基于輪胎負(fù)荷和充氣壓力創(chuàng)建大數(shù)據(jù)系統(tǒng)

王志勇，車明明，夏天翔

[浦林成山（山東）輪胎有限公司，山東 榮成 264300]

隨著5G技術(shù)在汽車自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的應(yīng)用，未來汽車控制中心需要對(duì)其各部件的信息不斷傳輸和下發(fā)指令，否則可能會(huì)發(fā)生事故。未來把輪胎大數(shù)據(jù)導(dǎo)入車輛智能控制系統(tǒng)，為輪胎匹配最佳的充氣壓力，對(duì)汽車自動(dòng)駕駛對(duì)輪胎大數(shù)據(jù)的需求具有重要意義[1]。

在“互聯(lián)網(wǎng)+”的新時(shí)代，大數(shù)據(jù)支持已成為汽車行業(yè)的標(biāo)配。沃爾沃卡車基于大數(shù)據(jù)采集，開發(fā)出適合中國(guó)車隊(duì)使用的車隊(duì)管理系統(tǒng)“唯沃行”?！拔ㄎ中小本哂腥娴臄?shù)據(jù)采集功能，包括輪胎充氣壓力、每個(gè)車軸的負(fù)荷、車輛行駛里程和車輛油耗等。中國(guó)重型汽車集團(tuán)有限公司開發(fā)的“智能通”服務(wù)平臺(tái)是針對(duì)整車性能數(shù)據(jù)監(jiān)控研發(fā)的信息系統(tǒng)，可對(duì)車輛運(yùn)行狀態(tài)、駕駛狀況、行駛里程和油耗等進(jìn)行全方位數(shù)據(jù)回傳和監(jiān)控，以判定車輛性能狀況。

受輪胎滾動(dòng)阻力的影響[2]，輪胎造成的燃油消耗量約占整車燃油消耗量的25%～35%[3]，輪胎成本約占整車運(yùn)輸總成本的2%～3%。目前許多商用車輪胎因使用不規(guī)范，存在輪胎異常磨損、使用壽命短等問題。因此，在滿足輪胎所需承載的前提下，輪胎的滾動(dòng)阻力和磨耗性能作為評(píng)價(jià)輪胎大數(shù)據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用的兩個(gè)重要指標(biāo)，在實(shí)際使用中占有重要地位。

市場(chǎng)上輪胎大多在高充氣壓力或未滿載條件下使用，即使在車輛滿載狀態(tài)下輪胎也未滿載，例如“6×4+3”牽引車輛總載荷為49 t，而配用的22條12R22.5 18PR全鋼載重子午線輪胎總載荷為72.1 t。與在標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷與標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力下使用相比，輪胎大部分都存在異常磨損、使用壽命短等問題。目前“唯沃行”“智能通”等服務(wù)平臺(tái)和國(guó)產(chǎn)輪胎芯片都僅是收集監(jiān)控輪胎的運(yùn)行狀態(tài)，并未將收集的數(shù)據(jù)結(jié)合利用起來，未將現(xiàn)有資源發(fā)揮出最大價(jià)值。根據(jù)輪胎實(shí)際負(fù)荷，計(jì)算匹配相應(yīng)的充氣壓力，創(chuàng)建輪胎大數(shù)據(jù)系統(tǒng)并應(yīng)用到車輛智能控制系統(tǒng)中，可調(diào)整輪胎在最佳性能狀態(tài)下使用，對(duì)未來智能汽車的發(fā)展具有重要意義。

本工作以12R22.5 18PR全鋼載重子午線輪胎為例，介紹建立輪胎大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的方法。

1 根據(jù)輪胎負(fù)荷匹配相應(yīng)的充氣壓力

輪胎負(fù)荷取決于輪胎充氣壓力與輪胎內(nèi)腔體積。12R22.5 18PR全鋼載重子午線輪胎的標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力為930 kPa、標(biāo)準(zhǔn)單胎負(fù)荷為3 550 kg。通過靜負(fù)荷試驗(yàn)，得出輪胎在相同下沉量下的充氣斷面寬見表1。

表1 輪胎在相同下沉量下的充氣斷面寬

從表1可以看出，在相同下沉量下，輪胎的充氣斷面寬基本相同。

輪胎在固定下沉量與充氣斷面寬下，內(nèi)腔體積相同，此時(shí)其負(fù)荷能力只取決于內(nèi)腔充氣壓力。通過收集輪胎靜負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)并通過軟件插值計(jì)算，得出在標(biāo)準(zhǔn)下沉量[4]下輪胎負(fù)荷與充氣壓力的關(guān)系，見圖1。

圖1 在標(biāo)準(zhǔn)下沉量下輪胎負(fù)荷與充氣壓力的關(guān)系

從圖1可以看出，輪胎負(fù)荷與充氣壓力呈線性關(guān)系。通過計(jì)算得出輪胎充氣壓力（x）與負(fù)荷（y）的關(guān)系，見式（1），擬合系數(shù)R2=0.999。

式中，p1=3.438 2，p2=412.29，200≤x≤950。

2 輪胎在不同充氣壓力與負(fù)荷下的滾動(dòng)阻力和磨耗性能

輪胎磨耗性能用輪胎接地部位能量（使胎面橡膠分子鏈發(fā)生斷裂的能量）來表征。根據(jù)式（1）中輪胎的充氣壓力和負(fù)荷組合值，計(jì)算相應(yīng)的滾動(dòng)阻力與輪胎接地部位能量，見表2與圖2和3。

圖2 輪胎在不同充氣壓力和負(fù)荷下的滾動(dòng)阻力

圖3 輪胎在不同充氣壓力和負(fù)荷下的磨耗性能

表2 輪胎在不同充氣壓力和負(fù)荷下的滾動(dòng)阻力與磨耗性能

從表2與圖2和3可以看出：當(dāng)輪胎負(fù)荷與其匹配的充氣壓力增大時(shí)，滾動(dòng)阻力也隨之增大，反之則減??；當(dāng)輪胎負(fù)荷與其匹配的充氣壓力增大時(shí)，接地部位能量也隨之增大，反之則減小。因此，當(dāng)車輛未滿載時(shí)，輪胎負(fù)荷與其匹配的充氣壓力都相應(yīng)減小，輪胎在此狀態(tài)下使用可以降低滾動(dòng)阻力與磨耗。

目前市場(chǎng)上無論車輛滿載或未滿載，司機(jī)大都習(xí)慣對(duì)輪胎使用高充氣壓力或固定充氣壓力。當(dāng)輪胎未滿載使用時(shí)，如果繼續(xù)使用高充氣壓力，通過有限元仿真分析得出，與在標(biāo)準(zhǔn)條件下使用相比，輪胎接地面積減小一半，接地各部位壓力分布差異很大，胎面中部接地壓力變大、肩部花紋塊外側(cè)已脫離地面，在此條件下行駛會(huì)導(dǎo)致輪胎出現(xiàn)異常磨損、使用壽命縮短，同時(shí)也會(huì)影響行車安全性[5-9]。輪胎在標(biāo)準(zhǔn)條件與未滿載條件下的接地形狀及參數(shù)見表3。

表3 輪胎在標(biāo)準(zhǔn)條件與未滿載條件下的接地形狀及參數(shù)

3 結(jié)論

根據(jù)輪胎承載的不同負(fù)荷，為輪胎計(jì)算匹配相應(yīng)的充氣壓力，使輪胎保持在低滾動(dòng)阻力、低磨耗等最佳性能下使用，從而建立輪胎大數(shù)據(jù)系統(tǒng)。未來將輪胎大數(shù)據(jù)導(dǎo)入車輛智能控制系統(tǒng)中，車輛可依據(jù)輪胎實(shí)際負(fù)荷，通過車輛自動(dòng)充放氣系統(tǒng)，為輪胎匹配最佳的充氣壓力，使車輛和輪胎一直保持在最佳性能狀態(tài)下使用，可延長(zhǎng)輪胎使用壽命、提高車輛節(jié)能性和行車安全性等，因此創(chuàng)建輪胎大數(shù)據(jù)系統(tǒng)對(duì)未來智能汽車的發(fā)展具有重要意義。