轮毂宽度对操纵稳定性的影响研究

巫升斌 董幸之 谢伟忠 王中兴 辛运

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广州 511434）

1 前言

近年来，汽车工业的发展带动了国内轮毂产业的快速发展，轿车研发中采用的轮毂种类和规格、搭配的轮胎尺寸也越来越多。随着汽车消费者的年轻化，汽车的操纵稳定性日益受到重视。轮毂是车身重力传递到路面的重要部件，承受着转弯时的横向载荷、驱动力和制动力矩等，GB/T 2978—2014《轿车轮胎规格、尺寸、气压与负荷》[1]给出了轮胎可以适配的多种宽度的轮毂。不同宽度的轮毂装配相同的轮胎时，轮胎的宽度、接地面积、侧向刚度和纵向刚度将发生改变，这些改变将直接影响汽车的操纵稳定性。

本文选取某车型搭载的215/55 R17规格轮胎，分别安装在6.5J、7J、7.5J规格的轮毂上，基于轮胎单体台架试验、实车操纵稳定性主观评价试验及客观试验分析不同宽度的轮毂对操纵操稳性产生的影响。

2 试验方法

2.1 单体台架试验

单体台架试验包括轮廓扫描试验、静态刚度试验及六分力试验[2]，使用的设备分别为轮胎扫描试验机、静态刚度测试机和六分力测试台，乘用车轮胎扫描试验机如图1所示。

图1 乘用车轮胎扫描试验机

轮廓扫描试验可以得到轮胎的接地面积，而轮胎接地面积直接影响轮胎的抓地性能，进而影响实车的操纵稳定性。

静态刚度试验及六分力试验可以输出径向刚度、横向刚度、纵向刚度、侧偏刚度、回正力矩等与实车操纵稳定性相关联的试验结果。

具体试验项目及条件如表1所示。

表1 单体台架试验项目

2.2 操纵稳定性试验

汽车操纵稳定性是车辆系统动力学的一个重要分支。车辆动力学是研究所有与车辆系统运动有关的学科[3]。汽车操纵稳定性的研究内容是汽车对驾驶员转向输入及外界干扰的响应[4]，还有驾驶员在控制汽车时操纵感觉的难易轻便程度[5]。实车操纵稳定性客观试验项目选取GB/T 6323—2014《汽车操纵稳定性试验方法》[6]中的稳态回转试验及ISO 7401《道路车辆横向瞬时响应试验方法开路试验方法》中的频率扫描试验。实车操纵稳定性主观试验项目参考某企业的操纵稳定性主观评价试验标准。

稳态回转试验用以测定汽车的转向特性以及车身的侧倾特性，从而确定汽车的稳定性能。频率扫描试验用于评价实车的动态特性。主观评价主要评价车辆中心区响应、稳态性能、瞬态性能以及极限稳定性能，试验过程如图2所示。

图2 操纵稳定性试验

不足转向度、侧倾梯度、最大侧向加速度、0.5 Hz时的横摆角度增益、横摆角速度对转向盘转角的滞后时间等试验结果是衡量实车操纵稳定性能的重要指标，具体试验项目如表2所示。

表2 实车操纵稳定性试验项目

3 试验结果

3.1 单体轮胎台架试验结果

3.1.1 轮廓扫描试验

轮廓扫描试验结果如表3示。

表3 轮胎宽度试验结果

试验结果表明，轮胎宽度与装配轮毂宽度正相关且影响显著，轮辋宽度增加1英寸（约合25.4 mm）时，轮胎宽度的变化差异超过5%。

3.1.2 单体台架静刚度试验结果

台架静刚度试验结果如表4、图3~图5所示。

表4 单体台架静刚度试验结果

图4 侧向刚度曲线

图5 纵向刚度曲线

试验结果表明，轮胎装配轮毂宽度与轮胎径向刚度、侧向刚度、纵向刚度整体呈正相关。其中轮毂宽度对侧向刚度的影响最大，对操纵稳定性影响较大。随轮毂宽度增加，侧向刚度增加，对侧倾的抑制能力增强，侧向运动的响应更快。

3.1.3 单体台架六分力试验结果

单体台架六分力试验结果如表5、图6、图7所示。

表5 单体台架六分力试验结果

图6 侧偏刚度曲线

图7 回正刚度曲线

试验结果表明：

a.轮毂宽度对载荷灵敏度-前轴（1°）影响最为显著，两者呈正相关，表明轮毂宽度增加，载荷转移灵敏度也随之提高；

b.轮毂宽度对侧偏系数-前轴（1°）影响较大，呈正相关，表明在侧向加速度线性区，随轮毂宽度增加，轮胎侧偏刚度增大，影响不足转向度；

c.轮毂宽度对载荷转移灵敏度-前轴（2°）影响较大，呈负相关，表明在非线性区，随轮毂宽度增加，车辆操控线性度增强。

单体台架试验结果表明，相同轮胎装配不同宽度轮辋的试验结果差异明显，随轮辋宽度的增大，影响操纵稳定性能的各参数均向操纵稳定性提升的方向变化。

3.2 操纵稳定性试验结果

3.2.1 稳态回转试验结果

稳态回转试验结果如表6所示。

表6 稳态回转试验结果

试验结果表明，不同轮毂宽度对不足转向梯度影响较大，呈负相关。

3.2.2 频率扫描试验结果

频率扫描试验结果如表7所示。

表7 频率扫描试验结果

3.2.3 实车主观评价试验结果

实车主观评价试验结果如表8所示。

表8 实车主观评价试验结果

试验结果表明，不同轮毂宽度对横摆角速度增益及时间滞后影响较大，宽度越大，横摆角速度增益越大，时间滞后越短。

实车操纵稳定性试验结果表明，相同轮胎装配不同轮辋宽度的试验结果差异明显，其中不足转向梯度、侧倾梯度、0.5 Hz的横摆角速度增益、侧向加速度对转向盘转角滞后时间变化明显，且均趋向操纵稳定性提升的方向。

4 结束语

本文结合单体轮胎台架试验、实车操纵稳定性试验及实车主观评价，对轮胎装配不同宽度的轮辋进行试验，试验结果表明，不同轮辋宽度的轮胎对操纵稳定性能影响显著，相同轮胎装配的轮辋越宽，操纵稳定性越好。