汽车工程应用力学：轮胎高速性能与安全构威胁

轮胎的高速性能是以轮胎所能承受的最高速度作为标志。高速性能好的轮胎在实现较高速度行驶的同时，其他性能不会因速度高而带来多大的损害（如驱动性、制动性、平顺性以及操纵稳定性等），继续保持良好状态。速度等级越高的轮胎，其高速性能越好。

可是，轮胎的高速性能是受轮胎产生驻波的临界速度所限制。换言之，如果速度高达产生驻波的时候，将发生爆胎。这样的高速只有害处，毫无益处。因此，若要提高轮胎的速度等级，就必须提高轮胎出现驻波的临界速度。

图1-51 不同结构轮胎的滚动阻力系数

驻波的临界速度与轮胎的结构有关，结构不同，导致轮胎发生驻波的临界速度也不同。斜交线轮胎在胎面和胎侧所发生的波，其传播速度比较相近，而且波节的位置也大致相同，因此驻波在整个胎体上发生，临界速度相对不高。而子午线轮胎在结构上与斜交线轮胎有很大差异：胎冠的带束层因帘线呈接近周向排列而刚度大；胎体帘线呈径向排列而刚度小。由于带束层与胎侧刚度的差异以及两者帘线排向的差异，致使振动波的传播速度差异很大。另则是，胎侧和胎面的振动频率不一样，胎侧两端是固定共振，其振动频率很高，加上胎侧的振动主要是由胎面的振动被带动的，所以在胎面发生驻波之前胎侧基本上不发生驻波。再则是，子午线轮胎的带束层刚度大，与地面接触几乎无横向收缩。基于以上原因，子午线轮胎出现驻波的临界速度明显高于斜交线轮胎。

但与速度密切相关的滚动阻力系数、生热温升等性能在高速工况下的变化因素也应值得关注。从图1-8滚动阻力系数与速度的关系来看，175R14子午线轮胎在速度180km/h左右时滚动阻力系数才急剧增加，这表明它的临界速度可以认定为180km/h，如果汽车在此速度以下行驶，应该说滚动阻力系数这是符合要求的。而相比之下，5.60-13-4PR普通斜交线轮胎的临界速度仅为120km/h左右。（注：临界速度或者汽车核定的最高速度亦可根据滚动阻力刚刚剧增时的速度来拟定。）随着子午线轮胎结构不断改进、材料不断更新、生产技术工艺不断提高，使得其速度级别由过去轿车斜交胎时代的S、T、H级提高到现在轿车子午胎时代的Z、W、Y级。

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图1-52 不同结构轮胎的滚动阻力

图1-53 子午线轮胎与斜交线轮胎在不同速度下的胎温变化

生热温升的状况：汽车高速行驶时，轮胎因生热升温会引起爆胎是最令人担心的一件事。驻波与生热升温紧密相联。图1-53为货车子午线轮胎10.00R20和货车斜交线轮胎10.00-20在不同行驶速度下的温升情况对比。由于子午线轮胎胎体帘线层层数少且呈平行排列，内摩擦小；带束层采用钢丝做帘线，导热性能好，所以行驶中生热少、温升慢，胎温大大低于货车斜交线轮胎，尤其是速度超过100km/h时，胎温差异更加明显。上述数据说明，子午线轮胎在最高速度以下行驶时胎温对安全构不成威胁。

据法国米其林公司报道，当路面温度为60℃以下时，全钢丝子午线轮胎可以用75km/h的速度连续行驶；而同类型的斜交线轮胎只能用55km/h的速度，并且需每行驶2h停车1h降温。子午线轮胎的载荷量还可以比斜交线轮胎多出60%。