轮胎的高宽比是指轮胎断面高度H与轮胎断面宽度B的比值,又称扁平率。
(二)轮胎负荷指数
轮胎负荷指数是描述轮胎在最高速度、最大充气压等规定条件下负荷能力的参数,以数字表示。
(三)层级
轮胎层级是描述轮胎负荷能力的相对指数,用PR表示,主要用于区别尺寸相同但结构和承载能力不同的轮胎。
第四章轮胎对汽车性能的影响分析
(一)动力性能
动力性能是汽车行驶的首要的行驶性能,汽车必须通过轮胎与地面接触来获得足够的牵引力才能克服各种行驶阻力, 必须达到一定的速度才能正常行驶,而汽车克服行驶阻力和保持正常行驶的能力取决于汽车的动力性能。
确定汽车动力性,就是确定汽车沿行驶方向的运动状态。为此,需要掌握汽车行驶方向作用于汽车的各种外力,即驱动力与行驶阻力。而轮胎与行驶阻力中的滚动阻力密切相关。
车轮滚动时,轮胎与路面的接触区域产生法向、切向的相互作用力以及相应的轮胎和支承路面的变形。轮胎和支撑面的相对刚度决定了变形的特点。当弹性轮胎在硬路面上滚动时,轮胎的变形是主要的,使轮胎产生弹性迟滞损失。
轮胎的结构、棉线和橡胶的品种,对滚动阻力都有影响。同时轮胎气压低时,滚动的轮胎变形大,迟滞损失增加。子午线轮胎的滚动阻力系数较低。
轮胎与路面的附着性能、轮胎的速度性能及滚动阻力是影响汽车动力性能的主要因素,轮胎的附着性能直接影响汽车的驱动、加速和减速性能,配用附着性能好的轮胎有利于提高汽车的加速性能。
(二)经济性能
轮胎的滚动阻力是影响汽车经济性能的主要因素之一。统计表明,在发达国家,汽车的燃料消耗量约占总燃料消耗量的25%,而轮胎克服滚动阻力的燃料消耗量约占汽车燃料消耗量的20%,故即使轮胎的燃料消耗量稍有减少,对国家总燃料消耗量的减少也是一个很大的贡献。滚动阻力使轮胎在行驶过程中与路面接触发生变形而产生的阻碍轮胎滚动的力。轮胎的滚动阻力越大,汽车驱动时输出的驱动力矩也越大,这样才能使轮胎的受力趋于平衡或使轮胎产生加速度,但这必然会导致汽车燃油消耗量增大。在相同条件下,不同轮胎产生的滚动阻力不同。
为了降低汽车的运输成本,要求汽车以尽可能小的燃料消耗量完成尽可能大的运输量。汽车以最小燃料消耗量完成单位运输工作量的能力称为燃料经济性,评价指标为每行驶100Km消耗的燃料量。汽车的燃料经济性与发动机的效率和轮胎的滚动阻力密切相关。
(三)平顺性能
轮胎的均匀性、振动性、包封性及汽车悬架系统的刚度、柔度是影响汽车行驶平顺性的主要因素。轮胎的均匀性、振动性和包封性差会导致汽车行驶,尤其是在不平路面上行驶时不稳或颠簸,即汽车的乘坐舒适性。可以看出,提高汽车的行驶性能必须注重轮胎性能与汽车性能的协同配合,轮胎的研究、开发与汽车的性能要求密切相关。
汽车在行驶过程中会因路面不平产生振动,是乘客感到疲劳、不适或货物损坏,一般通过降低车速来避免或减少这种现象发生。同时,振动还会影响汽车的使用寿命。汽车在行驶过程中对路面不平产生的振动减震能力成为汽车的行驶平顺性。客车和轿车采用“舒适降低界限速度”作为评价汽车行驶平顺性的指标。当汽车行驶速度超过此界限时,乘坐舒适性就会降低,使人感到疲劳、不舒服。货车采用“疲劳2低工效界线速度”作为评价汽车行驶平顺性的指标。这两个界限值越高,说明汽车的行驶平顺性越好。汽车车身的固有振动频率也可作为行驶平顺性的指标。从舒适性出发,车身的固有振动频率在600~850Hz的范围内较好。高速汽车,尤其是轿车要求具有优良的平顺性。轮胎弹性好、悬挂装置性能优异、座椅减震性能好及非悬挂装置质量小都可以提高汽车的行驶平顺性。
(四)操作稳定性能
汽车通过操纵系来操纵轮胎。轮胎的侧偏特性(主要指侧偏力、回正力
矩和侧偏角的相关性)是轮胎重要的力学性能,直接影响汽车的操纵稳定性。轮胎侧偏特性可以解决汽车转向不足或过大的问题。
操纵性是指汽车对驾驶员转向指令的响应能力,直接影响行车安全。轮胎的气压和弹性、悬挂装置的刚度以及汽车重心的位置都是该性能重要的影响因素。汽车装载超高、超载、偏载、转弯时车速过快,在横向坡道角度过大的路面上行驶及受其它侧向力是容易发生侧滑或者侧翻。汽车的操纵稳定行驶汽车受外界扰动后恢复原来运动状态的能力及抵御发生倾覆和侧滑的能力。侧向操纵稳定性对汽车来说尤其重要,合适的前轮定位角度使汽车具有自动回正和保持直线行驶的能力,提高了汽车直线形式的稳定性。汽车重心低,操纵稳定性越好。
(五)制动性能
轮胎的滑动摩擦性能对汽车制动性能影响很大。显然,汽车的制动性能
与轮胎与路面的摩擦力密切相关,而轮胎与路面的摩擦力取决于与路面的接触状况。轮胎与路面的摩擦力过小,会导致制动性能下降。
因此,汽车的地面制动力首先取决于制动器制动力,但同时也受地面附着条件的限制,所以只有汽车具有足够的制动器制动力,同时地面又能提供高的附着力,才能获得足够的地面制动力。而轮胎与汽车获得附着力有着密切关系。 轮胎的结构、胎面花纹、材料影响着附着系数的数值。子午线轮胎比一般轮胎附着系数要高;随着轮胎花纹深度的减小,它的附着系数显著下降;同时增大轮胎与地面的接触面会提高附着能力。
汽车行驶性能与轮胎性能之间的主要制约关系为: 汽车的动力性能与轮胎与路面的附着性能、压力分布和轮胎的滚动阻力等密切相关;
汽车的燃料经济性与轮胎的滚动阻力关系较大;
汽车的制动性能主要取决于轮胎与路面的摩擦因数,尤其是最大静摩擦因数;
汽车的操纵稳定性与轮胎的侧偏特性关系最大,与轮胎与路面的压力分布和轮胎的垂直特性等有很大关系;
汽车的行驶平顺性与轮胎的均匀性、振动性、包封性和垂直特性关系较大,高速行驶时轮胎的驻波特性也是影响汽车行驶平顺性之一。
第五章轮胎选用对汽车行驶的影响
(一)轮胎类型的选择
轮胎类型主要依据汽车类型和行驶条件来选择。货车普遍采用高强度
尼龙棉布轮胎,以提高轮胎的承载能力;越野车选用胎面宽、直径大的超低压胎,轿车易采用直径小的宽轮辋低压胎,以提高 行驶稳定性。由于子午线轮胎滚动阻力系数小,可减少燃油消耗,因而优异选择。
(二)轮胎花纹的选择
轮胎花纹主要依据道路条件、行驶速度、道路远近来选择。高速行驶
汽车不宜采用加深花纹和横向花纹的轮胎,不然会因过分生热引起早期损坏。低速行驶汽车应采用加深花纹和超深花纹的轮胎 ,可以提高轮胎使用寿命。
(三)轮胎尺寸和气压的选择
轮胎尺寸和气压主要根据汽车承受载荷情况和行驶速度来选择。所选
轮胎承受的静载荷值应等于或接近于轮胎的额定负荷。值得注意的是,在设定轮胎的实际使用气压时,应综合考虑汽车的运动性能、燃油经济性及振动和噪声等因素。
第六章轮胎与汽车性能的匹配分析
由于市场对汽车行驶性能要求逐步提高,相应地对轮胎性能要求也不断提高。对轮胎性能的评价已不只停留在对其基本性能的评价上,而更多地转移到对轮胎匹配的汽车各项行驶性能的评价上。因此,对轮胎与汽车性能匹配的研究既是一个新的课题,又是一个亟待解决、意义重大的课题。从汽车、轮胎力学行为分析得出,汽车表现出的各项行驶性能最终取决于路面对其的激励,而这种激励又是借助于轮胎与路面之间的相互用表现出来的。如果没有合适的轮胎匹配,汽车良好的性能也发挥不出来。轮胎与汽车性能匹配,在汽车方面,有赖于汽车的传动系统、转向系统和悬架系统;在轮胎方面,有赖于轮胎本身所固有的刚性系统和性能。影响轮胎与汽车性能匹配的因素之间存在着直接或间接的联系及制约关系,这些因素及相关条件构成了一个紧密联系的系统,即对某一性能或因素的研究往往会涉及其它许多因素,且这些因素之间还可能存在矛盾。对轮胎与汽车性能匹配的研究就是要寻求这些因素与轮胎性能、汽车行驶性能之间相互作用的关系。轮胎与汽车性能匹配研究的关键在于“匹配”, 轮胎性能与汽车性能的匹配是轮胎性能与汽车系统性能的合理配合,不同的汽车应选用不同性能的轮胎。同一条轮胎安装在不同车辆上可能会表现出截然不同的动态力学性能,而同一辆车上装配不同规格,甚至是相同规格、不同品牌的轮胎也会表现出不同的行驶性能,因而轮胎与汽车性能匹配的研究是一个综合诸多方面因素的复杂系统总成。
第七章轮胎异常磨损对汽车行驶的影响
汽车轮胎是车辆的重要组成部分,关系到汽车的使用性能和行驶安全。在汽车的运行过程中要特别注意预防轮胎的早期磨损,防止轮胎的不正常损坏。正确合理地使用汽车轮胎,可以有效地延长轮胎的使用寿命。但是,由于操作使用不当和保养检修不及时,将导致轮胎产生羽状磨损、凹形磨损、轮胎肩部磨损、单侧磨损等异常损伤,直接影响汽车的技术性能和经济性,甚至由于轮胎的非正常损伤而造成严重的行车事故。
(1)对安全性的影响:轮胎磨损过剩会导致爆胎。爆胎轻者会使车辆失去正常的行驶状态,方向失去控制,严重时将会出现车辆完全失控、甩尾、掉头。 针对爆裂的轮胎所在位置不同,爆胎的后果也自不同。如果是后轮的轮胎爆裂,车辆的尾部就会摇摆不定、颠簸不已。而如果是前轮的轮胎爆裂,则会严重影响驾驶者对方向盘的控制。如果发生爆胎,要尽量保持冷静,不能急打方向,或者急踩刹车,否则会酿成侧翻等事故。若是前轮爆胎: 表现:车辆会立即跑偏或严重飘摆。若是后轮爆胎: 表现:车轮失去转向力,车子会出现“转向过度”,也就是俗称的“摆尾”或“甩尾”,严重时汽车会在弯中打转。如果试图反向打转向盘来挽救转向过度,很可能徒劳无功。因为爆胎后,轮胎已失去抓地力,汽车也已失去控制,反打转向盘顶多是减缓汽车“甩尾”程度、增加平衡而已。
(2)轮胎磨损会造成车轮抱死,车轮一旦抱死,车子极易失去控制,从而出现危险的情况。如果前轮发生抱死,最直接的便是失去转向能力,此时打转向盘根本无济于事,而只能祷告车子赶快停下来!如果后轮发生抱死,转向能力倒是存在,但极有可能出现后轮侧滑,严重时便出现甩尾。车子一旦发生侧滑或甩尾,
尤其是在高速行驶时,车身便完全失去了控制,只能听天由命了!
(3)轮胎磨损影响乘坐的舒适性:汽车轮胎磨损导致轮胎气压不足或轮胎漏气,汽车在行驶时轮胎的附着力减小,平坦路面倒是没什么大的影响,在不平路面行驶时会产生严重的抖动,不能很好的缓和来自地面的冲击,不能衰减冲击产生的振动,影响乘坐的舒适性。对制动性的影响:轮胎磨损导致轮胎胎面的花纹磨损,动摩擦系数减小,与地面的摩擦力减小,特别是在湿滑和雨雪道路上行驶时,容易导致轮胎打滑空转,导致制动失效。
(4)对燃油经济性的影响:轮胎磨损导致车轮空转,发动机动力没能传到车轮,发动机也在空转,这样油耗就增加。
总结
现代汽车,尤其是高档轿车对轮胎动态力学性能提出了越来越高的要求,脱离汽车研究的动态力学性能没有实际意义。轮胎的动态力学性能不仅取决于轮胎本身,更更取决于轮胎与汽车的匹配,因此当前对轮胎性能的评价也就从对轮胎性能本身的评价逐步转移到对轮胎匹配的汽车行驶性能的评价。目前,对轮胎与汽车的性能匹配要求日益提高。
轮胎是整部车唯一和地面的部分。是驾驶者在安全方面最重要的投资。
参考文献
汽车运行材料第2版 汽车底盘、车身第2版 汽车新能源与节能技术 汽车理论