輪胎均勻性對牽引車行駛平順性影響試驗研究

摘要：針對某重型卡車行駛至70 km/h附近時存在嚴重異常振動現象，本文闡述了輪胎均勻性各項指標及影響因素，并通過道路試驗的方法，得到了車輛在裝配不同均勻性等級輪胎狀態下，各車速駕駛室地板位置的加權加速度均方根值，結果表明，輪胎均勻性對汽車行駛平順性的影響較為明顯。本文為汽車整車及輪胎的匹配設計提供了依據，也為解決卡車異常振動問題提供了方向。

關鍵詞：振動；輪胎；均勻性；道路試驗

中圖分類號：U463.8 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2550（2011）03-0062-05

Experimental Study on Vechicle Ride Comfort for

Assembing Different Uniformity of Tire

LEI Qi-ming

（Shanxi Heavy-Duty Automobile Co，Ltd.Automotive Engineering Research Institute，Xi’an 710200，China）

Abstract: Aiming for Vibration of some heavy truck in the course of traveling nearly to 70 km/h，To solve this problem，in this paper，we mainly studied the non-uniformity of the tire and the factors which influence the uniformity.Through road testing of vehicles，we obtained weighted acceleration RMS of cab’s floor while assembling different uniformity grade tire and drove with different speed.The result is that vehicle ride comfort was serious influenced by assembling different uniformity grade tire.This paper provides a basis for vehicle and tire matching and provides a method to solve truck abnormal vibration.

Key words:vibration；tire；uniformity；road test

車輛行駛平順性是汽車最重要的性能之一，是檢驗汽車性能的重要指標，尤其是近幾年來隨著國民經濟的發展和人民生活水平的提高，車輛行駛平順性越來越受到用戶的關注。該性能的優劣直接影響到汽車其他性能的發揮和車輛使用的壽命，同時行駛平順性也是汽車在市場競爭中的一項重要指標。

輪胎作為汽車與路面連接的唯一部件，其主要作用是提供良好的行駛平順性，并保證汽車具有良好的操作穩定性［1、2］，隨著我國公路的發展，路面逐漸趨于平坦，輪胎的均勻性成為影響汽車行駛平順性的主要原因之一。目前國家標準未對載重汽車所用輪胎的均勻性進行限值，加上輪胎在制造過程中部件的精度、手工操作的精度及加工設備的條件不同，導致輪胎均勻性參差不一，雖然國內一些輪胎生產企業開始認識到載重汽車輪胎均勻性對車輛行駛平順性的影響，制定了一些企業內部標準，但是也未從根本上解決輪胎均勻性的問題。輪胎均勻性超標容易引起車輛跑偏、方向盤抖動及整車異常抖動等現象，此類現象已經成為困擾國內牽引車NVH的主要問題，有必要做深入的研究。

1輪胎不均勻性及影響因素

輪胎的不均勻性可以分為幾何尺寸不均勻性、質量分布不均勻性及剛度分布不均勻性。在工程中主要通過輪胎均勻性試驗機測量輪胎的不均勻性，一般的輪胎均勻性試驗機可以測量的參數有：徑向力波動（RFV）、徑向一次諧波（RFH）、側向力波動（LFV）、側向一次諧波（LFH）、錐度效應（CON）、側偏角（PLY）、徑向跳動（RRO）、側向跳動（LRO）等［3、4］。根據經驗，就全鋼載重子午線輪胎而言，判別其均勻性的主要項目為：徑向力波動、側向力波動、徑向跳動、側向跳動及錐度效應。

輪胎出現軸向斷面材料厚度不均勻、骨架材料密度不均勻、輪胎軸心出現同心度偏移等現象均會造成輪胎徑向跳動量超標。通過大量的檢測數據發現，輪胎徑向力波動與徑向跳動量存在一定的關系，一般情況下輪胎徑向跳動大則輪胎徑向力波動也大，所以載重全鋼子午線輪胎徑向跳動量在很大程度上決定了徑向力的變化。車輛行駛于平坦路面上時，輪胎的徑向力波動如同車輛行駛在凹凸不平的路面上一樣，容易引起車輛單一頻率的振動。

輪胎斷面對稱軸兩側出現同心度偏差及軸向斷面材料分布彎曲等現象會使側向跳動及側向力波動增加，同樣輪胎側向跳動一定程度上決定了輪胎側向力波動。輪胎側向力波動容易造成行駛中轉向車輪左右擺動從而傳遞到方向盤給駕駛人員造成疲勞及不安全感。

輪胎斷面對稱軸兩側出現同心度偏差和左右部件厚度不一致等現象會造成錐度效應絕對值增大。輪胎的錐度效應容易造成輪胎偏磨和車輛行駛方向跑偏。

2不同等級輪胎道路試驗及數據分析

根據以上分析，載重全鋼子午線輪胎徑向跳動量、側向跳動量及錐度效應等參數是考核輪胎均勻性的重要指標，這些參數超標會直接導致汽車行駛平順性的降低。

某國產重型牽引車（6×4）空載情況下行駛至70 km/h附近時出現嚴重的駕駛室抖動現象，抖動頻率較為單一、節奏感較強。我們首先利用滑行法對車輛進行了排查，發現車輛由高速怠速、空擋滑行至70 km/h附近時依然存在駕駛室抖動現象，且與正常行駛的抖動現象完全相同，該種方法可以排除發動機、變速箱及傳動軸等總成振動對駕駛室抖動的影響。然后我們利用天車將牽引車中后橋懸空，前軸輪胎用三角木前后固定，防止車輛前后移動，駕駛員控制車輛使發動機轉速、變速箱檔位與實際發生抖動的狀態完全相同，同樣發現在此種情況下駕駛室感覺不到任何異常抖動情況，再次證明了該車駕駛室異常抖動與發動機、變速箱及傳動軸無關。最后我們在車輛各軸橋、車架前后端、駕駛室地板、座椅等位置安裝了加速度傳感器，測量了在問題出現時各位置振動信號，經信號頻譜分析發現駕駛室抖動信號與車輛中后橋振動信號相干性較大，振動頻率為5.5 Hz左右，該車安裝的是12.00R20普通斷面子午線輪胎，經計算在70 km/h車速下輪胎的滾動圈數為5.8圈，與駕駛室抖動的頻率基本吻合，所以初步判定是輪胎的徑向跳動超標對整車行駛平順性產生了影響。

2.1 試驗條件及方案

為了驗證不同徑向跳動量輪胎對整車平順性的影響程度，本試驗的條件及方案如下：

（1）試驗方案：通過測量車輛分別安裝不同等級輪胎時軸橋及車架等位置的振動信號，分析得到各位置振動信號頻譜圖及駕駛室地板位置加權加速度均方根值及振動量級，最后得出不同等級輪胎對車輛行駛平順性的影響，試驗所用不同等級輪胎詳細參數見表1。

（2）試驗條件：本試驗所使用的儀器主要有東華測試DH5927 36通道數據采集儀及9個單項和1個三向ICP型加速度傳感器，傳感器詳細布置位置見表2。測試采樣頻率為200 Hz，試驗車輛為空載狀態，不帶掛車；試驗道路為西安市繞城高速公路；試驗車速40～90 km/h每隔5 km/h進行一次測試；各狀態下采樣時間為50 s。

2.2 試驗數據分析

2.2.1 兩種情況下各位置功率譜密度對比

利用matlab編程語言編寫了自功率譜密度批處理程序，處理得到了車輛安裝表1所示不同等級輪胎，相同試驗條件下各相關位置的自功率譜密度，詳見表3。表3中主要列舉了70 km/h車速下安裝不同等級輪胎時各車輛相關位置的振動情況。

由表3顯然可以看出全車安裝B等級輪胎后車輛軸、橋、車架及駕駛室地板位置的振動幅值明顯大于安裝A等級輪胎的情況，振動的主要頻率未發生變化，這與試驗過程中試驗人員的主觀感覺完全一致，而且在其他車速下的對比情況與該車速相似。

2.2.2 兩種情況下駕駛室地板位置總加權加速度均方根值及振動量級對比

本試驗采用ISO2631-1：1997E推薦的基本評價方法——加權加速度均方根值評價法來評價振動對人體舒適度和健康的影響，試驗過程中為排除座椅對平順性的影響因素，我們利用同樣的方法對駕駛室地板位置的振動量級進行了分析，不同車速下駕駛室地板位置人體振動加權加速度均方根值及量級見表4［5］。

由表4及圖1所示，車輛在安裝A等級輪胎以后整車的平順性提高，問題車輛在70 km/h左右的抖動現象消失，可見載重汽車空載情況下的行駛平順性受輪胎徑向跳動量的影響較大。

3 結論

本研究利用輪胎均勻性試驗機挑選了均勻性參數不同的A、B等級輪胎各10條，分別裝車進行了道路試驗研究，分析了輪胎均勻性對載重汽車行駛平順性的影響。從試驗的結果看出輪胎均勻性對重型汽車行駛平順性的影響比較明顯。

目前國內各主要卡車生產企業及輪胎供應商沒有充分認識到載重汽車輪胎均勻性對車輛行駛平順性的影響，在車輛研發過程中沒有對車輛與輪胎的匹配性進行深入的研究，大部分整車企業只是簡單的采購，沒有提出較為明確的技術要求，而且整車廠為節省車輛制造成本競相降低輪胎采購價格，給載重汽車輪胎技術的創新及質量的提升帶來很大的負面影響。

參考文獻：

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