超高速轮胎设计与性能分析

2023-02-21曲宾建叶烔昕

轮胎工业 2023年2期

曲宾建，王君，叶烔昕

（青岛双星轮胎工业有限公司，山东青岛 266400）

随着汽车行业的不断发展，汽车的性能越来越好，特别是一些特殊性能车及跑车，对速度的追求越来越极致化。此外，欧洲部分国家的高速路不限速政策及全球蓬勃发展的赛车文化，使得车辆的极限速度也正屡次刷新着记录。迄今为止，最快的量产车布加迪Chiron Super Sport 300＋，其最高速度已达到490.484 km·h-1。同时随着新能源汽车市场的快速发展，超高速的新能源汽车也将很快出现。对车速起到关键作用的轮胎也相应被提出了越来越高的要求：既要能承受车辆超高的起步转矩，又要具备优异的高速耐久稳定性，并且要拥有良好的干、湿地抓着力，确保跑得稳、刹得住[1-8]。

本工作通过对某款具有代表性的超跑使用轮胎进行全面分析，得出超高速轮胎的设计开发理念和方向。

1 车型的选定

选取目前国际上极速水平最高的4款车型：Bugatti Chiron Super Sport 300＋，Hennessey Venom F5，Koenigsegg Jesko和SSC Tuatara，其极速水平分别为：490，484，483和483 km·h-1。

2 轮胎的选择

选择以上4款超跑车型所使用的轮胎作为超高速轮胎的代表产品进行分析研究。

3 超高速轮胎分析

3.1 花纹

（1）非对称花纹设计。可保证轮胎内侧的排水性能及外侧的抓着性能。车辆在过弯时，特别是入弯速度较大时，由于离心力的作用，车辆会在离心力的方向上产生明显侧倾，轮胎的接地面积和形状也会发生变化，即接地面积减小一半、外侧约1/2宽度紧紧压在地面上；内侧1/2宽度悬浮接触地面。因此采用非对称花纹设计，外侧接地面积大于内侧接地面积，实现内侧排水、外侧抓地，可以最大程度地提升车辆高速过弯时的操控性。虽然与对称花纹相比，非对称花纹在起步和刹车时，内外侧所受到的抓着力不相等，会造成整体胎面轻微的“扭曲”现象，产生能量损失。其后果就是轮胎的滚动阻力比对称花纹轮胎稍大，理论上对燃油经济性略有影响，但对超跑汽车来说影响不大。

（2）3条主沟设计。取消外侧的1条主沟，增大外侧花纹的接地面积（外侧花纹占比45%），提高了外侧花纹刚性和抓着性能。

（3）无钢片设计。保持花纹整体刚性，最大程度地保证了轮胎的抓着性能。一般来说，对于舒适型轮胎的花纹，通常采用在花纹块上设计钢片或者细小的横沟，以打散花纹块的整体刚性，从而降低花纹块在与地面接触时的冲击和振动，同时降低噪声。而对于运动型轮胎的花纹设计正好相反，即花纹块特别是胎肩部的花纹块刚性大于舒适型轮胎，从而实现轮胎优异的抓着力，可以承受较高的起步、刹车扭矩。

（4）节距设计及排列方式。采用内外侧区分设计，内侧采用小尺寸、多数量设计（尺寸比例按照小∶中∶大＝0.87∶1.00∶1.18），保证了良好的排水性能及散热能力，防止高速行驶时热量集中，造成胎面脱层；外侧采用大尺寸、少数量设计（尺寸比例按照小∶中∶大＝0.85∶1.00∶1.22），提升了轮胎的抓着性能和操控性能。

3.2 结构设计参数

3.2.1 外直径（D）和断面宽（B）

本设计D为695 mm，B为272 mm。对比ETRTO的设计标准，均大1 mm。偏大的外缘尺寸设计，很好地平衡了轮胎的操控性和舒适性，且对滚动阻力也有正向的影响。

3.2.2 断面高（H）

本设计H为90 mm，上断面高（H2）设计为49 mm，下断面高（H1）为41 mm，H2/H为54.4%。一般来说，舒适型轮胎的设计多采用H2＜H1，有利于轮胎的噪声、舒适性和滚动阻力；而运动型轮胎的设计方法则相反，多采用H2＞H1，对轮胎的操控稳定性更好。

3.2.3 行驶面宽度（b）

b按照大尺寸设计，设计值为238 mm，与名义断面宽的比值为90%。更大的行驶面宽度增大了胎面与地面的接触面积，提升了高速行驶时轮胎的抓着性能。

超高速轮胎断面轮廓如图1所示。

图1 超高速轮胎断面轮廓示意

3.3 接地印痕

接地宽度（w）为230 mm，中心部分接地长度（Lc）为118 mm，85%位置处接地长度（L85）为101.4 mm，矩形率（L85/Lc）为86%，接地形状为偏矩形设计。此设计可增大轮胎胎肩部位的接地面积，提升胎面的抓着性能，保证了轮胎在干、湿地均有优异的刹车性能和操控性能。同时，对比椭圆形的设计，矩形化的接地印痕中心部的接地长度较短，在轮胎与地面的接触过程中，胎面的变形量相对较小，因此轮胎的滚动阻力相对较低。

超高速轮胎接地印痕如图2所示。