漂移赛车轮胎结构设计与刚性的相关性研究

张 典，程 龙，秦艳分，李天奇，王 兵

（中策橡胶集团股份有限公司，浙江 杭州 310018）

随着D1-GP、FOMURA漂移赛、欧洲漂移锦标赛和DRIFT NATIONALS等世界各类汽车漂移赛事日益发展，漂移赛车轮胎的市场需求原来越大，对轮胎的漂移性能要求也越来越高[1-3]。漂移赛中赛车必须要在规定的场地和时间内完成比赛，并做出规定动作，因此车手要以压倒性的速度和大角度、干净利落的甩尾来操纵车辆。2017年度D1中国杯大奖赛中最特殊赛道的S1赛段加速直道过长，并且是下坡路，车手要在过弯时速度极快才能获得DOSS评判系统给出的高分，这就意味着车手在过弯时必须能够在极高车速下控制好车辆的稳定性，这不但是对车手驾驶技术和经验的极大考验，更是对轮胎各项综合性能的考验[4-5]。

轮胎接地印痕的大小和形状直接影响轮胎与路面间作用力的传递，反映路面与轮胎作用的力学特性，对轮胎的耐磨性能、滚动阻力、噪声和制动性能等有非常重要的影响[6-10]。

轮胎纵向和横向刚性直接影响轮胎的耐磨性能、牵引性能、制动性能、操纵稳定性、行驶安全性、舒适性以及滚动阻力和噪声等[4-5]。

本工作以285/35ZR18 101W漂移赛车轮胎为例，在轮胎上下胎侧部位增加增强层1和2，设计4种增强方案，研究不同增强方案对漂移赛车轮胎接地压力分布和刚性等性能的影响，以期为提高漂移赛车轮胎性能提供参考。

1 实验

1.1 主要设备和仪器

1418型二次法成型机，北京敬业机械设备有限公司产品；B型液压双模定型硫化机，青岛家瑞橡塑机械有限公司产品；TMT型轮胎综合试验机，汕头市浩大轮胎测试装备有限公司产品。

1.2 试验方案

增强材料主要贴在两处，如图1所示。轮胎其他施工设计参数相同。

图1 轮胎材料分布示意

方案一：增强层1采用邵尔A型硬度为90度的胶片，增强层2采用467dtex/1×467dtex/1锦纶66帘布。

方案二：增强层1采用邵尔A型硬度为90度的胶片，增强层2采用2×0.30ST钢丝帘布。

方案三：增强层1采用2×0.30ST钢丝帘布，增强层2采用1670dtex/1芳纶＋1400dtex/1锦纶66混合帘布。

方案四：增强层1采用2＋2×0.25HT钢丝帘布，增强层2采用1680dtex/2芳纶帘布。

将各半成品在成型机上成型，成型胎坯在硫化机上硫化后，在轮胎综合试验机上对成品轮胎性能进行测试。

1.3 接地压力分布和刚性试验条件

采用TMT型轮胎综合试验机进行轮胎接地压力分布和各向刚性测试。试验温度为26.2 ℃，充气压力为220 kPa，接地压力分布试验负荷为8 085 N，其他试验为6 468，8 085，9 702 N变负荷。

2 结果与讨论

2.1 接地压力分布

在相同胎面胶配方条件下，接地面积越大，轮胎的附着能力越大，有利于轮胎的驱动和制动性能。轮胎的接地形印痕状趋于矩形时，对轮胎的操控稳定性和承载能力有利[6]。不同方案轮胎的接地压力分布如图2和表1所示。图2中接地区域颜色代表接地压力的大小，蓝色表示该区域接地压力较小，红色越深表示该区域接地压力越大。

从图2和表1可以看出，方案四轮胎的总接地压力最大，接地长度和接地宽度也最大，接地印痕矩形率最小，趋于椭圆形。

表1 不同方案轮胎的接地压力分布测试结果

图2 不同方案轮胎的接地压力分布

2.2 刚性

径向刚性反映轮胎的径向负荷能力及径向震动缓冲能力；纵向刚性和横向刚性影响轮胎的操控稳定性，同时纵向刚性影响轮胎的制动能力；扭转刚性主要对应整车转向操控性能，具体表现为转向的灵活性[6]。不同方案轮胎刚性与试验负荷的关系曲线如图3所示。

从图3（a）可见：随着试验负荷的增大，轮胎的径向刚性增大（方案三除外）；不同负荷下方案四轮胎的径向刚性均最大，负荷能力最强，方案一和二轮胎的径向刚性接近，均较小，负荷能力较差。

从图3（b）可见：随着试验负荷的增大，轮胎的纵向刚性变化不大；方案四轮胎的纵向刚性最大，制动性能最好，方案一轮胎的纵向刚性最小，制动性能最差。

从图3（c）可见：随着试验负荷的增大，轮胎的横向刚性减小；方案二、三和四轮胎的横向刚性接近，操控稳定性相当，方案一轮胎的横向刚性最小，操控稳定性最差。

图3 不同方案轮胎刚性与试验负荷的关系曲线

从图3（d）可见：随着试验负荷的增大，轮胎的扭转刚性增大；方案一、二和三轮胎的扭转刚性接近，对应漂移竞技车辆的转向操控性能相当，方案四轮胎的扭转刚性最小，转向灵活性最差。

综合分析可知：增强层1采用2＋2×0.25HT钢丝帘布、增强层2采用1680dtex/2芳纶帘布的方案四轮胎的径向刚性最大，负荷能力最强，纵向刚性最大，制动性能最好，扭转刚性最小，转向灵活性最差；增强层1采用邵尔A型硬度为90度的胶片、增强层2采用467dtex/1×467dtex/1锦纶66帘布的方案一轮胎的径向刚性、纵向刚性和横向刚性均最小，负荷能力、制动性能和操控稳定性均最差。

3 结论

通过研究采用不同增强材料的285/35ZR18 101W漂移赛车轮胎的接地压力分布和刚性得出以下结论：增强层分别采用2＋2×0.25HT钢丝帘布和1680dtex/2芳纶帘布的轮胎总接地压力及接地长度和宽度最大，接地印痕矩形率最小，趋于椭圆形；径向刚性和纵向刚性均最大，轮胎的负荷能力和制动性能最好，可使漂移赛车在极高速度下具有优异的操控稳定性。

由此可见，在进行漂移赛车轮胎设计时，在原有设计基础上增加钢丝帘布和芳纶帘布增强层，有利于在极高速度下控制车辆的稳定性，满足高速、大角度甩尾等车辆操纵要求。