赛车轮胎操控性能的改善

刘剑美，李红卫，葛 超

[特拓（青岛）轮胎技术有限公司，山东 青岛 266000]

赛车运动是全球最受欢迎的体育运动之一，拥有众多的赛车迷。改装车市场在美国和日本尤其发达，赛车运动对赛车轮胎的需求旺盛，尤其是专业赛车轮胎的消耗量较大，市场需求大。根据美国市场调研结果，可合法上路的赛车轮胎具有较高的附加值，因此各大轮胎厂商纷纷推出相应产品争夺赛车轮胎市场[1]。

265/35R18 97W轮胎是一款可以合法上路的赛车轮胎，已于2018年3月在日本日光赛车场进行测试。根据反馈，车手希望该轮胎有更好的纵向刚度和横向刚度以及转弯操控性。赵冬梅等[2-3]研究了轮胎纵向刚度和侧向刚度对整车性能的影响。

本工作主要从轮胎结构方面对赛车轮胎的性能进行改善，利用有限元方法从轮胎五刚度特性对改善方案进行相关性能评价，并通过试验验证改善方案的可行性，从而选出最优方案。

1 改善方案制定及仿真分析

1.1 改善方案制定

为了研究赛车轮胎操控性能的影响因素，制定3种改善方案，如表1所示。

表1 轮胎改善方案

3种方案主要调整了带束层角度和轮胎整体厚度，一是为了改善轮胎的接地印痕，增大接地面积，进而提高轮胎的抓着力；二是为了保证轮胎的整体刚性，使轮胎胎面至胎侧的刚度分布均匀，保证赛车轮胎的导热性能。

1.2 轮胎五刚度特性仿真分析

参考轮胎五刚度特性仿真方法[4-5]对3种方案轮胎进行纵向刚度、横向刚度和扭转刚度进行仿真计算，得到的刚度特性曲线如图1—3所示，结果如表2所示。

图1 纵向刚度特性曲线

图2 横向刚度特性曲线

图3 扭转刚度特性曲线

从表2可以看出，纵向刚度由大到小为方案1、方案2、方案3，横向刚度由大到小为方案1、方案2、方案3，扭转刚度由大到小为方案3、方案1、方案2。

表2 3种方案轮胎刚度特性仿真结果

1.3 静负荷试验仿真分析

轮胎成型采用一次法成型机，成型鼓直径为442 mm，成型鼓宽度为408 mm，贴合鼓周长为1 884 mm。3种方案轮胎的接地印痕如图4所示。

从图4可以看出，3种方案轮胎的接地印痕面积由大到小为方案3、方案1、方案2。

图4 3种方案轮胎的接地印痕

2 实车测试

本测试为主观测试评价，以Bridgestone RE-71R轮胎为对比轮胎，3种方案轮胎装车照片见图5，各项性能与评分如表3所示。

图5 3种方案轮胎装车照片

从表3可以看出：纵向抓着性能由好到差为方案1和方案3、方案2；横向抓着性能由好到差为方案1和方案3、方案2；转向操控性能由好到差为方案3、方案1、方案2。

表3 轮胎性能评分

车手主观评价如下：方案1轮胎的综合性能表现很好，胎侧刚性无问题，期待抓着力能够有更好的纵向和横向咬合性能；方案2轮胎的抓着力不如方案1轮胎，横向刚性较弱；方案3轮胎的整体平衡性有所提升，胎侧较硬，容易操控。

上述测试结果与仿真结果存在一定差异，而在转向操控性能和扭转刚度性能方面两者是一致的。分析认为，仿真分析未考虑配方的影响，而轮胎的耐磨性能和抓着力因配方设计的不同而有所不同。本试验以改善赛车轮胎的转向操控性能为目的，因此扭转刚度的仿真分析结果尤为重要。

3 结语

（1）不同的轮胎骨架材料结构对轮胎的接地印痕大小和形状影响较大，从而影响轮胎的抓着性能。

（2）通过有限元仿真方法对轮胎五刚度特性进行仿真分析，可以预判轮胎改善方案的可行性。

（3）采用最优方案的轮胎转向操控性能明显提高。