汽車輪胎強度性能比對分析

魏曉辰+張新峰+張一塵

摘 要：隨著社會工業的進步，汽車行業也在不斷的蓬勃發展，汽車輪胎是支撐整個汽車總成核心的載體，直接涉及到乘員的生命安全，也是更換最頻繁的易損件，進而涌現出一大批的汽車輪胎企業，填充輪胎的后市場。本文針對市場中不同輪胎品牌，不同輪胎類別，以及不同輪胎型號，依據國家標準對汽車輪胎的強度性能進行對比試驗，總結出輪胎在不同條件下破壞能大小的規律，并制定CATARC輪胎強度等級劃分，對了解汽車輪胎質量品質有著指導性的意義。

關鍵詞：汽車輪胎 強度性能 強度指數 等級劃分

中圖分類號：U491.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）11（a）-0109-03

汽車工業的高速發展，帶動了輪胎行業的快速發展，在“十二五”期間，輪胎行業隨著整個中國經濟的高速發展而迅速發展，2005年我國輪胎產量達到2.5億條，超過美國的2.28億條，此后，一直保持這一優勢，連續12年世界第一位。輪胎作為汽車上極為重要的零件，也是最頻繁更換的易耗件，關乎車輛使用人員的安全，下面我們通過強度性能試驗對不同的輪胎進行比對，直觀地展現出其中的規律。

輪胎強度是輪胎重要的安全性能評價指標之一，2001年輪胎成為工信部整車強檢上公告的試驗項目，也就是說給整車企業做配套的輪胎企業需要拿到工信部認可的強檢報告才可以上公告，這是國家針對輪胎安全又提高了重視度。通常人們對于輪胎概念認識得比較淺，輪胎也可以說是汽車的4只鞋子，但是鞋子也有被釘子扎破的時候。市場上銷售的輪胎大小不一，品牌影響度也大有不同，但是輪胎的強度與這些影響因素有什么樣的關系，應該也是消費者比較關注的話題。首先輪胎種類有很多，分為汽車輪胎，摩托車輪胎，工程機械輪胎等，按照《機動車輛輪胎強制性產品認證實施規則》[1]將每一類輪胎中高寬比相同的輪胎規格，視為一個系列，此系列中滿足一個規格的輪胎通過國家標準，其他規格同樣視為通過，但國家標準僅僅是一條標準線，想要知道每種輪胎本身的最終破壞能，需要做大量的試驗才可以得出。

1 輪胎爆破形式

1.1 爆胎形式

經過大量室內試驗證明，輪胎被破壞時大致分為3種形式。

（1）穿刺物被輪胎胎冠的橡膠所包裹，輪胎內的氣體會逐漸排出。

（2）與穿刺物相接觸的胎冠部分會被瞬間刺破，整塊輪胎橡膠掉入輪胎與輪輞中間。

（3）與穿刺物相接觸的輪胎斷面會發生橫向斷裂，大量氣體瞬間迸出，沖擊力很大。

1.2 危險性影響

以上3種輪胎爆破的形式是發生事故時輪胎胎冠表面相對沖擊物發生的物理變化，但最終對車輛行駛的危險性影響是一樣的。

2 試驗方法與限值

2.1 試驗方法

針對強度的試驗方法也有明確的標準規定，如我國的GB/T4503，GB/T6327和GB/T13203，美國的FMVSS 109，119，139，標準化組織的ISO 10191和10454[2]。以中國的試驗標準來講，計算公式就是輪胎受到標準的半圓頭柱塞對其做功，破壞能計算公式如下：

2.2 限值要求

2.2.1 轎車輪胎

乘用車輪胎可以說是市場占有率非常高的產品，國家強制性標準GB 9743中對轎車輪胎制定了強度標準限值要求，以斷面寬度160mm為分界線分為標準型和增強型兩種，其輪胎破壞能分為220J、295J、439J、585J這4個標準值[3]。

2.2.2 載重輪胎

載重輪胎多數應用在商用卡客車上，由于真空胎被廣泛使用，目前載重輪胎也由原來的帶內胎輪胎過度到使用無內胎輪胎，載重輪胎根據其輪胎規格中斷面寬度是用公制還是英制來表示，分為公制載重輪胎和英制載重輪胎兩種，國標GB 9744中對公制載重輪胎和英制載重輪胎設定了兩種限值[4]。

3 強度比對分析

（1）選取14～18寸不同規格不同品牌乘用車標準型輪胎，14～18寸5個尺寸，每種6條輪胎，對其輪胎的破壞能進行對比，從整理出的數據和圖表（由于篇幅限制暫不贅述）可以看出輪胎的破壞能不會隨著直徑尺寸的增加而變大。

（2）選取20條不同規格不同品牌的破壞能標準值為295的標準型轎車輪胎，從整理出的數據和圖表（由于篇幅限制暫不贅述）可以看出絕大多數的輪胎被刺破時的破壞能為標準值的200%～400%之間。

（3）選取10條不同規格不同品牌的破壞能標準值為585的增強型轎車輪胎，從整理出的數據和圖表（由于篇幅限制暫不贅述）可以看出絕大多數的輪胎被刺破時的破壞能為標準值的100%～150%之間。

（4）選取15種不同規格不同品牌輕型載重輪胎進行標準值與破壞能值進行比對，從整理出的數據和圖表（由于篇幅限制暫不贅述）可以看出絕大多數的輪胎被刺破時的破壞能為標準值的100%～300%之間，有個別輪胎可以甚至達到500%。

（5）選取15條不同規格不同品牌破壞能標準值為2090J的載重輪胎，從整理出的數據和圖表（由于篇幅限制暫不贅述）可以看出絕大多數的輪胎被刺破時的破壞能為標準值的150%～300%之間，有個別輪胎可以甚至達到400%。

（6）選取前面（1）所述前15條輪胎數據、（2）和（4）所述的全部輪胎數據，進行轎車輪胎，輕型載重汽車輪胎，載重汽車輪胎的破壞能進行對比，得出的圖形圖1，可以看出轎車輪胎和輕載輪胎大致在同一區間，有個別輕載輪胎破壞能相對比較高，載重輪胎相對轎車輪胎的破壞能在3500～8400J區間。

綜上所述得出以下結論。

輪胎的強度破壞能不會隨著輪胎尺寸大小成比例增長。

根據20條標準型轎車輪胎樣品試驗，90%的輪胎刺破時的破壞能為標準值的200%～400%之間。endprint

根據10條增強型轎車輪胎樣品試驗，90%的輪胎刺破時的破壞能為標準值的100%～150%之間。

根據15條輕型載重汽車輪胎樣品試驗，87%的輪胎刺破時的破壞能為標準值的100%～300%之間，有個別輪胎可以甚至達到500%。

根據15條載重汽車輪胎樣品試驗，87%的輪胎刺破時的破壞能為標準值的150%～300%之間，有個別輪胎可以甚至達到400%。

4 CATARC輪胎強度等級劃分

4.1 分級原則

數據分級應客觀反映數據的分布特征，以數據的集群性作為分級的重要依據，分級界限應該在數據變化顯著特征上使各級內部差異盡可能小，等級之間的差異盡可能大。分級的結果一般要求中間級別包括的單元多，兩端級別包含單元較少。也有要求分級單元數近似相等的，對于輪胎強度性能分級，考慮到其破壞能都是必須先滿足法規限值，推薦使用中間級別包括的單元多，兩端級別包含單元較少。

4.2 強度等級劃分

把輪胎刺破點時的能量值相對于其標準值的比值定為強度指數，按照第三節數據根據強度指數把轎車輪胎、輕型載重輪胎、載重輪胎強度性能進行等級劃分。

（1）將前面3（2）所述的樣品基數4等分，根據強度系數值，定出標準值為295J的轎車輪胎的限值劃分。

（2）將前面3（5）所述的樣品基數4等分，根據強度系數值，定出輕型載重輪胎的限值劃分。

（3）將前面3（6）所述的的樣品基數4等分，根據強度系數值，定出載重輪胎的限值劃分。

5 結語

本文對市場中不同輪胎品牌、不同輪胎類別以及不同輪胎型號，依據國家標準對汽車輪胎的強度性能終極壽命進行對比試驗，總結出輪胎在不同條件下破壞能大小的規律，而且大部分輪胎最終的破壞能值比標準值高很多，說明輪胎企業對于強度性能方面也是高度重視。同時應用現有數據初步建立CATARC輪胎強度破壞能等級劃分限值，由于輪胎種類繁多，國內外尚未對輪胎強度做出等級評價的規定，想要完善它，得需要大數據的支持，此文只針對標準型轎車輪胎、輕型載重型輪胎、載重型輪胎3種類型的輪胎進行了等級劃分，因為輪胎種類比較多，需要后續的研究繼續增補大量試驗樣本并劃分出合適的等級，這也是筆者下一步的工作，對了解汽車輪胎質量品質有著指導性的意義。

參考文獻

[1] CNCA-C12-01：2015，強制性產品認證實施規則——機動車輛輪胎[Z].

[2] 陳迅，劉曉民，盛夢龍，等.輪胎強度破壞能計算公式的討論[J].輪胎工業，2009，29（7）：439-441.

[3] GB 9743-2015，轎車輪胎[S].

[4] GB 9744-2015，載重汽車輪胎[S].endprint