漂移賽車輪胎結(jié)構(gòu)設計與剛性的相關性研究

張 典，程 龍，秦艷分，李天奇，王 兵

（中策橡膠集團股份有限公司，浙江 杭州 310018）

隨著D1-GP、FOMURA漂移賽、歐洲漂移錦標賽和DRIFT NATIONALS等世界各類汽車漂移賽事日益發(fā)展，漂移賽車輪胎的市場需求原來越大，對輪胎的漂移性能要求也越來越高[1-3]。漂移賽中賽車必須要在規(guī)定的場地和時間內(nèi)完成比賽，并做出規(guī)定動作，因此車手要以壓倒性的速度和大角度、干凈利落的甩尾來操縱車輛。2017年度D1中國杯大獎賽中最特殊賽道的S1賽段加速直道過長，并且是下坡路，車手要在過彎時速度極快才能獲得DOSS評判系統(tǒng)給出的高分，這就意味著車手在過彎時必須能夠在極高車速下控制好車輛的穩(wěn)定性，這不但是對車手駕駛技術和經(jīng)驗的極大考驗，更是對輪胎各項綜合性能的考驗[4-5]。

輪胎接地印痕的大小和形狀直接影響輪胎與路面間作用力的傳遞，反映路面與輪胎作用的力學特性，對輪胎的耐磨性能、滾動阻力、噪聲和制動性能等有非常重要的影響[6-10]。

輪胎縱向和橫向剛性直接影響輪胎的耐磨性能、牽引性能、制動性能、操縱穩(wěn)定性、行駛安全性、舒適性以及滾動阻力和噪聲等[4-5]。

本工作以285/35ZR18 101W漂移賽車輪胎為例，在輪胎上下胎側(cè)部位增加增強層1和2，設計4種增強方案，研究不同增強方案對漂移賽車輪胎接地壓力分布和剛性等性能的影響，以期為提高漂移賽車輪胎性能提供參考。

1 實驗

1.1 主要設備和儀器

1418型二次法成型機，北京敬業(yè)機械設備有限公司產(chǎn)品；B型液壓雙模定型硫化機，青島家瑞橡塑機械有限公司產(chǎn)品；TMT型輪胎綜合試驗機，汕頭市浩大輪胎測試裝備有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗方案

增強材料主要貼在兩處，如圖1所示。輪胎其他施工設計參數(shù)相同。

圖1 輪胎材料分布示意

方案一：增強層1采用邵爾A型硬度為90度的膠片，增強層2采用467dtex/1×467dtex/1錦綸66簾布。

方案二：增強層1采用邵爾A型硬度為90度的膠片，增強層2采用2×0.30ST鋼絲簾布。

方案三：增強層1采用2×0.30ST鋼絲簾布，增強層2采用1670dtex/1芳綸＋1400dtex/1錦綸66混合簾布。

方案四：增強層1采用2＋2×0.25HT鋼絲簾布，增強層2采用1680dtex/2芳綸簾布。

將各半成品在成型機上成型，成型胎坯在硫化機上硫化后，在輪胎綜合試驗機上對成品輪胎性能進行測試。

1.3 接地壓力分布和剛性試驗條件

采用TMT型輪胎綜合試驗機進行輪胎接地壓力分布和各向剛性測試。試驗溫度為26.2 ℃，充氣壓力為220 kPa，接地壓力分布試驗負荷為8 085 N，其他試驗為6 468，8 085，9 702 N變負荷。

2 結(jié)果與討論

2.1 接地壓力分布

在相同胎面膠配方條件下，接地面積越大，輪胎的附著能力越大，有利于輪胎的驅(qū)動和制動性能。輪胎的接地形印痕狀趨于矩形時，對輪胎的操控穩(wěn)定性和承載能力有利[6]。不同方案輪胎的接地壓力分布如圖2和表1所示。圖2中接地區(qū)域顏色代表接地壓力的大小，藍色表示該區(qū)域接地壓力較小，紅色越深表示該區(qū)域接地壓力越大。

從圖2和表1可以看出，方案四輪胎的總接地壓力最大，接地長度和接地寬度也最大，接地印痕矩形率最小，趨于橢圓形。

表1 不同方案輪胎的接地壓力分布測試結(jié)果

圖2 不同方案輪胎的接地壓力分布

2.2 剛性

徑向剛性反映輪胎的徑向負荷能力及徑向震動緩沖能力；縱向剛性和橫向剛性影響輪胎的操控穩(wěn)定性，同時縱向剛性影響輪胎的制動能力；扭轉(zhuǎn)剛性主要對應整車轉(zhuǎn)向操控性能，具體表現(xiàn)為轉(zhuǎn)向的靈活性[6]。不同方案輪胎剛性與試驗負荷的關系曲線如圖3所示。

從圖3（a）可見：隨著試驗負荷的增大，輪胎的徑向剛性增大（方案三除外）；不同負荷下方案四輪胎的徑向剛性均最大，負荷能力最強，方案一和二輪胎的徑向剛性接近，均較小，負荷能力較差。

從圖3（b）可見：隨著試驗負荷的增大，輪胎的縱向剛性變化不大；方案四輪胎的縱向剛性最大，制動性能最好，方案一輪胎的縱向剛性最小，制動性能最差。

從圖3（c）可見：隨著試驗負荷的增大，輪胎的橫向剛性減??；方案二、三和四輪胎的橫向剛性接近，操控穩(wěn)定性相當，方案一輪胎的橫向剛性最小，操控穩(wěn)定性最差。

圖3 不同方案輪胎剛性與試驗負荷的關系曲線

從圖3（d）可見：隨著試驗負荷的增大，輪胎的扭轉(zhuǎn)剛性增大；方案一、二和三輪胎的扭轉(zhuǎn)剛性接近，對應漂移競技車輛的轉(zhuǎn)向操控性能相當，方案四輪胎的扭轉(zhuǎn)剛性最小，轉(zhuǎn)向靈活性最差。

綜合分析可知：增強層1采用2＋2×0.25HT鋼絲簾布、增強層2采用1680dtex/2芳綸簾布的方案四輪胎的徑向剛性最大，負荷能力最強，縱向剛性最大，制動性能最好，扭轉(zhuǎn)剛性最小，轉(zhuǎn)向靈活性最差；增強層1采用邵爾A型硬度為90度的膠片、增強層2采用467dtex/1×467dtex/1錦綸66簾布的方案一輪胎的徑向剛性、縱向剛性和橫向剛性均最小，負荷能力、制動性能和操控穩(wěn)定性均最差。

3 結(jié)論

通過研究采用不同增強材料的285/35ZR18 101W漂移賽車輪胎的接地壓力分布和剛性得出以下結(jié)論：增強層分別采用2＋2×0.25HT鋼絲簾布和1680dtex/2芳綸簾布的輪胎總接地壓力及接地長度和寬度最大，接地印痕矩形率最小，趨于橢圓形；徑向剛性和縱向剛性均最大，輪胎的負荷能力和制動性能最好，可使漂移賽車在極高速度下具有優(yōu)異的操控穩(wěn)定性。

由此可見，在進行漂移賽車輪胎設計時，在原有設計基礎上增加鋼絲簾布和芳綸簾布增強層，有利于在極高速度下控制車輛的穩(wěn)定性，滿足高速、大角度甩尾等車輛操縱要求。