牌3輪胎作為車型開(kāi)發(fā)備選輪胎。

7  結(jié)束語(yǔ)

本文介紹車型開(kāi)發(fā)前期輪胎選型的主客觀試驗(yàn)方法，包括輪胎品牌選取、試驗(yàn)場(chǎng)地和人員選擇、試驗(yàn)項(xiàng)目和計(jì)算方法等，為車型底盤調(diào)教提供方法參考，也為整車廠輪胎選型提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

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