轮胎匹配不同宽度车轮性能变化研究

张红斌，刘学智，钟振威

摘  要：轮胎允许匹配安装多种型号车轮，装不同车轮所表现出来的性能会有所差异，本文对同一个轮胎装配不同宽度车轮方案进行参数测试，主要包含轮胎轮廓、轮胎接地印痕、车轮静态刚度、车轮力学性能;将测试结果用于整车动力学模型进行操控稳定性分析，同时将各方案装于整车上进行客观和主观测试。分析车轮参数、仿真分析结果、整车测试结果之间的关联。总结出轮胎装不同宽度车轮其在整车上的操纵性能变化规律，用于指导汽车设计过程中车轮型号的选择。

关键词：轮胎;车轮;车轮匹配;操纵稳定性

中图分类号：U463.34     文献标识码：A     文章编号：1005-2550（2021）05-0037-05

Research on Performance Variation of Tire Matching with Wheels of Different Width

ZHANG Hong-bin1，LIU Xue-zhi2， ZHONG Zhen-wei3

（ 1.Guangzhou Automobile Group CO.，LTD Automotive Engineering Institute， Guangzhou  511434， China;2. Guangzhou Automobile Group CO.，LTD Automotive Engineering Institute， Guangzhou  511434， China;3. Guangzhou Automobile Group CO.，LTD Automotive Engineering Institute， Guangzhou  511434， China）

Abstract： The tires are allowed to be matched with multiple types of wheels， and the performance of different wheels will be different. This article including the test of parameters when the same tire is assembled with wheels of different width， parameters mainly including tire contour， tire grounding mark， and wheel static stiffness， wheel mechanical properties; the test results are used in the vehicle dynamics model for handling analysis， and at the same time， each assembly is installed on the vehicle for objective and subjective testing. Analyze the correlation between wheel parameters， simulation analysis results， and vehicle test results. Summarizes the law of how the vehicle handling performance changes when the tire matching with wheels of different width， which can be used to guide the selection of wheel models in the car design process.

Key Words： Tire; Wheel; Match Tire And Wheel; Handling Performance

引    言

轮胎与车轮安装匹配有规格型号的要求，首先要求两者的名义直径相同;对于车轮宽度的匹配，按国标GB/T2978规定，每个型号轮胎可以匹配三种宽度车轮，其中一个是测量推荐型号。

装配不同宽度车轮对轮胎的轮廓形状、接地印痕会产生怎样的影响？是否会影响轮胎的静态和动态刚度？对轮胎力学性能是否有影响？对轮胎的性能表现是怎样的影响等等？是否可以通过调整车轮的宽度来实现不同的性能诉求，目前行业内暂无相应的研究结论。

本文针对以上问题进行相关的研究，为后续轮胎与车轮型号的匹配提供设计指导。

1    研究思路

本研究主要以试验和分析为主。课题思路见图1，试验标的选取常用轮胎型号，搭配国标GB/T 2978规定的相对应的车轮，将这些搭配方案按同样条件进行台架和实车试验，对比分析试验结果，总结规律。

试验分为台架试验和整车试验，试验内容主要以体现车轮总成性能相关参数及车轮总成在整车上的性能表现为主。

2    研究内容

2.1   试验标的

试验标的选用常用型号轮胎，匹配三种国标GB/T 2978规定型号车轮，选用轿车作为试验车輛，详见表1：

2.2 台架试验

台架试验项目主要含车轮外形、接地印痕、静态刚度、力学性能，详见表2。

2.3 整车试验

整车试验含主观和客观试验，详见表3。

2.4   数据分析

仿真分析：使用CAE技术进行车辆动力学性能仿真。对安装不同车轮宽度的轮胎进行力学性能测试建立PAC2002动力学仿真模型。使用ADAMS模拟分析各方案的操控性能，结果与整车测试结果作对比分析。

对比分析整车主观操稳评价结果与整车客观操稳测试结果的一致性，以验证主观评价的准确性;

分析不同方案车轮单体试验结果与整车测试结果的关联性，找出与车轮宽度变化有关的性能，总结规律，形成结论。

3    测试结果分析

3.1   轮胎宽度测试结果

轮胎装不同宽度车轮时其宽度尺寸测试结果见图2所示：

從测试结果可以看出：相同轮胎装不同宽度车轮，轮胎的宽度尺寸不一样，随着车轮宽度的增加，轮胎的宽度尺寸也相应增加;

轮胎宽度的增加会改变轮胎接地印痕，使接地印痕横轴长度增加，有利于转向性能的提升。

3.2   轮胎接地印痕测试结果

轮胎装不同宽度车轮接地印痕测试重复建设见表4所示。

随着车轮宽度增加，花纹横轴增长，纵轴减短，花纹压力向轮胎两侧转移，两侧花纹块压力增大，中间花纹块压力减小，对转向时的支撑性能更好，有利于提高转向稳定性。

3.3   轮胎静态刚度测试结果

轮胎装不同宽度车轮时静态刚度测试结果见图3所示：

随着车轮宽度的增加，静态刚度值均增大，其中侧向刚度增加最明显;

根据此结果可以预判：车轮宽度增加可以提升车轮总成的操纵稳定性能，对于侧向刚度影响较大的过弯性能影响尤其大，可以增加过弯的稳定性，同时能提升制动性能，而对振动二阶过滤性能会减弱。

3.4   力学特性

轮胎装不同宽度车轮其侧偏刚度测试结果如图4所示：

测试结果表明：三种宽度车轮装配的轮胎侧偏刚度和峰值均随车轮宽度增加而加大，同时车轮越宽，侧偏力到达极限后峰值的保持能力也更强，这有利于转向响应以及极限稳定性。

4    CAE分析

运用ADAMS软件进行动力学仿真。分析工况：定半径转向工况仿真，计算整车稳态转向性能;方向盘正弦扫频工况仿真，研究整车转向响应特性，具体仿真结果见表5所示。

5    整车主客观测试

5.1   整车制动距离测试

不同宽度车轮装同一车辆制动距对测试结果见图5所示：

随着车轮宽度增加，轮胎制动性能得到提升，制动距离更短。

5.2   操纵稳定性客观测试

稳态回转时线性区不足转向度测试结果如图6所示：

不足转向度随着车轮宽度增加而减小，与轮胎印痕和侧偏刚度变化相吻合。

频率扫描测试的横摆角速度增益结果见图7所示，侧向加速度相对横摆角速度滞后时间见图8所示。

随车车轮宽度增加，横摆角速度增益也相应增加。

侧向加速度相对横摆角速度的滞后时间随着车轮宽度增加而减小，说明车轮宽度与转向响应呈正相关性。

以上测试结果与CAE仿真分析结果趋势一致，测试和分析结果有效。

5.3    整车主观评价结果

整车主观评价采用十分评分制评价，评价项目含舒适性、操纵稳定性。舒适性评价结果见图9所示，操纵稳定性评价结果见图10所示。

舒适性未找到与车轮宽度明显相关的趋势，可以判断车轮宽度影响舒适性较小。

操纵稳定性各项分性能均与车轮宽度呈正相关关系，车轮宽度越宽操纵稳定性会越好，这与前面客观测试结果能相对应。

6    总结

相同规格轮胎安装不同宽度车轮无论从单体参数还是整车性能表现均会产生变化：随着车轮宽度增加轮胎接地印痕变宽、静态刚度增大、侧偏刚度增大;性能表现为制动性能更好、转向性能、瞬态性能、稳态性能和极限稳定性均有提升，对整体操纵性能有提升。

对于定位为突出操控性能的运动车型，建议采用更宽的车轮，以提升其操纵稳定性能。

参考文献：

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