輪胎選型的主客觀評價試驗方法

李云寶，李 森，常桂秀，陸 飛

Li Yunbao，Li Sen，Chang Guixiu，Lu Fei

（長春汽車檢測中心有限責任公司天津分公司，天津 300000）

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)定性評價是汽車動力學研究中最重要的內(nèi)容之一[3]。輪胎的性能對汽車操縱穩(wěn)定性及平順性有重要影響，不同品牌和型號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發(fā)中必須進行的試驗。

1 輪胎性能的影響

輪胎與車輛的性能匹配從兩個方面考慮：汽車方面，包括傳動系統(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。二者匹配的關鍵在于合理匹配，不同汽車應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表現(xiàn)出截然不同的動力學性能，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，也會表現(xiàn)出不同的行駛性能，輪胎與汽車的性能匹配是一個綜合多方面因素的復雜系統(tǒng)工程。總體來說，影響汽車行駛性能的輪胎動力學性能主要包括與路面的附著性能、滾動阻力、側(cè)偏特性、垂直特性、包封性和振動性等；行駛過程中，汽車的操縱穩(wěn)定性與輪胎的側(cè)偏特性關系最大[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系；汽車的行駛平順性與輪胎的均勻性、振動性、包封性和垂直特性關系較大[8-9]。

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

2 輪胎評價條件

2.1 輪胎選取

結(jié)合目標車市場定位，選取3 種同價位、不同品牌的輪胎產(chǎn)品作為車型開發(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。

圖1 選取3 種品牌輪胎

將目前市場上的一款成熟競品車型作為對標車，首先進行對標車輪胎的主觀評價試驗，再分別將3 種備選輪胎安裝在對標車上進行主觀評價試驗。

2.2 試驗場地

輪胎評價試驗需在專業(yè)試驗場的長直線、圓形動態(tài)廣場、壞路路面上進行。

2.3 試驗人員

輪胎評價試驗人員需熟悉車輛的性能及結(jié)構，擁有豐富的實際駕駛經(jīng)驗，接受過專業(yè)的操穩(wěn)性能評價試驗培訓，評價過程中需多次反復操作認真評價各個項目。

3 輪胎評價規(guī)則

輪胎評價試驗的結(jié)果采用十分制進行判定，具體見表1。

表1 十分制判定規(guī)則

4 輪胎評價項目

輪胎評價試驗包括車輛操縱性評價、轉(zhuǎn)向性評價和平順性評價。

4.1 操縱性評價

操縱性評價試驗包括直線行駛穩(wěn)定性、彎道行駛穩(wěn)定性和瞬態(tài)穩(wěn)定性。

4.2 轉(zhuǎn)向性評價

轉(zhuǎn)向性評價試驗包括轉(zhuǎn)向輕便性、中心區(qū)范圍內(nèi)轉(zhuǎn)向特性、轉(zhuǎn)彎控制能力和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)干擾。

4.3 平順性評價

平順性評價試驗包括連續(xù)平滑路面平順性表現(xiàn)、連續(xù)粗糙路面平順性表現(xiàn)、大幅度激勵路面平順性表現(xiàn)。

5 輪胎評價過程

分別從車輛操縱性、轉(zhuǎn)向性和行駛平順性3個方面對輪胎性能進行主觀評價試驗，以0.25 作為單位變動量進行打分。各子項評價結(jié)果通過算術平均計算得到，其中，計算結(jié)果中小數(shù)如果小于0.25，則舍棄小數(shù)值只保留整數(shù)值，計算結(jié)果中小數(shù)如果大于等于0.25 但小于0.50，則小數(shù)取值0.25，計算結(jié)果中小數(shù)如果大于等于0.50 但小于0.75，則小數(shù)取值0.50，計算結(jié)果中小數(shù)如果大于等于0.75 但小于1.00，則小數(shù)取值0.75。

5.1 操縱性評價

車輛操縱性評價項目的各評價指標及搭載不同品牌輪胎的車輛評價結(jié)果見表2～4。

表2 直線行駛穩(wěn)定性評價結(jié)果

表3 彎道行駛穩(wěn)定性評價結(jié)果

由表2～4 可知，操穩(wěn)性評價中，品牌1 與品牌3 總得分相同均為19，品牌2 總得分為18，對標車總得分為17.25，目標車總得分為14.50，目標車總得分最低。從表4 瞬態(tài)穩(wěn)定性評價得分可以看出，對標車的操縱性欠佳，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；目標車操穩(wěn)性能差，穩(wěn)定域度非常低，無法進行高速操穩(wěn)操作。從表2 直行所表現(xiàn)出的特性評價得分及表4 穩(wěn)定性評價得分可以看出，品牌2 駕駛感覺偏軟，駕駛感信心欠佳。

表4 瞬態(tài)穩(wěn)定性評價結(jié)果

5.2 轉(zhuǎn)向性評價

車輛轉(zhuǎn)向性評價項目的各評價指標及搭載不同品牌輪胎的車輛評價結(jié)果見表5～8。

表5 轉(zhuǎn)向輕便性評價結(jié)果

由表5～8 可知，轉(zhuǎn)向性評價中，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，對標車總得分為28，目標車總得分為19.75，目標車總得分最低。對標車轉(zhuǎn)向性能較好，在所有評價項目中均得分最高。從表6 中心區(qū)范圍內(nèi)轉(zhuǎn)向特性評價得分及表7 轉(zhuǎn)彎控制能力評價得分可以看出，目標車在中心區(qū)及轉(zhuǎn)彎控制過程中問題嚴重，自動回正能力差，轉(zhuǎn)向力矩反饋差，需重新進行設計、優(yōu)化及調(diào)校。

表6 中心區(qū)范圍內(nèi)轉(zhuǎn)向特性評價結(jié)果

表7 轉(zhuǎn)彎控制能力評價結(jié)果

表8 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)干擾評價結(jié)果

5.3 平順性評價

車輛平順性評價項目的各評價指標及搭載不同品牌輪胎的車輛評價結(jié)果見表9～11。

表9 連續(xù)平滑路面平順性表現(xiàn)評價結(jié)果

由表9～11 可知，平順性評價中，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，對標車總得分為16，目標車總得分為19.5，目標車總得分最高。從表10 連續(xù)粗糙路面平順性表現(xiàn)評價得分及表11 大幅度激勵路面平順性表現(xiàn)評價得分可以看出，對標車平順性欠佳，對激勵的吸收較差，車身動作較多，俯仰幅值較大。

表10 連續(xù)粗糙路面平順性表現(xiàn)評價結(jié)果

5.4 評價結(jié)果匯總

綜上，搭載不同品牌輪胎的車輛的各評價項目的結(jié)果見表12。

表12 評價結(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，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，雖然品牌2 的轉(zhuǎn)向性較好，但品牌3 可以通過EPS 進行優(yōu)化，而品牌2 的平順性缺陷很難通過調(diào)校彌補。

6 輪胎評價結(jié)果的試驗驗證

針對上述評價結(jié)果，將品牌3 輪胎安裝到對標車上進行操穩(wěn)客觀驗證試驗，試驗項目包括穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)性能試驗、轉(zhuǎn)向輕便性試驗、蛇形試驗以及中心區(qū)試驗，試驗結(jié)果如圖2～5 所示。

圖2 穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)性能試驗

由圖2 可知，品牌3 輪胎穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗中，中心點轉(zhuǎn)向的側(cè)向加速度過渡均勻，且中性轉(zhuǎn)向為小幅不足轉(zhuǎn)向，同時車身側(cè)傾穩(wěn)定性良好。

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

圖3 轉(zhuǎn)向輕便性試驗

由圖4 可知，品牌3 輪胎蛇形試驗中，不同車速的平均橫擺角速度與車速成線性關系。

圖4 蛇形試驗

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

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

綜上，品牌3 輪胎客觀驗證試驗結(jié)果與主觀評價結(jié)果吻合，建議采用品牌3 輪胎作為車型開發(fā)備選輪胎。

7 結(jié)束語

本文介紹車型開發(fā)前期輪胎選型的主客觀試驗方法，包括輪胎品牌選取、試驗場地和人員選擇、試驗項目和計算方法等，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)驗借鑒。