賽車輪胎操控性能的改善

劉劍美，李紅衛(wèi)，葛 超

[特拓（青島）輪胎技術(shù)有限公司，山東 青島 266000]

賽車運(yùn)動(dòng)是全球最受歡迎的體育運(yùn)動(dòng)之一，擁有眾多的賽車迷。改裝車市場(chǎng)在美國(guó)和日本尤其發(fā)達(dá)，賽車運(yùn)動(dòng)對(duì)賽車輪胎的需求旺盛，尤其是專業(yè)賽車輪胎的消耗量較大，市場(chǎng)需求大。根據(jù)美國(guó)市場(chǎng)調(diào)研結(jié)果，可合法上路的賽車輪胎具有較高的附加值，因此各大輪胎廠商紛紛推出相應(yīng)產(chǎn)品爭(zhēng)奪賽車輪胎市場(chǎng)[1]。

265/35R18 97W輪胎是一款可以合法上路的賽車輪胎，已于2018年3月在日本日光賽車場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試。根據(jù)反饋，車手希望該輪胎有更好的縱向剛度和橫向剛度以及轉(zhuǎn)彎操控性。趙冬梅等[2-3]研究了輪胎縱向剛度和側(cè)向剛度對(duì)整車性能的影響。

本工作主要從輪胎結(jié)構(gòu)方面對(duì)賽車輪胎的性能進(jìn)行改善，利用有限元方法從輪胎五剛度特性對(duì)改善方案進(jìn)行相關(guān)性能評(píng)價(jià)，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證改善方案的可行性，從而選出最優(yōu)方案。

1 改善方案制定及仿真分析

1.1 改善方案制定

為了研究賽車輪胎操控性能的影響因素，制定3種改善方案，如表1所示。

表1 輪胎改善方案

3種方案主要調(diào)整了帶束層角度和輪胎整體厚度，一是為了改善輪胎的接地印痕，增大接地面積，進(jìn)而提高輪胎的抓著力；二是為了保證輪胎的整體剛性，使輪胎胎面至胎側(cè)的剛度分布均勻，保證賽車輪胎的導(dǎo)熱性能。

1.2 輪胎五剛度特性仿真分析

參考輪胎五剛度特性仿真方法[4-5]對(duì)3種方案輪胎進(jìn)行縱向剛度、橫向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度進(jìn)行仿真計(jì)算，得到的剛度特性曲線如圖1—3所示，結(jié)果如表2所示。

圖1 縱向剛度特性曲線

圖2 橫向剛度特性曲線

圖3 扭轉(zhuǎn)剛度特性曲線

從表2可以看出，縱向剛度由大到小為方案1、方案2、方案3，橫向剛度由大到小為方案1、方案2、方案3，扭轉(zhuǎn)剛度由大到小為方案3、方案1、方案2。

表2 3種方案輪胎剛度特性仿真結(jié)果

1.3 靜負(fù)荷試驗(yàn)仿真分析

輪胎成型采用一次法成型機(jī)，成型鼓直徑為442 mm，成型鼓寬度為408 mm，貼合鼓周長(zhǎng)為1 884 mm。3種方案輪胎的接地印痕如圖4所示。

從圖4可以看出，3種方案輪胎的接地印痕面積由大到小為方案3、方案1、方案2。

圖4 3種方案輪胎的接地印痕

2 實(shí)車測(cè)試

本測(cè)試為主觀測(cè)試評(píng)價(jià)，以Bridgestone RE-71R輪胎為對(duì)比輪胎，3種方案輪胎裝車照片見圖5，各項(xiàng)性能與評(píng)分如表3所示。

圖5 3種方案輪胎裝車照片

從表3可以看出：縱向抓著性能由好到差為方案1和方案3、方案2；橫向抓著性能由好到差為方案1和方案3、方案2；轉(zhuǎn)向操控性能由好到差為方案3、方案1、方案2。

表3 輪胎性能評(píng)分

車手主觀評(píng)價(jià)如下：方案1輪胎的綜合性能表現(xiàn)很好，胎側(cè)剛性無問題，期待抓著力能夠有更好的縱向和橫向咬合性能；方案2輪胎的抓著力不如方案1輪胎，橫向剛性較弱；方案3輪胎的整體平衡性有所提升，胎側(cè)較硬，容易操控。

上述測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果存在一定差異，而在轉(zhuǎn)向操控性能和扭轉(zhuǎn)剛度性能方面兩者是一致的。分析認(rèn)為，仿真分析未考慮配方的影響，而輪胎的耐磨性能和抓著力因配方設(shè)計(jì)的不同而有所不同。本試驗(yàn)以改善賽車輪胎的轉(zhuǎn)向操控性能為目的，因此扭轉(zhuǎn)剛度的仿真分析結(jié)果尤為重要。

3 結(jié)語

（1）不同的輪胎骨架材料結(jié)構(gòu)對(duì)輪胎的接地印痕大小和形狀影響較大，從而影響輪胎的抓著性能。

（2）通過有限元仿真方法對(duì)輪胎五剛度特性進(jìn)行仿真分析，可以預(yù)判輪胎改善方案的可行性。

（3）采用最優(yōu)方案的輪胎轉(zhuǎn)向操控性能明顯提高。