中重型汽车轮胎异常磨损浅析

王定华，李国振

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601)

中重型汽车轮胎异常磨损浅析

王定华，李国振

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601)

在我国整个汽车行业普遍存在一个问题困扰着我们，即轮胎磨损问题，尤其是中重型汽车轮胎异常磨损问题。通过多年来的实践和不懈努力，国内已经总结、积累了一定的解决轮胎磨损的经验。但造成轮胎磨损问题的因素错综复杂，实际问题往往是多种因素共同作用的结果，采用以往的经验并不能完全解决问题，当前国内各汽车生产厂家仍在探索行之有效的解决措施。本文结合市场问题信息收集及服务实践，对中重型汽车轮胎异常磨损影响因素进行简单的分析。

中重型汽车；轮胎；异常磨损；浅析

CLC NO.:U463.3Document Code:BArticle ID:1671-7988(2014)08-82-04

前言

当前国内市场上中重型载重汽车轮胎尤其是转向轮轮胎异常磨损现象时有发生。通过对市场上的轮胎异常磨损问题进行现场调查和确认，并采取服务措施，收集整理相关信息，包括整车转向轮定位参数的变化、车辆用途、行驶里程、行驶路段等，并对上述信息进行综合分析后，认为轮胎的异常磨损，与以下几个方面因素有关：设计、生产制造、用户使用、路况等。本文着重从以上几个角度进行分析、探讨轮胎异常磨损的原因及异常磨损问题分析处理步骤。

1、设计因素

1.1 车轮转角关系匹配

图1所示为汽车转向时转向轮转角的关系。汽车在转向过程中，要避免车轮滑移，车轮保持纯滚动，所有车轮都必须绕同一瞬时中心转动，各转向车轮的转角应保持一定的对应关系，这就需要各转向桥的转向梯形机构来保证同一桥上两个车轮的转角关系，前、后可调连杆和前、后悬臂机构来保证不同转向桥上同一侧的两个车轮的转角关系。同一转向桥的内外轮转角关系应符合所谓的阿克曼条件，阿克曼条件是一种理想状况。

车辆在实际运行过程中不可能处于这种理想状态，实际

状态下的车辆在转向过程中的转动中心比理论状态下要靠前，这是因为在车辆转弯行驶时，受侧向惯性力作用，轮胎要产生侧偏，导致转向中心前移。同时设计上也存在一定的误差。随着车辆向高速发展，转向梯形设计时采用平行转向设计，内外轮转角差介于阿克曼值与0之间。通过试验发现，该种设计比较适用于高速、采用低压轮胎的乘用车，中重型车转弯车速低、轮胎气压高侧偏刚度大，内外轮转角差应尽量符合阿克曼条件，尤其是双前桥转向中的第二桥。单前桥（转向桥）载重汽车，其对左右轮的转角关系敏感度较多前桥转向低。

1.2 直线行驶状态下转向轮参数协调性

1.2.1 转向轮定位参数的匹配

前轮定位参数在讨论轮胎异常磨损中致关重要。特别是前轮外倾角与前轮前束的匹配，首先要理解它们的作用，前轮外倾角：避免车桥因承载变形而可能出现的车轮内倾，从而避免汽车轮胎的偏磨损。同时，一定的外倾角可减轻轮毂外轴承的负荷；前轮前束：在车辆前行时，减少因轮胎外倾造成的两轮分别向外滚开的趋势，使轮胎不致在地面上横向拖磨而产生异常磨损。

外倾角过大时，轮胎外侧胎肩磨损较严重（图2 a）；外倾角过小时，轮胎内侧胎肩磨损较严重（图2 b）；车轮前束过大时，车轮偏向行驶中心线，边滚动边向外滑动，造成胎面产生从外侧到内侧的横向磨损，外侧磨损严重（图2 a）；车轮前束过小时，车轮偏离行驶中心线，边滚动边向内滑动，造成胎面产生从内侧到外侧的横向磨损，内侧磨损严重（图2 b）。

以上几种状态虽然能保持车辆直线行驶状态，但轮胎在运动过程中有相对地面的横向移动，即所谓轮间侧滑，将加剧轮胎磨损。这种侧滑量一般不允许超过5m/Km。

同一轴车轮外倾角不相等(相差大于0.5°)时，会引起车轮向外倾角大的一侧拖曳，并产生车轮摇摆，加剧轮胎磨损，这种情况下一般会伴随有跑偏情况发生。

1.2.2 两转向轴平行度对轮胎磨损的影响

当两转向轴不平行度较大时，也能保持车辆直线行驶，但两轴有相反的运动趋势，产生相反的相对地面的横向移动，即所谓轴间侧滑（图3）。

以上两种行驶状态，不但对轮胎的使用造成重大破坏，而且对整车的经济性也有很大影响。这样会使同一轴轮胎的磨损部位都在同一侧（图4），即如果第一转向轴两轮胎都是右侧磨损（图4 a），那么第二转向轴肯定是两轮胎左侧磨损（图4 b）。

1.3 前悬架与转向系的协调性

1.3.1 前轴与前板簧定位

前转向轴是靠前钢板弹簧中心螺栓定位，如果前转向轴定位孔与前板簧定位螺栓匹配不合理（配合间隙偏大），就有可能造成前转向轴与车辆直行方向不垂直、第一、二转向轴不平行，导致前轮异常磨损。

1.3.2 转向系与前悬架的运动匹配

在轮胎跳动和车辆侧倾时，若转向系与悬架的运动关系不协调，将引起转向车轮侧倾而干涉转向。在汽车行驶时，这种干涉会引起前轮转动，从而一方面损害汽车的操纵性，另一方面引起轮胎的摆振，加剧轮胎的磨损。转向系统在设计时就要进行转向运动校核，运动干涉量要符合设计要求，并尽量小。

上述的参数对轮胎的磨损影响很大，因此在设计时要进行运动学分析，和相关的理论分析，在设计上保证前轮不会产生异常磨损的缺陷。

1.4 轮胎结构和花纹匹配

实验表明，子午线轮胎的耐磨性要比斜交线轮胎高出30%～50%，轮胎的运行条件越是恶劣，子午线轮胎在磨损方面的优越性就越是明显。图5是在侧向力相等条件下用实验方法测得的轮胎磨损率与侧偏角之间的关系曲线。

胎面花纹也是决定轮胎特性的重要因素。胎面花纹对轮胎的滚动损失和胎面磨耗具有重要影响。

胎面花纹基本上可分为纵向花纹、横向花纹和块状花纹三类。其中块状花纹由于花纹在纵向和横向都不连续，胎面在切向力作用下的滑移较大，再加上它在路面接触过程中的

不连贯，存在冲击，因此其耐磨性最差。

胎面花纹的密度系数对轮胎磨损也有较大的影响。胎面花纹的密度系数提高后不但可以增加轮胎与路面间的直接接触面积，降低接触压力，而且可增加胎面的切向刚度，减少轮胎与路面间的滑移量，从而减少轮胎的磨损。所以，在保证胎面花纹排水和贮水能力的前提下，应尽量提高胎面花纹的密度系数。

此外，胎面花纹的深度增加，会因花纹块的滑移大，而使胎面磨耗增大同时还将导致磨耗不均匀。

2、生产制造因素

2.1 转向连接杆件

双前桥转向虽然在结构设计上十分合理，但零部件在生产制造过程中不能保证产品质量或者产品本身不能满足使用要求，在使用过程中就可能会改变前轮转向参数，造成前轮轮胎异常磨损。主要有以下几个方面：

（1）前桥横拉杆刚度偏低或强度不够易折弯，造成转向中心位置改变和前轮前束偏小或负值；

（2）两转向轴直拉杆刚度偏低或强度不够易折弯，造成转向中心位置改变和两转向轴不平行度增大；

（3）可调连杆（连接两转向轴，控制两转向轴转角关系）长度难控制，装配调整没有到位，两转向轴平行度太差也将会影响轮胎的磨损。

2.2 轮胎质量和动不平衡

轮胎的质量尤其是胎面胶的耐磨性直接影响着轮胎的使用寿命，所以轮胎质量也是异常磨损的一个主要影响因素。

表1 轮胎不平衡量与摆振角关系

车轮在高速旋转时，其不平衡质量将引起车轮的上下振动和横向摆动，影响了汽车的操纵性、平顺性；同时又加速了轮胎的异常磨损。车轮的摆振角随不平衡量的增加而增大（如表1所示），这样车轮的动不平衡性的大小将直接影响到轮胎的磨损量，使轮胎出现斑秃形磨损。

2.3 制动系统工作不良

同轴左右制动严重不平衡、制动拖滞和制动鼓失圆等导致轮胎拖磨,使轮胎产生局部磨损。

2.4 车架精度

车架弯曲、变形有可能导致轮胎有规律的偏磨。目前产生偏磨的机理还未找到。

3、用户使用因素

3.1 轮胎气压异常的影响

车辆使用过程中，如果轮胎的气压过低，由于胎侧刚度的影响，胎肩部的压强将增大，而胎冠部的压强将减小，从而使胎肩部的磨损加剧，而胎冠部的磨损减轻（图6b）。另外由于轮胎的气压越低，其侧偏刚度越小，在一定横向力作用下其滑移角越大，也会增大磨损。同样如果轮胎气压过高，则轮胎的胎冠部将明显突出，使胎冠磨损加剧（图6a）。而且轮胎气压过高使轮胎变硬、刚度增大，起不到应有的缓冲作用，导致轮胎受到的动载荷增加，易产生胎体爆裂、脱层和外伤等。

各种车型对轮胎气压有明确要求,应确保轮胎在规定的标准充气压力内。重型卡车允许气压误差值不超过±0.2MPa,同一辆车上各轮胎的气压差不应超过0.02MPa。

3.2 超载影响

当其它参数不变时，磨损量与载荷成正比，载荷越大，轮胎与路面间的接触压力就越大，轮胎的磨损就越严重。但载荷对轮胎磨损的影响主要还不在于它使轮胎与路面间的接触压力增大，而在于它使轮胎在驱动、制动及转向时的切向力显著增加。因而，超载或载荷分布不均都会影响到轮胎的磨损。具体地讲，轮胎在正常气压下，超载对轮胎的影响与胎压不足的效果几乎相同；若轮胎本身气压较高，从某种角度上讲，超载与胎压过高相互补充，这样只会加剧胎冠的均匀磨损。当承载负荷超过额定值的10%、20%、50%、100%时,则轮胎行驶里程数将相应地减少8%、35%、50%、80%,轮胎的寿命随超载的递增而缩短；偏载使部分轮胎磨损加剧。如果是子午胎，由于层数较斜交胎少，气压过大胎肩鼓出，

易磨损胎肩。

另外，当严重超载时前轴相对刚度偏低，容易产生弯曲现象，当前轴上下方向弯曲时，会使车轮产生外倾效应；前轴前后方向弯曲时，会使车轮产生前束效应。

3.3 驾驶员操作习惯影响

轮胎冲击、震抖，使其滑动摩擦而加剧磨耗；凹凸不平的路段和尖锐的障碍物，轮胎与沟、坑边缘发生猛烈撞击会加速损坏，道路上的污物和不明液体；陷车时轮胎空转均可能加剧磨损；紧急制动和急速转弯也会加速轮胎的磨损。

3.4 维修保养

转向传动机构磨损部件而使得前轮定位参数发生难以预料的变化，这样会最终影响到轮胎胎面的偏磨损。板簧与板簧支架的连接松旷、前桥安装U型螺栓松旷、前桥轮毂轴承松动均会产生斑秃状磨损。定期检查、维修保养是防止轮胎磨损的必要措施。

4、轮胎异常磨损问题的一般分析处理步骤

轮胎异常磨损问题分析处理，一般可采用下述步骤：

（1）故障模式调查。查看故障车辆轮胎磨损部位，磨损状态，忽略次要因素，采用统计方法确认主要故障模式；

（2）车辆信息调查。车辆使用工况、行驶里程、出现故障的里程、轮胎使用时间等；

（3）分析可能的原因。根据故障模式、车辆信息、轮胎磨损影响因素，进行FTA分析，推断可能的原因；

（4）检测调整、验证。根据推断出的可能原因，进行检测及调整，采用排除法逐一验证；

（5）完善FMEA文件。解决问题后完善FMEA文件，为后续的问题分析提供帮助。

5、几种疑难故障实例的解决措施

故障分析处理实践会总结积累一定的解决轮胎磨损的经验，但造成轮胎磨损问题的因素错综复杂，实际问题往往是多种因素共同作用的结果，通常采用以往的经验并不能直接解决问题。下面列举几种市场疑难故障实例的解决措施，以期带来启发。

（1）4×2单前桥车型前桥左右车轮外侧胎肩磨损

生产多年的成熟车型少量出现该故障。分析检测转向梯形、前轮定位参数、轮胎气压、载荷、前桥的装配间隙，均符合设计要求；行驶路面、使用保养均与以往车辆没有区别。

解决措施：将主销后倾角增大1°，将前束调整为零。

（2）8×4载货车所有的轮胎均是胎肩均匀磨损，后桥轮胎磨损更为严重，胎肩与胎冠产生较大落差。如图7。

该车为并装双后桥。更换后桥、板簧等部件，检测、调整后桥推进线、轮胎气压等均没有效果。

解决措施：更换车架总成，问题得以解决。

（3）6×4自卸车前桥左右车轮外侧胎肩磨损快，轮胎磨损呈锥状，如图8。

检查前轮定位参数、前桥总成间隙、悬架装配间隙、轮胎动平衡等均未发现明显异常，更换前桥、调整前束均没有改善。超载严重地区车辆未出现该故障，载重较小的地区出现上述故障。

解决措施：将7.5t前桥更换为5.5t前桥，问题解决。

6、结束语

本文结合市场问题信息收集及服务实践，对中重型汽车轮胎异常磨损影响因素进行简单的分析，提出了解决轮胎异常磨损问题的一般步骤，并列出了三种疑难故障实例的解决措施，对于分析、解决轮胎异常磨损问题具有一定的参考意义。

[1] 康展权等.《汽车工程手册.设计篇》.北京.人民交通出版社.2001.6.

[2] 刘惟信.《汽车设计》.清华大学出版社.2001.

[3] 陈家瑞.《汽车构造》.下册.人民交通出版社.1998.8.

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[5] 安相璧等，《车轮定位与轮胎磨损关系分析》.《汽车研究与开发》2001第2期.

[6] 李子峰，《前轮侧滑与汽车行驶跑偏的关系与区别》.《北京汽车》2000第4期.

Tyre’s Unwonted Abrasion Analyse For Mid And Heavy Truck

Wang Dinghua, Ling Guozhen
(AnHui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601)

With the development of the heavy truck in china, the tyre’s unwonted abrasion was hackneyed. The heavy truck manufacturers have a series of measures of defend and service for the heavy truck. Analyse the tyre’s unwonted abrasion from design, manufacture and use, and give the step of check-up and redressal for the heavy truck in this article.

mid and heavy truck；tyre；abrasion；analyse

U463.3

B

1671-7988(2014)08-82-04

王定华，工程师，就职于安徽江淮汽车股份有限公司。