秦艳分，张 典，宋 立，王 兵

（中策橡胶集团有限公司，浙江 杭州 310018）

操纵稳定性一直是车辆重要的性能指标之一，是影响汽车高速行驶时安全性的重要因素，被称为“高速车辆的生命线”。随着人们生活水平的提高、轿车性能的不断提升和道路环境的不断改善，轿车的速度也越来越高，对车辆操纵稳定性的要求也随之提高[1-2]。

轮胎是影响车辆操纵稳定性的一个重要因素，其侧偏特性是研究车辆操纵稳定性的基础。本工作主要研究轮胎结构对其侧偏特性的影响，为车辆操纵稳定性研究提供理论指导[3-7]。

1 实验

1.1 设备

VMI一次法成型机，荷兰VMI公司产品；B型液压双模定型硫化机，青岛家瑞橡塑机械有限公司产品；Flat-Trac CT六分力试验机，美国MTS系统公司产品。

1.2 方案

方案1：做3组轮胎，每组轮胎10条，钢丝带束层角度分别为20°，26°和30°，其他施工设计参数相同。

方案2：做4组轮胎，每组轮胎10条，三角胶高度分别约为断面高度的20%，25%，30%和35%，即分别为25，35，45和55 mm，其他施工设计参数相同。

将各半成品轮胎在成型机上成型，成型胎坯在硫化机上硫化。

1.3 六分力测试

采用六分力试验机对成品轮胎进行稳态侧偏和侧偏刚度测试。六分力试验机和试验条件分别如图1和表1所示。

表1 六分力试验条件

图1 六分力试验机

2 结果与讨论

2.1 带束层角度对侧偏特性的影响

轮胎侧偏特性主要指侧偏力、回正力矩与侧偏角之间的关系。侧偏刚度为侧偏力与侧偏角的比值，回正刚度为回正力矩与侧偏角的比值。一般来说，最大侧偏力越大，车辆的极限性能越好；侧偏刚度越大，操纵稳定性越好。轮胎遇到外力或在转向力作用下发生偏转后，当外力或转向力消失时，回正力矩会使轮胎恢复至原直线行驶位置，回正力矩越大，汽车越能迅速回到原来直线行驶位置。然而，回正力矩过大会使得转向盘的转向力过大，使转向操作费力[8]，因此，回正力矩不宜过大也不宜过小。

方案1主要研究带束层角度对轮胎侧偏特性的影响。方案1中各组轮胎的侧偏特性关系曲线如图2所示。

从图2（a）可以看出：随着侧偏角的增大，侧偏力开始呈线性增长；当侧偏角增大至3°时，侧偏力随着侧偏角的增大开始呈非线性增长；当侧偏角增大至6°时，侧偏力达到最大值。此时，接地区前部和后部产生与轮心对称的变形，由此可认为接地区部分都产生了侧滑[9-12]。此后，侧偏力基本保持不变。从图2（a）还可以看出：轮胎的最大侧偏力随着带束层角度的减小而增大，即带束层角度越小，车辆的极限性能越好；在相同侧偏角下，带束层角度越小，所需的侧偏力越大，即带束层角度越小，轮胎越不易发生侧偏现象。

图2 方案1中各组轮胎的侧偏特性曲线

从图2（b）可以看出：随着侧偏角的增大，回正力矩开始线性增大；侧偏角增大至2°时，回正力矩随着侧偏角的增大开始呈非线性增长；侧偏角增大至3°时，回正力矩达到最大值，之后随着侧偏角的增大逐渐减小。这是因为侧偏角较小时，随着侧偏角的增大，轮胎接地后端的变形逐渐增大，侧偏力合力后移，轮胎拖距随着侧偏角的增大而增大，当侧偏角增大至一定值后，轮胎接地后部的一些部分到达了附着极限，轮胎接地部分开始出现滑移，侧偏力合力前移，因而轮胎拖距逐渐减小，回正力矩也逐渐减小。当侧偏角为－8°时，回正力矩的方向改变，这是由于侧偏力合力由接地后端前移到前端，使得回正力矩方向改变。从图2（b）还可以看出，在相同侧偏角下，带束层角度越大，回正力矩越大。

从图2（c）可以看出：随着垂直负荷的增大，侧偏刚度开始呈线性增长趋势，后呈非线性增长趋势；当侧偏刚度达到最大值后，随着垂直负荷的增大逐渐减小；带束层角度越小，轮胎的侧偏刚度越大，车辆的操纵稳定性越好。

从图2（d）可以看出：随着垂直负荷的增大，回正刚度呈线性增大趋势；带束层角度越大，轮胎的回正刚度越大。

综上可知：带束层角度为20°的轮胎侧偏力、最大侧偏力和侧偏刚度最大，回正力矩和回正刚度最小；带束层角度为30°的轮胎侧偏力、最大侧偏力和侧偏刚度最小，回正力矩和回正刚度最大。这是由于带束层角度越小，带束层刚性越大，胎面刚性越大，轮胎接地面侧向变形越小，轮胎拖距越小，轮胎发生侧偏现象时产生的侧偏角和回正力矩就越小。因此，轮胎的带束层角度越小，车辆的极限性能和操纵稳定性越好。

2.2 三角胶高度对侧偏特性的影响

方案2主要研究三角胶高度对轮胎侧偏特性的影响。方案2中各组轮胎的侧偏特性关系曲线如图3所示。

图3 方案2中各组轮胎的侧偏特性曲线

从图3（a）可以看出：侧偏角小于3°时，不同三角胶高度轮胎侧偏力无差别；当侧偏角大于3°时，三角胶高度为55 mm的轮胎侧偏力和最大侧偏力较大，而三角胶高度为25 mm的轮胎侧偏力和最大侧偏力较小。4组轮胎侧偏力差距较小，说明三角胶高度对轮胎侧偏力的影响较小。

从图3（b）可以看出，4组轮胎的回正力矩差别很小，说明三角胶高度对轮胎回正力矩的影响不大。

从图3（c）可以看出，三角胶高度越大，轮胎的侧偏刚度越大，车辆的操纵稳定性越好。

从图3（d）可以看出：当垂直负荷较小时，4组轮胎的回正刚度几乎相同；随着垂直负荷的增大，4组轮胎回正刚度的差距逐渐明显，三角胶高度越大，轮胎的回正刚度越大。

综上所述，三角胶高度越大，轮胎的侧偏力、最大侧偏力、侧偏刚度和回正刚度越大，而回正力矩没有明显变化，这是由于三角胶硬度较大，三角胶高度越大，胎侧刚性越大，轮胎横向刚性就越大，轮胎发生侧偏现象时产生的侧偏角就越小。因此，轮胎的三角胶高度越大，车辆的极限性能和操纵稳定性越好。

3 结论

轮胎的带束层角度越小，三角胶高度越大，轮胎发生侧偏现象时的侧偏力、最大侧偏力和侧偏刚度越大，车辆的极限性能和操纵稳定性越好；带束层角度对轮胎侧偏特性的影响大于三角胶高度。因此，在进行轮胎结构设计时，在不使轮胎接地面积过小和乘坐舒适性过差的前提下，尽量选取较小的带束层角度；在依据设计理论的基础上，尽量选择较大的三角胶高度。