汽车工程中型子午线轿车轮胎静刚度与充气压力的关系

通常以轮胎所受的载荷和变形的曲线来表示轮胎的刚度特性，轮胎载荷与垂向变形呈线性关系。因此在最基本的行驶动力学模型中，经常将轮胎简化为刚度恒定的一个线性弹簧。试验还表明，非滚动轮胎垂向刚度比滚动轮胎垂向刚度要大，且滚动轮胎刚度呈现更明显的非线性。

1.静刚度

轮胎静刚度表示轮胎在垂向静载荷作用下发生垂向变形的程度。在同一垂向载荷下，变形小者则认为刚度大弹性差，反之则刚度小弹性好。

轮胎静刚度特性通常以轮胎的变形随载荷变化的曲线来表示。试验表明，轮胎垂向变形与轮胎载荷基本呈线性关系。图1-19所示为某斜交线轮胎在不同充气压力下的刚度特性曲线，通常称其为“网格图”（Lattice Plot），其中每一条刚度曲线的原点均沿变形轴方向偏移了与充气压力成一定比例的一段距离。因此对某一变形，其对应的载荷与充气压力也能在网格图上找到。图1-20显示了某子午线轿车轮胎的静载荷、充气压力以及垂向变形之间的相互关系。

图1-19 斜交线轿车轮胎变形与静载荷的关系

图1-20 子午线轿车轮胎变形与静载荷的关系

图1-19和图1-20表明，轮胎的静态垂向刚度由变形与静载荷的关系曲线的斜率所决定。当充气压力一定时，除了在极低载荷作用下以外，斜交线轮胎和子午线轮胎的变形与载荷关系基本上均呈线性关系（正比关系）。因此可以认为，在轮胎规定的载荷范围内，轮胎垂向刚度是不随载荷的变化而变化。图1-21给出了165×13型子午线轿车轮胎的静刚度随充气压力变化的关系，其中的刚度值由图1-20得出。(www.xing528.com)

2.滚动刚度

轮胎的滚动刚度可通过测量轮胎在转鼓或传动带上滚动时的共振频率来获得。由该方法测得的不同类型轿车轮胎的滚动刚度如图1-22所示。结果表明，滚动时轿车轮胎的滚动刚度在车速0～20km/h时显著下降，但车速超过约20km/h时滚动刚度下降的程度很小。

表1-2给出了一些货车轮胎在额定载荷和额定充气压力以及较低速度下的垂向滚动刚度值。由表1-2可见，货车轮胎的滚动刚度值在764～1024kN/m范围内变化，且子午线轮胎的滚动刚度比斜交线轮胎更小些，这也说明子午线货车轮胎的减振性能比斜交线轮胎好。

图1-21 子午线轮胎静刚度与充气压力的关系

人们也曾试图获得轮胎静刚度与动刚度之间的关系，但并没有得到普遍适用的结论。一些研究报告表明：轿车轮胎的滚动刚度比静刚度小10%～15%；重型货车轮胎的滚动刚度比静刚度约小5%；拖拉机轮胎的滚动刚度比静刚度小达26%，这与离心作用力是否存在以及材料的迟滞性有关。在汽车动力学仿真中，通常以滚动刚度作为计算参数。

表1-2 在额定载荷和充气压力下部分货车轮胎的滚动刚度值