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发表于 2020-6-24 10:09:14 | 显示全部楼层 |阅读模式

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轮胎异常磨损分析

王海,刘志敏,薛盛兴

(华晨汽车工程研究院,辽宁 沈阳 110141)

【中国汽车材料网】摘 要:轮胎的异常磨损是整车集成性问题,影响的因素较多,主要包括定位参数、轮胎胎压、悬架外倾变化率、悬架前束变化率、侧倾外倾以及轮胎自身性能等因素。相对于其它系统性问题,轮胎异常磨损的解决更为复杂,同时解决措施的确定及方案验证亦会需要较多的时间。文章基于某车型出现的轮胎异常磨损问题,对各系统进行故障排查,确定了轮胎异常磨损的原因、解决的措施并进行方案的验证,有效的解决了轮胎异常磨损问题。
关键词:轮胎异常磨损;轮胎偏磨;ADAMS

引言
轮胎是汽车的主要零部件之一,其不仅起到支撑整车重量的作用,还起到传递纵向力和侧向力的作用,同时由于轮胎低刚度下的柔性变形,汽车在不平路面行驶时还可以起到缓冲路面冲击,提升行驶平顺性和乘坐舒适性的作用。故轮胎的研究分析越来越得到整车厂和轮胎厂的重视。
轮胎的异常磨损是各系统集成于整车上的响应,由于影响轮胎磨损的因素较多,故解决该问题的周期更长,最终方案的确认亦会花费较长时间。在车型前期开发中,轮胎磨损问题已经成为各整车厂关注的主要问题之一。对于轮胎出现异常磨损的解决流程大致如下。
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图1 解决轮胎磨损的基本流程



1 影响轮胎异常的因素
轮胎磨损分为正常磨损和异常磨损两种,其中正常磨损为均匀磨损,是轮胎行驶过程中正常表现。而异常磨损为非正常的现象。主要因为悬架的设计不合理、轮毂轴承松动、轮胎设计、轮胎胎压等因素有关。轮胎的异常磨损主要包含胎冠外侧摩擦、胎冠内侧磨损、胎冠内外侧磨损、胎面中部磨损、羽状磨损以及波浪形磨损等。其中胎冠的内侧磨损、外侧磨损以及内外侧磨损在乘用汽车设计开发中出现频率最多。
胎冠的内侧磨损的主要因素如表1。
表1 轮胎内侧偏磨的主要因素

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胎冠的外侧磨损的主要因素如表2。
表2 轮胎外侧偏磨的主要因素

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胎冠的内外侧同时磨损的影响因素如表3。
表3 轮胎中部异常磨损的主要因素

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本文以轮胎胎冠的内外侧同时磨损,且外侧磨损更为严重的路试车为研究对象进行详细的分析研究。

2 基于某车型的轮胎异常磨损分析
表4 故障车行驶里程分布

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图2 轮胎异常磨损情况


某车型在某汽车实验厂的疲劳路试中,行驶里程至3.25万公里时,轮胎的外侧偏磨严重,内侧磨损较外侧轻微。具体行驶里程表4。
具体的磨损情况如图2。
2.1 四轮定位参数分析
本车型的四轮定位参数主要根据现有研发车型和数据库的经验值进行设计确定的。图3及图4分别为现研发车型及部分数据库的前束和外倾值。
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图3 扭力梁结构后轮前束的统计值


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图4 扭力梁结构后轮外倾的统计值


本车型定义后轮定义的四轮定位参数如表5及表6。本车型的四轮定位参数的设计值符合常规设计要求,且故障车实际的前束值及外倾值与设计值的超差符合设计的要求。
表5 后轮前束

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表6 后轮外倾

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2.2 轮胎的侧向刚度
表7 不同车型的轮胎侧向刚度

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由于轮胎的侧向刚度直接影响到轮胎的侧向变形,对轮胎的磨损有直接的影响,正常情况下,轮胎的侧向刚度越大,胎冠外侧的磨损越小。
表7为不同车型的轮胎侧向刚度情况。
相比其它5个非故障车型,故障车型的轮胎的侧倾刚度处于较大水平,具有减小轮胎外侧磨损的作用。
2.2 悬架C特性分析
由于故障车型的后轮非转向轮,亦不是驱动轮,正常的平路转弯行程过程中,后轮的受力包含纵向的地面阻力以及侧向力。由于后轮的后倾拖距接近于 0,后轮的回正力矩非常小,故本分析中不再考虑回正力矩对后轮的影响,仅考虑侧向力工况。图5-8分别为外倾值与侧向力的关系曲线图。根据上图的分析对比,本故障车型,在同向侧向力及反向侧向力工况中,外倾随侧向力的变化关系与非故障车型差异不大,符合设计的要求。
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图5 左后轮同向侧向力与外倾角的关系


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图6 右后轮同向侧向力与 外倾角的关系



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图7 左后轮反向侧向力与外倾角的关系


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图8 右后轮反向侧向力与 外倾角的关系


2.3 整车仿真中轮胎定位参数分析
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图9 前外侧车轮倾角与侧向加速度的关系


悬架系统的前束变化率、外倾变化率、侧倾前束、侧倾外倾、轮胎侧偏刚度等参数影响轮胎与地面的倾角以及轮胎侧偏角。本文应用操稳工况中的稳态回转工况进行整车的弯道行驶仿真分析,确定不同侧向加速度情况下轮胎倾角合理与否。图9及图10分别为前后外侧车轮倾角与整车侧向加速度的关系曲线。
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图10 后外侧车轮倾角与侧向加速度的关系


2.4 胎压参数的分析
由于胎压是轮胎磨损的一个主要原因之一,对故障车的轮胎胎压进行了测试发现,轮胎的胎压与设计值有一定的偏差,具体的胎压值如表8。
表8 故障车胎压测量值

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从胎压测量结果可知,胎压不符合设计要求。

3 措施及验证
通过调整轮胎的胎压至设计值 2.3bar,通过前期的初步路试验证及后期的3万公里路试的验证,轮胎磨损的问题得到了有效的解决。图11为验证后的轮胎磨损情况。
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图11 验证后的轮胎磨损情况




参考文献
[1] 刘艳华.轿车扭力梁后悬架的开发研究[J],沈阳大学学报,2006,18(4):5-9.
[2] 王望予.汽车设计第四版[M],北京:机械工业出版社,2003.
[3] 余志生.汽车理论第3版[M].北京:机械工业出版社,2004.
[4] 冯金芝,梁鹏,郑松林等.扭力梁后悬架K&C特性仿真分析[J],现代制造工程,2015,10:57-61.
[5] 王海,薛盛兴,刘志敏等.基于 ADAMS的扭力梁性能分析方法研究[J],汽车实用技术,2017,4:142-144.



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