輪胎均勻性檢測機理及設備研發探討

黃磊 董覺

（中策橡膠集團有限公司 浙江杭州 310018）

輪胎均勻性檢測機理及設備研發探討

黃磊 董覺

（中策橡膠集團有限公司 浙江杭州 310018）

隨著我國公路的快速發展，路面變得更加光滑，相應的路面所產生的振動便會降低，因此人們的注意力逐漸轉向因輪胎的不均勻性而引起的汽車振動。雖然輪胎的制作過程復雜多變，想要做到完全均勻一致的輪胎是不太可能的，但是輪胎的均勻性直接影響到了車輛的操縱穩定性與行駛安全性，如果汽車輪胎的均勻性太差，就會影響汽車的質量性能。本文簡要探討了汽車輪胎均勻性的檢測機理以及設備的研發發展，以做參考。

輪胎均勻性；檢測機理；設備研發

引言

輪胎的均勻性即是指輪胎的不圓度，通常含有幾何尺寸的不均勻、質量分布不均勻以及剛性分布不均勻。現代的道路交通以及汽車工業對輪胎的均勻性要求愈來愈高，均勻性不好的輪胎，其在汽車行駛過程中，很容易產生橫向擺動，不利于駕駛。但是我國的輪胎企業在對輪胎均勻性的研發方面上起步較晚，裝備上投入得也不多，管理上又有一定的欠缺，所以在對輪胎的均勻性控制上與國際巨頭企業尚還存在較大差異。

1 輪胎均勻性的概念

在《輪胎術語及其定義》一書中，曾明確指出，輪胎均勻性是指在靜態和動態的條件下，輪胎的圓周特性恒定不變的性能，包括有輪胎的不平衡、尺寸偏差以及力的波動。輪胎性是輪胎在其生產過程中形成的個體特性，從輪胎術語看，輪胎均勻性的概念在廣義上包含有輪胎的平衡性能，若是從輪胎檢驗的過程來看，均勻性與平衡性卻是通過兩種不一樣的設備來檢驗的，也就是均勻性試驗機以及動平衡試驗機：

其中，均勻性試驗機檢測的主要是輪胎的力學性能，動平衡試驗機檢測的則主要是輪胎的質量不均勻性以及由質量不均勻性引發的力矩變化。目前也有將輪胎的均勻性與平衡性合并進行測試的試驗機，被稱為均勻性動平衡復合試驗機，不過其作用原理、數據輸出及檢驗標識依然是分為均勻性和平衡性兩種指標，且復合測驗機的測量精度通常是比單獨的均勻性試驗機以及動平衡試驗機要低。

2 輪胎低速均勻性檢測機理的研究

2.1 低速均勻性檢測機理

目前國內輪胎生產企業和相關輪胎質量檢測單位采用的都是輪胎低速均勻性檢測設備，在輪胎均勻性的測量過程中，低速均勻性檢測設備的主軸與負荷輪是通過機械的支撐保持不動，位置上也處于相互平行的狀態，負荷輪模擬地面，給主軸增加一定的負載，相當于輪胎行駛過程中的車體對輪胎的壓力[2]。輪胎在每個轉動周期內，旋轉編碼器會均勻的發出n點脈沖，每當旋轉編碼器發出一個脈沖時，計算機就會記錄一次傳感器測量，并且輸出輪胎徑向方向中的徑向力以及輪胎側向上的側向力，一直到采集到n個數據為止。最后依據測得的徑向力與側向力，推算出錐度以及角度效應等相應參數。

2.2 低速均勻性表征參數

測量并評判出輪胎設計與生產質量不均勻性的直接因素，主要包含以下幾個方面：

RFV（radial force variation）簡稱徑向力波動，是指受負荷輪胎在固定負荷半徑以及恒定的速度下，每次自傳一周后自身反復會出現的徑向力的最大波動值，其徑向力的方向垂直與行駛面。

LFV（lateral force variation）簡稱側向力波動，是指受負荷輪胎在固定負荷半徑以及恒定速度下，每次自傳一周后自身反復會出現的側向力最大波動值，其側向力的方向平行與旋轉軸的方向。

CON（conicity）簡稱錐度效應，是指受到負荷輪胎在旋轉時不會因為輪胎旋轉方向的改變而改變方向的側向力偏移值，單位是N。錐度效應力的正轉與反轉側向力的積分平均值是大小，其方向和側向力方向是一致的。

PLY（ply steer）簡稱角度效應，是通過輪胎的最外層帶束層角度的不同，而引起的隨輪胎旋轉方向的改變而改變方向的側向力偏移值，單位是N。

RRO（radial run-out）是指輪胎的徑向尺寸偏差，主要是以輪胎的固定軸線做基準，最大半徑和最小半徑的差值，單位是mm。

LRO（lateral run-out）指的輪胎側向尺寸的偏差，是輪胎胎側和垂直在固定軸線的中心平面間，最大和最小尺寸間的差值，單位是mm。

BPS（bumpy side）是指輪胎胎側10°范圍內側向尺寸的偏差。

2.3 低速均勻性檢測機理的研究現狀

不同于國內對輪胎均勻性相關方面的研究起步較晚，國外在輪胎均勻性的檢測設備中的檢測機理、數字化方法以及相應檢測產品方面展開的研發較多[4]。國內的市場已經基本被國外所壟斷。因為國外均勻性試驗設備生產產家已經形成了一個系統的體系，具有扎實的理論基礎以及硬件上的保障，設備運行也比較穩定、成熟。對于輪胎均勻性測試的核心技術和測控系統的核心元件，還有軟件技術等方面，國外都是采取嚴格保密的態度。所以就眼下來說，很少能夠看到輪胎均勻性相關的測試機理以及多變量測量解耦算法等基礎研究的資料，而能查到的有關輪胎均勻性測試設備的報道多半是和工程產品密切相關的專利技術或者相關的標準等文獻。

3 高速均勻性研究現狀

目前，關于輪胎均勻性質量好壞的判定依然是以低速均勻性的測試數據為參考，早期的時候，人們曾經試圖在低速測試數據中預測到輪胎的高速均勻性參數，就比如Fukasawa曾提出用低速均勻性的測量從而預測出高速均勻性的高次諧波成分，但是人們卻經常忽視了因速度的大幅變化而給輪胎力學性能所帶來的其他影響。通過輪胎均勻性測試設備所測量到的某個方向上的力，在其旋轉一周后的波動呈現出的是一個復雜的波形，人們通常會運用傅里葉變換的方式把它分解成多個諧波的疊加，且不同的諧波會不同程度的影響到車輛的行駛，同時不同速度下，同一條輪胎的力學特性也不盡相同。John K就給出了速度對于同一條輪胎徑向力特征的影響圖例，詳細請分別參考圖1～2。

圖1 行駛速度對輪胎波動力的影響

圖2 在不同速度下輪胎徑向力波動的測量數據

根據圖1不難看出，對于不同速度下的徑向力波動的程度也是明顯不同。而從圖2中可以看出，根據總體的徑向力波動而分解出不同諧波的峰值是密切關系到行駛速度的，不同諧波出現的峰值會造成行駛速度的不同。就比如當行駛速度在100km/h的時候，第5次諧波就會達到一個最大值；而當行駛速度高達160km/h以后才會出現第3次諧波的最大值，不同諧波反映了不同因素對車輛行駛速度造成的不同程度的影響[1]。且在不同的行駛速度下，輪胎的力學性能變化也是不一樣的，所以想用低速條件下所測得的數據準確預測出速度對輪胎力學性能的影響不太容易，只能研發測量輪胎在實際的運行狀態下，性能參數的高速均勻性檢測設備。

全國各地都還一直在進行著研究輪胎高速均勻性設備的工作，且在1988年，日本神戶制鋼集團研發出了第一臺測試高速均勻性的樣機，到2000年生產出了第一臺輪胎高速均勻性的檢測設備，在2003年3月份，日本的某一知名品牌汽車制造商在購買了第一臺高速均勻性試驗機后，并在同年10月份就進行投入使用，隨后，高速均勻性試驗機便正式打響名聲，開始得到各輪胎生產商的關注，并逐漸在生產中得到廣泛投入和使用。但是一直到目前為止，我國運用高速均勻性檢測設備的輪胎生產企業依然很少，然而隨著時代的發展，輪胎性能的指標一直在不斷提高，輪胎生產企業對高速均勻性檢測設備必然會增多，輪胎高速均勻性的檢測也必然會成為輪胎生產中的重要環節，所以輪胎生產企業必須重視高速均勻性檢測設備的研發和進步。

4 結束語

綜上所述，輪胎均勻性對整個車輛行駛過程中的安全性與舒適性都起著極大的作用，因為輪胎自身的制作工藝很是復雜講究，且輪胎工藝的每一道工序都有著其自身的尺寸公差，所以只有對輪胎部件的精度以及制造的全過程工藝做到嚴格控制，才可能讓影響均勻性的誤差降低到最小。

[1]杭柏林，盧忠宇，段振亞，王福鵬.輪胎均勻性檢測機理及設備研發進展[J].石油化工設備，2012，02：49～53.

[2]盧忠宇.輪胎均勻性測試設備優化設計[D].青島科技大學，2013.

[3]呂浦偉.不同輪胎均勻性試驗機測量參數一致性的研究[D].青島科技大學，2010.

[4]趙明達.輪胎均勻性參數測量方法的研究[D].青島科技大學，2009.

TQ336.11

A

1004-7344（2016）11-0328-02

2016-3-25

黃 磊（1987-），男，助理工程師，本科，主要從事設備管理（輪胎均勻性動平衡檢測設備）工作。

董覺（1988-），男，助理工程師，本科，主要從事設備管理（輪胎均勻性動平衡檢測設備）工作。