輪轂寬度對操縱穩定性的影響研究

巫升斌 董幸之 謝偉忠 王中興 辛運

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣州 511434）

1 前言

近年來，汽車工業的發展帶動了國內輪轂產業的快速發展，轎車研發中采用的輪轂種類和規格、搭配的輪胎尺寸也越來越多。隨著汽車消費者的年輕化，汽車的操縱穩定性日益受到重視。輪轂是車身重力傳遞到路面的重要部件，承受著轉彎時的橫向載荷、驅動力和制動力矩等，GB/T 2978—2014《轎車輪胎規格、尺寸、氣壓與負荷》[1]給出了輪胎可以適配的多種寬度的輪轂。不同寬度的輪轂裝配相同的輪胎時，輪胎的寬度、接地面積、側向剛度和縱向剛度將發生改變，這些改變將直接影響汽車的操縱穩定性。

本文選取某車型搭載的215/55 R17規格輪胎，分別安裝在6.5J、7J、7.5J規格的輪轂上，基于輪胎單體臺架試驗、實車操縱穩定性主觀評價試驗及客觀試驗分析不同寬度的輪轂對操縱操穩性產生的影響。

2 試驗方法

2.1 單體臺架試驗

單體臺架試驗包括輪廓掃描試驗、靜態剛度試驗及六分力試驗[2]，使用的設備分別為輪胎掃描試驗機、靜態剛度測試機和六分力測試臺，乘用車輪胎掃描試驗機如圖1所示。

圖1 乘用車輪胎掃描試驗機

輪廓掃描試驗可以得到輪胎的接地面積，而輪胎接地面積直接影響輪胎的抓地性能，進而影響實車的操縱穩定性。

靜態剛度試驗及六分力試驗可以輸出徑向剛度、橫向剛度、縱向剛度、側偏剛度、回正力矩等與實車操縱穩定性相關聯的試驗結果。

具體試驗項目及條件如表1所示。

表1 單體臺架試驗項目

2.2 操縱穩定性試驗

汽車操縱穩定性是車輛系統動力學的一個重要分支。車輛動力學是研究所有與車輛系統運動有關的學科[3]。汽車操縱穩定性的研究內容是汽車對駕駛員轉向輸入及外界干擾的響應[4]，還有駕駛員在控制汽車時操縱感覺的難易輕便程度[5]。實車操縱穩定性客觀試驗項目選取GB/T 6323—2014《汽車操縱穩定性試驗方法》[6]中的穩態回轉試驗及ISO 7401《道路車輛橫向瞬時響應試驗方法開路試驗方法》中的頻率掃描試驗。實車操縱穩定性主觀試驗項目參考某企業的操縱穩定性主觀評價試驗標準。

穩態回轉試驗用以測定汽車的轉向特性以及車身的側傾特性，從而確定汽車的穩定性能。頻率掃描試驗用于評價實車的動態特性。主觀評價主要評價車輛中心區響應、穩態性能、瞬態性能以及極限穩定性能，試驗過程如圖2所示。

圖2 操縱穩定性試驗

不足轉向度、側傾梯度、最大側向加速度、0.5 Hz時的橫擺角度增益、橫擺角速度對轉向盤轉角的滯后時間等試驗結果是衡量實車操縱穩定性能的重要指標，具體試驗項目如表2所示。

表2 實車操縱穩定性試驗項目

3 試驗結果

3.1 單體輪胎臺架試驗結果

3.1.1 輪廓掃描試驗

輪廓掃描試驗結果如表3示。

表3 輪胎寬度試驗結果

試驗結果表明，輪胎寬度與裝配輪轂寬度正相關且影響顯著，輪輞寬度增加1英寸（約合25.4 mm）時，輪胎寬度的變化差異超過5%。

3.1.2 單體臺架靜剛度試驗結果

臺架靜剛度試驗結果如表4、圖3~圖5所示。

表4 單體臺架靜剛度試驗結果

圖4 側向剛度曲線

圖5 縱向剛度曲線

試驗結果表明，輪胎裝配輪轂寬度與輪胎徑向剛度、側向剛度、縱向剛度整體呈正相關。其中輪轂寬度對側向剛度的影響最大，對操縱穩定性影響較大。隨輪轂寬度增加，側向剛度增加，對側傾的抑制能力增強，側向運動的響應更快。

3.1.3 單體臺架六分力試驗結果

單體臺架六分力試驗結果如表5、圖6、圖7所示。

表5 單體臺架六分力試驗結果

圖6 側偏剛度曲線

圖7 回正剛度曲線

試驗結果表明：

a.輪轂寬度對載荷靈敏度-前軸（1°）影響最為顯著，兩者呈正相關，表明輪轂寬度增加，載荷轉移靈敏度也隨之提高；

b.輪轂寬度對側偏系數-前軸（1°）影響較大，呈正相關，表明在側向加速度線性區，隨輪轂寬度增加，輪胎側偏剛度增大，影響不足轉向度；

c.輪轂寬度對載荷轉移靈敏度-前軸（2°）影響較大，呈負相關，表明在非線性區，隨輪轂寬度增加，車輛操控線性度增強。

單體臺架試驗結果表明，相同輪胎裝配不同寬度輪輞的試驗結果差異明顯，隨輪輞寬度的增大，影響操縱穩定性能的各參數均向操縱穩定性提升的方向變化。

3.2 操縱穩定性試驗結果

3.2.1 穩態回轉試驗結果

穩態回轉試驗結果如表6所示。

表6 穩態回轉試驗結果

試驗結果表明，不同輪轂寬度對不足轉向梯度影響較大，呈負相關。

3.2.2 頻率掃描試驗結果

頻率掃描試驗結果如表7所示。

表7 頻率掃描試驗結果

3.2.3 實車主觀評價試驗結果

實車主觀評價試驗結果如表8所示。

表8 實車主觀評價試驗結果

試驗結果表明，不同輪轂寬度對橫擺角速度增益及時間滯后影響較大，寬度越大，橫擺角速度增益越大，時間滯后越短。

實車操縱穩定性試驗結果表明，相同輪胎裝配不同輪輞寬度的試驗結果差異明顯，其中不足轉向梯度、側傾梯度、0.5 Hz的橫擺角速度增益、側向加速度對轉向盤轉角滯后時間變化明顯，且均趨向操縱穩定性提升的方向。

4 結束語

本文結合單體輪胎臺架試驗、實車操縱穩定性試驗及實車主觀評價，對輪胎裝配不同寬度的輪輞進行試驗，試驗結果表明，不同輪輞寬度的輪胎對操縱穩定性能影響顯著，相同輪胎裝配的輪輞越寬，操縱穩定性越好。