王 強，張 娜，石玉環(huán)，齊曉杰，王東浩

（1.黑龍江工程學院 汽車與交通工程學院，黑龍江 哈爾濱 150050；2.黑龍江東方學院 土木建筑工程學部，黑龍江 哈爾濱 150080；3.黑龍江省交通廳，黑龍江 哈爾濱 150001）

1 子午線輪胎駐波發(fā)生機理分析

汽車在一般速度行駛時，輪胎與地面接觸部分會得到壓縮，當輪胎旋轉到離開地面的上側時又會恢復原有形狀，胎面從變形到最后恢復原狀存在一定的滯后時間，其時間長短與車速、負荷、輪胎溫度高低等因素有直接關系。輪胎所受負荷越大，車速越高，輪胎胎面產(chǎn)生的離心力就越大，離心力增大會使胎面反向產(chǎn)生變形，輪胎周而復始地運動、壓縮和伸張在不斷地交替進行，胎面就會產(chǎn)生波動。當車速很高時，并且胎面的波速與輪胎轉速一致時就會發(fā)生“駐波”。主要表現(xiàn)為輪胎接地面后部的圓周上出現(xiàn)明顯的波浪狀變形，并伴隨有滾動行駛阻力的急劇增加，輪胎內(nèi)部溫度迅速升高，以致胎冠橡膠層與胎體的簾線層的結構合力被減弱，致使橡膠脫層直至輪胎爆破損壞。眾多學者把輪胎“駐波”發(fā)生時的車速稱為“駐波臨界速度”。

許多學者對輪胎駐波現(xiàn)象進行了大量研究，其中莊繼德采用彈性基環(huán)形梁模型公式對輪胎駐波進行研究分析，具有很大的典型性。此模型是將子午線輪胎模擬為由縱向和徑向彈簧支撐的環(huán)形梁模型（見圖1），在分析過程中考慮了輪胎的徑向阻尼參數(shù)，但不考慮輪胎縱向剛度和胎冠抗彎剛度，并對參數(shù)做了進一步的修改和完善，公式為

式中：EJ為胎冠的抗彎剛度；r為輪胎外半徑；ρ為環(huán)行梁單位長度質量；T為帶束層的張力；Cr為輪胎單位長徑向剛度；Ct為輪胎單位長縱向剛度；a為波數(shù)，a＝2π／λ（λ為波長）。

對比大量文獻資料可以看出莊繼德的公式相對較為完整，而且在參數(shù)中加入了縱向和橫向變形剛度，為此，本文研究參考莊繼德的公式做驗證和計算。

圖1 彈性基環(huán)形梁模型

2 輪胎駐波臨界速度有限元數(shù)值模擬

本文應用ABAQUS有限元軟件分別模擬了車速為150km／h、160km／h、170km／h、180km／h時的輪胎變形—應力云圖，如圖2、圖3、圖4、圖5所示，輪胎應變－變形時間結果如圖6所示。利用軟件及后處理求得輪胎變形恢復時間為0.01311s，駐波臨界速度計算公式為

圖2150 km／h時變形應力云

3 輪胎駐波臨界速度測試及分析

本研究基于高速攝像機技術，并借助底盤測功機及AutoCAD軟件分別測試了車速為150km／h、160km／h、170km／h、180km／h時的輪胎變形，其輪胎變形擬合處理曲線如圖7、圖8、圖9、圖10所示。

由圖中分析可知，當車速分別為150km／h、160km／h、170km／h、180km／h時，擬合函數(shù)恢復時間分別為T1＝0.0104s、T2＝0.0111s、T3＝0.0108s、T4＝0.0098s，再根據(jù)公式

式中：t為標點1以前的恢復時間，tz為總時間，α1為標點1的角度值，αz為最后一點角度值，T為擬合的標點1到最終恢復的時間。

求得T平均＝T＝0.012516s，r＝R－H／3＝0.307－0.0097＝0.2973m。最終可以求得駐波臨界速度為

試驗測試結果稍大于仿真結果。

4 結 論

本文在文獻資料和測試實驗的基礎上，確定了一種子午線輪胎臨界速度的判定方法，即當高速行駛輪胎變形恢復時間與輪胎轉動一周的時間相等時，輪胎將會出現(xiàn)駐波現(xiàn)象，把此時的車速判定為輪胎駐波發(fā)生的臨界速度。依據(jù)該方法，通過高速攝像測試系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)和后期處理得到輪胎的彈性恢復時間，并計算得到195／60R15子午線輪胎在載荷為280kg、充氣壓力為1.2MPa、環(huán)境溫度為20℃條件下的駐波臨界速度為268.5km／h，此試驗測試結果與仿真所得結果符合度較高，稍大于文獻資料和實際值。在此基礎上分析并得出如下結論：

1）在輪胎載荷不變的情況下，適當提高輪胎的充氣壓力，可以有效提高輪胎駐波發(fā)生的臨界速度。

2）在輪胎充氣不變的情況下，適當減小輪胎所受的載荷，有利于提高輪胎駐波發(fā)生的臨界速度。

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