輪胎力傳遞率試驗影響因素的研究

官聲欣，周 濤，丁俊杰

（萬力輪胎股份有限公司，廣東 廣州 510080）

車輛的噪聲、振動與聲振粗糙度（NVH）性能是衡量汽車質量的重要標準之一，輪胎作為汽車與地面接觸的唯一部件，其NVH特性對汽車振動噪聲有著重要影響，例如在汽車行駛過程中，當汽車內部的某個振動頻率與輪胎的固有頻率十分接近時，很可能造成車輛出現明顯的共振和噪聲問題。而具有良好的力傳遞率的輪胎對來自路面的激勵相對不敏感，可減小路面對懸架的振動傳遞，有利于提高車輛的NVH性能[1]，同時輪胎力傳遞率也可以評價輪胎空腔的共振靈敏度。因此，準確的輪胎力傳遞率測試結果對診斷和優化車輛與輪胎的NVH性能意義重大。

本工作研究輪胎的充氣壓力、測試敲擊方式、輪輞種類、輪胎批次和加速度傳感器粘貼膠等因素對輪胎力傳遞率試驗的影響，以便后續測試盡可能地降低這些因素對于測試結果的干擾，從而提升輪胎力傳遞率測試的穩定性與準確性。

1 力傳遞率試驗方法

輪胎力傳遞率是指輪胎軸心輸出力與胎面激勵力的比值，表征了輪胎對路面激勵力的衰減能力。根據傳遞函數的互異性，輪胎軸心到胎面的傳遞函數等于胎面到輪胎軸心的傳遞函數[2]。將輪胎裝配到輪輞上，充氣后將輪胎用膠繩懸掛，令輪胎處于自由狀態，按實際需要調節輪胎充氣壓力等試驗條件。采用德國西門子公司設備，按順序要求依次將數據傳輸線逐一與三向傳感器連接，在輪胎軸心上下兩側分別粘貼1個傳感器（記為M1和M2），在胎面中心粘貼傳感器（記為M3），取x，y和z方向數據（x，y和z為輪胎坐標系，非傳感器自身x，y和z方向，x為輪胎徑向，y為輪胎胎面切向，z為垂直輪轂朝外），傳感器粘貼位置見圖1。

圖1 傳感器粘貼位置

M1和M2的敲擊點方向相反，在計算分析中，若令M1的敲擊方向為正，則M2的敲擊方向為負，需要變更傳遞函數的正負號，假設某點傳遞函數為H03，前面的字母表示激勵點，0表示輪心，后面的數字為響應點，那么采用空間平均的方式可以得到 式（1）：

通過式（1）計算得到輪胎的力傳遞率。圖2示出了測試某款輪胎得到的力傳遞率曲線（幅值比為驅動和傳遞的頻響函數的比值），第1個峰值頻率為87 Hz，為輪胎的一階頻率，第2個峰值頻率為215 Hz，為輪胎空腔頻率。

圖2 輪胎力傳遞率曲線

2 影響因素分析

2.1 充氣壓力

輪胎日常存放過程中，有時會使用堆疊存放方式，導致底部的輪胎承受更大的重力，從而造成輪胎漏氣，充氣壓力降低[3-9]。因此在本試驗中，通過控制變量的試驗方法，在只改變輪胎充氣壓力的情況下對3個不同編號的輪胎進行力傳遞率測試，結果如表1所示。

表1 充氣壓力對輪胎力傳遞率測試結果的影響

從表1可以看出，隨著充氣壓力的降低，同一條輪胎的一階頻率和一階幅值比下降，空腔頻率變化較小，可以忽略不計，而空腔幅值比下降。

2.2 測試敲擊方式

不同測試人員有不同的測試習慣，敲擊力度、敲擊位置、敲擊方法難以完全一致，測試敲擊方式的不一致性可能會對輪胎力傳遞率測試結果產生一定影響。表2示出了測試敲擊方式對輪胎力傳遞率測試結果的影響。

表2 測試敲擊方式對輪胎力傳遞率測試結果的影響

從表2可以看出，測試敲擊方式不同，部分輪胎的一階頻率有1 Hz的差異，一階幅值比變化不大，空腔頻率一致，空腔幅值比差異較小。可見測試敲擊方式對輪胎力傳遞率測試結果的整體影響不大。

2.3 輪輞

輪輞種類也是輪胎力傳遞率試驗中變化的因素之一，不同公司在測試輪胎力傳遞率時會根據產品設計需求安裝不同的輪輞，而不同的輪輞會對輪胎力傳遞率測試結果產生一定的影響。表3示出了同一型號、不同結構和材質、不同質量的3種輪輞對輪胎力傳遞率測試結果的影響。

從表3可以看出，在保證輪胎充氣壓力穩定的情況下，使用同一型號、不同結構和材質、不同質量的輪輞會對輪胎的一階頻率和一階幅值比產生非常明顯的影響，對空腔頻率影響不大，但對空腔幅值比有一定的影響。由此推斷，輪輞種類對輪胎力傳遞率測試結果有重要影響。

表3 輪輞對輪胎力傳遞率測試結果的影響

2.4 生產批次

跟蹤同一規格不同批次生產的輪胎力傳遞率，結果如表4所示。

表4 生產批次對輪胎力傳遞率測試結果的影響

從表4可以看出，不同生產批次輪胎的一階頻率有1～2 Hz的差異，但空腔頻率保持不變，這可能是由于輪胎結構或配方的調整、或者輪胎均勻性等問題導致。因此，保持輪胎結構和配方一致、均勻性良好，對輪胎一階頻率的穩定性有重要 影響。

2.5 加速度傳感器粘貼膠

在進行輪胎力傳遞率試驗時，需要在輪軸中心和輪胎胎面粘貼加速度傳感器，用來讀取激勵和相應信號，常用粘土膠和藍丁膠等粘貼膠進行粘貼，不同粘貼膠的厚度和粘度等參數不同，可能會對輪胎力傳遞率測試結果造成影響。表5示出了加速度傳感器粘貼膠對同一條輪胎力傳遞率測試結果的影響。

從表5可以看出：不同加速度傳感器粘貼膠對輪胎的一階頻率有1～3 Hz的影響，粘貼膠3對輪胎的一階幅值比影響尤其明顯；對空腔頻率有1～2 Hz的影響，對空腔幅值比的影響較對一階幅值比的影響小。

表5 加速度傳感器粘貼膠對同一條輪胎力傳遞率測試結果的影響

3 結論

輪胎充氣壓力、測試敲擊方式、輪輞、生產批次和加速度傳感器粘貼膠對輪胎力傳遞率測試結果的影響的研究結果表明：輪胎充氣壓力、測試敲擊方式、輪輞、生產批次和加速度傳感器粘貼膠對輪胎一階頻率均有一定的影響，波動范圍為1～4 Hz，其中輪輞的影響最大，測試敲擊方式的影響較小；對空腔頻率的影響相對小一些，甚至幾乎無影響；對一階幅值比和空腔幅值比均有影響。在輪胎力傳遞率測試過程中要盡量避免上述因素的影響，以便能更準確地提供輪胎力傳遞率測試結果，用于車輛與輪胎相關性能的分析。