混纺材料冠带层对轿车轮胎性能的影响

2022-07-20张凯凯王龙庆张灿科李孟龙索嘉成

橡胶科技 2022年6期

兰丽，贾斌，张凯凯，王龙庆，张灿科，李孟龙，索嘉成

（青岛森麒麟轮胎股份有限公司，山东青岛 266229）

轮胎中冠带层的作用是限制带束层在高速运转状态下的扩张幅度，可显著提升轮胎的性能[1-3]。子午线轮胎中冠带层大部分使用锦纶材料，但是锦纶冠带层已经不能完全满足超高性能轮胎的需求。随着配套主机厂对车辆操纵性能要求的不断提高，轮胎主观评价中强度操纵性能在轮胎主观测试项目中的权重逐渐增大，需引进新材料满足高性能轮胎的开发需求[4-7]。混纺材料是指将芳纶和锦纶捻合而成的帘线，用芳纶纤维增强锦纶可提高其强度、耐热性和尺寸稳定性等。

轮胎性能的影响因素较多，包括胶料配方、结构设计和使用条件等。本工作主要研究混纺材料作为冠带层材料使用时，对轮胎主观和客观性能的影响，从而为轮胎结构设计起指导作用。

1 试验设备和方法

1.1 接地印痕

按照GB/T 22038—2018进行轮胎接地印痕试验，接地长度比值（Re）的计算公式如下。

式中，Lc表示中心接地长度，mm；LI表示内侧胎肩部（80%接地宽处）的接地长度，mm；LO表示外侧胎肩部（80%接地宽处）的接地长度，mm。

轮胎接地印痕如图1所示。

1.2 六分力

按照GMW 15204—2014进行轮胎六分力测试。

汽车在行驶过程中，由于路面的侧向倾斜、侧向力或在曲线行驶时离心力的作用下，车轮中心沿Y轴方向作用有侧向力，相应的在地面上产生地面侧向反作用力，称为侧偏力。由于轮胎存在侧向弹性，轮胎的行驶方向将偏离轮胎平面的方向，该现象称为侧偏现象。汽车的操纵稳定性在很大程度上取决于轮胎的侧偏特性，而侧偏刚度和F函数是表征侧偏特性的主要指标。

1.2.1 侧偏刚度

侧向力曲线斜率在零侧偏角时的数值称为侧偏刚度，在决定反映大部分驾驶工况的线性区段内的车辆行为时，是一个非常重要的参数[8]。轮胎侧偏刚度的绝对值越大，其基准转向性能越好。

1.2.2 F函数

F函数是对侧向力的归一化处理，反映了某一垂直负荷下归一化的侧向力随侧偏角的变化关系。负荷越大，同一侧偏角下所能承受的最大侧向加速度越小。F函数与实车测试转弯能力、应答特性有关。

1.3 滚动阻力

按照ISO 28580—2018对轮胎滚动阻力进行测试。滚动阻力试验机由德国ZF公司制造，将滚动阻力换算为滚动阻力系数进行比较，滚动阻力系数计算公式如下。

式中，Cr为滚动阻力系数，N·kN-1；Fr为滚动阻力，N；Lm为试验负荷，kN。

2 混纺材料冠带层对轮胎性能的影响

2.1 接地印痕

轮胎接地印痕形状和压力分布等直接影响车辆的牵引/制动、轮胎与地面的接地噪声及轮胎的操纵性能、耐磨性能和滚动阻力等重要指标。在不同冠带层材料条件下制作同一规格215/55R18试验轮胎并进行接地印痕测试，结果如图2和表1所示。

从图2和表1可以看出：在其他结构和工艺参数不变的情况下，仅改变轮胎的冠带层材料，由普通锦纶调整为混纺材料，混纺材料冠带层轮胎的接地印痕面积大于锦纶冠带层轮胎，单位接地面积压力更小，轮胎磨损更均匀，耐磨性能更好；混纺材料冠带层轮胎的接地印痕形状更趋于短形。在主观操纵稳定性测试时，短形接地印痕轮胎较椭圆形接地印痕轮胎操纵性能和牵引性能更好。