225/65R17 102H公路型輪胎的設(shè)計(jì)

蔡瑩瑩

[佳通輪胎（中國(guó)）研發(fā)中心，安徽 合肥 230601]

公路（Highway Terrain，簡(jiǎn)稱HT）型SUV輪胎一般具有良好的高速性能和一定的越野性能。HT輪胎需要在噪聲、舒適性、高速操控性和公路越野性能之間達(dá)到平衡，而輪胎花紋設(shè)計(jì)則需要注重噪聲的控制和公路礫石路況的排石子等綜合性能[1-3]。

通常設(shè)計(jì)人員通過(guò)調(diào)節(jié)花紋節(jié)距的排列來(lái)優(yōu)化花紋噪聲，而公路礫石路況的越野性能及排石子等自潔性能會(huì)對(duì)輪胎的舒適性及噪聲產(chǎn)生一定的影響和制約（見(jiàn)圖1），因此要使這些性能達(dá)到平衡，需要一定的技術(shù)攻關(guān)[4]。

圖1 普通輪胎公路行駛夾石子的情況示意

本工作以225/65R17 102H公路型輪胎為研究對(duì)象，主要從輪胎整體結(jié)構(gòu)和花紋設(shè)計(jì)入手。首先優(yōu)化花紋剛性，保證輪胎具有良好的高速通過(guò)性、操控性和舒適性；其次優(yōu)化花紋排列和花紋型腔的布局，使其噪聲最小化，同時(shí)通過(guò)對(duì)花紋膠條和溝槽的邊部進(jìn)行特殊處理，使輪胎具有彈石降噪性能（見(jiàn)圖2）。現(xiàn)將有關(guān)設(shè)計(jì)情況介紹如下。

圖2 HT輪胎彈石降噪技術(shù)示意

1 胎面花紋設(shè)計(jì)

HT輪胎胎面花紋設(shè)計(jì)效果和設(shè)計(jì)圖分別如圖3和4所示。

圖3 HT輪胎胎面花紋設(shè)計(jì)效果

圖4 HT輪胎胎面花紋設(shè)計(jì)圖

1.1 胎面花紋塊精確比例

（1）冠部采用4條主縱溝，縱溝槽為等寬設(shè)計(jì)，每條縱溝寬度為總接地面寬度的5%±0.5%，4條排水溝槽以最佳寬度和排列保證了濕地行駛的安全性，有利于花紋塊的排水及操控性。

（2）胎面花紋由3部分獨(dú)立的花紋塊組成，寬度比例為1.0∶1.1∶1.0，3部分冠部花紋塊寬度占總接地面寬度的比例分別為11%±1%，12%±1%和11%±1%，精確的剛性匹配，能應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜路況。

（3）胎面花紋塊被Z字形橫向溝槽分隔，橫向溝槽與縱向主溝槽的夾角均保持在50°±5°，且橫向溝槽采用深淺交錯(cuò)的溝深，分別為縱向主溝深度的80%±2%和50%±2%。在中心位置的橫向溝槽里，中間是長(zhǎng)度為中間花紋塊寬度30%±2 mm的花紋加強(qiáng)筋，加強(qiáng)了花紋的整體接地剛性。

1.2 胎面花紋溝邊

第2條主溝采用溝邊處理，呈現(xiàn)交錯(cuò)分布，溝邊尺寸為：分布在花紋塊的溝槽端部，寬度為（0.8±0.2） mm，深度為主溝深度的50%±3 mm，兩個(gè)間隔的溝邊重疊寬度為[（3～5）±0.5]mm，溝邊處理使胎面與地面接觸時(shí)不會(huì)形成封閉的管狀氣泵，降低噪聲，同時(shí)使其具有公路越野排石子性能。

1.3 胎面花紋鋼片

胎面鋼片采用深溝和淺鋼片搭配，鋼片連接橫向溝槽和縱向主溝槽，深度為縱向主溝深度的60%±0.2 mm，確保輪胎在50%胎面磨損時(shí)仍有淺鋼片。鋼片的使用既保證了花紋的剛性，為高速行駛提供很好的操控性，又保證了花紋塊的切割均勻性以及抗撕裂性能。

1.4 胎面花紋節(jié)距

胎面花紋采用5種單元節(jié)距設(shè)計(jì)，一個(gè)花紋塊與相鄰一個(gè)花紋槽組成一個(gè)花紋節(jié)距，沿輪胎周向設(shè)有5種不同的花紋節(jié)距，分別為第1花紋節(jié)距（a）、第2花紋節(jié)距（b）、第3花紋節(jié)距（c）、第4花紋節(jié)距（d）以及第5花紋節(jié)距（e）。經(jīng)過(guò)不斷的模擬組合研究，該5種單元節(jié)距具有如下關(guān)系：a/b＝1.1，b/c＝1.1，c/d＝1.1和d/e＝1.1。1.1為本HT輪胎花紋噪聲的最佳節(jié)距比例。

1.5 胎面肩部花紋

胎面肩部花紋采用寬大的塊狀設(shè)計(jì)，肩部花紋塊寬度為總接地面寬度的10%±2%。肩部花紋塊既保證了轉(zhuǎn)向操控性能，又保證了一定的越野抓著性能。

HT輪胎肩部花紋設(shè)計(jì)效果如圖5所示。

圖5 HT輪胎肩部花紋設(shè)計(jì)效果

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

輪胎采用寬大的接地面設(shè)計(jì)，總接地面寬度/名義斷面寬比例系數(shù)為78%～82%，并且采用胎冠二段弧設(shè)計(jì)，確保了接地面積，保證了良好的高速操控性能。同時(shí)輪胎采用加深溝槽設(shè)計(jì)和加強(qiáng)的胎體材料，使其成為一款專為城市SUV車型打造的公路型產(chǎn)品，安全、舒適且行駛里程長(zhǎng)。

3 有限元仿真分析

輪胎的有限元仿真模擬及實(shí)車接地印痕如圖6所示。

從有限元仿真結(jié)果看，優(yōu)化后的花紋及結(jié)構(gòu)輪廓設(shè)計(jì)使輪胎的接地印痕形狀更適合公路越野型產(chǎn)品，接地壓力分布均勻，接地形狀方正。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 室內(nèi)試驗(yàn)

輪胎的強(qiáng)度、高速及耐久性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

4.2 實(shí)車評(píng)價(jià)

輪胎的實(shí)車主客觀評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)如下：舒適性評(píng)分 7.0，噪聲評(píng)分 7.0，干地操控性能評(píng)分6.75，濕地操控性能評(píng)分 6.75，濕地制動(dòng)距離28.69 m，干地制動(dòng)距離 24.35 m。可以看出，輪胎在噪聲和乘坐舒適性方面表現(xiàn)卓越，在干濕地操控性能方面也表現(xiàn)優(yōu)秀，是一款具有彈石降噪性能的綜合型公路輪胎。

從表1可以看出，輪胎的脫圈阻力、高速性能和耐久性能均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

輪胎的實(shí)際接地?cái)?shù)據(jù)如下（試驗(yàn)條件為充氣壓力 255 kPa，負(fù)荷 720 kg，輪輞6 1/2J×17）：包絡(luò)長(zhǎng)軸 188 mm，包絡(luò)短軸 182 mm，包絡(luò)總面積 30 210 mm2，有效面積 21 179 mm2，包絡(luò)面積比 70.1%，包絡(luò)矩形率 左側(cè)為77.4%，右側(cè)為77.5%。可以看出，輪胎的實(shí)際接地?cái)?shù)據(jù)滿足設(shè)計(jì)要求，接地形狀良好，接地壓力分布均勻，平均矩形率達(dá)到77.5%，保證了胎面冠部與肩部接地壓力分布的平衡，為汽車在轉(zhuǎn)向、操控、磨耗以及舒適性方面提供了良好的基礎(chǔ)。

5 結(jié)語(yǔ)

實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，本HT輪胎的設(shè)計(jì)符合產(chǎn)品的定位和客戶使用需求。通過(guò)胎面花紋的精細(xì)化設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)和輪廓的優(yōu)化設(shè)計(jì)，大大提高了其公路乘坐舒適性，同時(shí)具有較低的噪聲和良好的干濕地操控性能。