轮胎选型的主客观评价试验方法

摘  要：轮胎作为车辆与道路接触的唯一部件，具有支撑汽车质量、提供足够附着力、缓冲路面冲击等作用，轮胎性能对车辆动力学具有显著影响。试验车先后搭载3款不同品牌但同价位的轮胎，分别进行操纵性、转向性及平顺性主观评价试验和客观验证，从而提出一种封闭场地的车辆动力学轮胎选型主客观评价试验方法，为车辆底盘调教提供方法支撑，也为整车厂轮胎选型提供经验借鉴。

关键词：轮胎；主观评价；操纵稳定性；平顺性

汽车操纵稳定性的优劣直接影响汽车操纵方便性和高速行驶安全性[1-2]。汽车操纵稳定性评价是汽车动力学研究中最重要的内容之一[3]。轮胎的性能对汽车操纵稳定性及平顺性有重要影响，不同品牌和型号的轮胎具有不同性能，考虑到成本寻求与车辆性能匹配的轮胎是车型开发中必须进行的试验。

1  轮胎性能的影响

轮胎与车辆的性能匹配从两个方面考虑：汽车方面，包括传动系统、转向系统和悬架系统；轮胎方面，包括轮胎本身固有的刚性系统和性能。二者匹配的关键在于合理匹配，不同汽车应选用不同性能的轮胎[4-5]。同一条轮胎安装在不同车辆上可能会表现出截然不同的动力学性能，同一辆车装配不同规格，甚至相同规格、不同品牌的轮胎，也会表现出不同的行驶性能，轮胎与汽车的性能匹配是一个综合多方面因素的复杂系统工程。总体来说，影响汽车行驶性能的轮胎动力学性能主要包括与路面的附着性能、滚动阻力、侧偏特性、垂直特性、包封性和振动性等；行驶过程中，汽车的操纵稳定性与轮胎的侧偏特性关系最大[6-7]，与轮胎和地面的压力分布以及轮胎的垂直特性等也有很大关系；汽车的行驶平顺性与轮胎的均匀性、振动性、包封性和垂直特性关系较大[8-9]。

轮胎的某一特性可能影响汽车诸多行驶性能。从轮胎力学分析可知，汽车的各项行驶性能最终取决于路面的激励，激励通过轮胎与路面之间的相互作用表现出来，只有合适的轮胎匹配才能将汽车良好的性能发挥出来。轮胎的正确选型、合理装配和使用，对延长轮胎使用寿命、提高汽车使用性能、降低汽车故障率尤其对提高汽车安全性能具有十分重要意义。

2  轮胎评价条件

2.1  轮胎选取

结合目标车市场定位，选取3种同价位、不同品牌的轮胎产品作为车型开发的备选轮胎。轮胎花纹尽量不同，轮胎宽度、扁平比相同，轮胎装车后气压相同，如图1所示。

（a）品牌1

（b）品牌2

（c）品牌3

图1  选取3种品牌轮胎

将目前市场上的一款成熟竞品车型作为对标车，首先进行对标车轮胎的主观评价试验，再分别将3种备选轮胎安装在对标车上进行主观评价试验。

2.2  试验场地

轮胎评价试验需在专业试验场的长直线、圆形动态广场、坏路路面上进行。

2.3  试验人员

轮胎评价试验人员需熟悉车辆的性能及结构，拥有丰富的实际驾驶经验，接受过专业的操稳性能评价试验培训，评价过程中需多次反复操作认真评价各个项目。

3  轮胎评价规则

轮胎评价试验的结果采用十分制进行判定，具体见表1。

表1  十分制判定规则

表3  弯道行驶稳定性评价结果

表4  瞬态稳定性评价结果

由表2～4可知，操稳性评价中，品牌1与品牌3总得分相同均为19，品牌2总得分为18，对标车总得分为17.25，目标车总得分为14.50，目标车总得分最低。从表4瞬态稳定性评价得分可以看出，对标车的操纵性欠佳，极限能力偏低，易发生车辆失控，ESP（Electronic Stability Program，车身电子稳定系统）介入粗暴，线性反馈性能差；目标车操稳性能差，稳定域度非常低，无法进行高速操稳操作。从表2直行所表现出的特性评价得分及表4稳定性评价得分可以看出，品牌2驾驶感觉偏软，驾驶感信心欠佳。

5.2  转向性评价

车辆转向性评价项目的各评价指标及搭载不同品牌轮胎的车辆评价结果见表5～8。

表5  转向轻便性评价结果

表6  中心区范围内转向特性评价结果

表7  转弯控制能力评价结果

表8  转向系统干扰评价结果

由表5～8可知，转向性评价中，品牌2总得分为27.25，品牌3总得分为26.5，品牌1总得分为25.5，对标车总得分为28，目标车总得分为19.75，目标车总得分最低。对标车转向性能较好，在所有评价项目中均得分最高。从表6中心区范围内转向特性评价得分及表7转弯控制能力评价得分可以看出，目标车在中心区及转弯控制过程中问题严重，自动回正能力差，转向力矩反馈差，需重新进行设计、优化及调校。

5.3  平顺性评价

车辆平顺性评价项目的各评价指标及搭载不同品牌轮胎的车辆评价结果见表9～11。

表9  连续平滑路面平顺性表现评价结果

表10  连续粗糙路面平顺性表现评价结果

表11  大幅度激励路面平顺性表现评价结果

由表9～11可知，平顺性评价中，品牌3总得分为19，品牌1总得分为18，品牌2总得分为15.5，对标车总得分为16，目标车总得分为19.5，目标车总得分最高。从表10连续粗糙路面平顺性表现评价得分及表11大幅度激励路面平顺性表现评价得分可以看出，对标车平顺性欠佳，对激励的吸收较差，车身动作较多，俯仰幅值较大。

5.4  评价结果汇总

综上，搭载不同品牌轮胎的车辆的各评价项目的结果见表12。

表12  评价结果汇总

由表12可知，在轮胎操稳性方面，品牌3与品牌1相当，均优于品牌2；在轮胎转向性方面，品牌2优于品牌3，品牌3优于品牌1；在轮胎平顺性方面，品牌3优于品牌1，品牌1优于品牌2。建议目标车采用品牌3轮胎，其操稳性和平顺性与品牌1相差不大，可以作为调校基础，虽然品牌2的转向性较好，但品牌3可以通过EPS进行优化，而品牌2的平顺性缺陷很难通过调校弥补。

6  轮胎评价结果的试验验证

针对上述评价结果，将品牌3轮胎安装到对标车上进行操稳客观验证试验，试验项目包括稳态回转性能试验、转向轻便性试验、蛇形试验以及中心区试验，试验结果如图2～5所示。

（a）转向半径与侧向加速度的关系

（b）转向半径比与侧向加速度的关系

（c）侧偏角与侧向加速度的关系

（d）侧倾角与侧向加速度的关系

图2  稳态回转性能试验

由图2可知，品牌3轮胎稳态回转试验中，中心点转向的侧向加速度过渡均匀，且中性转向为小幅不足转向，同时车身侧倾稳定性良好。

图3  转向轻便性试验

由图3可知，品牌3轮胎转向轻便性试验中，车辆低速转向过程力矩反馈适中且均匀。

图4  蛇形试验

由图4可知，品牌3轮胎蛇形试验中，不同车速的平均横摆角速度与车速成线性关系。

图5  转向盘力矩与转向盘转角关系（中心区操纵稳定性）

由图5可知，品牌3轮胎中心区试验中，迟滞区的转向盘转角与转向盘力矩平均增益过渡良好。

综上，品牌3轮胎客观验证试验结果与主观评价结果吻合，建议采用品牌3轮胎作为车型开发备选轮胎。

7  结束语

本文介绍车型开发前期轮胎选型的主客观试验方法，包括轮胎品牌选取、试验场地和人员选择、试验项目和计算方法等，为车型底盘调教提供方法参考，也为整车厂轮胎选型提供经验借鉴。

参考文献

[1]刘杰，万里翔，王波．乘用车操纵稳定性评价方法的研究[J]．汽车科技，2016（3）：18-24．

[2]SHON W H，KIM H S，SHIM J S, et al．Experimental Comparative Analysis and Subjective evaluation on the Handling and Stability Characteristics of Passenger Cars[J]．Transaction of the Korean Society of Automotive Engineers，1995，3(4)：30-40．

[3]白艳，贾鑫，宗长富，等．汽车操纵稳定性客观评价方法综述[J]．科学技术与工程，2012，12（6）：1339-1347．

[4]胥永宫．轿车轮胎操纵稳定性匹配研究[D]．长春：吉林大学，2011．

[5]王国林，梁辛欣．基于操纵稳定性的轮胎特性匹配汽车操纵逆动力学研究[J]．中国机械工程，2013，24（3）：422-425．

[6]岳喜磊，王红岩，贺小军．轮胎侧偏特性对汽车前轮角阶跃输入瞬态响应影响的研究[J]．装甲兵工程学院学报，2006（4）：40-44．

[7]汪伟，贝绍轶，赵又群，等．汽车操纵稳定性研究的发展与展望[J]．机械设计与制造工程，2014，43（10）：6-12.

[8]葛剑敏，王佐民．轮胎与汽车平顺性关系的试验研究[C]//中国振动工程学会．2000年全国振动(诊断、模态、噪声)技术及工程应用学术会议论文集．南京：2000年全国振动(诊断、模态、噪声)技术及工程应用学术会议，2000．

[9]徐延海．轮胎均匀性对汽车操纵稳定性影响的研究[J]．轮胎工业，2009，29（10）：582-586．