汽车轮胎对行驶性的影响

1、安徽汽车职业技术学院毕业论文课题名称 轮胎对行驶性影响的分析 专 业 汽车检测与维修技术 姓 名 指导教师2012年 11 月4 日目录第一章 轮胎的构造、种类及作用 . 41.1 轮胎的基本组成 . 41.2 轮胎的分类 . 51.2.1 充气压力分类 . 51.2.2 胎面花纹分类 . 51.2.3 组成结构分类 . 51.2.4胎体帘线排列方向分类 . 51.3 轮胎在汽车中的作用 . 7第二章 轮胎的规格参数及表示方法 . 72.1 轮胎基本术语 . 72.1.1轮胎的主要尺寸 . 72.1.2轮胎的高宽比 . 82.1.3 轮胎最高速度 . 82.1.4轮胎的层级 . 92.1.5轮

2、胎的负荷指数 . 92.2轮胎规格表示方法 . 9第三章 轮胎动态力学性能对汽车行驶性能的影响 . 103.1 动力性能对汽车行驶性的影响 . 103.2 燃料经济性对汽车行驶性的影响 . 103.3 制动性能对汽车行驶性的影响 . 113.4 操纵稳定性对汽车行驶性的影响 . 113.5 行驶平顺性对汽车行驶性的影响 . 11第四章 轮胎部件及其主要技术参数对汽车的行驶影响 . 124.1轮胎的六分力 . 124.2部件 . 124.2.1 胎面对汽车行驶性的影响 . 124.2.2 冠带层对汽车行驶性的影响 . 124.2.3 三角胶对汽车行驶性的影响 . 12第五章 轮胎与汽车的性能匹配

3、分析 . 135.1 轮胎与汽车生产的相关性 . 135.2 轮胎性能对汽车行驶性的影响分析 . 13致 谢. 15摘要：现代汽车，尤其是高档轿车对轮胎的性能要求越来越高。我们都知道，轮胎是汽车的重要安全部件，关系到汽车的操纵稳定性和发动机功率的有效传递。脱离汽车研究轮胎性能没有实际意义。轮胎的性能不仅取决于轮胎本身，更取决于轮胎与汽车的匹配，目前，对轮胎与汽车性能的匹配要求日益提高。本文就轮胎对汽车行驶性的影响进行探讨，主要目的是让我们更准确的了解轮胎对汽车行驶性的影响，让我们更深刻的认识轮胎对汽车行驶性的重要作用。轮胎路面附着性能、滚动阻力、侧偏特性、垂直特性、包封性、振动性等动态力学性能

4、及结构和尺寸对汽车的行驶影响有着密切相关的联系。在合理性能匹配的情况下，轮胎性能好，汽车的行驶性能好。关键词：轮胎 汽车 轮胎力学性能 性能匹配Abstract:Modern vehicles, especially high-grade cars of the tire performance requirements higher and higher. As we all know, tire is one of the important safety car parts, relates to the car's steering stability and the effe

5、ctive transfer of engine power. From the car tires performance of no practical significance. Tyre performance depends not only on tire itself, but also depends on the matching of types and car, at present, the performance of the tyres and car match the demand is increasing day by day. In this paper,

6、 the impact of tires on the car were discussed, the main purpose is to let us a more accurate understanding of the impact of tires on the car, make us more profound understanding of the tyres on the car of the important role. Tire cornering characteristics road friction performance, rolling resistan

7、ce, and vertical vibration characteristics, envelope, such as dynamic mechanical properties and structure and size of the car driving effect is closely related to the contact. Under the condition of the reasonable performance matching, tyre performance is good; the car driving performance is good.Ke

8、ywords: match the automobile tyre mechanical properties第一章 轮胎的构造、种类及作用汽车轮胎按胎体结构不同可分为充气轮胎和实心轮胎，现代汽车大部分采用充气轮胎，充气轮胎按组成结构不同分为内胎轮胎和无内胎轮胎，一般来说，轮胎由胎面、胎肩、胎侧、胎缘、帘布层和带束层等部分组成。目前汽车上大多使用帘布层与台面中心线成90°或接近90°的子午线轮胎，相比帘布层与台面中心线呈小于90°的普通斜交轮胎，具有自重轻、耐磨性好、滚动阻力小、附着性能好、承载能力强等特点，缺点是胎侧易裂口、成本高。子午线轮胎比普通斜交轮胎节油1

9、0%，以轿车一年行驶1.5 万公里每百公里综合耗油10 公升为例，按每公升6.87 元的93 号汽油计算，使用节能型子午线轮胎比使用普通的子午线轮胎，每年至少能节约油耗1000 元多元，而轿车用子午线轮胎价格比普通斜交轮胎平均只高200 元左右。如果按国家统计局公布的2009 年年底全国轿车保有量2605 万辆来计算，使用子午线轮胎一年就能节约汽油390 亿公升，相当于中石化2008 年一年的汽油产量，并且子午线轮胎的寿命约8 万公里以上，比普通斜交轮胎行驶里程长50%，经济性能显著。轮胎在汽车中起着安全性、舒适性、动力性和经济性等重要作用。1.1 轮胎的基本组成充气轮胎的组成 外胎是用以保护

10、内胎不受外来损伤和冲入压缩空气后不致过分膨胀的外壳，是轮胎的主体，具有承担车重和变形、缓和汽车振动和冲击的作用，一般要求其具有较高的强度，并具有一定的弹性。轮胎外胎一般构造包括胎面（胎冠和胎肩）、胎侧、胎体（帘布层和缓冲层）和胎圈等部分。 内胎是一个环形橡胶管，橡胶管内充满压缩空气，装入外胎后，使轮胎可保持一定的内压，从而获得缓冲性能和承载能力。 垫带放在内胎与轮辋之间，是一个具有一定形状和断面的环形胶带，其边缘较薄，表面光滑，具有耐热性，上有供内胎气门嘴通过的圆孔。垫带的作用是防止内胎被轮辋及外胎的轮圈擦伤和磨损，并能防止尘土，水侵入胎内。 深式轮辋上使用的内胎轮胎没有垫带，而无内胎的轮胎及

11、无内胎，又无垫带（如图1所示）1-橡胶密封层2-自粘层 3-槽纹 4-轮辋5-气门嘴图1 无内胎轮胎1.2 轮胎的分类1.2.1 充气压力分类（1）高压轮胎：充气压力为0.50.7MPa的轮胎为高压轮胎。高压轮胎的滚动阻力小，油耗低，但缓冲性能差，与路面的附着能力低，因此在汽车上很少使用。（2）低压轮胎：充气压力为0.150.45MPa的轮胎为低压轮胎。低压轮胎由于具有弹性好、断面宽，与道路接触面积大，壁薄而散热性好等优点，所以被广泛使用。目前，轿车、载货汽车几乎全部采用低压轮胎。（3）超低压轮胎：充气压力低于0.15MPa的轮胎为超低压轮胎。超低压轮胎的断面宽度比低压轮胎的宽，其与道路接触的

12、面积也比低压轮胎的大，所以超低压轮胎在道路松软路面上的通过能力比较好，所以适合泥泞路、雪地、沙漠等地带使用。目前，超低压轮胎多用于越野汽车和少数特种汽车上。（4）调压轮胎：充气压力可根据路面条件不同进行调节的轮胎为调压轮胎。 轮胎的气压变化会改变轮胎与路面的接触面积和压强，也将改变汽车的滚动阻力系数与附着系数。1.2.2 胎面花纹分类汽车轮胎按胎面花纹不同，可分为普通花纹轮胎、越野花纹轮胎和混合花纹轮胎三种（如图2所示）。a b 普通花纹、c 混合花纹、d e 越野花纹图2 轮胎花纹1.2.3 组成结构分类汽车轮胎按组成结构不同，可分为有内胎轮胎和无内胎轮胎两种。有内胎轮胎构造特点上一章我们已

13、经介绍，在此主要介绍下无内胎轮胎的构造和特点。 无内胎轮胎在外观上和有内胎轮胎相近，但其组成结构上少了内胎和垫带，而在外胎内壁上多了一层厚度23mm的专门用来封气的橡胶密封层。1.2.4胎体帘线排列方向分类汽车轮胎按胎体帘线排列方向不同，可分为普通斜交轮胎和子午线轮胎两种 汽车轮胎胎体帘线的排列都与轮胎的子午断面成一定角度，这个角度称为胎冠角。 胎冠角对轮胎的特性影响很大。如胎冠角增大，将使轮胎的侧向刚性径向刚性等增大。侧向刚性增大，将改善汽车的行驶稳定性；径向刚性增大将降低轮胎的缓冲性能。（1）普通斜交轮胎：普通斜交轮胎（如图3所示）。其结构特点是胎体帘布层帘线排列方向与轮胎子午断面成一定夹

14、角，帘线是由一侧胎边穿过胎面到另一侧胎边，并且由这种斜置帘线组成的多层（层数通常为偶数）帘布交错叠合，呈斜交方式排列。为了兼顾轮胎的侧向刚性和缓冲性能，一般取胎冠角为50度52度。1- 胎面 2-轮胎断面中心线 3-帘布层 4-缓冲层图3 普通斜交轮胎（2）子午线轮胎：子午线轮胎（如图4所示）。子午线轮胎的胎体帘布层帘线排列方向与轮胎子午断面一致，呈环形排列，帘线也是由一侧胎边穿过胎面到另一侧胎边，同时在圆周方向有一带束层。1-胎面 2-轮胎断面中心线 3-帘布层 4-带束层图4 子午线轮胎子午线轮胎的结构特点，比起普通斜交轮胎有诸多的优越性能： 使用寿命长 缓冲性能好 滚动阻力小 胎温低，散

15、热快 承载能力大 附着性能好 转向行驶稳定性好 轮胎质量轻1.3 轮胎在汽车中的作用轮辋和轮胎是汽车行驶系中重要的部分，其作用是：支撑整车质量；缓冲由路面传来的振动和冲击；通过轮胎与地面的附着力（轮胎抓着力）来传递驱动力和制动力；产生横向力和回正力矩来平衡汽车转向行驶时的离心力；保证汽车正常转向后车轮直线行驶；翻越障碍，提高通过性。轮胎安装在轮辋上，直接与路面接触，其基本功能如下：（1）承受汽车负荷;（2）为传递驱动力和制动力提供足够的附着力（3）为改变和保持汽车行驶方向提供足够的转向操纵性能和方向稳定性能（4）与汽车悬架系统共同缓冲来自路面的冲击，并衰减由冲击产生的振动，以保证汽车良好的行驶

16、平顺性和乘坐舒适性。第二章 轮胎的规格参数及表示方法选择好轮胎的规格尺寸，不但能提高轮胎的使用寿命，还能提高汽车的安全性、舒适性、动力性和经济性，在高速公路上行驶时更显著。汽车轮胎正确选型，必须了解轮胎规格和标记的含义。如轿车轮胎规格为205/55/R16 91V：205 标示轮胎宽度为205，55 代表轮胎扁平比，即断面高除以断面宽×100；R 指子午线轮胎，16 是指轮辋直径是16 英寸；91 是表示负荷指数，代表该负荷指数的轮胎最大可承重615kg；V 是表示速度级别，该级别轮胎最高速度为240km/h。 据统计，高速公路46%的交通事故是由于轮胎发生故障引起的，轮胎选型不当、

17、胎压过高、胎面磨损过度等，都是容易引发交通事故，其原因除驾驶员操作不当和路面情况等因素外，主要是轮胎选型和使用不当。2.1 轮胎基本术语2.1.1轮胎的主要尺寸轮胎的主要尺寸（如图6所示）。D-轮胎外径 d-胎圈内径或轮辋直径 B-轮胎断面宽度 H-轮胎断面高度图5 轮胎的主要尺寸2.1.2轮胎的高宽比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，以百分数形式表示，即H/B。轮胎的高宽比又称扁平率。轮胎通常根据扁平率划分系列。目前汽车轮胎常见扁平率为80、75、70、65、60、55、50、45等。（如图6 所示）。图6 具有相同承受能力的普通轮胎和宽断面轮胎的轴心高度比较层技数并不代

18、表轮胎帘布层的实际层数，而是表示载质量与棉帘线相当的棉帘线的层数。如9.00R20-14PR的全钢子午线轮2.1.3 轮胎最高速度表1轮胎速度级别符号与最高行驶速度2.1.4轮胎的层级轮胎的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。轮胎的胎，其实际胎体钢丝帘线只有一层，但它的载质量却相当于14层棉帘线的9.00-20斜交轮胎，所以它的层数为14PR。2.1.5轮胎的负荷指数轮胎负荷指数是描述轮胎在最高速度、最大充气压等规定使用条件下负荷能力的参数，表2轮胎负荷指数与负荷能力对应关系表2.2轮胎规格表示方法我国轮胎现执行的标准为GB9743-1

19、997轿车轮胎、GB/T2978-1997轿车轮胎系列、GB9744-1997载重汽车轮胎及GB/T2977-1997载重汽车轮胎系列等。（如图7、8所示）。图7轿车轮胎规格表示方法第三章 轮胎动态力学性能对汽车行驶性能的影响3.1 动力性能对汽车行驶性的影响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。动力性能是汽车首要的行驶性能。汽车必须通过轮胎与路面的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

20、取决于汽车的动力性能。汽车的动力性能可从三方面评价。（1）最高速度 最高速度是指汽车满载时在良好水平路面上行驶所能达到的最高速度。（2）加速能力 加速能力是指汽车在各种条件下行驶速度迅速提高的能力。加速时间和加速距离越短的汽车加速性能越好。（3）上坡能力 上坡能力用汽车满载时以最低挡位在坚硬路面上等速行驶所能越过的最大坡度来表示,还称为最大爬坡度,它表征汽车的最大牵引力。不同类型的汽车对上述三项指标的要求不同。轿车和客车偏重于最高速度和加速能力,载重汽车和越野汽车对上坡能力的要求较高,但在公路上正常行驶的汽车都须具备一定的加速能力。3.2 燃料经济性对汽车行驶性的影响轮胎的滚动阻力是影响汽车燃

21、料经济性的主要因素之一。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车辆燃料消耗量的20 % ,故即使轮胎燃料消耗量稍有减小,对国家总燃料消耗量的减小也是一个很大的贡献。滚动阻力是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料消耗量增大。在相同条件下,不同轮胎产生的滚动阻力不同。3.3 制动性能对汽车行驶性的影响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,

22、而轮胎与路面的摩擦力取决于轮胎与路面的接触状况。轮胎与路面的摩擦力过小,会导致汽车制动性能下降。因此,对轮胎摩擦性能的研究是轮胎工业的重要课题。 良好的制动性能不仅是汽车安全行驶的保证,而且是汽车动力性能得以良好发挥的前提。 汽车的制动性能通过三方面来衡量。（1）制动效能 制动效能是汽车迅速减速直至停止的能力,常用制动时间、制动减速度和制动距离来评价。汽车的制动效能除与汽车的技术状况有关外,还与汽车制动时的速度及轮胎与路面的接触状况有关。（2）制动效能的恒定性 汽车在短时间内连续制动,制动器温度升高导致的制动效能下降称为制动器的热衰退。汽车连续制动后制动效能的稳定程度称为制动效能的恒定性。（3

23、）制动时方向的稳定性 汽车制动时方向的稳定性是指汽车在制动过程中不发生跑偏、侧滑和失去转向的能力。左右侧制动动力不一样时,汽车易跑偏;当车轮“抱死”时,汽车易发生侧滑或失去转向能力。现代汽车设有电子防抱死装置,以防止紧急制动时车轮“抱死”而发生危险。3.4 操纵稳定性对汽车行驶性的影响汽车通过操纵系来操纵轮胎(如图8 所示) 。图8 轮胎与汽车操纵系的关系轮胎的侧偏特性(主要指侧偏力、回正力矩和侧偏角间的相关性) 是轮胎重要的力学性能,直接影响汽车的操纵稳定性。轮胎侧偏特性及其与汽车悬架系统的协同配合是影响汽车转向性的主要因素,通过改善轮胎侧偏特性可以解决汽车转向不足或过大的问题。3.5 行驶

24、平顺性对汽车行驶性的影响轮胎的均匀性、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差。 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。第四章 轮胎部件及其主要技术参数对汽车的行驶影响 轮胎是胎面、胎侧等变形大、强度低的柔性橡胶部件与模量大、强度高的刚性骨架橡胶复合部件组成的结构体,轮胎及其部件的主要技术参数在某种程度上决定着轮胎与汽车匹性。4.1轮胎的六分力轮胎的结构和尺寸,如胎圈着合直径、轮胎断面高宽比和

25、接地宽度等直接影响汽车的操纵稳定性、动力性能、制动性能和燃料经济性等,轮胎结构和尺寸是否合理与车辆设计成功与否关系极大。轮胎的宏观力学性能主要是指轮胎的六分力,六分力是轮胎与路面及汽车之间作用力的集中体现。（1）纵向力( FX) FX 是地面作用在轮胎上的力在X 轴方向即轮胎前进方向的分量, FX 包括车轮驱动时产生的驱动力、车轮自由滚动时的滚动阻力、车轮制动时的制动力。（2）横向力( FY ) FY 是地面作用在轮胎上的力在Y 轴方向的分量。在FY 的作用下,轮胎会产生很复杂的侧向变形,侧向变形导致的侧偏现象对车辆的操纵稳定性有很大影响。（3）法向力( FZ) FZ 是地面作用在轮胎上的力沿

26、Z 轴方向的分量。FZ 将引起轮胎径向变形,其与轮胎承受的载荷力相等。（4）回正力矩( MZ) MZ 是地面作用到轮胎上的力绕Z 轴旋转产生的力矩, MZ 使轮胎恢复原来的行驶方向,保证汽车能稳定地直线行驶。 （5）滚动阻力矩( M Y ) MY 是地面作用到轮胎上的力绕Y 轴旋转产生的力矩, MY 的方向与车轮的旋转方向相反,汽车的燃料经济性与MY 有关。（6）翻转力矩(MX)MX 是地面作用到轮胎上的力绕X 轴旋转产生的力矩。4.2部件结构和尺寸对汽车行驶性能影响较大的轮胎部件有胎面、冠带层和三角胶等。4.2.1 胎面对汽车行驶性的影响汽车最终通过胎面与路面之间的反作用力来获得行驶动力,胎

27、面的花纹形式(纵向、横向或混合块状花纹) 、沟槽空隙比、沟槽宽度及角度、沟槽深度、块大小、钢片设置和肩块刀槽形式决定或影响车辆的牵引力、制动性能和操纵稳定性等。另外,胎面花纹形式和结构也是影响车辆噪声的关键因素。4.2.2 冠带层对汽车行驶性的影响刚性带束层与柔性胎面之间设置纤维帘布冠带层使得轮胎与路面之间的接地压力分布更加均匀,从而改善了车辆的操纵稳定性能和响应灵敏度,但冠带层的结构或尺寸不当,会降低车辆的行驶平顺性和操纵稳定性。4.2.3 三角胶对汽车行驶性的影响在非直线行驶状态下,三角胶在承受胎圈部位垂直负荷的同时,还将通过转向机构施加给轮轴的侧向力传递给胎冠花纹,从而达到操控的目的。因

28、此,三角胶的结构、尺寸及胶料的物理性能对轮胎的侧偏特性影响很大。与不同车辆配合时,轮胎的三角胶结构、尺寸及胶料性能需要根据路试结果来调整。 另外,反包胎体对汽车行驶性能的影响与三角胶相似,但由于胎体帘布反包端点处存在应力突变,因此必须使反包胎体帘布的端点位置与三角胶、胎侧、胎圈结构匹配;在胎圈对应轮缘位置处设置周向保护胶棱不仅可以保护轮辋,使之免受外力 12冲击,同时可以改善车辆的操纵性能。该技术在高性能轮胎及越野轮胎中已应用得 越来越多。第五章 轮胎与汽车的性能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

29、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。5.1 轮胎与汽车生产的相关性单纯讨论轮胎的某项性能意义不大，轮胎性能的研究应该结合轮胎匹配的汽车性能，更确切的地说是汽车悬架系统（如图9所示）性能来进行。图9轮胎与汽车悬架系统示意轮胎与汽车悬架系统匹配所构成的集成系统的刚度、柔度及动力学性能是影响汽车行驶性能的主要因素。同一条轮胎匹配于不同汽车表现出的动态力学性能可能会有较大差异，即一条轮胎与某一汽车匹配可能表现出良好的动态力学性能，而与另一汽车匹配则可能 表现出个别动态力学性能极差。 轮胎与汽车悬架系统示意 在

30、国外,为达到轮胎与汽车性能匹配,在进行汽车设计时,轮胎生产商一般会与汽车生产商密切合作,由汽车生产商提出轮胎与汽车匹配的动态力学性能要求或由轮胎生产商为汽车生产商提供轮胎的动态力学模型,以便汽车生产厂家进行悬架系统设计和整车性能模拟仿真计算。这就要求轮胎生产商不仅能够设计、生产出满足汽车性能要求的轮胎,同时也能够提供用于悬架系统设计或整车性能模拟仿真计算的轮胎动态力学模型。国内轮胎生产企业必须深入了解并逐渐适应高档轿车原配市场在这方面苛刻的要求。5.2 轮胎性能对汽车行驶性的影响分析从汽车、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

31、间的相互作用表现出来的。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 13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工程。总的说来,影响汽车行驶性能的轮胎动态力学性能主要为与路面的附着性能、滚动阻力、侧偏特性、垂直特性