輪胎胎壓對(duì)整車(chē)性能的影響

辛運(yùn) 謝偉忠 羅澤敏

摘 要：輪胎是車(chē)輛與地面接觸的唯一部件，汽車(chē)輪胎氣壓的高低，將直接影響到整車(chē)行駛的舒適性、安全性以及燃油經(jīng)濟(jì)性等整車(chē)綜合性能。在保證整車(chē)操縱穩(wěn)定性、舒適性的同時(shí)，適當(dāng)?shù)奶岣咻喬ヌ海瑢⒂欣谡?chē)阻力降低，進(jìn)而降低整車(chē)油耗、電耗，以應(yīng)對(duì)工信部越來(lái)越收緊的乘用車(chē)平均油耗目標(biāo)。文章通過(guò)不同輪胎氣壓的整車(chē)性能實(shí)車(chē)試驗(yàn)，分析了輪胎氣壓變化對(duì)整車(chē)性能的影響。關(guān)鍵詞：輪胎;氣壓;整車(chē)性能;實(shí)車(chē)試驗(yàn)中圖分類(lèi)號(hào)：U467 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B ?文章編號(hào)：1671-7988（2019）01-82-03

Effect of Tire Pressure on Vehicle Performance

Xin Yun， Xie Weizhong， Luo Zemin

（?The Automotive Engineering Institute of Guangzhou Automobile Group Co.， Ltd.， Guangdong Guangzhou 511434?）

Abstract：?Tire is the only part of vehicle contact with the ground. The tire pressure will directly affect the vehicle's comfort， safety， fuel economy and other comprehensive performance. While guaranteeing the handling stability and comfort of the vehicle， properly increasing the tire pressure will help reduce the vehicle resistance， thereby reducing the vehicle fuel consumption and power consumption， in order to cope with the tightening average fuel consumption of passenger vehicles by the Ministry of Industry and Information Technology. In this paper， the influence of tire pressure on vehicle performance is analyzed through vehicle performance test with different tire pressure.Keywords：?Tire; Air pressure; Vehicle performance; Real car testCLC NO.： U467 ?Document Code： B ?Article ID：?1671-7988（2019）01-82-03

1?序言

輪胎是整車(chē)與地面直接接觸的部件，對(duì)整車(chē)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性、行駛平順性、操縱穩(wěn)定性、制動(dòng)性能等有直接的聯(lián)系。在車(chē)型研發(fā)過(guò)程中，首先根據(jù)車(chē)型的定位、車(chē)重、輪胎尺寸等要求設(shè)定整車(chē)胎壓，在確定車(chē)型胎壓后，再進(jìn)行后續(xù)的輪胎選型以及與輪胎相關(guān)的各項(xiàng)驗(yàn)證試驗(yàn)，因此車(chē)型開(kāi)發(fā)初期的胎壓設(shè)定顯得尤為重要。在整車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，如何設(shè)定輪胎胎壓，使其既能滿(mǎn)足整車(chē)性能的要求，又能和車(chē)型定位相匹配，需要進(jìn)行大量的研究。本文結(jié)合整車(chē)各性能對(duì)輪胎氣壓的要求，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了輪胎氣壓對(duì)整車(chē)性能的影響。

2?對(duì)標(biāo)車(chē)分析

車(chē)型開(kāi)發(fā)過(guò)程中，對(duì)標(biāo)車(chē)分析是及其重要的環(huán)節(jié)，因此本文對(duì)市場(chǎng)上的主流車(chē)型的輪胎胎壓作了大量分析統(tǒng)計(jì)，如圖1所示，可以看出市場(chǎng)上主流車(chē)型的輪胎氣壓多在220kPa-250kPa之間，占到所有統(tǒng)計(jì)車(chē)型的79%以上。對(duì)于新能源車(chē)型因其車(chē)重較重，胎壓通常設(shè)置為250kPa以上。因此本文對(duì)裝備兩種不同型號(hào)的輪胎選擇220、230、240、250kPa的胎壓進(jìn)行整車(chē)性能的試驗(yàn)驗(yàn)證。

3?輪胎胎壓對(duì)整車(chē)性能的影響

胎壓變化，對(duì)整車(chē)性能的影響評(píng)價(jià)，主要有主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)兩種方法。因主觀評(píng)價(jià)易受評(píng)價(jià)人員主觀因素的影響，不同評(píng)價(jià)人員可能給出差別較大的評(píng)價(jià)結(jié)果，且無(wú)法量化胎壓變化對(duì)整車(chē)性能的影響，而客觀評(píng)價(jià)法可以利用試驗(yàn)設(shè)備測(cè)試出表征性能的物理量。因此本文利用客觀試驗(yàn)的方法去驗(yàn)證胎壓變化對(duì)整車(chē)性能的影響。

3.1?燃油經(jīng)濟(jì)性

輪胎的滾動(dòng)阻力是影響汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性的重要因素之一。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，我國(guó)目前汽車(chē)的燃料消耗量已經(jīng)占總的燃料消耗量的25%，而克服輪胎滾動(dòng)阻力的燃油消耗量約占車(chē)輛燃油消耗的20%以上，故克服輪胎滾動(dòng)阻力的燃料消耗量是我國(guó)燃料消耗的重要組成部分。

輪胎氣壓升高，滾動(dòng)的輪胎變形減小，遲滯損失減小，導(dǎo)致輪胎的滾阻系數(shù)降低，進(jìn)而有利于整車(chē)道路行駛阻力的降低，降低油耗。為驗(yàn)證胎壓升高后輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)的影響，選取三種不同尺寸的輪胎分別在220kPa、240kPa、260kPa下進(jìn)行輪胎滾阻臺(tái)架測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果如下表1所示。胎壓220→240kPa，滾動(dòng)阻力系數(shù)降低2.6%-3.6%左右;胎壓240→260kPa，滾動(dòng)阻力系數(shù)降低4.4%-7.7%;且同一尺寸輪胎，輪胎扁平率越大，胎壓升高后，滾動(dòng)阻力系數(shù)降低越多，即胎壓升高對(duì)高扁平率的輪胎影響更大。

胎壓升高對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響，不僅取決于輪胎本身的滾動(dòng)阻力系數(shù)，更取決于整車(chē)的道路行駛阻力，因此測(cè)試了兩種輪胎在不同胎壓下的道路行駛阻力，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。可知胎壓升高20kPa后，120-10km/h的道路行駛阻力平均降低22N。

3.2?制動(dòng)性能

良好的制動(dòng)性能是汽車(chē)安全行駛的保障，為研究輪胎胎壓升高對(duì)制動(dòng)性能的影響，針對(duì)同一輛車(chē)、相同的試驗(yàn)場(chǎng)地、相同的試驗(yàn)人員，采取不同的輪胎壓力進(jìn)行國(guó)標(biāo)100-0 km/h與50-0 km/h的制動(dòng)距離試驗(yàn)，可見(jiàn)胎壓升高，接觸面積減小，輪胎的抓地力降低，制動(dòng)距離稍有變大，但不明顯。

3.4?操縱穩(wěn)定性

本文通過(guò)穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗(yàn)，驗(yàn)證胎壓變化對(duì)操穩(wěn)特性的影響。試驗(yàn)過(guò)程中調(diào)整方向盤(pán)，使試驗(yàn)車(chē)輛以最低穩(wěn)定車(chē)速沿著半徑為40m的軌跡圓行駛，記錄此時(shí)方向盤(pán)轉(zhuǎn)角。保持此方向盤(pán)轉(zhuǎn)角，然后均勻地加速，調(diào)整方向盤(pán)確保汽車(chē)能繞固定的圓行駛，直至汽車(chē)不能保持在圓周上行駛為止。利用測(cè)力方向盤(pán)、陀螺儀、高度計(jì)等測(cè)量相關(guān)參數(shù)，計(jì)算不同輪胎及胎壓下車(chē)輛的不足轉(zhuǎn)向度、側(cè)傾梯度、最大側(cè)向加速度。試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。（各項(xiàng)結(jié)果均取左、右轉(zhuǎn)的平均值）

輪胎的充氣壓力對(duì)側(cè)偏剛度有明顯的影響，在一定范圍內(nèi)，隨著胎壓的升高，輪胎的側(cè)偏剛度增加，輪胎的最大側(cè)偏力增加，汽車(chē)的極限性能增強(qiáng)，穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)的極限側(cè)向加速度變大。

輪胎充氣壓力增加，車(chē)輪的垂向支撐變大，車(chē)身側(cè)傾量變小，整車(chē)的側(cè)傾梯度會(huì)變小。

輪胎充氣壓力增加，轉(zhuǎn)向時(shí)車(chē)身側(cè)傾減小，左、右輪垂直載荷差別變小，平均側(cè)偏剛度變大。汽車(chē)前后軸的左右輪載荷變動(dòng)取決于：懸掛質(zhì)量、質(zhì)心高度、側(cè)傾中心位置、胎壓等一系列參數(shù)，且考慮試驗(yàn)誤差，胎壓變化20kPa對(duì)不足轉(zhuǎn)向特性的影響較難通過(guò)試驗(yàn)去驗(yàn)證。

3.5?轉(zhuǎn)向輕便性

車(chē)輛的轉(zhuǎn)向輕便性是評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)輕便程度的特性，又分為原地轉(zhuǎn)向輕便性、低速轉(zhuǎn)向輕便性、高速轉(zhuǎn)向輕便性，主要評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)向時(shí)的平均力矩水平、鎖止前最大力矩水平兩個(gè)參數(shù)。根據(jù)輪胎的回正特性，可知輪胎氣壓越高，輪胎的接地印跡越短，輪胎的拖距也就越小，回正力矩也就越小，駕駛員所施加的方向盤(pán)力矩會(huì)越小。本次只進(jìn)行原地轉(zhuǎn)向與低速雙紐線試驗(yàn)驗(yàn)證胎壓變化對(duì)轉(zhuǎn)向性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示，可見(jiàn)胎壓升高20kPa后轉(zhuǎn)向力矩稍有減小，但不明顯。

3.6?行駛平順性

輪胎及懸架系統(tǒng)的剛度、柔性是影響整車(chē)平順性的主要因素。輪胎胎壓升高，會(huì)導(dǎo)致輪胎剛度增加，最終會(huì)導(dǎo)致汽車(chē)行駛，尤其是在不平路面、沖擊路面、減速帶等路面上的乘坐舒適性變差。

所以在提高胎壓時(shí)必須注重整車(chē)的平順性。因主觀評(píng)價(jià)存在主觀性強(qiáng)、難以量化等缺點(diǎn)，測(cè)量車(chē)輛與乘員直接接觸的方向盤(pán)、駕駛員座椅導(dǎo)軌、駕駛員腳底板、后排乘員坐墊

地板四個(gè)測(cè)點(diǎn)的平順性客觀數(shù)據(jù)，量化胎壓升高對(duì)平順性的影響。測(cè)試路面選取粗糙路、光滑路、脈沖路三種典型的路面，通過(guò)加權(quán)加速度均方根值來(lái)評(píng)價(jià)振動(dòng)對(duì)人體舒適和健康的影響。分別測(cè)量在兩種胎壓、三種典型路面下的平順性數(shù)據(jù)，如表6所示。可見(jiàn)胎壓升高后，各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)均變差，各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)平均增大7%。

3.7?輪胎壽命

輪胎的氣壓是決定輪胎壽命與整車(chē)性能的重要因素，因此胎壓設(shè)定必須符合要求。試驗(yàn)表明，輪胎氣壓過(guò)高或過(guò)低，其使用壽命均會(huì)縮短，如圖2所示。輪胎氣壓過(guò)低，易導(dǎo)致胎肩磨損;輪胎氣壓過(guò)高時(shí)，輪胎接地面積小，易造成胎冠磨損，且胎壓過(guò)高，輪胎的剛度增加，在大沖擊工況下，極易產(chǎn)生爆胎等事故。

4?結(jié)論

本文通過(guò)實(shí)車(chē)試驗(yàn)分析了胎壓升高后整車(chē)性能的變化，胎壓升高20kPa后：輪胎滾阻及整車(chē)道路行駛阻力均有一定程度的減小，有利于燃油經(jīng)濟(jì)性。但制動(dòng)距離稍有增加，整車(chē)平順性變差較明顯。在整車(chē)胎壓設(shè)定過(guò)程中需綜合考慮，在滿(mǎn)載各項(xiàng)性能開(kāi)發(fā)目標(biāo)的前提下，適當(dāng)提高胎壓，降低油耗。

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