輪胎與汽車的性能匹配分析

1、輪胎與汽車性能匹配分析圖1現(xiàn)代汽車,尤其是高檔轎車對輪胎動(dòng)態(tài)力學(xué)性能提出了越來越高的要求,脫離汽車研究輪胎的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能沒有實(shí)際意義。輪胎的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能不僅取決于輪胎本身,更取決于輪胎與汽車的匹配,因此當(dāng)前對輪胎性能的評價(jià)也就從對輪胎性能本身的評價(jià)逐步轉(zhuǎn)移到對輪胎匹配的汽車行駛性能的評價(jià)。目前,對輪胎與汽車的性能匹配要求日益提高。1   輪胎與汽車生產(chǎn)的相關(guān)性    單純討論輪胎的某項(xiàng)性能意義不大,輪胎性能的研究應(yīng)結(jié)合輪胎匹配的汽車性能,更確切地說是汽車懸架系統(tǒng)(如圖1所示) 性能來進(jìn)行。輪胎與汽車懸架系統(tǒng)匹配所構(gòu)成的集成系統(tǒng)的剛度、柔度及動(dòng)力

2、學(xué)性能是影響汽車行駛性能的主要因素。同一條輪胎匹配于不同汽車表現(xiàn)出的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能可能會(huì)有較大差異,即一條輪胎與某一汽車匹配可能表現(xiàn)出良好的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能,而與另一汽車匹配則可能表現(xiàn)出個(gè)別動(dòng)態(tài)力學(xué)性能極差。在國外,為達(dá)到輪胎與汽車性能匹配,在進(jìn)行汽車設(shè)計(jì)時(shí),輪胎生產(chǎn)商一般會(huì)與汽車生產(chǎn)商密切合作,由汽車生產(chǎn)商提出輪胎與汽車匹配的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能要求或由輪胎生產(chǎn)商為汽車生產(chǎn)商提供輪胎的動(dòng)態(tài)力學(xué)模型,以便汽車生產(chǎn)廠家進(jìn)行懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)和整車性能模擬仿真計(jì)算。這就要求輪胎生產(chǎn)商不僅能夠設(shè)計(jì)、生產(chǎn)出滿足汽車性能要求的輪胎,同時(shí)也能夠提供用于懸架系統(tǒng)設(shè)計(jì)或整車性能模擬仿真計(jì)算的輪胎動(dòng)態(tài)力學(xué)模型。國內(nèi)輪胎生產(chǎn)企業(yè)必須

3、深入了解并逐漸適應(yīng)高檔轎車原配市場在這方面苛刻的要求。2 輪胎在汽車中的作用    輪輞和輪胎是汽車行駛系中重要的部件,其作用是:支撐整車質(zhì)量;緩沖由路面?zhèn)鱽淼恼駝?dòng)和沖擊;通過輪胎與地面的附著力(輪胎抓著力) 來傳遞驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力;產(chǎn)生橫向力和回正力矩來平衡汽車轉(zhuǎn)向行駛時(shí)的離心力;保證汽車正常轉(zhuǎn)向后車輪直線行駛;翻越障礙,提高通過性。輪胎安裝在輪輞上,直接與路面接觸,其基本功能如下:·承受汽車負(fù)荷;·為傳遞驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力提供足夠的附著力;·為改變和保持汽車行駛方向提供足夠的轉(zhuǎn)向操縱性能和方向穩(wěn)定性能;·與汽車懸架系統(tǒng)共同緩沖

4、來自路面的沖擊,并衰減由沖擊產(chǎn)生的振動(dòng),以保證汽車良好的行駛平順性和乘坐舒適性。3   汽車主要行駛性能汽車的行駛性能是指汽車適應(yīng)各種行駛條件并發(fā)揮最大工作效率的能力,主要包括以下幾個(gè)方面 。3.11 動(dòng)力性能    動(dòng)力性能是汽車首要的行駛性能。汽車必須通過輪胎與路面的接觸來獲得足夠的牽引力才能克服各種行駛阻力,必須達(dá)到一定的速度才能正常行駛,而汽車克服行駛阻力和保持正常行駛的能力取決于汽車的動(dòng)力性能。汽車的動(dòng)力性能可從三方面評價(jià)。(1) 最高速度    最高速度是指汽車滿載時(shí)在良好水平路面上行駛所能達(dá)到的最高速

5、度。(2) 加速能力    加速能力是指汽車在各種條件下行駛速度迅速提高的能力。加速時(shí)間和加速距離越短的汽車加速性能越好。(3) 上坡能力    上坡能力用汽車滿載時(shí)以最低擋位在堅(jiān)硬路面上等速行駛所能越過的最大坡度來表示,還稱為最大爬坡度,它表征汽車的最大牽引力。不同類型的汽車對上述三項(xiàng)指標(biāo)的要求不同。轎車和客車偏重于最高速度和加速能力,載重汽車和越野汽車對上坡能力的要求較高,但在公路上正常行駛的汽車都須具備一定的加速能力。3.12 燃料經(jīng)濟(jì)性    為降低汽車的運(yùn)輸成本,要求汽車以盡可能小的燃料消耗量完

6、成盡可能大的運(yùn)輸量。汽車以最小燃料消耗量完成單位運(yùn)輸工作量的能力稱為燃料經(jīng)濟(jì)性,評價(jià)指標(biāo)為每行駛100 km 消耗的燃料量。汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性與發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和輪胎的滾動(dòng)阻力密切相關(guān)。3.13 制動(dòng)性能    良好的制動(dòng)性能不僅是汽車安全行駛的保證,而且是汽車動(dòng)力性能得以良好發(fā)揮的前提。汽車的制動(dòng)性能通過三方面來衡量。(1) 制動(dòng)效能    制動(dòng)效能是汽車迅速減速直至停止的能力,常用制動(dòng)時(shí)間、制動(dòng)減速度和制動(dòng)距離來評價(jià)。汽車的制動(dòng)效能除與汽車的技術(shù)狀況有關(guān)外,還與汽車制動(dòng)時(shí)的速度及輪胎與路面的接觸狀況有關(guān)。(2) 制動(dòng)效能的恒定性

7、0;   汽車在短時(shí)間內(nèi)連續(xù)制動(dòng),制動(dòng)器溫度升高導(dǎo)致的制動(dòng)效能下降稱為制動(dòng)器的熱衰退。汽車連續(xù)制動(dòng)后制動(dòng)效能的穩(wěn)定程度稱為制動(dòng)效能的恒定性。(3) 制動(dòng)時(shí)方向的穩(wěn)定性    汽車制動(dòng)時(shí)方向的穩(wěn)定性是指汽車在制動(dòng)過程中不發(fā)生跑偏、側(cè)滑和失去轉(zhuǎn)向的能力。左右側(cè)制動(dòng)動(dòng)力不一樣時(shí),汽車易跑偏;當(dāng)車輪“抱死”時(shí),汽車易發(fā)生側(cè)滑或失去轉(zhuǎn)向能力?，F(xiàn)代汽車設(shè)有電子防抱死裝置,以防止緊急制動(dòng)時(shí)車輪“抱死”而發(fā)生危險(xiǎn)。3.14 操縱穩(wěn)定性    操縱性是指汽車對駕駛員轉(zhuǎn)向指令的響應(yīng)能力,直接影響行車安全。輪胎的氣壓和彈性、懸掛裝置的剛

8、度以及汽車重心的位置都是該性能重要的影響因素。汽車裝載超高、超載、偏載,轉(zhuǎn)彎時(shí)車速過快,在橫向坡道角度過大的路面上行駛及受其它側(cè)向力時(shí)容易發(fā)生側(cè)滑或者側(cè)翻。汽車的操縱穩(wěn)定性是汽車受外界擾動(dòng)后恢復(fù)原來運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的能力及抵御發(fā)生傾覆和側(cè)滑的能力。側(cè)向操縱穩(wěn)定性對汽車來說尤其重要。合適的前輪定位角度使汽車具有自動(dòng)回正和保持直線行駛的能力,提高了汽車直線行駛的穩(wěn)定性。汽車重心越低,操縱穩(wěn)定性越好。3.15 行駛平順性    汽車在行駛過程中會(huì)因路面不平產(chǎn)生振動(dòng),使乘客感到疲勞、不適或貨物損壞,一般通過降低車速來避免或減少這種現(xiàn)象發(fā)生。同時(shí),振動(dòng)還會(huì)影響汽車的使用壽命。汽車在

9、行駛過程中對路面不平產(chǎn)生的振動(dòng)減震能力稱為汽車的行駛平順性?？蛙嚭娃I車采用“舒適降低界限速度”作為評價(jià)汽車行駛平順性的指標(biāo)。當(dāng)汽車行駛速度超過此界限時(shí),乘坐舒適性就會(huì)降低,使人感到疲勞、不舒服。貨車采用“疲勞2低工效界限速度”作為評價(jià)汽車行駛平順性的指標(biāo)。這兩個(gè)界限值越高,說明汽車的行駛平順性越好。汽車車身的固有振動(dòng)頻率也可作為行駛平順性的評價(jià)指標(biāo)。從舒適性出發(fā),車身的固有振動(dòng)頻率在600850Hz 的范圍內(nèi)較好。高速汽車,尤其是轎車要求具有優(yōu)良的行駛平順性。輪胎彈性好、懸掛裝置性能優(yōu)異、座椅減震性能好及非懸掛裝置質(zhì)量小都可以提高汽車的行駛平順性。3.16 通過性  

10、60; 汽車在一定的載質(zhì)量下以較高的平均速度通過各種壞路和無路地帶及克服各種障礙物的能力稱為汽車的通過性。不同汽車對通過性要求不同,轎車和客車一般在市內(nèi)行駛,對通過性的要求不是很高,而越野汽車、軍用車輛和貨車就必須具有較好的通過性。提高汽車通過性的方法有:采用寬斷面輪胎和增加輪胎裝配數(shù)量以減小滾動(dòng)阻力;增大輪胎花紋深度以提高輪胎與地面的附著力、改善輪胎的防滑性能;采用全輪驅(qū)動(dòng)方式以使汽車的動(dòng)力性能充分發(fā)揮;選擇合理的結(jié)構(gòu)參數(shù),如較大的最小離地間隙、接近角、離去角、車輪半徑及較小的轉(zhuǎn)彎半徑、橫向和縱向通過半徑等以提高汽車通過障礙的能力。3.17 其它(1) 操縱輕便性  &#

11、160; 汽車的操縱輕便性應(yīng)根據(jù)駕駛汽車時(shí)的操作次數(shù)、操作用力、操作便利情況以及視野、照明、信號等來評價(jià)。良好的操縱輕便性可以減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度并舒緩其緊張情緒,保證行車安全。采用動(dòng)力轉(zhuǎn)向、制動(dòng)增強(qiáng)裝置、自動(dòng)變速器及膜片離合器等可使汽車的操縱輕便性明顯改善。(2) 機(jī)動(dòng)性    市區(qū)內(nèi)行駛的汽車經(jīng)常在狹窄多彎的道路上通行,機(jī)動(dòng)性顯得尤為重要。機(jī)動(dòng)性主要用最小轉(zhuǎn)彎半徑來評價(jià),轉(zhuǎn)彎半徑越小,機(jī)動(dòng)性越好。(3) 裝卸方便性    裝卸方便性與車廂的高度、可翻倒的欄板數(shù)及車門數(shù)和尺寸有關(guān)。(4) 容量    容

12、量表示汽車一次能運(yùn)輸?shù)淖畲筘浳锪炕蜃疃噍d客人數(shù)。貨車容量用載質(zhì)量和載貨容積表示,客車容量用載客人數(shù)表示。質(zhì)量利用系數(shù)反映汽車結(jié)構(gòu)的合理程度,它用額定載質(zhì)量與空車質(zhì)量之比表示。4 輪胎六分力    輪胎的宏觀力學(xué)性能主要是指輪胎的六分力,六分力是輪胎與路面及汽車之間作用力的集中體現(xiàn)。輪胎的六分力如圖2 所示。(1) 縱向力( FX)    FX 是地面作用在輪胎上的力在X 軸方向即輪胎前進(jìn)方向的分量, FX 包括車輪驅(qū)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力、車輪自由滾動(dòng)時(shí)的滾動(dòng)阻力、車輪制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)力。(2) 橫向力( FY )  

13、60; FY 是地面作用在輪胎上的力在Y 軸方向的分量。在FY 的作用下,輪胎會(huì)產(chǎn)生很復(fù)雜的側(cè)向變形,側(cè)向變形導(dǎo)致的側(cè)偏現(xiàn)象對車輛的操縱穩(wěn)定性有很大影響。(3) 法向力( FZ)    FZ 是地面作用在輪胎上的力沿Z 軸方向的分量。FZ 將引起輪胎徑向變形,其與輪胎承受的載荷力相等。(4) 回正力矩( MZ)    MZ 是地面作用到輪胎上的力繞Z 軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的力矩, MZ 使輪胎恢復(fù)原來的行駛方向,保證汽車能穩(wěn)定地直線行駛。(5) 滾動(dòng)阻力矩( M Y )    M Y 是地面作用到輪胎上的力繞Y 軸

14、旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的力矩, M Y 的方向與車輪的旋轉(zhuǎn)方向相反,汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性與M Y 有關(guān)。(6) 翻轉(zhuǎn)力矩( MX)    MX 是地面作用到輪胎上的力繞X 軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的力矩。5 輪胎動(dòng)態(tài)力學(xué)性能對汽車行駛性能的影響5. 1 動(dòng)力性能    輪胎與路面的附著性能、輪胎的速度性能及滾動(dòng)阻力是影響汽車動(dòng)力性能的主要因素,輪胎的附著性能直接影響汽車的驅(qū)動(dòng)、加速和減速性能,配用附著性能好的輪胎有利于提高汽車的加速性能。5. 2 燃料經(jīng)濟(jì)性    輪胎的滾動(dòng)阻力是影響汽車燃料經(jīng)濟(jì)性的主要因素之一。統(tǒng)計(jì)表明,在發(fā)達(dá)國家,汽車的燃料消耗量約占總?cè)剂舷牧康?5 % ,而輪胎克服滾動(dòng)阻力的燃料消耗量約占車輛燃料消耗量的20 % ,故即使輪胎燃料消耗量稍有減小,對國家總?cè)剂舷牧康臏p小也是一個(gè)很大的貢獻(xiàn)。滾動(dòng)阻力是輪胎在行駛過程中與路面接觸發(fā)生變形而產(chǎn)生的阻礙輪胎滾動(dòng)的力。輪胎的滾動(dòng)阻力越大,汽車驅(qū)動(dòng)時(shí)輸出的驅(qū)動(dòng)力矩也越大,這樣才能使輪胎的受力趨于平衡或使輪胎產(chǎn)生加速度,但這必然會(huì)導(dǎo)致汽車燃料消耗量增大。在相同條件下,不同輪胎產(chǎn)生的滾動(dòng)阻力不同。5. 3 制動(dòng)性能    輪胎的滑動(dòng)摩擦性能對汽車制動(dòng)性能影響很大。顯然,汽車的制動(dòng)性能與輪胎與路面的摩擦力密切相關(guān),而輪