花纹沟槽对子午线轮胎湿地性能影响的研究

高楠

摘 要：研究纵向及横向花纹沟槽对子午线轮胎湿地性能的影响。结果表明，对于轿车子午线轮胎，分布于胎面中间部位的纵向花纹沟的宽度对轮胎湿地制动和纵向水滑的影响较为明显，分布于花纹块上横向花纹沟对纵向水滑和横向水滑均有不同程度的影响，其中对横向水滑的影响程度高。此外，湿地制动还与胎面花纹刚性有关。

关键词：轿车子午线轮胎；湿地制动；纵向水滑；横向水滑

随着轿车市场的蓬勃发展，汽车越来越多的成为人们日常生活中重要的交通工具，行车安全关乎生命，无疑成为了人们关注的焦点。车辆的安全行驶与轮胎密切相关，当汽车在雨天行驶时，由于路面存在积水，轮胎与路面之间的积水若不能被及时有效的排出，便会对车辆的制动产生影响，从而使得刹车距离变长；如果水压过高，还会使轮胎上浮，轮胎与路面间的摩擦降低，而造成汽车在积水路面上的滑行现象（简称为水滑），这些安全隐患极易引发车辆交通事故。近年来，无论是欧盟的轮胎标签法还是即将在国内实施的轮胎标签法，都明确包含有轮胎的湿地抓地力等级信息，不仅为消费者选购轮胎提供参考依据，也凸显了轮胎湿地性能的重要性。影响轮胎湿地性能的因素有很多，这些影响因素往往又与轮胎其他的性能相互制约，因此轮胎研发工程师在设计轮胎时，应当充分综合的考虑相互间的制约因素，使得设计的轮胎产品能够满足预期的目标。本文是以轿车子午线轮胎为载体，仅通过对花纹沟槽的研究，找出其对轮胎湿地制动及水滑的影响，以便对开发轮胎花纹提供理论依据。

方案设计概述：

轮胎花纹沟槽均完全采用手工雕刻；轮胎规格选取主流UHP型号225/45R17；纵向花纹沟数量设计为4个，沟深雕刻均为全沟深即 A、B、C、D（参见图1）；

花纹沟方案胎仅将花纹沟作为唯一变量，其他完全相同；纵向花纹沟是指沿Y方向，横向花纹沟是沿X方向。

1 纵向花纹沟对轮胎湿地性能的影响研究

此章节为第一阶段，仅研究纵向花纹沟对湿地性能的影响，共设计出5种不同的方案，纵向花纹沟的宽度及定位尺寸参见表1及图1。

方案说明

1.结合图1，A、B、C、D为花纹纵沟，E、F、G1、G2、H、I为花纹块；2.P1为基准方案，内外两侧对称设计，A、B、C、D沟宽相等；3.P2与P1对比，两者的总沟宽相同，其中B、C的沟宽为A、D的两倍，内外两侧为对称样式；4.P3与P1对比，总的沟宽增加了约18%；B、C沟宽于A、D沟约36%，内外两侧为对称样式；5.P4与P3对比，位于外侧的D沟的宽度减窄了25%， 其他相同。

测试结果

数据分析

①P1、P2总沟宽相同，其中P2的B、C两沟的总宽比P1宽约4%，水滑提升了2%；②P3的4条总沟宽比P2沟宽增加了约18%，其中B、C沟宽相同，A、D沟宽均窄于B、C沟约5%，P3的纵向水滑提升了3%，湿地制动提升了1%，P3的湿地综合性能最优；③中间位置的B、C沟加宽，对轮胎湿地制动有提升作用；④中间位置的B、C沟宽对纵向水滑的影响程度明显高于位于两侧的A、D沟。

2 横向花纹沟对轮胎湿地性能的影响研究

由第一阶段的研究结论可知，中间的B、C纵沟对湿地性能的影响明显，基于第一阶段所得结论，选取P3、P4的花纹样式为基准，第二阶段增加雕刻横向花纹沟。

方案说明：

数据分析

①纵向水滑：P3-2、P3-3比P3-1的结果平均好约3.5%，P4-2、P4-3结果比P4-1平均好约1%，表明分布在肩部块（E、I）和中间块（F、H）上的横向沟槽对纵向水滑均有提升效果。②横向水滑：P3-2比P3-3高约10%，P4-2比P4-3高约8%，表明位于胎肩部（E、I）的横沟对横向水滑的影响程度相比位于中间部位的横沟（F、H）更高，并且呈现下降趋势；P3-1、P3-2、P3-3分别都好于P4-1、P4-2、P4-3，表明横向水滑也受到位于OUT侧的纵向D沟宽度的影响，性能随宽度减小而降低。③纵向和横向水滑：P3-2 、P3-3分别都好于P4-2、P4-3，表明位于中间部位（F、H）上的横向沟对纵向和横向水滑均有不利的影响。④湿地制动：P3-1和P4-1均比其他雕刻了横沟的方案胎的测试结果好，表明轮胎肩部刚性对湿地制动有明显的影响。

结论

1.对于设计四沟的轮胎花纹，可以通过增加中间两条纵向花纹沟的宽度提升湿地制动和纵向水滑性能；2.轮胎肩部的横向花纹沟数量和宽度对轮胎的肩部刚性有影响，花纹沟过多地分割花纹块会削弱花纹的刚性，从而会降低湿地抓地力，影响湿地制动性能，设计花纹时可考虑通过改变横沟的数量、宽度及沟块的配比调整花纹刚性以满足性能目标；3.横向花纹沟对水滑的影响程度比制动更明显。