轮胎滚动阻力分析及其性能优化方法研究

轮胎滚动阻力性能是影响整车油耗的重要因素,对乘用车子午线轮胎而言,总燃油消耗的3.4%至6.6%被用于克服轮胎滚动阻力。欧盟轮胎标签法及我国“十三五”事业发展规划均提出了发展绿色轮胎的目标,因此,研究一种更为完善的轮胎滚动阻力数值分析及性能优化方法具有重要的理论意义和工程应用价值。本文以205/55R16乘用车子午线轮胎为研究对象,利用滚动阻力标准比对试验台进行了轮胎测温试验以及滚动阻力性能试验,测得轮胎温度分布数据以及滚动阻力性能。为获取材料仿真参数,设计热物性参数试验测得橡胶材料的比热容、热扩散系数及导热系数与温度之间的关系;设计损耗因子试验测得橡胶材料与温度及应变之间的关系;研制接触热阻试验台并测得轮胎与路面间接触热阻;设计拉伸试验并选用模型拟合橡胶材料及橡胶-帘线复合材料的力学参数。利用ABAQUS及ANSYS软件建立有限元模型,再现了轮胎滚动阻力试验环境,分析轮胎的力学性能与温度场分布。在此基础上,进行了耦合稳态温度场的轮胎滚动阻力性能计算,通过对比仿真与试验结果,验证了本文所述的轮胎温度场及滚动阻力仿真精度。为优化轮胎的滚动阻力性能,提出了一种基于满应力理论的轮胎轮廓设计方法,对比分析了结构优化前后轮胎的滚动阻力、温度场、寿命等性能。结果表明,结构优化后轮胎的滚动阻力降低,温度下降,质量减少,使用寿命增加。说明本文提出的结构设计方法能够协同提升轮胎的综合性能,为低滚动阻力轮胎结构设计提供依据。本文形成了一种计及轮胎滚动阻力试验环境的轮胎温度场和滚动阻力数值分析方法,在此基础上,提出了一种低滚动阻力轮胎设计方法。对完善轮胎滚动阻力预测与低滚动阻力轮胎设计提供一种可行的途径。