行驶面宽度对195/65R15轿车子午线轮胎性能的影响

任振兴，马丽华，徐 伟，刘 杰，王 君，张 琳，孙 超，刘继发，王 伟，张晨曦，焦冬冬

（青岛双星轮胎工业有限公司，山东 青岛 266400）

车辆行驶时驾驶人员通过轮胎感受路面情况，车辆通过轮胎承载负荷[1]，传递牵引力和制动力，保证车辆在行驶过程中具有优异的舒适性、操纵性能和安全性等，由此可见，轮胎对车辆的作用是巨大的。行驶面是轮胎与地面接触、传导地面摩擦的主要部位，行驶面宽度对轮胎的高速性能、滚动阻力和制动性能存在不同程度的影响[2]。本工作以195/65R15轿车子午线轮胎为对象探讨行驶面宽度对轮胎性能的影响。

1 技术要求

参照GB/T 2978—2014确定195/65R15轿车子午线轮胎的设计技术参数如下：充气外直径627～643 mm，充气断面宽 193～209 mm，标准轮辋 6J，标准充气压力 250 kPa，标准负荷615 kg，负荷指数 91，速度级别 H。

2 结构设计

2.1 行驶面宽度

行驶面宽度影响轮胎的耐磨性能、转向稳定性和牵引性能等[3]。一般来说，行驶面宽度增大、弧度高减小，轮胎接地印痕的长轴和短轴增大，接地印痕面积相应增大，在相同负荷条件下，轮胎的平均接地压力减小，从而对轮胎的各方面性能产生不同程度的影响[4-5]。本工作针对行驶面宽度设计A和B两个方案，取值分别为154和162 mm，两方案行驶面弧度高接近，A方案弧度高比B方案大0.03 mm。

2.2 其他轮廓参数

其他轮廓参数设计如下：外直径 635 mm，断面宽 201 mm，行驶面弧度高 7.3 mm，胎圈着合直径 378.8 mm，胎圈着合宽度 166 mm，断面水平轴位置（H1/H2） 1.014。

A和B两方案除行驶面宽度外，其他轮廓参数均相同。轮胎断面轮廓如图1所示。

图1 轮胎断面轮廓示意

2.3 花纹设计

花纹采用4条纵沟对称花纹设计，B与A两方案相同位置花纹沟宽度和花纹块宽度比值为1.05，花纹沟和钢片的形状和深度及花纹饱和度和周节数等参数相同，花纹深度 8.5 mm，花纹饱和度67%～70%，花纹周节数 70。

3 施工设计

3.1 配方和骨架材料设计唯一性原则

A和B两方案轮胎所有半成品部件胶料配方和骨架材料均相同。

3.2 半成品部件尺寸设计

考虑到两方案轮胎行驶面宽度不同，胎面口型尺寸、带束层宽度、冠带条宽度和胎侧宽度采用不同设计（见表1）。两方案胎面口型中部厚度、肩部厚度，内衬层厚度和宽度，胎侧各位置厚度，胎体帘布宽度及钢丝圈排布和三角胶高度均相同。

表1 半成品尺寸设计 mm

4 工艺控制

两方案所有半成品胶料混炼、压延、挤出和裁断均在同一机台上进行；胎坯采用同一台一次法成型机成型；两方案轮胎在同一台硫化机左右模内硫化，胶囊型号、定型高度和硫化时间均相同。

5 成品轮胎性能

采用两种方案制备195/65R15 91H轮胎，并进行成品轮胎性能测试。

5.1 外缘尺寸

轮胎外缘尺寸按照GB/T 521—2012进行测量，充气压力为250 kPa，测量结果如表2所示。

从表2可以看出，A和B两方案轮胎外缘尺寸均符合国家标准要求，充气外直径、充气断面宽和花纹沟深度基本相同，说明行驶面宽度对轮胎的充气外缘尺寸和花纹沟深度无影响。

表2 轮胎充气外缘尺寸等测量结果 mm

5.2 强度性能和脱圈阻力

轮胎的强度性能和脱圈阻力根据GB/T 4502—2016进行测试，充气压力为180 kPa，国家标准要求破坏能≥295 J，脱圈阻力≥8 890 N，测试结果如表3所示。

表3 轮胎强度性能和脱圈阻力测试结果

从表3可以看出，A和B两方案轮胎的强度性能和脱圈阻力均符合国家标准要求，B方案轮胎的破坏能是A方案轮胎的1.2倍，两方案轮胎最大脱圈阻力基本相同，说明行驶面宽度对轮胎强度有一定影响，但对脱圈阻力影响不大。在同等条件下，行驶面宽度越大，轮胎强度性能越优异。

5.3 高速性能

轮胎高速性能按照GB/T 4502—2016进行测试，国家标准要求速度≥190 km·h-1，充气压力为280 kPa，负荷率为80%，测试前轮胎在（38±3） ℃温度下停放3 h以上，试验步骤如表4所示。

表4 轮胎高速性能试验步骤

两方案轮胎在同一试验机上进行测试，负荷和速度完全一致。结果显示，A和B方案轮胎试验速度分别达到250和240 km·h-1时发生爆胎。两方案轮胎高速性能均符合国家标准要求，且试验结果相差不大，说明行驶面宽度对轮胎高速性能影响不大。

5.4 耐久性能

轮胎耐久性能按照GB/T 4502—2016进行测试，低充气压力耐久性能按照企业标准进行测试。国家标准要求行驶时间≥34 h，充气压力为180 kPa，测试前轮胎在（38±3） ℃温度下停放3 h以上，测试速度为120 km·h-1。企业标准要求行驶时间≥1.5 h，低充气压力为140 kPa，测试前轮胎在（38±3） ℃温度下停放3 h以上，测试速度与常规耐久性测试相同，试验步骤如表5所示。

表5 轮胎耐久性试验步骤

两方案轮胎在同一试验机上进行测试，负荷和速度完全一致。结果显示，A和B方案轮胎分别行驶98和96 h后失压。两方案轮胎耐久性能均大幅度超过国家标准要求，且结果相差不大，说明行驶面宽度对轮胎耐久性能影响不大。

5.5 静负荷性能

轮胎静负荷性能按照HG/T 2443—2012进行测试，充气压力为180 kPa，负荷率为100%，环境温度为18～36 ℃，停放时间＞24 h，测试结果如表6所示，接地印痕如图2所示。

图2 轮胎接地印痕

表6 轮胎静负荷性能测试结果

从表6可以看出，两方案轮胎静负荷半径无差异，A方案轮胎接地印痕面积小于B方案轮胎，但下沉率却较大，说明行驶面宽度减小，接地印痕面积会相应减小，在负荷相同的情况下，下沉率随着单位面积平均接地压力的增大而增大。

5.6 刚性

轮胎刚性按照GB/T 23663—2009进行测试，充气压力为250 kPa，测试结果如表7所示。

表7 轮胎刚性测试结果 N·mm-1

从表7可以看出，A方案轮胎纵向刚性小于B方案轮胎，而横向刚性较大，说明行驶面宽度越大，轮胎纵向刚性越大，横向刚性越小。

5.7 耐磨性能

轮胎实车磨耗测试选取大众朗逸车型，路况为城市铺装路面，主要行驶区域为青岛市区，右前轮和左后轮安装A方案轮胎，左前轮和右后轮安装B方案轮胎，充气压力为250 kPa，2020年12月—2021年7月总行驶里程为6.3万km。左前轮（B）、右前轮（A）、左后轮（A）和右后轮（B）轮胎各花纹沟平均磨损量分别为2.3，2.2，1.3和1.5 mm。

由此可见，B方案轮胎平均磨损量略高于A方案轮胎，但驾驶员主要在左前侧，导致左前侧轮胎负荷略大于右前侧轮胎，说明行驶面宽度对轮胎的耐磨性能影响不大。

5.8 室内滚动阻力和噪声

轮胎室内滚动阻力和噪声按照ISO 2850：2018进行测试，结果如表8所示。

表8 轮胎室内滚动阻力和噪声测试结果

从表8可以看出，A方案轮胎滚动阻力小于B方案轮胎，噪声时间平均声压级也较小，表明行驶面宽度增大，轮胎滚动阻力和噪声均会增大。

5.9 室外主观和客观评价

轮胎实车主观和客观评价测试选取大众朗逸车型，测试场为山东伊狄达汽车及轮胎试验场，测试结果如表9所示。

表9 轮胎室外主观和客观评价测试结果

从表9可以看出，在舒适性方面，A方案轮胎略差于B方案轮胎，但干湿地操纵性能、干湿地制动性能和直线水漂性能略好，表明行驶面宽度增大，轮胎舒适性提高，但对操纵性能、制动性能和水漂性能均有不同程度的不利影响。

6 结语

本工作通过设计不同行驶面宽度的两种轮胎进行测试，对比研究行驶面宽度对轮胎性能的影响。

研究发现，对于195/65R15轿车子午线轮胎，行驶面宽度增大8 mm，对轮胎的充气外缘尺寸、高速性能、耐久性能和耐磨性能影响不大，轮胎的强度性能提高，接地印痕面积、滚动阻力和噪声增大，舒适性改善，制动性能和操纵性能下降，证明行驶面宽度是轮胎轮廓设计的重要参数，对轮胎的舒适性、安全性和节能具有重要影响。