205/55R16 91V轿车子午线轮胎的设计

高 远，曲宾建，王 君

（青岛双星轮胎工业有限公司，山东 青岛 266400）

近年来，我国汽车工业不断发展，轮胎作为汽车与地面的接触部位，对汽车性能的发挥起着重要作用。轮胎除应具备承载、制动和驱动等基本功能外，还需要具有良好的抓着性能和舒适性以及较低的滚动阻力和噪声[1-6]。

根据国内市场需求，我公司开发出具有较好舒适性的205/55R16 91V轿车子午线轮胎[7]，具体设计过程如下。

1 技术参数

根据《中国轮胎轮辋气门嘴标准年鉴》要求，205/55R16 91V轿车子午线轮胎技术参数如下：标准轮辋 6 1/2J，充气外直径（D′）632（625.1～638.7）mm，充气断面宽（B′）214（205.4～222.6）mm，标准负荷 615 kg，标准充气压力 250 kPa，速度级别 V。

2 结构设计

2.1 外直径（D）和断面宽（B）

带束层位于子午线轮胎的冠部下方，对胎体起到箍紧的作用，可以防止胎冠部位胎体出现伸张现象。轮胎充气后外直径膨胀幅度一般为0～3 mm，因此轮胎的D′和D取值比较接近，参考以往设计经验，D取629 mm。

子午线轮胎断面变化与胎体骨架材料类型、带束层对胎体的箍紧作用、胎圈着合宽度（C）以及轮廓形状等相关。依据经验，C每增大或减小10 mm，轮胎B′相应增大或减小4 mm左右[8]，所以考虑C的取值，B取221 mm。

2.2 行驶面宽度（b）和弧度高（h）

当b值较大时，可以增大轮胎和路面的接触面积，减小单位面积上的压力，进而提高轮胎的牵引性、驱动性以及承载能力。一般b和h的变化呈正相关，适当调整b和h可以优化轮胎接地印痕形状和面积，均衡胎面接地压力，提高轮胎的牵引和耐磨性能，参考之前设计经验，b取168 mm，h取7.46 mm。

2.3 胎圈着合直径（d）和C

胎圈与轮辋之间需要紧密配合，为防止轮胎装配后出现漏气等现象，以及考虑轮胎实际装卸情况，d取404.2 mm。为降低胎侧刚性、增大弹性，提高乘坐舒适性，C取185.4 mm。

2.4 断面水平轴位置（H1/H2）

断面水平轴位于轮胎断面最宽位置，在轮胎充气后以及受到法向作用力时变形量最大，此处胎侧最薄，胎侧在此处也容易发生变形及破坏等。断面水平轴的位置要适中，若位置过高，容易造成胎肩部位应力集中，生热过大，进而引起胎肩脱层、高速性能降低等；若位置过低，会引起胎圈位置应力集中，易导致胎圈损坏、耐久性能降低等。本次设计H1/H2取1.083。

2.5 胎面花纹

胎面花纹的设计会对轮胎的操控性能、抗湿滑性能、高速性能、滚动阻力和噪声等产生影响。我公司根据实际市场需求情况，开发出一款非对称花纹。此花纹设计有4条纵向花纹沟，花纹主沟深度为7.6 mm，花纹饱和度为67%，具有优异的操控性能和抗湿滑性能，噪声低。为使轮胎的接地压力分布均匀，胎冠弧采用3段弧设计。胎面花纹展开见图1。

胎面花纹采用非对称花纹设计，内外侧肩部花纹块面积较大，可增大肩部的接地面积；内侧花纹块整体沟槽数量较多，可提高乘坐舒适性和排水性能；外侧花纹块整体较大，沟槽数量较少，有利于降低噪声，提高操控性能；采用不同花纹节距的组合形式，使得噪声能量分布更平均，避免同一频率噪声的周期性集中出现，有利于降低轮胎行驶噪声[9]。

3 施工设计

3.1 胎面

胎面采用四复合挤出机进行挤出，各部位分别为胎面胶、基部胶、胎侧胶、导电胶。胎面胶采用抗湿滑性能和耐磨性能优异、滚动阻力低的配方；基部胶采用生热较低的配方；为提高轮胎的导电性能，胎面中加入导电胶，可以将轮胎产生的静电等及时导入地下，使轮胎使用更安全；较厚的基部胶设计，可以降低轮胎行驶噪声，提高舒适性和操控性。胎面结构见图2。

3.2 冠带层

冠带层采用930dtex/2锦纶帘布，为加强对带束层的箍紧作用，同时确保轮胎的高速性能，本次设计冠带层采用一层平铺加两侧肩部缠绕的方式。冠带层帘布参数：单根帘线最小破断力 138 N，线密度 126根·dm-1，压延厚度 0.95 mm。

3.3 胎体

根据轮胎使用负荷和胎体帘线的特点，本次设计两层胎体帘布采用1100dtex/2聚酯帘线，压延密度为100根·dm-1，压延厚度为1.0 mm。胎体安全倍数为7.9，可为轮胎提供良好的支撑作用。

3.4 带束层

带束层是子午线轮胎的主要受力部位，带束层应具备高强度、低伸张、与胶料粘合牢靠、耐疲劳性能和耐腐蚀性能好等特点。本次设计带束层采用2层2×0.30ST钢丝帘线，角度为27°。

3.5 钢丝圈

钢丝圈类型为六角形结构，采用Φ1.2 mm高强度胎圈钢丝，排列方式为4-5-4-3。

3.6 成型工艺

轮胎成型采用VMI一次法成型机。

3.7 硫化

硫化采用氮气硫化工艺，硫化温度为178 ℃，硫化时间为15 min。

4 成品性能

4.1 外缘尺寸

按照GB/T 521—2012《轮胎外缘尺寸测量方法》对轮胎充气外缘尺寸进行测量。将轮胎安装在标准轮辋上，充气压力为180 kPa，测得D′和B′分别为633和211 mm，满足国家标准要求。

4.2 强度性能

成品轮胎强度性能按照GB/T 4502—2016《轿车轮胎性能室内试验方法》进行测试。充气压力为180 kPa，轮胎标准破坏能为295 J。试验结果显示，第1—4点破坏能均可达到标准值，第5点破坏能为523.2 J，为标准值的177.36%。成品轮胎强度性能达到国家标准要求。

4.3 脱圈阻力

成品轮胎脱圈阻力按照GB/T 4502—2016进行测试。充气压力为180 kPa，轮胎标准脱圈阻力值为11 120 N。试验结果显示，第5点脱圈阻力值为12 081 N，为标准值的108.64%。成品轮胎脱圈性能达到国家标准要求。

4.4 高速性能

成品轮胎高速性能按照GB/T 4502—2016进行测试。充气压力为300 kPa，试验负荷为449 kg。试验结果显示，累计行驶时间为1.75 h，试验结束时胎爆。高速性能试验条件及结果见表1。

表1 高速性能试验条件及结果

4.5 耐久性能

成品轮胎耐久性能按照GB/T 4502—2016进行测试。充气压力为180 kPa，标准负荷为615 kg。试验结果显示，累计行驶时间为102.28 h，试验结束时胎冠花纹掉块。耐久性试验条件及结果见表2。

表2 耐久性试验条件及结果

4.6 滚动阻力和噪声

成品轮胎滚动阻力按照ISO 28580：2018进行测试。滚动阻力系数为8.87 N·kN-1，达到C级标准。

噪声测试为室外测试，测量值为68 dB，满足国家标准要求。

5 结论

205/55R16 91V轿车子午线轮胎的充气外缘尺寸、强度性能、脱圈阻力、高速性能和耐久性能均符合国家标准要求，且轮胎在滚动阻力和噪声方面表现良好。