汽车轮胎强度性能比对分析

魏晓辰+张新峰+张一尘

摘 要：随着社会工业的进步，汽车行业也在不断的蓬勃发展，汽车轮胎是支撑整个汽车总成核心的载体，直接涉及到乘员的生命安全，也是更换最频繁的易损件，进而涌现出一大批的汽车轮胎企业，填充轮胎的后市场。本文针对市场中不同轮胎品牌，不同轮胎类别，以及不同轮胎型号，依据国家标准对汽车轮胎的强度性能进行对比试验，总结出轮胎在不同条件下破坏能大小的规律，并制定CATARC轮胎强度等级划分，对了解汽车轮胎质量品质有着指导性的意义。

关键词：汽车轮胎 强度性能 强度指数 等级划分

中图分类号：U491.5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）11（a）-0109-03

汽车工业的高速发展，带动了轮胎行业的快速发展，在“十二五”期间，轮胎行业随着整个中国经济的高速发展而迅速发展，2005年我国轮胎产量达到2.5亿条，超过美国的2.28亿条，此后，一直保持这一优势，连续12年世界第一位。轮胎作为汽车上极为重要的零件，也是最频繁更换的易耗件，关乎车辆使用人员的安全，下面我们通过强度性能试验对不同的轮胎进行比对，直观地展现出其中的规律。

轮胎强度是轮胎重要的安全性能评价指标之一，2001年轮胎成为工信部整车强检上公告的试验项目，也就是说给整车企业做配套的轮胎企业需要拿到工信部认可的强检报告才可以上公告，这是国家针对轮胎安全又提高了重视度。通常人们对于轮胎概念认识得比较浅，轮胎也可以说是汽车的4只鞋子，但是鞋子也有被钉子扎破的时候。市场上销售的轮胎大小不一，品牌影响度也大有不同，但是轮胎的强度与这些影响因素有什么样的关系，应该也是消费者比较关注的话题。首先轮胎种类有很多，分为汽车轮胎，摩托车轮胎，工程机械轮胎等，按照《机动车辆轮胎强制性产品认证实施规则》[1]将每一类轮胎中高宽比相同的轮胎规格，视为一个系列，此系列中满足一个规格的轮胎通过国家标准，其他规格同样视为通过，但国家标准仅仅是一条标准线，想要知道每种轮胎本身的最终破坏能，需要做大量的试验才可以得出。

1 轮胎爆破形式

1.1 爆胎形式

经过大量室内试验证明，轮胎被破坏时大致分为3种形式。

（1）穿刺物被轮胎胎冠的橡胶所包裹，轮胎内的气体会逐渐排出。

（2）与穿刺物相接触的胎冠部分会被瞬间刺破，整块轮胎橡胶掉入轮胎与轮辋中间。

（3）与穿刺物相接触的轮胎断面会发生横向断裂，大量气体瞬间迸出，冲击力很大。

1.2 危險性影响

以上3种轮胎爆破的形式是发生事故时轮胎胎冠表面相对冲击物发生的物理变化，但最终对车辆行驶的危险性影响是一样的。

2 试验方法与限值

2.1 试验方法

针对强度的试验方法也有明确的标准规定，如我国的GB/T4503，GB/T6327和GB/T13203，美国的FMVSS 109，119，139，标准化组织的ISO 10191和10454[2]。以中国的试验标准来讲，计算公式就是轮胎受到标准的半圆头柱塞对其做功，破坏能计算公式如下：

2.2 限值要求

2.2.1 轿车轮胎

乘用车轮胎可以说是市场占有率非常高的产品，国家强制性标准GB 9743中对轿车轮胎制定了强度标准限值要求，以断面宽度160mm为分界线分为标准型和增强型两种，其轮胎破坏能分为220J、295J、439J、585J这4个标准值[3]。

2.2.2 载重轮胎

载重轮胎多数应用在商用卡客车上，由于真空胎被广泛使用，目前载重轮胎也由原来的带内胎轮胎过度到使用无内胎轮胎，载重轮胎根据其轮胎规格中断面宽度是用公制还是英制来表示，分为公制载重轮胎和英制载重轮胎两种，国标GB 9744中对公制载重轮胎和英制载重轮胎设定了两种限值[4]。

3 强度比对分析

（1）选取14～18寸不同规格不同品牌乘用车标准型轮胎，14～18寸5个尺寸，每种6条轮胎，对其轮胎的破坏能进行对比，从整理出的数据和图表（由于篇幅限制暂不赘述）可以看出轮胎的破坏能不会随着直径尺寸的增加而变大。

（2）选取20条不同规格不同品牌的破坏能标准值为295的标准型轿车轮胎，从整理出的数据和图表（由于篇幅限制暂不赘述）可以看出绝大多数的轮胎被刺破时的破坏能为标准值的200%～400%之间。

（3）选取10条不同规格不同品牌的破坏能标准值为585的增强型轿车轮胎，从整理出的数据和图表（由于篇幅限制暂不赘述）可以看出绝大多数的轮胎被刺破时的破坏能为标准值的100%～150%之间。

（4）选取15种不同规格不同品牌轻型载重轮胎进行标准值与破坏能值进行比对，从整理出的数据和图表（由于篇幅限制暂不赘述）可以看出绝大多数的轮胎被刺破时的破坏能为标准值的100%～300%之间，有个别轮胎可以甚至达到500%。

（5）选取15条不同规格不同品牌破坏能标准值为2090J的载重轮胎，从整理出的数据和图表（由于篇幅限制暂不赘述）可以看出绝大多数的轮胎被刺破时的破坏能为标准值的150%～300%之间，有个别轮胎可以甚至达到400%。

（6）选取前面（1）所述前15条轮胎数据、（2）和（4）所述的全部轮胎数据，进行轿车轮胎，轻型载重汽车轮胎，载重汽车轮胎的破坏能进行对比，得出的图形图1，可以看出轿车轮胎和轻载轮胎大致在同一区间，有个别轻载轮胎破坏能相对比较高，载重轮胎相对轿车轮胎的破坏能在3500～8400J区间。

综上所述得出以下结论。

轮胎的强度破坏能不会随着轮胎尺寸大小成比例增长。

根据20条标准型轿车轮胎样品试验，90%的轮胎刺破时的破坏能为标准值的200%～400%之间。endprint

根据10条增强型轿车轮胎样品试验，90%的轮胎刺破时的破坏能为标准值的100%～150%之间。

根据15条轻型载重汽车轮胎样品试验，87%的轮胎刺破时的破坏能为标准值的100%～300%之间，有个别轮胎可以甚至达到500%。

根据15条载重汽车轮胎样品试验，87%的轮胎刺破时的破坏能为标准值的150%～300%之间，有个别轮胎可以甚至达到400%。

4 CATARC轮胎强度等级划分

4.1 分级原则

数据分级应客观反映数据的分布特征，以数据的集群性作为分级的重要依据，分级界限应该在数据变化显著特征上使各级内部差异尽可能小，等级之间的差异尽可能大。分级的结果一般要求中间级别包括的单元多，两端级别包含单元较少。也有要求分级单元数近似相等的，对于轮胎强度性能分级，考虑到其破坏能都是必须先满足法规限值，推荐使用中间级别包括的单元多，两端级别包含单元较少。

4.2 强度等级划分

把轮胎刺破点时的能量值相对于其标准值的比值定为强度指数，按照第三节数据根据强度指数把轿车轮胎、轻型载重轮胎、载重轮胎强度性能进行等级划分。

（1）將前面3（2）所述的样品基数4等分，根据强度系数值，定出标准值为295J的轿车轮胎的限值划分。

（2）将前面3（5）所述的样品基数4等分，根据强度系数值，定出轻型载重轮胎的限值划分。

（3）将前面3（6）所述的的样品基数4等分，根据强度系数值，定出载重轮胎的限值划分。

5 结语

本文对市场中不同轮胎品牌、不同轮胎类别以及不同轮胎型号，依据国家标准对汽车轮胎的强度性能终极寿命进行对比试验，总结出轮胎在不同条件下破坏能大小的规律，而且大部分轮胎最终的破坏能值比标准值高很多，说明轮胎企业对于强度性能方面也是高度重视。同时应用现有数据初步建立CATARC轮胎强度破坏能等级划分限值，由于轮胎种类繁多，国内外尚未对轮胎强度做出等级评价的规定，想要完善它，得需要大数据的支持，此文只针对标准型轿车轮胎、轻型载重型轮胎、载重型轮胎3种类型的轮胎进行了等级划分，因为轮胎种类比较多，需要后续的研究继续增补大量试验样本并划分出合适的等级，这也是笔者下一步的工作，对了解汽车轮胎质量品质有着指导性的意义。

参考文献

[1] CNCA-C12-01：2015，强制性产品认证实施规则——机动车辆轮胎[Z].

[2] 陈迅，刘晓民，盛梦龙，等.轮胎强度破坏能计算公式的讨论[J].轮胎工业，2009，29（7）：439-441.

[3] GB 9743-2015，轿车轮胎[S].

[4] GB 9744-2015，载重汽车轮胎[S].endprint