載重輪胎輪廓設計與性能的相關性研究

趙厚杰，張寶亮，戚順青

（青島雙星輪胎工業有限公司，山東 青島 266400）

隨著公路交通和汽車技術的發展，對汽車的安全性、節油性等要求越來越高，而輪胎作為汽車與路面接觸的唯一部件，其對汽車性能的影響至關重要[1-4]。輪胎輪廓設計對輪胎性能有很大影響，且輪胎輪廓設計在完成模具開發后，若更改輪廓則需要重新開發模具，不僅造成資源浪費還會延誤開發周期，因此研究輪胎輪廓設計與輪胎性能的相關性尤為重要[5-8]。

本工作選取12R22.5規格的3個不同品牌載重輪胎，對其輪廓以及接地印痕、靜負荷和滾動阻力等性能進行分析，研究載重輪胎輪廓設計與其性能之間的關系。

1 載重輪胎輪廓設計剖析

不同品牌載重輪胎的輪廓如圖1所示。

圖1 不同品牌載重輪胎的輪廓

從圖1可以看出，在胎肩設計方面，F品牌輪胎采用直線設計，K和L品牌輪胎為反弧設計。相對于反弧設計，肩部采用直線設計增大了輪胎的內腔體積，有利于提升輪胎的承載能力，而反弧設計有利于增大輪胎胎肩部位的散熱面積，可提升輪胎的耐久性能。L品牌輪胎在行駛面最寬點處導角為大圓角，K品牌輪胎胎面輪廓設計采用更大的曲率，F和L品牌輪胎胎面輪廓設計采用的曲率相近，大曲率設計有利于提升輪胎的胎面剛性。

2 性能測試

2.1 外緣尺寸

不同品牌載重輪胎的外緣尺寸見表1。

表1 不同品牌載重輪胎的外緣尺寸 mm

從表1可以看出，相對于K和L品牌輪胎，F品牌輪胎充氣斷面寬更大，這主要是因為充氣后肩部曲線采用反弧設計的輪胎相對于肩部曲線采用直線設計的輪胎更能限制輪胎在側向的膨脹，3個品牌輪胎在充氣外直徑方面的差距主要是由于模具設計值不同導致的。

2.2 接地印痕和靜負荷

不同品牌載重輪胎的接地印痕如圖2所示，靜負荷性能測試結果如表2所示。

圖2 不同品牌載重輪胎的接地印痕

表2 不同品牌載重輪胎的靜負荷性能測試結果

從圖2可以看出，F和L品牌輪胎的接地印痕呈現橢圓形，K品牌輪胎的接地印痕形狀接近方形。這主要是因為K品牌輪胎胎面輪廓設計采用更大的曲率，而F品牌輪胎相較于L品牌輪胎的接地印痕形狀更加接近橢圓形的主要原因是L品牌輪胎肩部曲線采用反弧設計，在給輪胎施加負荷時肩部更易變形。

從表2可以看出，K品牌輪胎的下沉量最小，這主要是因為K品牌輪胎胎面輪廓設計采用更大的曲率，胎面的剛性更大，在對輪胎施加相同負荷時輪胎的變形量更小，也反映出輪胎的徑向剛性較大。

2.3 滾動阻力、模態和耐久性能

不同品牌載重輪胎的滾動阻力、模態和耐久性測試結果如表3所示。

表3 不同品牌載重輪胎的滾動阻力、模態和耐久性測試結果

從表3可以看出，K品牌輪胎的滾動阻力系數最大，從胎面輪廓設計角度分析，雖然K品牌輪胎的胎面剛性最大，但其質量較大，所以滾動阻力系數較大。模態主要由質量和剛性決定，且與質量成反比、與剛性成正比，3個品牌輪胎的一階模態相近，說明3個品牌輪胎剛性與質量的比值相近。F品牌輪胎較K和L品牌輪胎的累計行駛時間更短，這主要是因為肩部反弧設計增大了輪胎的散熱面積，從而提升了輪胎的耐久性能。

3 結論

載重輪胎輪廓設計時，胎面輪廓采用較大的曲率，接地印痕更接近方形，輪胎的剛性更大，靜負荷性能提高；肩部曲線采用反弧設計有利于提升輪胎的耐久性能。