轮辋宽度对轮胎室内性能的影响研究

吴祥鑫，张永峰，车明明，王慎平，李崇兵，姜锡洲，王 帅，王海艳，周献伟，侯莉莉

[浦林成山（山东）轮胎有限公司，山东 荣成 264300]

国内轮胎和轮辋的设计及使用主要参考的法规有国家标准、欧盟标准和美国标准。不同标准规定使用的轮辋存在一定差异。以205/55R16规格轮胎为例，我国标准允许使用轮辋为6J，6 1/2J，7J；欧盟标准和美国标准允许使用轮辋为5 1/2J，6J，6 1/2J，7J，7 1/2J[1-3]。

汽车制造商在车辆实际制造过程中会根据车辆的不同性能、成本需求选择不同宽度的轮辋。研究表明[4-5]，轮辋宽度对实车耐磨性能、抗撞击性能、操控性能、舒适性等以及轮胎静态刚度有一定影响，而有关轮辋宽度对轮胎各项性能的影响研究较少。

本工作着重研究轮辋宽度对轮胎外缘尺寸、接地印痕、刚度和滚动阻力的影响。

1 实验

1.1 轮胎

205/55R16和215/60R16轿车子午线轮胎。

1.2 主要设备和仪器

TMT-2B型轮胎综合试验机，汕头浩大轮胎测试装备有限公司产品；TVR8408型轮胎压力分布分析设备，美国Tekscan公司产品；TJR-RR-PC/TB（J）型轮胎滚动阻力试验机，天津久荣车轮技术有限公司产品。

1.3 试验方法

轮胎外缘尺寸测量按照GB/T 521—2012《轮胎外缘尺寸测量方法》，刚性测试按照GB/T 23663—2020《汽车轮胎纵向和横向刚性试验方法》，滚动阻力测试按照ISO 28580—2018。

2 结果与讨论

2.1 外缘尺寸

根据205/55R16轮胎允许使用轮辋要求，采用不同宽度的测试轮辋，轮胎外缘尺寸的仿真结果见图1。

图1 不同宽度轮辋轮胎的外缘尺寸仿真结果

由图1可见：随着轮辋宽度的增大，轮胎外直径逐渐减小，测试最大差值为1.4 mm；断面宽逐渐增大，测试最大差值为17.5 mm。这说明轮辋宽度对轮胎外直径和断面宽有影响，且对断面宽的影响较大。

2.2 静态接地印痕

不同宽度轮辋轮胎（205/55R16规格）的静态接地印痕仿真结果见图2。由图2可见，随着轮辋宽度的增大，轮胎接地印痕长轴长度减小、短轴长度增大，面积趋于减小，最大压力趋于增大。

图2 不同宽度轮辋轮胎的静态接地印痕仿真结果

轮胎（215/60R16规格）的接地印痕实测结果如图3和4所示。

图3 不同宽度轮辋的轮胎静态接地印痕实测结果

图4 不同宽度轮辋轮胎实测接地印痕

接地印痕形状因数（A）计算公式为：A＝2XCL/（ISL＋OSL），XCL，ISL和OSL的含义和测量位置如图5所示。

图5 接地印痕形状测量位置和含义示意

从接地印痕实测结果看：随着轮辋宽度的增大，接地印痕长轴长度减小、短轴长度和面积基本无变化；不同负荷下的变化规律基本一致；接地印痕形状因数趋于减小，形状无明显区别且无异常。

由以上分析结果可知，仿真结果与测试结果在接地印痕长轴长度变化上保持一致，在短轴长度和面积变化上存在差异。

2.3 静态刚度

不同宽度轮辋对轮胎（205/55R16规格）各向刚度影响的仿真分析结果见图6。由图6可见，随着轮辋宽度的增大，轮胎的径向刚度、横向刚度和扭转刚度明显增大，其中横向刚度和扭转刚度近似呈直线增大，而纵向刚度的变化不明显。

图6 不同宽度轮辋的轮胎刚度仿真结果

不同宽度轮辋轮胎（215/60R16规格）刚度实测结果见图7。由图7可见：随着轮辋宽度的增大，轮胎的径向刚度和横向刚度基本呈上升趋势，与仿真结果一致；纵向刚度变化无规律性，与仿真结果存在一定差异；扭转刚度基本无变化，与仿真结果差异较大。

图7 不同宽度轮辋的轮胎刚度实测结果

2.4 滚动阻力

5 1/2J，6J，6 1/2J，7J，7 1/2J轮辋轮胎（205/55R16规格）滚动阻力系数仿真结果分别为10.0，9.5，9.3，9.3和9.0 N·kN-1。

不同轮辋宽度轮胎各部位能量消耗仿真结果见图8。由仿真分析结果可知，随着轮辋宽度的增大，轮胎滚动阻力系数趋于减小，主要原因为胎侧和胎圈部位的能量消耗明显降低。

图8 不同轮辋宽度轮胎各部位能量消耗仿真结果

不同轮辋宽度轮胎（215/60R16规格）滚动阻力系数实测结果见图9。由图9可见，随着轮辋宽度的增大，轮胎的滚动阻力系数基本无变化，仿真结果与实测结果存在一定差异。

图9 不同宽度轮辋轮胎滚动阻力测试结果

3 结论

（1）轮辋宽度增大，轮胎仿真分析外直径减小、断面宽增大，接地印痕长轴长度和面积减小、短轴长度增大；各向刚度增大；滚动阻力系数减小。

（2）轮辋宽度增大，轮胎实测接地印痕长轴长度减小、短轴长度和面积基本不变；径向和横向刚度增大、纵向刚度变化无规律、扭转刚度基本不变；滚动阻力系数基本不变。

（3）在接地印痕长轴长度、径向刚度和横向刚度方面仿真结果与实测结果吻合度较高，在接地印痕短轴长度和面积、纵向刚度、扭转刚度、滚动阻力方面有一定差异，后续需更多验证。