轮胎性能对汽车行驶的影响研究
摘要：论文的主要目的是让我们更准确的了解轮胎性能对汽车行驶的影响，让我们更深刻的认识轮胎的性能对汽车行驶的重要作用。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
引言
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，本文就轮胎性能对汽车行驶的影响进行讨论。
第一章轮胎的构造及在汽车中的作用
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10%，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。
第二章轮胎的基本组成
普通轮胎由外胎，内胎与垫带组成。
外胎是用以保护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、胎侧、胎体和胎圈等部分。
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，而无内胎的轮胎及无内胎，又无垫带。
第三章轮胎的分类
1充气压力分类
高压轮胎：充气压力为0.5～0.7MPa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0.15～0.45MPa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。
（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。
（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。
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。
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
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。
第四章轮胎在汽车中的作用
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平顺性和乘坐舒适性。
第五章轮胎动态力学性能对汽车行驶性能的影响 1动力性能
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。
2燃料经济性
轮胎的滚动阻力是影响汽车燃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。
3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。
4操纵稳定性
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。
5行驶平顺性
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。
第六章轮胎部件及其主要技术参数对汽车的行驶影响
1轮胎
轮胎的结构和尺寸,如胎圈着合直径、轮胎断面高宽比和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。
2部件
结构和尺寸对汽车性能影响较大的轮胎部件有胎面、冠带层和三角胶等。
(1) 胎面
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,胎面的花纹形式沟槽空隙比、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。
(2) 冠带层
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。
(3)三角胶
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。
第七章轮胎性能对汽车行驶的影响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、包封性和振动性等,汽车行驶性能与轮胎性能之间的主要制约关系为:
（1）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。
（2）汽车的燃料经济性与轮胎的滚动阻力关系较大。
（3）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。
（4）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。
（5）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的主要因素之一。
（6）汽车的加速跑偏性与轮胎的均匀性、花纹导向关系较大。
可以看出,轮胎性能对汽车行驶有着重要的影响,轮胎的某一特性就可能影响诸多汽车行驶性能,如轮胎的垂直特性不仅影响汽车的操纵稳定性,而且会影响汽车的行驶平顺性,这些影响有时还是矛盾的。因此,轮胎与汽车的性能匹配一般是各性能和各因素之间的相互协调、平衡。
总结
以上叙述不难看出轮胎是汽车最重要的运行材料之一。轮胎性能对汽车行驶有着重要的影响，轮胎的某一特性就可能影响诸多汽车行驶性能。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。,轮胎性能对汽车性能的影响是轮胎性能与汽车系统性能的合理配合。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、包封性和振动性等。
从而我们知道轮胎在汽车中的重要作用，正确选型、合理装配使用轮胎，对延长轮胎的使用寿命、提高汽车使用性能和降低汽车故障率，尤其是提高汽车安全性能有着十分重要的意义。
致谢
本论文在选题及研究过程中得到老师的悉心指导，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。在此衷心的感谢老师对我无私的指导教育。
参考文献：
[ 1 ]庄继德.汽车轮胎学[M] . 北京:北京理工大学出版社,2007
[ 2 ]陈家瑞. 汽车构造下册(第3 版) [M] . 北京:人民交通出版社2009
[ 3 ]王吉忠.轮胎与路面之间的摩擦和附着[J].轮胎工业, 2005
[ 4 ]俞淇. 充气轮胎的性能与结构[M] . 广州:华南理工大学, 2008
[ 5 ]高延龄.汽车运用工程[M].北京：人民交通出版社, 2007
[ 6 ]赵雪竹，周芳华.车辆轮胎的使用保养[M] .农机使用与维修