某越野车型更换大尺寸轮胎布置选型分析

2018-09-08李佳佳赵德虎安志亮LiJiajiaZhaoDehuFangBoAnZhiliang

北京汽车 2018年4期

李佳佳，赵德虎，方波，安志亮 Li Jiajia，Zhao Dehu，Fang Bo，An Zhiliang

某越野车型更换大尺寸轮胎布置选型分析

李佳佳，赵德虎，方波，安志亮 Li Jiajia，Zhao Dehu，Fang Bo，An Zhiliang

（北京汽车研究总院有限公司，北京 101300）

在汽车总体设计中，轮胎是汽车的重要安全部件，轮胎的选型换型关系到汽车的动力性、经济性、操纵稳定性、通过性、制动性、承载能力等。轮胎的性能不仅取决于轮胎本身，更取决于轮胎与汽车的匹配。目前，整车厂家对轮胎与汽车性能的匹配要求日益提高。通过对匹配轮胎的动态运动校核、整车布置、整车操稳平顺性、动力性和经济性的影响分析，进行某越野车型更换大尺寸轮胎的布置分析。通过整体布置分析、仿真计算和试验验证，完成了轮胎的换型，同时也细化和规范了轮胎布置设计流程，积累了一定的经验。

整车布置；轮胎；选型；CATIA

轮胎是汽车行驶系统的关键组成部件之一，其选型换型直接影响整车的动力性、经济性、和可靠性等。随着消费者对越野车需求以及认知的增加，对越野车舒适性、操控性及大气、饱满等造型元素的偏好也逐年增加。一般来说，在外径相同的条件下，大尺寸轮胎的胎冠高度相对变小，轮胎的刚性会提高，从而车辆的稳定性、过弯速度、制动效率等都随之提高。而且，大尺寸轮胎选配的轮辋更大，使越野车外观更加霸气、饱满。

为了满足市场需求，丰富某越野车可选轮胎配置方案，通过对匹配轮胎的动态运动校核、整车布置、整车操稳平顺性、动力性和经济性影响分析，进行了某越野车型更换大尺寸轮胎的布置选型分析。通过整体布置分析、仿真计算和试验验证，完成了轮胎的换型。

1 轮胎参数对比

越野车现匹配轮胎型号为265/75R16，经过专业分析，给出两款满足该车型负荷能力的轮胎265/65R18和275/50R20[1]，基本参数对比见表1。

2 布置原则

选型1胎宽265 mm，与现匹配轮胎相同；选型2胎宽275 mm，较现匹配轮胎大10 mm，为保证匹配轮胎与周边间隙（主要考虑车胎内侧）不至于过度变化，选型1轮辋偏距与现匹配轮胎一致为24.5 mm，选型2轮辋偏距为19.5 mm。

表1 轮胎参数对比[1] mm

3 对整车布置影响

3.1 动态分析校核

（1）悬架DMU动态模型建立。

越野车型前悬架采用双叉臂扭杆簧独立悬架，后悬架采用五连杆悬架。使用CATIA DMU Kinematics模块建立前、后悬架DMU动态模型[2]，如图1、图2所示。前、后轮运动行程见表2。

表2 前、后轮运动行程

图1 前悬架模型

图2 后悬架模型

（2）运动校核关键点。

越野车轮胎在上下跳及转向时，会与车架横梁管、横向稳定杆、上控制臂、下控制臂、车架纵梁、前轮罩、后螺簧座、后轮罩间存在动态间隙过小的风险。运动校核关键点如图3所示。

注：1-车架横梁管；2-横向稳定杆；3-上控制臂；4-下控制臂；5-车架纵梁；6-前轮罩；7-后螺簧座；8-后轮罩。

（3）选型1轮胎动态分析校核。

将265/65R18型轮胎数据装配到DMU动态模型中，如图4所示，轮胎由下极限到上极限过程中，轮胎与轮罩的动态间隙减小，在上极限时达到最小间隙18.3 mm。

图4 轮胎与轮罩间隙

同理，将轮胎与横梁管、稳定杆等间隙进行动态分析汇总，见表3。

（4）选型2轮胎动态分析校核。

同上，对选型2轮胎275/50R20进行动态分析汇总，见表4。

表3 选型1轮胎的动态间隙mm

表4 选型2轮胎的动态间隙mm

3.2 法规校核

由于轮胎尺寸增大，汽车前、后护轮板（即轮罩）需要重新校核、匹配，依据GB 7063-2011《汽车护轮板》进行。校核位置如图5、图6所示。

图5 校核位置

图6 护轮板与轮胎宽度

原车护轮板（即轮罩）匹配选型轮胎后进行法规校核，分析汇总见表5。

3.3 对整车尺寸的影响

越野车的整车宽度在轮罩处，两选型轮胎不影响整车宽度。选型1轮胎265/65R18胎宽与现有轮胎一致，轮距未发生变化；选型2轮胎275/50R20的轮距较现有轮胎增大10 mm。两选型轮胎静力半径、外直径相对现有轮胎发生了变化，接近角、纵向通过角、离去角及离地间隙需要重新分析[4]，见表6。

4 对整车性能影响

4.1 操纵稳定性和平顺性的影响分析

1）轮胎特性变化。

（1）轮胎胎冠高度变小，轮胎垂向刚度、侧偏刚度变大；

（2）整车平顺性能降低、转向响应提高；

（3）轮胎变宽，接地面积变大，转向时转向盘力矩增加。

2）悬架特性变化。

（1）主销偏移距变大；

（2）转向时转向盘力矩增加；

（3）坏路行驶转向盘打手问题变明显（高风险）；

（4）悬架弹簧杠杆比降低，会导致悬架垂向刚度降低[5]。

3）轮胎和悬架运动特性匹配。

（1）低扁平比轮胎与现有悬架匹配会引起轮胎接地性变化，导致在大侧向加速度下，不足转向（推头）趋势明显；

（2）低扁平比宽轮胎，可能会引起轮胎异常磨损[5]。

对两选型轮胎265/65/R18、275/50/R20主销内倾偏距随轮跳的变化进行分析，如图7所示；两选型轮胎主销偏距与其他几款越野车的对比见表7。

表5 护轮板校核mm

表6 对整车尺寸的影响

表7 主销偏距对比mm

表8 各类影响分析汇总

图7 主销内倾偏距随轮跳的变化

4.2 动力性和经济性的影响分析

两选型轮胎相对现匹配轮胎，滚动半径增大了5～10 mm（1.3%～2.6%），整车加速性能影响不大于2%，综合油耗影响不大于1%，可以接受。

5 各类影响的分析汇总

综上分析，可以看出：

1）选型2轮胎在全转向+下跳极限工况时，与车架纵梁出现干涉；

2）选型2轮胎的主销偏移距变化较大，转向时转向盘力矩增加，坏路上行驶转向盘打手风险增加。

各影响的分析汇总见表8。因此，大尺寸轮胎配置可采用选型1 265/65R18轮胎。

6 试验验证及整改措施

6.1 试验验证

越野车匹配265/65R18轮胎后进行第1阶段33 000 km可靠性试验。在试验中，前轮胎与轮罩内衬板在强化路行驶中发生运动干涉，轮罩内衬板表面有明显轮胎剐蹭痕迹，故障等级为3级。其中1号试验车故障里程16 838 km，5号试验车故障里程17 072 km，8号试验车故障里程16 838 km，6号试验车故障里程16 949 km。故障路面均为强化路。