论文部分内容阅读
摘要：随着国内车企对轮胎配套要求的提升，轮胎μ-s特性成为整车牵引力特性评价中重要的一环。本文综合对比了国内外主流轿车轮胎μ-s特性测试方法;列举了测试方法对测试设备的要求;结合此前的测试经验，给出了实例展示轮胎μ-s特性测试方法的流程;最后对现阶段方法存在的问题进行了分析。
关键词：轿车轮胎;轮胎μ-s特性;测试拖车;制动牵引力;制动力系数;滑移率
中图分类号：U463.526
文献标识码：A
0引言
近些年来，随着社会对道路安全的要求提升，整车制造企业对自身产品的质量控制也愈加严苛。轮胎作为整车与路面接触的唯一部件，车辆的加速、制动和转向控制来源于轮胎和路面之间的摩擦[1]。如果将整车比作一个人，轮胎起到的作用类似于鞋子，一双鞋子性能的好坏对于一个人是否能够跑得更快、跳得更高有着重要意义。因为上述特性，车企及其技术人员对轮胎性能的研究越来越深入[2-3]，轮胎原厂配套对轮胎（OEM）的要求也越来越高。
如今，OEM配套要求中，除传统的轮胎强度性能、脱圈阻力、耐久性能、均匀性、气密性和磨耗性能等要求外，轮胎牵引力特性、NVH性能、滚动噪声、滚动阻力特性及轮胎的操控性能也纳入到车企的配套要求中。其中，轮胎制动力系数-滑移率特性作为轮胎牵引力测试评价中的一项，该方法通过测量试验轮胎在特定条件下制动力系数（下称μ）和滑移率（下称s）参数来评价轮胎的制动性能[4]。众多车企将轮胎μ-s特性作为轮胎前期选型中一项重要的参考指标。
现阶段，国内车企对轮胎μ-s特性的测试方法多参考通用汽车的GMW15208标准[5]，也有部分车企结合自身产品特点，对测试方法中的试验条件做了些调整。为更好地剖析轮胎μ-s特性测试方法的特点，本文对国内外主流的轿车轮胎μ-s特性测试方法进行了分析，并结合实例展示了测试流程。
1轮胎μ-s特性测试方法差异点对比
表1综合对比了美国汽车工程师学会的SAEJ345标准[6]、GMW15208-2016标准、车企A和车企B的μ-s测试方法，各方法之间的差异点见表1。
2测试设备要求
轮胎μ-s特性测试方法对测试设备的要求基本一致，测试设备一般由一辆牵引车和一辆拖车组成。关于牵引车和测试拖车的要求如下[8]。
2.1牵引车要求
牵引车应有足够大的功率来牵引后部的拖车，并保证车辆在行驶过程中速度稳定，拖车发生制动时仍能维持稳定的试验车速。
（1）牵引车驾驶舱内装备有拖车制动触发装置。
（2）如果没有外部供水，牵引车可装备大容量的水箱，为供水系统提供水源。
（3）牵引车内装有数据记录仪，用于接收拖车力传感器信号。
（4）牵引车与拖车连接处挂钩高度应可调。
（5）牵引车装备制动管路压力、制动速率和水箱中水的流速监控装置。
2.2拖车要求
拖车应装备有一个挂钩，结构上应具备一至两个工位用于安装试验轮胎，工位具备可拓展性，保证不同規格的轮胎能够安装在试验工位;如有需求，拖车可以安装自喷水系统。
（1）挂钩的高度应不高于负载轮胎的半径，从挂钩连接点中心线至拖车中心线的纵向距离应是挂钩高度的10倍。
（2）拖车需装配有不同参数的轮辋适配器，保证不同规格的轮辋能够安装到拖车上。
（3）试验车轮应装备液压制动系统，保证测试期间能提供足够的制动力矩来触发制动或维持车轮抱死状态。
（4）试验车轮的悬架装置应保证最大试验负荷下，轮胎的前束和外倾角最大变化不超过±0.05°。悬架装置应有足够的刚度和承载能力，能够消除悬架装置的共振。
（5）制动系统应该能够控制初始制动到轮胎锁死之间的时间间隔为0.2-0.5s。
2.3试验仪器
拖车试验工位应装备一个轮速测量传感器和一个力传感器，力传感器可以测量试验轮胎制动期间的垂向负荷和纵向牵引力。
2.3.1整个测量系统能够在0-43°C的环境温度下工作
（1）力传感器测量精度：垂直负荷或牵引力满量程的±1.5%。
（2）车速测量精度：满量程的±1.5%或±1.0km/h，取数值较大者。
（3）分路校正-应变片应装备可在测试序列之前或之后连接分流校正电阻。
（4）系统的暴露部分可承受100%湿度和其他恶劣条件，如灰尘、冲击和日常测试中可能遇到的振动情况。
2.3.2车速测量仪器
可使用五轮仪或非接触式速度测量系统测量车速，车速应直接显示给驾驶人员。
3测试案例
本案例选择了某轮胎企业205/55R1691V样品胎，依据车企B的μ-s测试方法，测试循环为C1-T1-T2-C2-T3-T4-C3，本案例仅演示T1样品轮胎测试数据。
3.1测试设备
轮胎牵引力测试设备为DYNATEST995-2测试拖车，测量精度±1%FS;路面温度测量仪器为FlukeF561型手持式红外测温仪，测量精度U=0.8°C（k=2）;环境温度测量仪器为Testo110型数字温度计，测量精度±0.2°C。
3.2测试样胎及轮辋
样品轮胎为某轮胎企业205/55R1691V产品，测试用轮辋规格为7J×16;基准参照轮胎为满足ASTME1136要求的P195/751492S轮胎，测试用轮辋规格为5.5J×14。
3.3测试道路
测试道路为中汽试验场湿附沥青路及干地沥青路，两条路面分别满足法规ECER117[9]和ECER13H[10]对路面的参数要求，使用ASTME1136P195/75R14轮胎测得的轮胎与路面间的峰值制动力系数均值和滑移制动力系数数均值据如下。 32km/h峰值制动力系数：0.70±0.05。
32km/h滑移制动力系数：0.45±0.05。
64km/h峰值制动力系数：0.95±0.05。
64km/h滑移制动力系数：0.70±0.05。
97km/h峰值制动力系数：0.63±0.05。
97km/h滑移制动力系数：0.34±0.05。
3.4测试条件
测试期间轮胎的配载、胎压、路面温度、环境温度及水膜厚度情况如表2所示。
3.5测试结果
表3展示的为控制轮胎及试验轮胎湿地工况数据，表4展示的为干地工况数据。干地工况轮胎仅执行峰值测试，制动过程中当采集到测试轮胎峰值制动力系数后即解除制动，测试过程轮胎不抱死。通过列表可以获知，测试轮胎8组制动的峰值制动力系数、滑移制动力系数及峰值对应滑移率均值数据。表3和表4中试验轮胎评级表明了试验轮胎制动性能相较于控制轮胎的优劣，数值越大表明试验轮胎的制动性能越好，反之越差。通过比对不同轮胎在同一个测试循环下的评级数据，可以横向比较试验轮胎的制动性能。
表5展示的为试验轮胎湿地工况数据，表6为试验轮胎干地工况具体数据。通过分析表5和表6可以了解每组制动的具体情况，也可以对试验轮胎制动过程的一致性进行评价。
图1、图2为试验轮胎湿地、干地工况下的μ-s变化曲线。通过对曲线的分析可以了解试验轮胎整个制动过程中制动力系数伴随滑移率的变化情况，对于一些关键数据（峰值制动力系数、峰值处滑移率）的比对也更加直接。
4结束语
（1）轮胎μ-s测试方法规定了试验轮胎在特定测试条件（环境温度、路面温度、湿度、风速、水膜厚度等）制动性能的评价方法，该方法可以不受车辆影响更加客观的比对轮胎的制动牵引特性，适用于整车企业的研发测试，不建议作为产品验收的方法，因为不同测试条件的改变均有可能对最终测试结果造成影响。
（2）现阶段国内主机厂μ-s测试方法选取的控制轮胎为ASTM E1136 P195/75R14 92S。根据ASTM官网发布的消息，受制于原材料原因，该规格轮胎即将停产，停产后大概率选用ASTM F2493 P225/60R16[11]作为控制轮胎。但是14英寸控制胎与16英寸控制胎之间的关联性暂无公开的数据，主机厂、轮胎企业及检测机构应提前布局。ASTM控制轮胎同时存在进口费用昂贵、进口周期长以及单胎进口综合成本高等问题，可以考虑用其他性能稳定的国产轮胎替代ASTM标胎的可能性。
（3）干地工况不建议执行抱死工况。目前车辆均装备ABS功能，车辆干地出现抱死的可能性极低，对于滑移制动力系数的研究意义不大。如果采用抱死工况，检测机构出于成本考虑也无法每个测试循环选用新的ASTM控制轮胎，这样会导致C1、C2和C3峰值制动力系数和滑移制动系数呈现变大趋势，对于试验轮胎数值的修正会出现偏差。
（4）主机厂、检测机构及轮胎企业之间应加强交流，结合国内实际情况（胎压、配载、路面工况选择）共同制定更加适用的μ-s测试方法。
【参考文献】
[1]Gent A N，J.D.Walter编.轮胎理论与技术[M].北京：清华大学出版社，2013.
[2]王宣锋，蒋帅，石光，李同柱.轮胎纵向滑移特性测量方法及试验研究[J].汽车技术，2016（8）：39-42.
[3]朱遥，陈志强，杨振.轿车轮胎附着因数-滑移率特性的测试及其与整车制动效能的相关性研究[J].橡胶工业，2019，66（10）：785-789.
[4]余志生.汽车理论.第5版[M].机械工业出版社，2009.
[5] Tire Braking Traction. GMW15208-2013 [S].
[6] SAE J345-2018， Wet or Dry Pavement Passenger Car Tire Peak and Locked Wheel Braking Traction [S].
[7] ASTM E1136-19， Standard Specification for P195/75R14 Radial Standard Reference Test Tire， [S].
[8] ASTM F408-99（2015）， Standard Test Method for Tires for Wet Traction in Straight-Ahead Braking，Using a Towed Trailer [S].
[9] ECE R117 02.Rev4， Uniform provisions concerning the approval of tyres with regard to rolling sound emissions and/or to adhesion on wet surfaces and/or to rolling resistance， [S].
[10] ECE R13H Rev4， Uniform provisions concerning the approval of passenger cars with regard to braking， [S].
[11] ASTM F2493-19， Standard Specification for P225/60R16 97S Radial Standard Reference Test Tire， [S].
作者簡介：
朱遥，工程师，本科，研究方向为汽车试验场道路技术输入及整车性能测试方法。
关键词：轿车轮胎;轮胎μ-s特性;测试拖车;制动牵引力;制动力系数;滑移率
中图分类号：U463.526
文献标识码：A
0引言
近些年来，随着社会对道路安全的要求提升，整车制造企业对自身产品的质量控制也愈加严苛。轮胎作为整车与路面接触的唯一部件，车辆的加速、制动和转向控制来源于轮胎和路面之间的摩擦[1]。如果将整车比作一个人，轮胎起到的作用类似于鞋子，一双鞋子性能的好坏对于一个人是否能够跑得更快、跳得更高有着重要意义。因为上述特性，车企及其技术人员对轮胎性能的研究越来越深入[2-3]，轮胎原厂配套对轮胎（OEM）的要求也越来越高。
如今，OEM配套要求中，除传统的轮胎强度性能、脱圈阻力、耐久性能、均匀性、气密性和磨耗性能等要求外，轮胎牵引力特性、NVH性能、滚动噪声、滚动阻力特性及轮胎的操控性能也纳入到车企的配套要求中。其中，轮胎制动力系数-滑移率特性作为轮胎牵引力测试评价中的一项，该方法通过测量试验轮胎在特定条件下制动力系数（下称μ）和滑移率（下称s）参数来评价轮胎的制动性能[4]。众多车企将轮胎μ-s特性作为轮胎前期选型中一项重要的参考指标。
现阶段，国内车企对轮胎μ-s特性的测试方法多参考通用汽车的GMW15208标准[5]，也有部分车企结合自身产品特点，对测试方法中的试验条件做了些调整。为更好地剖析轮胎μ-s特性测试方法的特点，本文对国内外主流的轿车轮胎μ-s特性测试方法进行了分析，并结合实例展示了测试流程。
1轮胎μ-s特性测试方法差异点对比
表1综合对比了美国汽车工程师学会的SAEJ345标准[6]、GMW15208-2016标准、车企A和车企B的μ-s测试方法，各方法之间的差异点见表1。
2测试设备要求
轮胎μ-s特性测试方法对测试设备的要求基本一致，测试设备一般由一辆牵引车和一辆拖车组成。关于牵引车和测试拖车的要求如下[8]。
2.1牵引车要求
牵引车应有足够大的功率来牵引后部的拖车，并保证车辆在行驶过程中速度稳定，拖车发生制动时仍能维持稳定的试验车速。
（1）牵引车驾驶舱内装备有拖车制动触发装置。
（2）如果没有外部供水，牵引车可装备大容量的水箱，为供水系统提供水源。
（3）牵引车内装有数据记录仪，用于接收拖车力传感器信号。
（4）牵引车与拖车连接处挂钩高度应可调。
（5）牵引车装备制动管路压力、制动速率和水箱中水的流速监控装置。
2.2拖车要求
拖车应装备有一个挂钩，结构上应具备一至两个工位用于安装试验轮胎，工位具备可拓展性，保证不同規格的轮胎能够安装在试验工位;如有需求，拖车可以安装自喷水系统。
（1）挂钩的高度应不高于负载轮胎的半径，从挂钩连接点中心线至拖车中心线的纵向距离应是挂钩高度的10倍。
（2）拖车需装配有不同参数的轮辋适配器，保证不同规格的轮辋能够安装到拖车上。
（3）试验车轮应装备液压制动系统，保证测试期间能提供足够的制动力矩来触发制动或维持车轮抱死状态。
（4）试验车轮的悬架装置应保证最大试验负荷下，轮胎的前束和外倾角最大变化不超过±0.05°。悬架装置应有足够的刚度和承载能力，能够消除悬架装置的共振。
（5）制动系统应该能够控制初始制动到轮胎锁死之间的时间间隔为0.2-0.5s。
2.3试验仪器
拖车试验工位应装备一个轮速测量传感器和一个力传感器，力传感器可以测量试验轮胎制动期间的垂向负荷和纵向牵引力。
2.3.1整个测量系统能够在0-43°C的环境温度下工作
（1）力传感器测量精度：垂直负荷或牵引力满量程的±1.5%。
（2）车速测量精度：满量程的±1.5%或±1.0km/h，取数值较大者。
（3）分路校正-应变片应装备可在测试序列之前或之后连接分流校正电阻。
（4）系统的暴露部分可承受100%湿度和其他恶劣条件，如灰尘、冲击和日常测试中可能遇到的振动情况。
2.3.2车速测量仪器
可使用五轮仪或非接触式速度测量系统测量车速，车速应直接显示给驾驶人员。
3测试案例
本案例选择了某轮胎企业205/55R1691V样品胎，依据车企B的μ-s测试方法，测试循环为C1-T1-T2-C2-T3-T4-C3，本案例仅演示T1样品轮胎测试数据。
3.1测试设备
轮胎牵引力测试设备为DYNATEST995-2测试拖车，测量精度±1%FS;路面温度测量仪器为FlukeF561型手持式红外测温仪，测量精度U=0.8°C（k=2）;环境温度测量仪器为Testo110型数字温度计，测量精度±0.2°C。
3.2测试样胎及轮辋
样品轮胎为某轮胎企业205/55R1691V产品，测试用轮辋规格为7J×16;基准参照轮胎为满足ASTME1136要求的P195/751492S轮胎，测试用轮辋规格为5.5J×14。
3.3测试道路
测试道路为中汽试验场湿附沥青路及干地沥青路，两条路面分别满足法规ECER117[9]和ECER13H[10]对路面的参数要求，使用ASTME1136P195/75R14轮胎测得的轮胎与路面间的峰值制动力系数均值和滑移制动力系数数均值据如下。 32km/h峰值制动力系数：0.70±0.05。
32km/h滑移制动力系数：0.45±0.05。
64km/h峰值制动力系数：0.95±0.05。
64km/h滑移制动力系数：0.70±0.05。
97km/h峰值制动力系数：0.63±0.05。
97km/h滑移制动力系数：0.34±0.05。
3.4测试条件
测试期间轮胎的配载、胎压、路面温度、环境温度及水膜厚度情况如表2所示。
3.5测试结果
表3展示的为控制轮胎及试验轮胎湿地工况数据，表4展示的为干地工况数据。干地工况轮胎仅执行峰值测试，制动过程中当采集到测试轮胎峰值制动力系数后即解除制动，测试过程轮胎不抱死。通过列表可以获知，测试轮胎8组制动的峰值制动力系数、滑移制动力系数及峰值对应滑移率均值数据。表3和表4中试验轮胎评级表明了试验轮胎制动性能相较于控制轮胎的优劣，数值越大表明试验轮胎的制动性能越好，反之越差。通过比对不同轮胎在同一个测试循环下的评级数据，可以横向比较试验轮胎的制动性能。
表5展示的为试验轮胎湿地工况数据，表6为试验轮胎干地工况具体数据。通过分析表5和表6可以了解每组制动的具体情况，也可以对试验轮胎制动过程的一致性进行评价。
图1、图2为试验轮胎湿地、干地工况下的μ-s变化曲线。通过对曲线的分析可以了解试验轮胎整个制动过程中制动力系数伴随滑移率的变化情况，对于一些关键数据（峰值制动力系数、峰值处滑移率）的比对也更加直接。
4结束语
（1）轮胎μ-s测试方法规定了试验轮胎在特定测试条件（环境温度、路面温度、湿度、风速、水膜厚度等）制动性能的评价方法，该方法可以不受车辆影响更加客观的比对轮胎的制动牵引特性，适用于整车企业的研发测试，不建议作为产品验收的方法，因为不同测试条件的改变均有可能对最终测试结果造成影响。
（2）现阶段国内主机厂μ-s测试方法选取的控制轮胎为ASTM E1136 P195/75R14 92S。根据ASTM官网发布的消息，受制于原材料原因，该规格轮胎即将停产，停产后大概率选用ASTM F2493 P225/60R16[11]作为控制轮胎。但是14英寸控制胎与16英寸控制胎之间的关联性暂无公开的数据，主机厂、轮胎企业及检测机构应提前布局。ASTM控制轮胎同时存在进口费用昂贵、进口周期长以及单胎进口综合成本高等问题，可以考虑用其他性能稳定的国产轮胎替代ASTM标胎的可能性。
（3）干地工况不建议执行抱死工况。目前车辆均装备ABS功能，车辆干地出现抱死的可能性极低，对于滑移制动力系数的研究意义不大。如果采用抱死工况，检测机构出于成本考虑也无法每个测试循环选用新的ASTM控制轮胎，这样会导致C1、C2和C3峰值制动力系数和滑移制动系数呈现变大趋势，对于试验轮胎数值的修正会出现偏差。
（4）主机厂、检测机构及轮胎企业之间应加强交流，结合国内实际情况（胎压、配载、路面工况选择）共同制定更加适用的μ-s测试方法。
【参考文献】
[1]Gent A N，J.D.Walter编.轮胎理论与技术[M].北京：清华大学出版社，2013.
[2]王宣锋，蒋帅，石光，李同柱.轮胎纵向滑移特性测量方法及试验研究[J].汽车技术，2016（8）：39-42.
[3]朱遥，陈志强，杨振.轿车轮胎附着因数-滑移率特性的测试及其与整车制动效能的相关性研究[J].橡胶工业，2019，66（10）：785-789.
[4]余志生.汽车理论.第5版[M].机械工业出版社，2009.
[5] Tire Braking Traction. GMW15208-2013 [S].
[6] SAE J345-2018， Wet or Dry Pavement Passenger Car Tire Peak and Locked Wheel Braking Traction [S].
[7] ASTM E1136-19， Standard Specification for P195/75R14 Radial Standard Reference Test Tire， [S].
[8] ASTM F408-99（2015）， Standard Test Method for Tires for Wet Traction in Straight-Ahead Braking，Using a Towed Trailer [S].
[9] ECE R117 02.Rev4， Uniform provisions concerning the approval of tyres with regard to rolling sound emissions and/or to adhesion on wet surfaces and/or to rolling resistance， [S].
[10] ECE R13H Rev4， Uniform provisions concerning the approval of passenger cars with regard to braking， [S].
[11] ASTM F2493-19， Standard Specification for P225/60R16 97S Radial Standard Reference Test Tire， [S].
作者簡介：
朱遥，工程师，本科，研究方向为汽车试验场道路技术输入及整车性能测试方法。