海外橡胶期刊摘要精选

海外橡胶期刊摘要精选

《轮胎科技》2014, Vol. 42 No.1～No.4 Tire Science and Technology

镶钉轮胎对路面造成的损坏

镶钉轮胎自投入使用以来就存在着争议。在冬季路面有冰的恶劣情况下,镶钉轮胎可以增加摩擦系数,提高行车安全,当然它们也会损坏正常的路面。因此,开发镶钉轮胎的一个主要挑战就是减少对路面的损坏,同时仍能在冰面上保持良好的抓地性能。所以,首先要弄清楚镶钉轮胎对路面损坏的机理和影响参数。

一种使用室内转鼓试验方法被开发出来。对镶钉轮胎造成路面损坏机理的分析源于基本分析模型,这些机理被用于识别镶钉轮胎对路面造成损坏的主要参数。用开发的试验方法得到的试验结果证明预测的因素。车辆的行驶速度和镶钉的质量是造成路面损坏的主要因素。这就能解释镶钉的冲击是造成路面破坏的主要因素。借助于提出的试验方法,能够量化在可控条件下镶钉轮胎对路面造成的损坏。这些机理也考虑到了轮胎结构和变化的运转情况对路面损坏的影响。

使用压电换能器模拟充气轮胎中应变能量的收集

提出了从滚动轮胎的变形中获取能量的可行性评估研究方法,借此推出一套安装在轮胎内腔中的轮胎监测装置。这套工艺是通过使用弹性的压变复合材料传感器（PFC）进行模拟,该传感器粘附在轮胎气密层上,充当轮胎监测装置中的能量收集部件。当PFC产生压变时,该部件就会产生电荷。轮胎在滚动时,可以利用其周期性的变形来获取能量。使用Abaqus有限元模拟法评估轮胎结构内的可用应变能,以获得PFC安装的最佳位置。试验测试通过能量收集部件的评估装备进行,它安装在轮胎内腔中,在控制速度和加载条件下测试PFC的性能。

违章超重牵引式挂车在快速空气泄漏时的稳定性分析

在加利福尼亚交通许可手册中,车辆违章超重配置的最小轮胎-车轴宽度（全宽）是2.44 m。商业货运车和拖挂车串联1.82 m宽的车轴配上新一代宽基轮胎（NGWBS）后全轴宽度是2.34 m。这样,它们就无法满足当前加利福尼亚州交通部门的要求。随着NGWBS轮胎日益增长的应用需求,双胎和NGWBS轮胎的牵引式半拖车的稳定性是非常重要的。该研究对使用50.8 mm外偏距车轮和25.4 mm外偏距车轮的双胎或NGWBS轮胎的车辆进行了对比试验。快速空气泄漏（RAL）事件的发生代表了一种严重的情况,可以在下列三种驾驶中的任一项中发生∶直线、固定的曲线、变道。试验数据比较了使用NGWBS轮胎和双胎卡车的差异,如提前及时发现轮胎的RAL事件,培训的司机可以控制RAL事件的发生。该研究的结论是,使用NGWBS轮胎的卡车的RAL事件和使用双胎的卡车的RAL事件一样可以受控,不会影响系统的稳定性。

具有能量耗散的多体动力仿真隐环轮胎模型

隐环轮胎模型为免费多体动力软件的C++模块。它被安在一个多体模拟的车轮部件上以接收输入的道路纵剖面,目的是用来评估轮胎在恶劣路面上滚动的暂态特性。其是定制的,可用于低侧倾角、有限转向和速度变化的信息收集,也可与路面连续接触。它能在激发频率达到100 Hz及路面下陷达到10 cm的情况下得到准确的信息。它能对除路面剖面外的45项轮胎参数和20项算法参数进行隐式集成。该模型能对安装在轮轴上的米其林XZA-3轮胎进行可信的有限元分析,产生校准和验证。产生的曲线与有限元分析的数据一致。使用手动确认参数的Nelder-Mead 优化工艺能够使12个测试曲线的平均测定系数从-0.4增加到0.6。当速度大于20 km/h时,垂直力的每一个实验系数超过0.8。对纵向力来说,只有一个曲线的系数低于0.5。模块中也包含了可变的时间-步长算法,发现大约能减少85%的实验案例的仿真时间。

轮胎在柔软沙滩上下沉量的研究

下沉量是验证车辆性能的一个重要因素,因为它能造成车辆停止或明显的环境破坏。伯恩斯坦在1913年第一次提出压力-下沉量关系式。Janosi、Hanamoto、Hedegus得出纵向车轮滑动对下沉量也起着一定的作用。Shinone、Nakashima、Takatsu、Kasetani、Matsukawa针对轻载车辆轮胎（980N）确认了滑动和下沉量的线性关系。本文针对垂直轮载荷、纵向车轮滑转率、轮胎充气压力对轮胎在松散沙土上下沉量的影响进行了研究,得出下沉量与车辆运行条件有关的结论。本研究的测试程序是使用Cranfield大学的单轮试验机（SWT）在Cranfield 越野动力设施试验场松散的沙土上进行的。SWT用闭环伺服控制液压驱动器来控制垂直轮胎载荷,用双液压马达来控制车轮速度。SWT装置安装在一个独立的原发动机牵引单元上,它能控制前进速度。通过持续地与固定参考点进行对比测量,计算真实的车轮速度,以便给出所期望的滑动剖面图。在干燥的沙土上使用固特异G90轮胎进行了一系列的控制载荷测试。四个离散通胀压力（10、20、30和40 Psi,1 Psi=6.89 kPa）和五个垂直车轮的载荷（1、2、3、4、5 kN）代表轮胎的操作范围。每个测试运行包括持续不断地减少纵向车轮的滑转率[控制的滑转率从85%（驱动）直线下降到-15%（制动）]。然而当车轮滑转率大于10%时,似乎线性地增加了下沉量,正如Shinone等的发现,滑转率和下沉量的整体关系是非线性的。

滚动模拟胎面花纹模型中四面体有限元的有效性

在胎面花纹上生成结构化六面体有限元网格是一项具有挑战性的艰苦工作,这是由于其复杂的几何图案造成。但是,生成高质量的四面体网格相对简单,而且可以完全自动化。虽然方便并节约时间,但是分析师一直避免使用四面体网格,因其接触应力的精度不足会影响对花纹磨损的预测。胎面胶配方的最新进展已经极大地改善了四面体网格接触应力的精度。进行了在较慢滚动条件下四面体网格和六面体网格的预测结果的对比研究,比较了针对接地印痕的解决方案,比如接触应力以及整体解决方案,再如残余回正力矩。

飞机轮胎的试验摩擦力和温度调查

使用刷式模型方法为飞机轮胎建模,橡胶和沥青间的摩擦系数μ不仅按照使用压力和滑动速度/滑动比率,而且也通过接触区域内部的局部温度来描述。其影响不容忽视,因为它能导致明显的材料属性的改变。因此,在不同的测试平台上,使用红外摄像机热记录仪进行了分析研究。

首先在高速线性测试仪（HiLiTe）上进行测量,使用德国汉诺威莱布尼兹大学动力学和振动研究所（IDS）的测试平台。它能测试100%固定滑动率的单一胎面块状样品,该样品在各种路面上,比如干湿沥青、混凝土,以及冰雪上纯滑动。

本文的研究结果显示,与跑道表面与样品的实际接触相比,对流对胎面花纹块冷却的影响更小。因为较低的表面温度能导致更高的摩擦力,这种冲击对激励频率起反作用,会造成橡胶样品在高速时升温。一旦这些冲击开始汇集,准稳态摩擦系数在长期的持续测试中就可能得到。尽管如此,由于永久滑动,随着橡胶热顶层的偶尔脱落,磨损会使其冷却。

除了这些在HiLiTe的准稳态测试之外,还用自动运行测试平台对飞机轮胎的热行为进行了研究。它通过改变区域内外的客机轮胎载荷、速度和滑动角度,在机场跑道上进行了真实的测试。测试时可以观察到新的和部分未知的影响因素。温度主要受滑动角度的影响,其次是速度和载荷。另外,轮胎和跑道的接触会导致胎面的冷却,但没有改变花纹沟槽内部的温度。如果跑道的温度很低的话,花纹沟槽内部的温度就会将热量传递到胎面上。

轮胎在湿地面滚动时的甩水比较

汽车或卡车在湿地面上滚动造成的轮胎甩水对所有司机来说都是熟知的危害。过去,努力消除轮胎甩水的影响主要集中在测试附加设备方面。这些设备能有限地控制轮胎甩水。另一个方法是检查轮胎甩水的源头—轮胎和湿路面。

本文描述一套安装在实验室的轮胎甩水模拟设备,在受控环境下,仔细检查甩水。该设备控制轮胎槽产生的甩水,然后通过滚动的轮胎从路面带走。使用高速录像来捕捉轮胎的顺流甩水模式并记录在磁盘上。磁盘的录像然后通过计算机进行处理。一个“时间-排水”的概念被用来介绍描述甩水离开轮胎时的角度。然后比较不同轮胎的甩水模式。

重型卡车司机工作负荷的调查

随着车辆技术的提高和路上车辆数量的增长,司机的工作负荷在汽车行业越来越引起大家的兴趣。操作因素和环境因素影响着司机选择行驶路线的能力,同时在精神和体力方面对司机提出了大量要求。司机操作环境的关键因素是车辆。在本研究中,针对8级拖拉-半挂车组合车辆,介绍了不同的轮胎配置（比如,双基和宽基）对司机工作负荷的影响。通过四项演习对司机工作负荷的表现进行评估∶60 m半径的稳态转圈、120 m半径稳态转圈、道路历程、北大西洋公约组织应急车道改变演练。将表面肌电（sEMG）电极分别置于驾驶员左、右手腕屈肌（尺侧腕屈肌）和右手腕伸肌（尺侧腕伸肌）,捕捉在所有演习过程中肌肉的活动。计算sEMG的峰值和综合值,得到司机工作负荷的指标。本研究的结果显示不同轮胎配置会使肌肉活动存在明显差异。基于司机的手势演习的方向（即顺时针或逆时针方向）,也能识别出驾驶技术的差异。

橡胶表面磨损和相关拓扑结构

橡胶磨损机理是复杂的,直接观察磨损有一定的局限性。在轮胎行业,对磨损机理的认识及对它的预防是很重要的目标和研究领域。量化磨损的最直接的方法是在磨耗试验机上测量其质量损失。根据不同橡胶材料的质量损失来对其磨损性能进行分类。测试不同配方胶料磨损性能的另外一个方法是看车轮的磨损表面。用轮胎在路面上或用小的轮胎在实验室进行磨损试验,就会发现其微观组织能正常滑移,即所谓的Schallamach波。这些结构的动力分析能更进一步给出对磨损机理的解释。本文对四种磨损性能不同的胶料表面进行了研究,不仅测试其质量损失,而且也对其表面进行分析和特征提取。

这一特点被公认为是表面结构的侧向位移。可使用一种新的粒子图像测速（PIV）评价技术对其进行确定。侧向位移是胶料的特性,也观察到由于质量损失导致其高度降低。另外,可采用观察到的微观结构增加局部塑化,从而完善磨损理论。

橡胶摩擦和轮胎动力学：理论与试验数据的对比

提出了一个简单的橡胶摩擦定律。该模型被用于轮胎和车辆动力学计算。摩擦定律是通过全橡胶摩擦理论的计算结果和试验数据进行比较来检验的。

介绍了一种二维轮胎模型。该模型将橡胶摩擦定律与胎体弹簧块结合在一起描述。轮胎模型非常灵巧,可适合用于不同的操作。它可以用来计算μ-滑移曲线、自位转矩、制动和转弯,或者组合运动（比如转弯时制动）。将理论预测值与在砂纸上进行的室内轮胎试验测量的数据进行了比较。同时也展示了使用两种不同的控制运算法对防抱死制动系统（ABS）的模拟。

轮胎瞬时侧向力的产生：对车辆操控性能的特征描述

根据稳态动力响应描述轮胎力的产生,被认为是与滑移角一样的动态滚动条件的函数,和时间无关连性。除了稳态响应之外,轮胎也表现出随时间变化而变化的瞬时动力响应,这在横向上延迟了转弯力的形成。这种延迟的特点往往具有所谓的轮胎松弛长度（RL）（Ly）的特征,轮胎的性能特点被认为对操控性能有很大的影响。讨论了轮胎横向RL的定义和机械论的解释,比较了横向RL的测量和解释的不同方法。测量方法包括不同类型的带束层以及静态刚度测量。因为测量不确定性的不同等级,所以论证了不同测量方法的再现性和优势。进行了操纵试验以弄清楚对轮胎/车辆系统模型包括轮胎瞬时响应的影响。这项研究包括一系列操纵模拟,使用了不同瞬态力和力矩的轮胎以及户外主观操纵评级分析。结果表明,轮胎的瞬态特性对汽车操纵性能的影响比对轮胎稳态动力响应的影响要稍小。

NR/BR共混体系物理性能和力学性能的同步优化的结合二阶因子影响测定

天然橡胶（NR）、顺丁橡胶（BR）并用胶以及其他并用胶被广泛地用于提高胶料的力学性能和物理性能。通过对NR/BR并用胶的比例调整和不同的混炼方法,可改善胶料性能和最终产品（比如胎面胶）性能。采用反应曲面分类研究法设计五因素试验∶高耐磨炭黑（N330）、芳烃油、 NR/BR比例、硫磺、N- 氧联二乙基-2-苯并噻唑亚磺酰胺。

八项性能都最优的配方中有44.0 份炭黑、6.1份油、NR与BR的比例为78:22,其胶料性能如下∶拉伸强度（22 MPa）、拉断伸长率（528%）、撕裂强度（30 kg/mm）、回弹率（67%）、硬度适中（68国际硬度）、低升热（17 ℃）、压缩永久变形（12%）、磨耗损失（57 mm3）。更优化的组合可以很容易地从NR/ BR并用胶模型的等高线图上查到。

（刘元顺 译）

[责任编辑：翁小兵]