轮胎锥度效应及其纠偏途径.docx

jou rn a l o f w u ha n a u tom o t iv e pol yt echn ic u n iv er s it y轮胎锥度效应及其纠偏途径刘哲义( 汽车工程学院)摘 要论述了轮胎锥度效应产生的原因及其对汽车行驶性能的影响, 并对锥度效应引发的车辆跑偏机理和纠偏途径进行了分析。关键词轮胎 ; 锥度效应 ; 车辆跑偏中图法分类号463. 341u引言0轮胎是汽车上唯一与路面保持接触的部件, 它不仅支承汽车滚动, 而且直接影响着汽车的行驶性能。因此汽车行驶性能与轮胎地面力学性能密切相关, 然而轮胎地面力学性能又与 轮胎品质密不可分。 因此, 在一定程度上可以说, 汽车行驶性能是建立在轮胎品质基础之上的。轮胎品质与它的制造水平关系很大, 每个轮胎都是由许多种配方不同的橡胶、钢丝、帘 布等材料经过复合、模压、硫化一系列的工艺过程而生成的复杂的橡胶制品。 因此在轮胎的 制造过程中不可避免地存在着各种各样的缺陷和误差。 例如, 轮胎刚度、尺寸形状和质量等 方面的不均匀性就是较大的缺陷和误差之一。轮胎品质是否优良, 其中一个重要的评定指标 就是其不均匀性如何。笔者将围绕轮胎锥度效应引发的车辆跑偏对汽车行驶性能的影响及其纠偏途径等问题 进行分析, 这对于正确使用、维护轮胎、提高汽车行驶性能等都具有重要的现实意义。轮胎锥度效应及其产生原因轮胎在滚动过程中, 如果或多或少总是伴有作用于其上的锥形侧向力 f k , 力图使其偏离 原来的直线运动方向, 即使是刚换上的新胎也可能如此, 称此现象为轮胎的锥度效应。锥度效应是因轮胎刚度不均匀性产生的。 其原因主要有: 因制造原因, 导致轮胎胎面或 ( 和) 带束层偏离了轮胎几何中心 ( 偏移量以 110 mm计, 故用肉眼及常规测量方法无法测出) , 致使轮胎断面不对称 (见图 1) ; 因制造原因或使用偏磨, 导致轮胎两侧胎肩不对称或者两侧胎肩厚度不同; 因制造原因或使用偏磨, 导致胎面两侧厚度不等; 因制造原因, 导致带束层成为轮胎圆锥形断面的一部分等 (见图 2)。1稿件收到日期: 1998209204.刘哲义, 男, 58 岁, 副教授, 现从事车辆工程方面的教学与研究工作. 武汉, 武汉汽车工业大学汽车工程学院( 430070).96武 汉 汽 车 工业 大 学 学 报1999 年 2 月图 1 轮胎实际几何中心线偏离设计几何中心线1胎圈; 2胎肩; 3胎面; 4钢丝带束层;a 轮胎设计几何中心线; b 轮胎实际几何中心线图 2 轮胎断面形状左右不对称带束层成为圆锥的一部分1带束层; 2锥形侧向力上述缺陷和误差最终造成轮胎两侧胎肩的刚度差异。 故当轮胎与地面接触时, 两肩以不同压力 (f 1 f 2 ) 作用在路面 上, 轮胎断面呈现圆锥形, 如果轮胎滚动, 就产生了类似于侧倾推力的锥形侧向力 f k ,从而使得轮胎具有了锥度效应, 其程度可用 f k 的大小或锥角 大小来表示 (见图 2、图 3)。锥度效应引起的车辆跑偏对汽车行驶性能的影响具有锥度效应的轮胎实际上相当于一个断面呈圆锥形而 外倾角等于零的“外倾”车轮的作用, 故又称此为假外倾。 当这 种轮胎以一定速度直线运动时, 锥形侧向力 f k 便力图使车轮 朝一侧偏摆。若 f k 超过某一数值, 车辆就开始跑偏, 从而直接 影响车辆的操纵稳定性和行驶安全性并加剧了轮胎的磨损。 此刻驾驶员通过转向盘可感到锥形侧向力 f k 的存在, 并要始 终校正转向盘, 方能保持车辆直行。2图 3 轮胎两侧胎肩刚度不同时的受力变形图1刚度较大的胎肩随着车速的提高, 轮胎接地性变坏, 故借以平衡锥形侧向力 f k 的路面横向附着 力随之变小。 这就是为什么高速车辆特别是高速轿车发生跑偏的可能性、严重性显 著增大的主要外在原因之一。因此, 为了提 高高速车辆的操纵稳定性和安全性, 长期以来对轮胎品质提出了愈来愈苛刻的要 求。例如, 现代轿车轮胎胎侧均有最高限速 的速度等级标记 (见表 1)。速度等级愈高,表 1轮胎速度级别代号及最高限制车速最高速度v km h - 1最高速度v km h - 1级别代号级别代号lm n p q r120130140150160170st u h v180190200210240对轮胎不均匀性各项指标(包括锥度效应) 的限制愈严。第 21 卷 第 1 期刘哲义: 轮胎锥度效应及其纠偏途径97纠正锥度效应引起的车辆跑偏途径综上所述, 轮胎锥度效应是客观存在的, 不可能绝对没有。 因此尽量减小和消除轮胎锥形 侧向力 f k 是纠正车辆跑偏的关键。这里应该强调指出的是, 引起车辆跑偏的 f k 值是左、右前 轮锥形侧向力 f k 左 和 f k 右 的代数和, 即3_ _f k = f k 左 + f k 右此外, 根据轮胎旋向是否单一, 汽车轮胎可分为非单一旋向和单一旋向两大类。 现以非单一旋向轮胎为例进行纠偏分析。若道路试验 (简称路试) 显示, 车辆并无跑偏现象, 这意味着左、右前轮锥形侧向力 f k 左 和f k 右 可能是以下两种组合。 f k 左 和 f k 右 数值均小, 因此无论 f k 左 和 f k 右 的方向是否相同, 其合力 f k 值均小到不足 以引起车辆跑偏的程度。 f k 左 和 f k 右 数值在可能的范围内为任意确定值, 但是这两力必须是大小相近, 方向相 反。 故作用在两前轮上的锥形侧向力 f k 也可小到不足以引起车辆跑偏的程度。若路试显示, 车辆沿某一侧方向跑偏, 这意味着左、右前轮锥形侧向力 f k 左 和 f k 右 可能是 以下两种组合。 f k 左 和 f k 右 数值在可能范围内为任意确定值, 但是这两力大小相近, 方向相同。故作用 在两前轮上的锥形侧向力 f k 较大或过大, 以致车辆跑偏。纠偏途径是, 将任一侧前轮原位换向安装即可纠偏; 或将左右前轮互相换位安装, 若路试仍朝原方向跑偏, 则可将任一前轮原位换向安装即可纠偏。 f k 左 和 f k 右 在可能范围内为任意确定值, 但是这两力大小悬殊。因此, 无论两力方向是 否相同, 合力 f k 值始终大到足以使得车辆跑偏的程度。 显然, 遇到这种情况, 若利用上述纠偏 途径是无法奏效的, 必须首先将 f k 左 和 f k 右 值相差悬殊的这一组合形式改变成两力大小相近 的组合形式, 然后才有可能利用上述的方法纠偏。将两力相差悬殊改变成大小相近的途径是采 用本车前后轮换位法或更换轮胎法。使用单一旋向轮胎车辆纠偏途径, 除了轮胎不能采用换向方法外, 其余均与使用非单一旋 向轮胎车辆纠偏途径相同。总之, 无论采用何种纠偏途径, 其目的都是通过轮胎合理的换向、换位、更换以及三者的综合使用, 以便最终达到将过大的锥形侧向力 f k 减小到不足以引起车辆跑偏的程度。结束语锥度效应是轮胎的一种有害属性, 它可使行驶的轮胎发生偏摆和偏磨, 严重时还将导致车 辆跑偏, 致使汽车操纵稳定性和行驶安全性受到严重削弱。汽车高速化起着强化轮胎锥度效应 的作用, 这对高速安全行车的负面影响很大。因此如何有效地减小和消除锥度效应的危害就成 为摆在汽车使用维修部门的一项亟待解决的重要课题。笔者就有关轮胎锥度效应问题进行了分析, 并提出了纠正锥度效应引起的车辆跑偏的途 径。笔者所做的这些工作将有助于加深对轮胎锥度效应的了解, 有助于纠正锥度效应引起的车 辆跑偏和提高汽车高速行驶的安全性。498武 汉 汽 车 工 业 大 学 学报1999 年 2 月参考文献1 郑正仁.2 庄继德.子午线轮胎与汽车. 北京汽车, 1995 (2) : 11 16汽车轮胎学. 北京: 北京理工大学出版社, 1996.con ic ity ef f ec t of tyre s an d w a y s ofl iu z h ey icorrec t ion(schoo l o f a u tom o t ive e ng inee r ing)t h e cau se o f co n ic ity effec t o f ty re s and it s im p ac t o n th e au tom o t ive d r iv ing func t io n a re de2a bstrac tsc r ibed. t h e veh ic le run 2o u t2th e2w ay m ech an ism cau sed by th e co n ic ity effec t and w ay s o f co r rec t io n a re ana2lyzed.ty re ; co n ic ity effec t ; run 2o u t2th e2w aykey words(本文责任编辑: 刘美玲)(上接第 91 页)curren t s itua t ion & d eve lopm en t of a utom o t ivefr ic t ion m a ter ia ls in ch inay u z h on g x in gh u a n g y a lu n(d ep a r tm en t o f c h em ica l e ng inee r ing)(schoo l o f m ech an ica l and e lec t r ica l e ng inee r ing)w a n g l a iz h i(sc ien t if ic r e sea rch d iv isio n )a bstrac tb a sed o n an ana ly sis o f th e cu r ren t situa t io n and h isto ry o f au tom o t ive f r ic t io n m a te r ia ls in c h i2na, th e deve lopm en t t rend o f au tom o t ive f r ic t io n m a te r ia ls is de sc r ibed and th e th eo ry th a t th e r & d o f no n 2a sbe st