Tire开发的基本的事项(中文版).ppt

轮胎开发的基本事项 2013年10月28日島影茂 对外保密 轮胎相关的性能 有权衡 一切都完美是很难的事 因此有必要 克服技术 在车辆方面加油 决定性能的优先度后再开发 1 载荷支持功能支撑重量 支撑车身和乘员 装货载荷的功能 2 制动 驱动功能传递动力将从发动机的驱动力传递给路面进行发动 加速 减速 将制动器的动力传递给路面使车身制动的功能 3 缓冲功能吸收冲击 因路面的凹凸使行驶过程中产生的冲击进行吸收 缓和的功能 4 行进道路保持功能转换 保持方向 按想去的方向拐弯或直行的保持功能 3 轮胎的 大功能 轮胎的四大功能上另加的四个基本性能经济性 耐磨耗性 滚动阻力的降低安全 耐久性 耐外伤 耐冲击性 耐疲劳性 耐热性舒适性 轮胎噪音和振动 N V H 的降低环境性能 滚动阻力的降低 油耗性的提高 CO2排出量的减少 轮胎花纹设计 轮胎尺寸 轮胎轮廓 轮胎结构 轮胎复合 4 轮胎开发流程图 轮胎设计要素 通过3D图的外观检查 通过模拟的性能检查 手工切割轮胎的试验 代表尺寸 原型铸模的试验 代表尺寸 原型轮胎 外径轮胎总宽 胎面宽度胎面半径 正规模具制作 配合调整 结构调整 以耐久测试为主的全性能试验 生产开始 实车 实验室 车辆开发的目标性能 DryHandling WetHandling RideComfort RoadNoise PassByNoise DryBraking WetBraking 操安 乘坐舒适性 NVH 制动 油耗 重量 舒适性 安全 TireNoise Tire目标性能 现行Model实力 下期Model目标 参考车A 参考车B TargetValue ControllTire 现行Tire 参考Tire 车辆开发的理念 车辆性能计划图 明示达成目标的手段 描述对Component 零件的目标性能 目标值 Case1 在现行Model下设定性能 Case2 現行車 性能設定 開発車 修正 主观评价 2 定量设定 对轮胎供应商的设计指示 重量 规定RRC 规定 Tire的目标性能设定 设定RoadWheel与Assy Wheel的振动特性对路噪有很大的影响 需设定性能当变更样件时 应好好确认 计算出激振力 传递系 响应系的贡献率 互相验证妥当性 竞品分析 例 参考下页 ControllTire或ReferenceTirewo的设定 成果 提高了技术能力 性能设计 评价技术 工作方法 通过设定目标性能并达到目标等这一系列的过程最终养成好的工作方式 轮胎开发的过程 相关资料 轮胎的开发 5 由于轮胎是采购的零件 一般情况下 无论性能的好坏 采购的价格不会改变 因此 还是安装对NVH好的轮胎为宜 因此 通常采用与TireMaker合作 对其设立目标性能 一同进行车辆开发的方式 与Tire相关的性能项目 Handling Dry wet RideComfort Braking Dry Wet 特别是停止距离 NVH RoadNoise Drumming PatternNoise PassBy ChippingNoise RoolingResistence Mass 在共同开发中 Tire的设计通常是按照以下的步骤进行的 Profile 构造 Pattern 材料 组合 运用 ControllTire 参考的轮胎 台架上的特性 代用物理量等 汽车制造商对轮胎进行目标的分配 6 轮胎的构造 6 胎面与路面接触的后橡胶层 表面刻有胎面花纹 侧壁侧面的橡胶部分标示有品牌名 轮胎型号等 胎圈轮胎与车毂固定部分环状的加强构造 胎体覆盖代码的橡胶物质是组成轮胎的骨骼部分 现在子午线的构造为主流 胎圈钢丝胎圈内部的钢丝束 带将子午线构造的胎体缩紧的部分 轮胎是由多种不同种类的橡胶材料及金属构成的 7 轮胎花纹设计 1SEA LAND比 槽面积 2间距数 轮胎1周的块的数 3主要槽数 位置 宽直线组数 轮胎花纹设计要素 大要素 设计化 图案的图像 花纹示意图 SEA LAND比 间距数 主槽数 位置 间距配列 块配列 市场推广 工业设计公司和协作 干 湿 雪 噪声 磨耗 偏磨损 雨路跑偏模拟 USA 19mm 巴黎 25mm 5间距数字轮胎混合配列 合体 要素决定的初期 3个槽 高频噪声领域 低频噪声领域 肩比65 按圆周方向连续配备了槽效果 排水性的确保 也V字形的 为了在湿路面和较差路面 雪路安全行驶 通过在路面的起伏缓解人力 主槽 直径方向配置的槽效果 排水性 排土性 排雪性能的确保 突起槽 块内配置的细槽效果 雪 湿路行驶性 刹车 也对块刚性的合理化做了贡献 排水槽 突起槽的开口部与圆周方向偏位配置分散直径方向的槽的音量效果 使各槽中产生的声音分散 模式转移 间距的大小分2 5种类效果 分散因槽和块而发生的频率特性 并通过使次数成分均匀测量白噪声化 另外 也影响到均匀性 间距变化 接地面内 花纹的槽和陆地的比 SEA LAND比 模式设定理由 参考 花纹设计的思考方法 64 68 72 76 80 90 80 70 60 50 LAND比 LAND比小高平滑性能良好 LAND比和高平滑性能 直槽宽4水平準5mm8mm11mm14mm 横溝幅4水準2 5mm3 5mm5 0mm5 5mm 1 2MAX G速度 km h LAND比和车外噪声 69 5 70 70 5 71 71 5 72 72 5 73 73 5 75 70 65 60 55 50 LAND比大 车外噪声良好 车外噪音 53km h SEA大 LAND大 GOOD BAD BAD GOOD 底盘音 间距音 转舵音 寿命 偏摩耗 DRY BAD GOOD WET GOOD BAD GOOD BAD GOOD BAD 雪地性能 泥桨性能 SEA LAND比 摩 耗 操 安 水膜效应 车外噪音 虽然SEA比大排水性会变好 但从槽发生的声音变大 车外的声音会恶化 BAD GOOD BAD GOOD 轮胎尺寸 215 55R16同一平面轮胎评价 国产车辆FR车评价 200 200kPa内压 轮胎尺寸 265 70R16同一平面轮胎评价 国产4WD车评价内压 200 200kPa LAND比 SEA LAND比和实车性能 GOOD GOOD 参考 SEA LAND比 与实车性能的关系 少 多 BAD GOOD 底盘音 间距音 BAD GOOD 转舵音 寿命 偏摩耗 GOOD BAD DRY GOOD BAD WET BAD GOOD BAD GOOD GOOD BAD 雪地性能 泥桨性能 间距数 摩 耗 操 安 水膜效应 车外噪音 图形噪音 间距1次 间距1次 30间距70间距 前席噪声 70 20 50 0 800 500 30间距 间距 间距数多 间距音良 磨耗 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 间距数 平均磨耗能量 J m2 GOOD 测量 轮胎尺寸 195 65R15 间距数越多度能量分散成为可能 特定的频率的高峰值就会变小 磨耗 间距数少 块刚性高有利 间距数少 摩耗有利 频率 噪声水准 参考 间距数 与实车性能的关系 间距数和实车性能 8 轮胎尺寸 195 65R1591H例充气剖面 基本上是以世界三大规格 JATMA ETRTO TRA 为基准的尺寸设计 轮胎外径 636 基本是规格中心值 轮胎总宽度 198 标准轮辋大致称号 注 关于轮胎总宽度 重量目标 性能目标的明确 O E轮胎在规格以内 面向REP的一般处于比较狭窄的方向 轮胎总宽度 轮胎外径 速度符号 负荷指数 参考 轮胎尺寸和名称 轮胎的接地面 大概是60 65扁平的轮胎 为正方形 如果扁平率比它低就会成横向长方形 比它高就会成纵向长方形 扁平率70 以上的轮胎重视乘坐舒适度55以下的轮胎重视运动性能65扁平轮胎是 平衡型 接地面横向越长 要耐巨大的横向力 刚性高 使之发生车拐弯大的力 相反 接地面纵向长的话 对加速 减速有利 越野车的轮胎之所以使用高扁平率的轮胎 因为是想在汽车行驶困难的较差路面 能够稍微得到驱动力也好 参考 扁平率和接地形状的关系 所谓轮胎帘布层层数 PR 是 表示轮胎强度的指数 帘布层越高就越能耐高气压 具有大负荷能力 所谓负荷指标 负荷指数 对应轮胎负荷能力的指数 这个指数越大轮胎负荷能力就变大 所谓速度符号 表示轮胎可行驶的最高速度的符号 所谓扁平率 对于轮胎宽度的轮胎高度的比例 用 表示 参考 轮胎的规格 9 轮胎剖面 接地的形状 接地压力分布 轮胎尺寸决定后 要进行很大程度的能左右轮胎全性能的 胎面宽度 轮胎轮距半径 等轮胎剖面 轮胎形状 的设计 最近的轮胎的情况 胎面圆角 MRT中心部扁平 操作安全部圆 乘车感觉舒适RR高速度的耐力 一般来说操作安全指向 扁平化 接地形状 化 乘车舒适 RR指向 圆形化 接地形状 化 接地的形状 接地压力分布对于目标性能用最佳的胎面半径 弯曲量设计 胎面宽 C L 实际测量 数字轮胎模拟 胎面的宽度和性能 轮胎特性 195 65R15 例 TR1 TR2 TR n 10是标准 绕曲量 轮胎总宽度和最大幅度高是决定侧壁形重要的设计因素 操纵稳定性 乘车舒适性 R N RR等几乎对所有的性能都有影响 参考 轮胎剖面的设计例 轮胎总宽 轮缘径 195 65R1491S的情况 轮圈幅度 MRT 规格范围 总宽度最大 最大幅高度 轮胎宽度 重量 运动性能要求 侧壁形状 挠曲量 运动性能 乘车舒适性 3大规格设计尺寸 JATMA ETRTO TRA 只要没有特殊要求 轮胎最大箱体 依据车轮外壳的形状 按 的顺序决定 宽 窄 锚形 双螺栓法兰盘 Sh R H1 DIA 総幅 胎面半径 上部R 下部R 参考 轮胎剖面的尺寸例 10 轮胎结构 钢铁斜交径向原理 根据轮胎结构 要顺利进行 载荷支撑 发动 拐弯 停止 冲击吸收 轮胎主要结构和作用 钢铁斜交摇臂胎面部 钢铁带加固壳体 径向结构 现在的钢铁斜交径向 基本上使用的是通过填充空气使之产生张力的钢铁皮带的 轮的形状 这个 轮的形状 是用箱体吊起车轮 像自行车车轮 刚带 辐条 壳体 的样子 胎面部 接地 摩擦 减震 侧部 挠曲 转舵传递 冲击吸收 结构调整 在轮胎构造上控制 接地面 和 侧面的挠曲 道路噪声 输入方面的接地面很重要接地面 钢铁带 角度 带材料 结构 轮距规侧面的挠曲 壳体材料 结构 槽顶硬度 大小 侧面壁材料 硬度 侧面壁复合 Hs55 63 钢铁断路器 2枚 角度 17 26 帘布层 1 2枚 聚脂是主流 槽顶 高硬度橡胶 Hs78 92 带 圆周方向无接头 胎面复合 Hs58 72 确保轮胎与路面的摩擦系数 发挥制动力和操纵性能 路面输入的缓和 Hs58 72 胎面橡胶 轮胎侧面的保护 冲击吸收 Hs55 63 壳体 起保持内部气压作用 使用密封性好的橡胶 聚脂制 1 2张 接受气压的轮胎的骨架 断开器 钢制 2张 将壳体沿半径方向紧固 补强圆周方向强度 起到稳定接地面的作用 带 槽顶 胎圈 尼龙是主流 通过抑制断路器的动作 实现更高速的耐久性 降低道路噪声 将轮缘紧固使之嵌合的同时 阻止由气压对外壳的张力的功能 强化槽附近的刚性 起提高操纵稳定性的作用 Hs78 92 内镶条 侧面壁 胎面部 接地 摩擦 吸收冲击 侧面部 绕曲 转舵传递 吸收冲击 10 轮胎结构 各结构材料和其作用 断开器 胎面橡胶 胎面结构 内镶条 壳体 钢垫片 壳体卷起 壳体卷起紧钳量块保护布 保护布 带 轮胎边缘缓冲层轮胎边缘遮盖物 缓冲垫 侧面壁 轮缘钢圈 32 10 轮胎结构 各部的名称 无带 带结构 壳体结构 A量块 H量块 断开器宽 2nd 断开器宽 B 顶高 钢垫 胎面宽 10 轮胎结构 肩部的结构例 1 配合技术 橡胶配合的一般理论 天然橡胶 异戊二烯 低油耗 长寿命 合成橡胶 SBR 苯乙烯橡胶 高抓地力 长低油耗轮胎RRC贡献率 宏观 微观 天然橡胶的滚动阻力低是因为分子结构有秘密 天然橡胶 分子结构长且轻 行驶中的分子的末端的摇晃和侧链的摇晃很少徒劳的发热少 滚动阻力低 参考 主要橡胶材料和特征 橡胶与其他材料不同的突出的特征是其弹性 上图表示与其他材料比较的S S曲线 弹性 能量 弹性 熵弹性熵弹性是热力学的现象 温度越高 分子的显微布朗运动变得活跃 所以弹性也会变大 相反 温度下降弹性也会下降 但其程度根据橡胶材料的玻璃转变温度的不同而定 所谓玻璃转变温度 Tg 是橡胶高分子的分子运动被妨碍固化 达到玻璃状脆弱的温度 橡胶的玻璃转变温度是零下十几度 即使是同样的高分子 塑料时 在常温下处于玻璃转变温度以下的状态 另外 图中的模数 系数 在物理术语中表示系数 率的意思 这里 作为 橡胶的模数 使用 所谓橡胶的模数是给予橡胶弹性体一定应变时的应力 参考 橡胶材料的基本性质 轮胎的变形 轮胎的变形特性 弹簧常数 Tire振动特性与其关系 26 26 如右图所示 我们可以清楚知道在 之间声压有峰值的地方与轮胎振动特性的关系 如右图所示 在 之间箭头所指示的有A B C三个声压峰值 峰值 主要出现在 附近 轮胎与轮圈相反相位时的振动模态峰值 主要出现在 附近 原因为轮胎内部1阶的空腔共鸣峰值 在 之间的峰值既是轮胎截面2阶的振动模态 同时也是胎面端部的Shoulder与侧壁相反相位的振动模态 相关资料4 2 Tire振动特性的测量方法 27 1 不转动时 2 转动时 添加额外负载对Tread面加振 测点为Spindle 使用Roller 添加额外负载 转数在10km h以下 对Tread面加振 测点为Spindle 圆周方向 上下 次共振 径向方向 断面 次 共振 气柱共振 冲击加振 道路噪音领域 3 与道路噪音的关系 道路噪音良好 道路噪音良好 该领域降低良好 该领域恶化 降低上下方向 次共振 因此 要降低通常的问题领域 就要降低上下共振 提高径向共振 轮胎模式形状的例子 3 与道路噪音的关系 轮胎的振动模式 模态解析的例子 轮胎本身有很多的振动模式 3 与道路噪音的关系 参考 Tire空洞共鳴音 31 Tire 構造振動 他 内部 充填 空気 空洞共鳴 存在 i 次共鳴周波数 Hz 音速 m s L 管長 m 通常 乗用車用Tire 外径 約500 800 内部 円管長 1 25 2 0 程度 空洞共鳴 次共鳴周波数 170 250Hz 存在 250Hz付近 音 以下 理由 車両騒音 難 現象 ShockAbsorber 曲 共振 Hz DashPanel DoorPanel 共振 Hz 人間 耳 特性 Tire Wheel Hz 音 低減 試 行 参考 轮胎的空腔共振音 32 Tire除了结构上的振动外 还有在内部被空气填补着的空腔共振 i 次共振频率 Hz 音速 m s L 管长 m 乘用车使用的轮胎通常外径大约500 800 内部圆管长为1 25 2 0 因此空腔共振的1阶共振频率会在170 250Hz会出现 对于在250Hz附近的噪音 由于以下原因 作为车内噪音来讲变成了一种很难的现象 ShockAbsorber的弯曲共振 Hz DashPanel DoorPanel的共振 Hz 人类耳朵的特性因此 都在尝试通过Tire或者Wheel来降低 Hz的噪音 33 参考 降低噪音对策的实际应用 Toyota豪华轿车从安装开始 就依次设定了标准 EV HEV对这种声音很关注 不断的在思考策略 放入特殊吸音棉的Tire Dunlop 4 轮胎发生的振动强制力 4 轮胎发生的振动强制力 抖动感 平面感 咯吱咯吱 柔性感 刺耳 弹簧特性 频率 Hz 0 5 20 10 40 乘车感觉现象和频率的关系 50 轻飘感 摇晃感 频率 Hz 0 5 20 10 40 50 轮胎特性 路面和频率的关系 1 1 共振特性 包络特性 扭曲共振 波長 m 0 2 2 0 55 1 1 0 28 0 14 11 传递函数 路面 圆周方向一次共振 动弹簧上下方向 动弹簧前后方向 5 与乘车舒适性的关系 刚性和衰减成为参数 5 与乘车舒适性的关系 与不平顺性最相关的是车体特性 除静弹簧常数外 也要进行符合现象频率的动弹簧常数的测量 线弹簧 相关资料 对于不平顺性的轮胎特性评价方法例 38 岛影的专利 在突起上设置轮胎 测量动弹簧常量 线弹簧的动态测量 转弯 力 C F 战胜离心力的汽车转弯力 在轮胎胎面与路面之间起作用 通过摩擦力而发生 与车的进行方向成直角 安全 回正 力矩 S A 汽车转弯的时候 轮胎接地面变成扭曲的形式 这个时候减